Pocket K Nr. 10: Herbicide Tolerantie Technologie: Glyfosaat en Glufosinaat

USDA Foto

Onkruid is een constant probleem op akkers. Onkruid concurreert niet alleen met gewassen om water, voedingsstoffen, zonlicht en ruimte, maar biedt ook onderdak aan insecten en ziekten, verstopt irrigatie- en drainagesystemen, ondermijnt de kwaliteit van gewassen en laat onkruidzaden in de oogst terechtkomen. Als onkruid niet onder controle wordt gehouden, kan het de opbrengst aanzienlijk verminderen.

Boeren kunnen onkruid bestrijden met grondbewerking, wieden met de hand, herbiciden, of meestal een combinatie van alle technieken. Helaas wordt bij grondbewerking de waardevolle bovengrond blootgesteld aan wind- en watererosie, wat op lange termijn ernstige gevolgen heeft voor het milieu. Om deze reden geven steeds meer boeren de voorkeur aan een beperkte of geen grondbewerking.

Ook hebben velen betoogd dat het zware gebruik van herbiciden heeft geleid tot verontreiniging van het grondwater, de dood van verschillende in het wild levende diersoorten en ook is toegeschreven aan diverse ziekten bij mens en dier.

Praktijken voor onkruidbestrijding

De tandemtechniek van grondbewerking en toepassing van herbiciden is een voorbeeld van de manier waarop boeren onkruid op hun bedrijf bestrijden.

In het algemeen bewerken ze de grond voordat ze planten om het aantal onkruiden op het veld te verminderen. Daarna passen ze breedwerkende of niet-selectieve herbiciden toe (een middel dat alle planten kan doden) om de groei van onkruid verder te verminderen vlak voordat hun gewas ontkiemt. Dit is om te voorkomen dat hun gewassen samen met het onkruid worden gedood. Onkruid dat tijdens het groeiseizoen opkomt, wordt bestreden met herbiciden met een nauw spectrum of selectieve herbiciden. Helaas komen op het veld verschillende soorten onkruid te voorschijn, zodat de boeren verschillende soorten smalspectrum-herbiciden moeten gebruiken om ze te bestrijden. Deze onkruidbestrijdingsmethode kan zeer kostbaar zijn en het milieu schaden.

Onderzoekers stelden dat het onkruidbeheer zou kunnen worden vereenvoudigd door op elk moment tijdens het groeiseizoen één enkel breedwerkend herbicide over het veld te spuiten.

Ontwikkeling van glyfosaat- en glufosinaatherbicidentolerante planten

Herbicidentolerante (HT) gewassen bieden boeren een essentieel instrument in de strijd tegen onkruid en zijn compatibel met no-till-methoden, die helpen de bovengrond in stand te houden. Ze bieden boeren de flexibiliteit om herbiciden alleen toe te passen wanneer dat nodig is, om de totale input van herbiciden te beheersen en om herbiciden te gebruiken met de gewenste milieukenmerken.

Technologische achtergrond

Hoe werken deze herbiciden?
Deze herbiciden zijn gericht tegen belangrijke enzymen in de metabolische route van planten, waardoor de voedselproductie van planten wordt verstoord en uiteindelijk wordt gedood. Hoe kunnen planten dan tolerant worden voor herbiciden? Sommige hebben de eigenschap verkregen door selectie of mutatie; of, meer recentelijk, zijn planten gemodificeerd door middel van genetische manipulatie.

Waarom HT-gewassen ontwikkelen?
Wat nieuw is, is de mogelijkheid om een zekere mate van tolerantie te creëren voor breed-spectrum herbiciden – met name glyfosaat en glufosinaat – die de meeste andere groene planten zullen bestrijden. Deze twee herbiciden zijn nuttig voor de onkruidbestrijding en hebben minimale directe gevolgen voor het dierenleven, en zijn niet persistent. Ze zijn zeer effectief en behoren tot de veiligste agrochemische middelen om te gebruiken. Helaas zijn ze even effectief tegen gewasgewassen. Daarom worden HT-gewassen ontwikkeld met een zekere tolerantie voor deze herbiciden.

Hoe werken HT-gewassen met glyfosaat en glufosinaat?

