Машины и
я могу 
Все гениальное просто!
Машины и Механизмы
Все записи
текст

Селекционная работа должна обеспечивать продовольственную безопасность с упреждением глобальных изменений климата

От редакции. Создать новый сорт — задача на несколько лет, накормить человечество — задача все времена! Профессор Виктор Александрович Драгавцев — замечательный ученый в области генетики и селекции сельскохозяйственных растений, академик РАН и РАСХН — знает, как это сделать. Полную версию его статьи вы можете найти в междисциплинарном научном и прикладном журнале «Биосфера», т. 11 № за 2019 г.
Селекционная работа должна обеспечивать продовольственную безопасность с упреждением глобальных изменений климата

21 февраля 2019 г. Госкомиссия по сортоиспытаниям Министерства сельского хозяйства Российской Федерации зарегистрировала и ввела в реестр селекционных достижений сорт яровой мягкой пшеницы «Гренада». Сорт «Гренада» решено возделывать в 9-м крупнейшем уральском растениеводческом регионе, куда входят: Башкирия (около 1 млн га пшеницы), Челябинская область (1 млн га), Оренбургская область (4 млн га), Курганская область (1 млн га). Сорт «Гренада» испытывался в Госсортосети с 2016 г. и показал мощное превышение по урожаю, устойчивости и качеству над всеми стандартными сортами, ранее районированными в этих регионах. Прибавки урожая «Гренады» с суммарной площадью под пшеницей в 9-м регионе (7 млн га) будут давать ожидаемый ежегодный экономический эффект — около 30 млрд рублей.

Сорт был создан по селекционным технологиям, разработанным в соответствии с эколого-генетической теорией организации количественных признаков (ЭГТ). В журнале «Биосфера» суть этой теории была представлена в ряде статей. Вкратце: теория базируется на открытии нового эпигенетического феномена — смены спектров продуктов генов под количественным признаком при смене лимитирующего фактора внешней среды. Это значит, что продуктивность в разных условиях определяется сочетаниями активности продуктов разных генов, и критерии селекции, уместные в одних условиях, могут быть совершенно неадекватными в других.


Профессор Виктор Александрович Драгавцев

Но, как говорил Д.И. Менделеев: «Сказать оно все можно, а ты поди продемонстрируй!» Положения теории были обоснованы результатами работы в рамках Кооперативной программы ДИАС («Диаллельные скрещивания») по проекту «Изучение генетики признаков продуктивности яровых пшениц в Западной Сибири». Проект по инициативе акад. Д.К. Беляева осуществлялся с 1972 по 1982 г. на территории Западной Сибири от Красноуфимска (Урал) до Иволгинска (Забайкалье, Бурятия) с запада на восток и от Тюмени до Усть-Каменогорска с севера на юг силами двух НИИ Сибирского отделения Академии наук (Институт цитологии и генетики и Вычислительный центр) и восьми селекционных центров ВАСХНИЛ. Численность занятых в программе сотрудников превышала 100 человек. Был собран банк данных замеров признаков продуктивности объемом около 5 млн значений у 15 родительских сортов и у 210 гибридов первого гибридного поколения. На каждом растении замеряли 14 признаков продуктивности (в течение двух лет). В каждой точке анализировали динамику главных лимитирующих урожай метеофакторов в процессе вегетации. Генетический анализ вели на ЭВМ по специально созданным сотрудниками Вычислительного центра СО РАН приоритетным программам. Были не только получены теоретические выводы, но и разработаны соответствующие алгоритмы селекции, результатами применения которых и стал сорт «Гренада».

Одним из практических выводов теории является целесообразность создания в России мегаустановки по конструированию прорывных сортов в контролируемых условиях, так называемого Селекционного фитотрона.


Селекционный фитотрон необходим для упреждающего создания сортов, продуктивных в условиях, которые могут сформироваться в зоне селекции через 10–15 лет. Фото: pandia.ru
Все селекционные компании мира проводят экологические испытания новых предсортов (в России это делает Госкомиссия по сортоиспытанию). Так компания KWS (ФРГ) имеет 150 испытательных полигонов в 55 разных странах. Предсорт, например гетерозисный гибрид сахарной свеклы, испытывается в каждой географической точке три-четыре года. Поэтому создание одного нового сорта сахарной свеклы длится 15–16 лет и обходится в 15–18 млн евро. В Селекционном фитотроне можно поворотами рукояток создать типичную динамику лимитирующих факторов для любой географической точки Земли. Объемы испытаний можно сократить до четырех месяцев, а вместо полевых делянок с тысячами растений достаточно 100 растений для каждой среды в вегетационных сосудах Селекционного фитотрона с подавленными экологическими и конкурентными шумами. Эти испытания не будут зависеть от сезона года и от любых случайных парадоксов погоды. Стоимость экологических испытаний в фитотроне можно уменьшить в разы, тем самым снизив стоимость создания сорта и существенно увеличив конкурентоспособность сортов, созданных в России, на мировых рынках.

