شکل‌گیری مهندسی ژنتیک در کشاورزی

بشر حداقل از ده هزار سال پیش تاکنون اصلاح نباتات را انجام داده است. پرورش اولیه گیاهان شامل انتخاب یک گیاه، میوه، بذر، گل‌ یا دیگر قطعات قابل تکثیر در گیاهان بر اساس صفت موردنظر بود. صفات انتخابی شامل بازدهی بالاتر، کاهش سمیت و بهبود طعم و شکل ظاهری میوه‌ها و دانه‌ها بود. این ویژگی‌ها باعث می‌شد که دانه‌ها خرد نشده و برداشت آن‌ها آسان‌تر شود. چنین انتخابی این اجازه را به بشر می‌داد که تعداد زیادی گیاه وحشی را به‌صورت محصولات زراعی اصلاح کند مانند: گندم (Triticum aestivum)، برنج (Oryza sativa)، ذرت (Zea mays)، سیب‌زمینی (Solanum tuberosum)، گوجه‌فرنگی (Solanum lycopersicum).

یکی از بارزترین مثال‌های اهلی سازی (اصلاح)، ذرت است. اهلی سازی ذرت وحشی از حدود 6 تا 10 هزار سال پیش توسط کشاورزان باستان در آمریکای میانه آغاز شد.  تحقیقات در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم منجر به درک بهتری از علم ژنتیک شد و پرورش‌دهندگان گیاهان با دقت بیشتری این علوم را به کار بستند.

در دهه 1980، آزمایشگاه‌ها و شرکت‌های علمی فعالیت‌های خود را به تولید گیاهانی که بتوانند به‌عنوان محصولات تجاری در بازار عرضه شوند، معطوف کردند. ایالات متحده در سال 1985 با رهاسازی اولین محصول تغییر یافته ژنتیکی در محیط‌زیست موافقت کرد. در سال 1988 شرکت کالجین مجوز دولت آمریکا را برای آزمایش‌های میدانی محصولی دریافت کرد که سرانجام به‌عنوان گوجه‌فرنگی FLAVR SAVR™ شناخته شد؛ گوجه فرنگی‌ای که صفتی برای تاخیر در رسیدن میوه داشت. این گوجه فرنگی درنهایت اولین محصول تراریخته ای بود که جهت عرضه تجاری در سال 1994 کشت شد. در سال 1989 شرکت مونسانتو مجوزهای آزمایش میدانی سویای (Glycine max) مقاوم به علف‌کش گلایفوسیت را دریافت کرد و این سویا برای اولین بار در سال 1996 در ایالات متحده به‌صورت تجاری به فروش رسید.

  توزیع جهانی محصولات تراریخته

در سال 2015 حدود دوازده درصد (7/179 میلیون هکتار از 5/1 میلیارد هکتار) از کشتزارهای دنیا زیر کشت محصولات تراریخته قرارداشتند (FAO, 2015; James, 2015). داده‌های سال 2015 نشان می‌دهند که ارقام تراریخته به‌صورت تجاری برای 9 محصول غذایی، 3 محصول غیرغذایی و 2 نوع گل موجود بوده‌اند.

تولید ذرت تراریخته بعد از اولین توزیع تجاری آن در سال 1996 یعنی در زمانی که کمتر از 300 هزار هکتار زیر کشت این نوع ذرت بود، پیوسته افزایش یافت (James, 1997). تا جایی که سال 2006، میزان 2/25 میلیون هکتار در سراسر جهان زیر کشت ذرت بود و این مساحت تا سال 2015 به بیش از دو برابر یعنی معادل 7/53 میلیون هکتار رسید. این داده‌ها نشان می‌دهد که یک‌سوم کل زمین‌های زراعی ذرت در جهان، زیر کشت ذرت تراریخته قرار گرفته است (James, 2006, 2015).

در سال 2015 انواع تراریخته‌ سویا در بازار این محصول غالب شدند به‌طوری‌که بیش از هشتاد درصد از کل 118 میلیون هکتار سویای کشت‌شده جهان در سال 2015 از نوع تراریخته بودند. همانند ذرت، کشت انواع تراریخته‌ ی سویا نیز پس از معرفی آن‌ها در سال 1996 به‌سرعت افزایش یافت. در سال 2001 معادل 33 میلیون هکتار در سراسر جهان، زیر کشت سویای تراریخته بودند (James, 2002)؛ تا سال 2015 بیش از 92 میلیون هکتار زیر کشت انواع تراریخته قرار گرفتند (James, 2015).

