Cover Page The handle http://hdl.handle.net/1887/19969 holds various files of this Leiden University dissertation. Author: Hannula, Emilia Title: Assessment of the effects of genetically modified potatoes on structure and functioning of soil fungal communities Date: 2012-10-17
183
Viime vuosina geenimuuntelusta on tullut hyväksyttävä keino muunnella kasvien perimää. Vaikka maailmanlaajuisesti maa-ala, jolla näitä muuntogeenisiä kasveja kasvatetaan, on kasvanut vuosittain, muuntogeenisten kasvien vaikutusta maaperän sieniyhteisöihin ei tunneta. Tämän väitöskirjan tavoitteena on arvioida geenimuunnellun perunan vaikutuksia maaperän sieniyhteisöihin. Mahdollisia eroja perinteisen jalostuksen kautta luotuihin perunalajikkeisiin ovat muutokset juurien maahan erittämissä hiiliyhdisteissä sekä itse kasvin koostumuksessa, mikä voi vuorostaan vaikuttaa maatumiseen. Tavoitteena on verrata geenimuuntelulla luotua lajiketta sen muuntelemattomaan alkuperäislajikkeeseen sekä neljään muuhun perinteiseen lajikkeeseen. Vertailu toteutettiin sekä kolmen vuoden kenttäviljelykokeilla, joiden aikana perinteisten lajikkeiden vaikutuksia maaperän sieniin tutkittiin ja verrattiin geenimuunneltuun lajikkeeseen sekä kahdessa kasvihuonekokeessa, joissa vaikutuksia juurieritykseen ja kasvin osien maatumiseen tutkittiin tarkemmin. Jotta geenimuunnellun vaikutuksia sieniyhteisöihin voitaisiin arvioida, on ensin arvioitava itse perunan, eri perunalajikkeiden, perunan kasvuvaiheen sekä sään, maalajin ja ilmaston vaikutuksia maaperän mikrobeihin. Lisäksi on kehitettävä luotettavia metodeja arvioida vaikutuksia. Kappaleessa 3 esitellään metodologia, jota myös myöhemmissä kappaleissa käytetään arvioimaan sieniyhteisön koostumusta ja toiminnallisuutta. Tässä kappaleessa myös arvioidaan geenimuunnellun ja viiden muun lajikkeen vaikutuksia eri sieniyhteisöihin yhden kasvukauden koneessa. Yhteisön koostumusta tutkittiin molekylaarisilla sormenjälkitekniikoilla ja yhdistettiin perinteisempiin funktionaalisuuta mittaaviin entsymaattisiin mittauksiin. Sieniyhteisö geenimuunnellun lajikkeen juuristossa oli hyvin samankaltainen kuin sen alkuperäislajikkeen juuristossa. Kappaleessa 4 arvioitiin maatalouskäytäntöjen sekä maaperätyypin ja sään vaikutuksia sieniyhteisöihin. Kolmen vuoden kenttäkokeessa kasvin kasvuvaiheella oli suurin vaikutus kaikista tutkituista tekijöistä juuriston sieniyhteisöihin. Eniten sienirihmastoa havaittiin ränsistymisvaiheessa (EC90). Toinen sieniyhteisöön vaikuttava tekijä oli vuosi ja siten sää ja maatalouskäytännöt kuten lannoitus ja kastelu. Lannoitus vaikutti erityisesti kantasieniä vähentävästi ja kotelosieniä lisäävästi. Yllättäen, vaikka maaperän orgaanisen aineen koostumuksenon aikaisemmissa tutkimuksissa todettu vaikuttavan maaperän mikrobiyhteisöihin, tässä tutkimuksessa ei eroja kahden hyvin erilaisen maaperän, ja hyvin erilaisen orgaanisen aineen pitoisuuden välillä havaittu. Vaikka joissain mitatuissa muutujissa havaittiin eroja eri perunalajikkeiden välillä, erot sieniyhteisöissä olivat pieniä