С учетом происходящих в настоящее время небывало быстрых климатических изменений Селекционный фитотрон необходим для упреждающего создания сортов, продуктивных в условиях, которые могут сформироваться в зоне селекции через 10–15 лет. Потепление (как и похолодание) климата на Земле идет не равномерно, а «пятнами». Климатологи создают прогнозы изменений климата для каждого «пятна». Только в Селекционном фитотроне можно создать климат, который будет в данном регионе через 10–15 лет, и за 5–6 лет на фоне этого будущего климата сконструировать сорт, подогнанный к будущим условиям. Полевая селекция этого сделать не может, так как сорт в поле создается 10–15 лет. Полевая селекция всегда будет отставать на 10 лет от соответствия созданного в поле сорта изменившемуся климату. Это приводит и будет приводить к большим недоборам валовых урожаев. Фитотронные технологии на основе ЭГТ обеспечат упреждающее создание сортов, приспособленных к будущим климатическим условиям в любых точках Земли.

Таким образом можно увеличить также и экспортные перспективы новых сортов. В Селекционном фитотроне можно создавать типичную динамику лимитирующих факторов для любой точки Земли. Сегодня почти все сорта сельскохозяйственных растений выведены в полевых условиях, где очень низкий процент (0,001%) достоверного «узнавания» самых лучших индивидуальных генотипов при визуальных отборах, кроме того, отсутствует «фазовая» селекция (то есть селекционное улучшение адаптивности каждой фазы онтогенеза), а если год проведения отборов совпадет с нетипичным годом для данной зоны селекции, то предыдущие 6 лет работы селекционера могут просто пропасть. Поэтому все сорта, выведенные в поле, имеют большой резерв повышения продуктивности.

Недавно принята «Стратегия научно-технологического развития РФ», приравненная по значимости к «Стратегии национальной безопасности РФ». Президентом еще в 2016 г. поручено «предоставить предложения по формированию на базе ведущих научных и образовательных организаций сети Центров превосходства в целях осуществления ими деятельности по реализации приоритетов научно-технологического развития РФ, предусмотрев конкретизацию направлений деятельности, а также механизмов государственной поддержки каждого центра» (газета «Поиск» № 10–11 от 18.03. 2016. С. 18). Центров превосходства только в 14 странах ОЭСР более 300. Подобные центры есть и в Российской Федерации, но надо создавать системы таких центров. Всего в Российской Федерации должно быть около 30 ЦП.

Ректор Института науки и технологий (Сколково) акад. А. Кулешов подчеркивал: «Сегодня весь рынок генетического материала и прорывных технологий в растениеводстве поделен между пятью частными зарубежными компаниями, и секреты в этой области охраняются строже военных». Так должно быть и в России, поскольку продовольствие — это «оружие сильнее атомной бомбы». Экс-глава Минобрнауки Дм. Ливанов справедливо указывал: «Заимствование технологий неизбежно ведет к догоняющему развитию, и технологического лидерства таким образом не обеспечить».

Поэтому в России надо создавать свои приоритетные технологии фитотронной селекции, свои программы, свои биофизические приборы и свое автоматическое оборудование для Селекционного фитотрона, а конечную продукцию — новые сорта — сначала конструировать для растениеводческих территорий Российской Федерации, а потом (по коммерческим договорам с любыми странами) для любого региона Земли.

Существующая сеть растениеводческих селекционных центров в России (сегодня их около 40) создавалась в СССР в основном в период 1925–1938 гг., некоторые из них были организованы в послевоенные годы. В годы перестройки большинство из них утратили способность эффективно работать, сейчас только около 10 из них с низкой эффективностью повышают урожаи новых сортов, в основном, с помощью устаревших технологий середины прошлого века и старой техники 1970-х.