هفت نوع محصول غذایی تراریخته دیگر که تا سال 2015 کشت شدند شامل: سیب (Malus domestica)، کلزا (Brassica napus)، چغندرقند (Beta vulgaris)، پاپایا یا خربزه درختی (Carica papaya)، سیب‌زمینی (Solanum tuberosum) ، کدو (Cucurbita pepo) و بادمجان (Solanum melongena) بودند (James, 2015). هرچند به‌جز کلزا که انواع تراریخته آن 24% از کل 36 میلیون هکتار کشت‌شده این محصول در سال 2015 را تشکیل می‌داد، سهم انواع تراریخته این محصولات از کل تولید آن‌ها اندک بوده است (James, 2015).

از محصولات تراریخته ای که به‌طور عمده برای مصارف غیرغذایی استفاده می‌شوند؛ ارقام تراریخته یونجه (Medicago sativa)، کتان (Gossypium hirsutum) و صنوبر (Populus spp.) تا سال 2015 کشت شدند. همچنین از مهندسی ژنتیک برای تغییر رنگ میخک صدپر (Dianthus caryophyllus) و گل سرخ (Rosa spp.) که به‌صورت تجاری عرضه شدند، استفاده گردید (S. Chandler, RMIT University, personal communication December 7, 2015).

تا سال 2015 تولید محصولات تراریخته به‌صورت نامتوازن در جهان پراکنده بود (شکل 2-1(. ایالات متحده ده نوع محصول تراریخته و پس از آن کانادا چهار نوع محصول تراریخته تولید کرد. انواع تراریخته‌ ذرت، سویا و کتان در بسیاری از کشورها کشت شدند در حالی که انواع تراریخته یونجه، سیب، صنوبر، سیب‌زمینی، کدو و بادمجان هر کدام فقط در یک کشور کشت شدند. بیش از 70 میلیون هکتار از کل 7/179 میلیون هکتار زیر کشت محصولات تراریخته جهان، در ایالات متحده بوده‌اند. محصولات تراریخته تولیدشده در برزیل، آرژانتین، هند و کانادا 3/91 میلیون هکتار دیگر را تشکیل می‌دهند و 5/17 میلیون هکتار باقی‌مانده در میان 23 کشور پراکنده شده است.

در سال 2015 نوعی یونجه که بافت چوبی کمتری داشت برای عرضه در بازار آمریکا آماده شد و برزیل عرضه تجاری لوبیا (Phaseolus vulgaris) و اکالیپتوس تراریخته (Eucalyptus spp.) را تصویب کرد. انواع تراریختة برنج، گندم، ذرت خوشه‌ای (Sorghum bicolor) و مانیوک (Manihot esculenta) در مراحل مختلفی از تولید بوده‌اند. وضعیت برای موز (Musa spp.)، کاملینا (Camelina sativa)، مرکبات (Citrus spp.)، نخود (Cicer arietinum)، لوبیای گاوی (Vigna unguiculata)، بادام‌زمینی (Arachis hypogaea)، خردل (Brassica spp.)، لوبیایی سودانی (Cajanus cajan) و کافشه (Carthamus tinctorius) به همین منوال بوده است (James, 2015). همچنین یک نوع شاه‌بلوط آمریکایی (Castanea dentate) مقاوم در برابر پژمردگی نیز در حال تولید بوده است.