1. Glyfosaat-tolerante gewassen
Glyfosaat-herbicide doodt planten door het EPSPS-enzym te blokkeren, een enzym dat betrokken is bij de biosynthese van aromatische aminozuren, vitaminen en vele secundaire plantmetabolieten. Er zijn verschillende manieren waarop gewassen kunnen worden gemodificeerd om glyfosaat-tolerant te worden. Eén strategie bestaat erin een gen van een bodembacterie in te bouwen dat een glyfosaattolerante vorm van EPSPS produceert. Een andere manier is het inbouwen van een ander gen van een bodembacterie dat een glyfosaatafbrekend enzym produceert.

2. Glufosinaat-tolerante gewassen
Glufosinaat-herbiciden bevatten het actieve ingrediënt fosfinothricine, dat planten doodt door het enzym te blokkeren dat verantwoordelijk is voor de stikstofstofstofstofstofwisseling en voor het ontgiften van ammoniak, een bijproduct van de plantenstofwisseling. Gewassen die zijn gemodificeerd om glufosinaat te tolereren, bevatten een bacterieel gen dat een enzym produceert dat fosfinothricine ontgift en voorkomt dat het schade aanricht.

Andere methoden waarmee gewassen genetisch worden gemodificeerd om blootstelling aan herbiciden te overleven, zijn onder meer: 1) het produceren van een nieuw eiwit dat het herbicide ontgift; 2) het modificeren van het doeleiwit van het herbicide zodat het niet door het herbicide wordt aangetast; of 3) het produceren van fysieke of fysiologische barrières die verhinderen dat het herbicide de plant binnendringt. De eerste twee benaderingen zijn de meest gebruikelijke manieren waarop wetenschappers herbicidentolerante gewassen ontwikkelen.

Veiligheidsaspecten van herbicidentolerante technologie

Toxiciteit en allergeniciteit
In verschillende landen hebben regelgevende overheidsinstanties geoordeeld dat gewassen die herbicidentolerante eiwitten bevatten geen andere milieu- en gezondheidsrisico’s opleveren in vergelijking met hun niet genetisch gemodificeerde tegenhangers.

De ingebrachte eiwitten worden beoordeeld op potentiële toxische en allergene activiteit overeenkomstig de door de relevante internationale organisaties opgestelde richtsnoeren. Zij zijn afkomstig van bronnen zonder voorgeschiedenis van allergeniteit of toxiciteit; zij lijken niet op bekende toxinen of allergenen; en zij hebben functies die goed worden begrepen.

Effecten op de planten
De expressie van deze eiwitten is niet schadelijk voor de groei van de plant en leidt evenmin tot slechtere agronomische prestaties in vergelijking met oudergewassen. Behalve de expressie van een extra enzym voor herbicidentolerantie of de wijziging van een reeds bestaand enzym, treden er geen andere metabolische veranderingen op in de plant.

Versistentie of invasiviteit van gewassen
Een belangrijk punt van zorg voor het milieu in verband met herbicidentolerante gewassen is hun vermogen om nieuwe onkruiden te creëren door uitkruising met wilde verwanten of eenvoudigweg door zelf in het wild te blijven voortbestaan. Dit potentieel wordt echter beoordeeld vóór de introductie en wordt ook in het oog gehouden nadat het gewas is geplant. Uit de huidige wetenschappelijke gegevens blijkt dat het bij afwezigheid van herbicidentoepassingen niet waarschijnlijker is dat genetisch gemodificeerde herbicidentolerante gewassen invasiever zijn in landbouwvelden of in natuurlijke habitats dan hun niet genetisch gemodificeerde tegenhangers (Dale et al,

De herbicidetolerante gewassen die momenteel op de markt zijn, vertonen weinig tekenen van verhoogde persistentie of invasiviteit.

Voordelen van herbicidentolerante gewassen

• Uitstekende onkruidbestrijding en dus hogere gewasopbrengsten;
• Flexibiliteit – onkruid kan later in de groei van de plant worden bestreden;
• Een lager aantal spuitbeurten in een seizoen;
• Een lager brandstofverbruik (door minder spuiten);
• Verminderde bodemverdichting (omdat men minder het land op hoeft om te spuiten);
• Gebruik van weinig giftige stoffen die niet in de bodem actief blijven; en
• De mogelijkheid om no-till of conservation-till systemen te gebruiken, met alle voordelen van dien voor de bodemstructuur en -organismen (Felsot, 2000).