ja sattumanvaraisia. Geenimuunneltu lajike (Modena) muistutti lähinnä sen ei-muunneltua vastaavaa lajiketta (Karnico) eikä niiden välillä ollut suuria merkittäviä eroja. Ainoastaan ränsistymisvaiheessa olevien perunoiden juuristossa havaittiin eroja sienten määrässä kaikkina tutkimusvuosina toisella pelloista. Tätä ilmiötä tarkastellaan lähemmin kasvihuonetesteissä. Kappaleen 5 tavoitteena oli tutkia juurieritteiden ja niistä hyötyvien sienien eroja GM-perunan ja sen alkuperäis lajikkeen välillä. Tämä toteutettin stabiilien isotooppien avulla eli antamalla hiilen luonnostaan painavampaa isotooppia ( 13 C) kasveille hiilidioksidin muodossa ( 13 CO 2 ). Tutkimusta varten maaperä kerättiin 184
kappaleissa 3 & 4 käytetyltä pellolta ja perunakasvit kasvatettiin ränsistymisvaiheeseen kasvihuoneessa, jonka jälkeen painavaa hiilidioksidia lisättiin. Tämän kulkua lehdistä juuriin ja edelleen maaperän mikrobeille seurattiin molekulaarisilla metodeilla eri ajankohtina. Tutkimuksessa havaittiin että kotelosienet ja arbuskulaarinen mykorritsa olivat ensimmäisiä juuresta saadun hiilen saajia. Kantasienet hyötyivät hiilestä hitaammin, mahdollisesti välikäsien kautta. Hiilen kierron nopeus ja osuus hiilestä joka päätyi maahan oli erilainen GM-perunan ja sen alkuperäislajikkeen välillä samalla vaikuttaen myös maaperän sieniyhteisöihin. Sekä hajottajasienet että mykorritsasienet kykenivät nopeasti käyttämään juuresta tihkuvia hiiliyhdisteitä, mutta eri sienilajeilla oli erilaisia strategioita ja nopeuksia näiden yhdisteiden käyttämiseen. Kappaleessa 6 arvioitiin perunan tärkkelysmuuntelun vaikutuksia maaperän hajoittajayhteisöihin sekä sadonkorjuun jälkeen pelloille jätetyiden kasvien osien hajoamiseen. Tässä tutkimuksessa käytettiin samoja kasveja kuin kappaleessa 5. Kasveista kerättiin mukulat ja lehdet, mitkä haudattiin karikepussissa samaan maahan missä kasvit olivat kasvaneet. Sekä mukuloiden että lehtien painon vähenemistä seurattiin yhteensä kuusi kuukautta, ja sekä karikkeesta että mullasta tutkittiin sienten entsyymiaktiivisuutta ja sieniyhdeisöiden koostumusta ja toimintaa. Tutkimuksessa havaittiin että ensimmäisen kuukauden aikana sekä mukulat että lehden, jotka olivat peräisin geenimuunnellusta lajikkeesta menettivät painoaan hitaammin kuin alkuperäislajikkeen vastaavat kasvinosat. Tällä oli yhteys myös sieniyhteisöön. Myöhemmissä mittaukissa eroja hajoamisnopeudessa tai sieniyhteisöissä ei enää havaittu, mikä kertoo alun havaittujen erojen olevan ohimeneviä. Myöskään peltokokeissa ei havaittu seuraavina vuosina minkäänlaisia vaikutuksia edellisvuoden geenimuunnelluistya perunoista. Tiivistettynä, kasvihuonekokeissa havaittiin joitakin eroja geenimuunnellun lajikkeen ja sen alkuperäis lajikkeen välillä, mutta kenttäkokeissa havaittiin että muut tekijät kuten sää, maaperätyyppi ja perunan kasvuvaihe vaikuttavat juuriston sieniyhteisöihin paljon enemmän kuin yksi muunneltu geeni. Myös normaalien lajikkeiden välillä havaittiin eroja, jotka olivat suurempia kuin geenimuuntelun aiheuttamat. 185
186