صفات مهندسی شده ژنتیکی در محصولات تراریخته تولیدشده تجاری

تاکنون صفات تغییر یافته ژنتیکی زیادی توسعه پیدا کرده‌اند، اما تعداد کمی از این صفات در انواع تجاری محصولات در سال ۲۰۱۵ وجود داشته‌اند. بیشتر صفات تجاری موجود در ۲۰ سال اولیه تولید محصولات تراریخته با هدف مقاومت محصولات زراعی نسبت به علف‌کش‌ها یا محافظت از آن‌ها در برابر حشرات آفت تولید شدند. تعداد اندکی از محصولات هم که برای مقاومت به ویروس‌ها یا بروز صفاتی مانند جلوگیری از قهوه‌ای شدن بعد از برش تغییرات ژنتیکی یافته اند، به‌صورت تجاری در دسترس بوده اند. دیگر صفات مانند افزایش بهبود کیفیت مواد مغذی و یا ترکیبات بهتر ماده خام اتانول هم در تولیدات تجاری موجود بودند و همچنین طیف وسیع‌تری از صفات هم برای توزیع در بازار در حال آماده‌سازی بوده‌اند. همان‌طور که در جدول 1-1 نشان داده‌شده است، در سال ۲۰۱۵، تعداد چهارده محصول زراعی به‌صورت تجاری در حال تولید بوده‌اند. با این وجود محصولات تراریخته می‌توانند یک یا تعداد بیشتری صفات تراریخته را دارا باشند. برای مثال در ایالات متحده بعضی از انواع سویا برای مقاومت در برابر یک یا چند نوع علف‌کش مهندسی‌ شده‌اند و این درحالی است که انواع دیگری برای تولید روغن بیشتر تغییر داده شده‌اند. ارقام ذرت در ایالات متحده به دلایلی نظیر مقاومت نسبت به یک یا چند علف کش و همچنین تولید پروتئین هایی که گونه های مختلفی از حشرات آفت را مورد هدف قرار دهند، به طریقه ژنتیکی مهندسی شده اند. بعضی از ارقام شامل صفتی هستند که تحمل به خشکی در ذرت را افزایش می دهد، برخی نیز به منظور مقاومت به ویروس ها تغییر ژنتیکی یافته اند.

نکات قابل توجه در مورد محصولات تراریخته در سال 2015 

سال 2015، بیستمین سال تجاري‌سازي محصولات تراریخته است. به طور خلاصه، از سال 1996 تا 2015، سطح زیر کشت محصولات تراریخته با 100 برابر افزایش از 7/1 میلیون هکتار به 7/179 میلیون هکتار رسیده است

(سطح جهانی زیر کشت محصولات زراعی حاصل از زیست فناوری از سال 1996 تا سال 2015 (بر حسب ملیون هکتار

در سال 2015 حدود 18 میلیون کشاورز در 28 کشور جهان محصولات تراریخته را کشت نموده‌اند و این در حالی است که بیش از 54 درصد محصولات تراریخته معادل 1/97 میلیون هکتار توسط کشاورزان خرده پا و با سرمایه اندک در کشورهای در حال توسعه کشت گردیده‌اند. بیشترین نرخ افزایش سطح زیر کشت محصولات تراریخته در بین تمامی کشورهای جهان با ارتقاء 2 میلیون هکتاری به برزیل تعلق دارد.

به طور خلاصه، در فاصله زمانی سال‌های 1996 تا 2015 محصولات حاصل از زیست فناوری در 96/1 میلیارد هکتار معادل 85/4 میلیارد جریب کشت شده‌اند.

پذیرش جهانی سویا، ذرت، پنبه و کلزای تراریخته

جهت ارائة یک چشم­انداز جهانی از وضعیت محصولات تراریخته و میزان مقبولیت جهانی، درصد سطح کشت جهانی مربوط به چهار محصول اصلی سویا، پنبه، ذرت و کلزا، ارائه می‌گردد که در قسمت زیر به آن اشاره می‌گردد:

در سال 2015، هشتاد و سه درصد از 111 میلیون هکتار سویای کشت‌شده در سطح جهان (معادل 1/92 میلیون هکتار)، تراریخته بودند (شکل 6-1). سطح زیر کشت پنبه تراریخته 24 میلیون هکتار است که 78 درصد از سطح جهانی زیر کشت پنبه را تشکیل می‌دهد. از 185 میلیون هکتار ذرت کشت‌شده جهان در سال 2015، بیست و نه درصد معادل 6/53 میلیون هکتار ذرت تراریخته بوده است. در نهایت، کلزای تراریخته مقاوم به علف‌کش 5/8 میلیون هکتار، معادل 24 درصد از 36 میلیون هکتار کلزای کشت شده جهان در سال 2015، را تشکیل می دهد. از 364 میلیون هکتار کل سطح جهانی زیر کشت این چهار محصول (هر دو نوع محصولات معمولی و تراریخته)، 49 درصد، معادل 7/179 میلیون هکتار، محصولات تراریخته بودند. این آمار و ارقام ارائه‌شده می تواند به‌عنوان نشانه­ای از پذیرفته شدن این محصولات تلقی شوند ولی برآورد دقیقی از مقبولیت جهانی این چهار محصول نمی­باشند(James, 2015).