Een door de American Soybean Association (ASA) uitgevoerd onderzoek naar de grondbewerkingsfrequentie op sojabedrijven heeft aangetoond dat een aanzienlijk aantal landbouwers na het planten van herbicidentolerante sojaboonvariëteiten is overgestapt op “no-tillage” of “reduced-tillage”. Door deze eenvoudige aanpak van onkruidbestrijding werd meer dan 234 miljoen liter brandstof bespaard en bleef 247 miljoen ton onvervangbare bovengrond ongemoeid.

Huidige status van herbicidentolerantie

Van 1996 tot 2018 namen HT-gewassen consequent het grootste plantareaal van biotechgewassen in beslag. Alleen al in 2018 bezetten HT-gewassen 87,5 miljoen hectare of 45% van de 191,7 miljoen hectare biotechgewassen die wereldwijd zijn aangeplant. De meest voorkomende zijn de glyfosaat- en glufosinaattolerante variëteiten. De volgende tabel toont landen die belangrijke HT-gewassen (met enkelvoudige en gestapelde genen) hebben goedgekeurd voor levensmiddelen, diervoeder en/of teelt.

USA

Bron: ISAAA GM-goedkeuringsdatabase. http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/.

In een literatuurstudie van de Raad voor Landbouwwetenschap en Technologie wordt geconcludeerd dat het milieu baat heeft bij het gebruik van HT-gewassen. In de VS bijvoorbeeld is het areaal van no-till sojabonen met 35% toegenomen sinds de invoering van HT-sojabonen. Een soortgelijke trend wordt waargenomen in Argentinië, waar sojabonenvelden voor 98% beplant zijn met HT-variëteiten. Het CAST-document met de titel “Comparative Environmental Impacts of Biotechnology-derived and Traditional Soybean, Corn and Cotton Crops” is beschikbaar op http://www.cast-science.org.

Voor de eerste 21 jaar van de commercialisering (1996-2016) worden de voordelen van herbicidetolerante gewassen geschat op 89,02 miljard US$, 47,8% van de wereldwijde waarde van 186,1 miljard US$ aan biotechgewassen, en voor 2016 alleen al op 8,44 miljard US$ of 46,4% van de wereldwijde waarde van 18,2 miljard US$.

1. ASA. 2001. ASA Study Confirms Environmental Benefits of Biotech Soybeans. http://www.asa-europe.org/pdf/ctstudy.pdf.
2. Brookes, G. en P. Barfoot. 2018. GM-gewassen: Global Socio-Economic and Environmental Impacts 1996-2016. PG Economics Ltd, UK. pp 1-204.
3. Carpenter, J.E., A. Felsot, T. Goode, M. Hammig, D. Onstad, and S. Sankula. 2002. Comparative Environmental Impacts of Biotechnology-derived and Traditional Soybean, Corn, and Crops. http://www.cast-science.org.
4. Carpenter, J.E. and L.P. Gianessi. 2001. Biotechnologie in de landbouw: Bijgewerkte schattingen van de voordelen. Nationaal Centrum voor Voedsel- en Landbouwbeleid. http://www.ncfap.org/documents/updatedbenefits.pdf.
5. Dale, P.J., B. Clarke, and E.M.G. Fontes. 2002. Potential for the Environmental Impact of Transgenic Crops. Nature Biotechnology 20(6): 567-574.
6. Extension Toxicology Network. 1996. Pesticide Informatie Profiel, Glyfosaat. http://ace.ace.orst.edu/info/extoxnet/pips/glyphosa.htm.
7. Felsot, A.S. 2000. Herbicide tolerante genen: Deel 1: Roundup-Ready-gewassen in het kwadraat. Agrichemical and Environmental News 173: 8-15.
8. ISAAA. 2018. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops in 2018. ISAAA Brief nr. 54. ISAAA: Ithaca, NY.
9. OESO. 2000. Consensus Document Glyphosate Herbicide Tolerance (Roundup). http://www1.oecd.org/ehs/ehsmono/roundup1.htm.
10. OESO. 2002. Module II: Herbicide Biochemie, Herbicide-Metabolisme en de Residuen in Glufosinaat-Ammonium (Fosfinotricine)-Tolerante Transgene Gewassen. http://www.olis.oecd.org/olis/2002doc.nsf/43bb6130e5e86e5fc12569fa005d004c/
    c351fd9d795e54c1c1256bae0051a2a8/$FILE/JT00125605.PDF.

*Geactualiseerd maart 2020