Сорт «Гренада» испытывался в Госсортосети с 2016 г. и показал мощное превышение по урожаю. Фото: www.tmnsc.ru

Поскольку сегодня безусловный приоритет — обеспечение продовольственной безопасности России, то, естественно, возникают разные мнения о путях модернизации и развития селекции. Так на заседании Президиума Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию (24 ноября 2014 г., хутор Железный, Краснодарский край) предлагалось создать 134 новых комплексных полевых селекционных центра по нескольким культурам, и специализированных: 2 — по овощным культурам, 1 — по сахарной свекле, 11 — по картофелю. Реализация этого предложения была бы крупной стратегической ошибкой для страны, поскольку в развитых странах уже почти не осталось традиционных полевых селекционных центров и давно устаревших полевых визуальных технологий оценки и отбора лучших генотипов. Современная селекция растений ведется в крупных и хорошо оборудованных Федеральных (ФРГ) или частных (Байер-Монсанто — ФРГ-США; KWS — ФРГ; Сингента — Швейцария) селекционных «заводах». В мире существуют 38 экономически важных направлений селекции растений, 28 из них невозможно вести в полевых условиях — для этого нужен Селекционный фитотрон.

Сегодня в развитых странах агротехнологии доведены почти до возможного «потолка». Дальнейшее повышение урожаев зерновых и зернобобовых в этих странах на 95% зависит от улучшения селекционных технологий, и только на 5% — от улучшения агротехнологий. Эксперты ФАО (в Отчете за 2014 г.) подчеркнули: «Мировой опыт показал, что техногенная интенсификация растениеводства не способна решить проблему дальнейшего повышения урожаев, но при этом связана с ростом энергозатрат и нарушением экологического равновесия в природе. Глобальный кризис в с/х производстве XXI века требует новой стратегии — биологизации растениеводства, то есть создания устойчивых к абиотическим и биотическим факторам среды новых сортов, гибридов и видов с/х растений».

Между тем, эйфория от достижений генной инженерии растений начинает понемногу угасать. Многие страны сокращают площади под генно-модифицированными (ГМ) растениями. В 2016 г. Аргентина сократила посевы ГМ-растений на 3%, Индия — на 7, Китай — на 24, Уругвай — на 7%. В Испании, Судане, Мексике, Колумбии, Вьетнаме, Португалии, Бангладеш, Коста-Рике, Словакии, Чехии площади ГМ-растений (в каждой стране) менее 100 тыс. га и не обнаруживают приращения. Румыния в 2016 г. покинула клуб ГМО-стран. ГМ-картофель, устойчивый к колорадскому жуку, не выращивается сегодня нигде в мире. В большинстве стран Европы и в Российской Федерации посевы ГМ-растений запрещены.


Сахарная свекла. Фото: www.semena-tut.ru

Некоторые специалисты считают, что если увеличить финансирование всем полевым селекционным центрам России и купить им новую технику, то все будет в порядке. Не будет! Во многих зернопроизводящих регионах (особенно в Сибири) сортосмены уже не приводят к повышению валовых сборов зерна. Контрастность погодных условий по годам и примитивные технологии полевой селекции (например, визуальный отбор по фенотипам), давно исчерпавшие себя, препятствуют дальнейшему селекционному повышению урожаев. Есть много фактов, когда сорта, созданные в одной зоне, выращиваются совершенно в другой. Так в наши дни в Ленинградской области районирован сорт Красноуфимская 100, созданный на среднем Урале, в Липецкой области выращивали сорта из Одессы, на казахстанской целине возделывали Саратовскую 29, сорт Харьковская 46 оккупировал Алтай, но не Харьковщину, шведский сорт Ранг в 1970-е гг. занимал огромные площади в Тюменской и Омской областях. Можно видеть, сколь низка разрешающая способность методов традиционной полевой селекции.

По мнению академика РАН Л.А. Беспаловой, «Вторая Зеленая революция не обойдется дешево: “все низко висящие вишни уже сорваны”, и для радикального повышения эффективности селекции нужны принципиально новые методы и технологии».

У человека около 25 тыс. генов, у твердой пшеницы — 90 тыс. У мягкой (хлебной) — 124 тыс. Сорт пшеницы — это система в десятки раз более сложная, чем автомобиль «Мерседес» или самолет «Аэробус». Полевые селекционные можно уподобить колхозным кузницам, которые могут делать сорта-телеги, в лучшем случае — сорта-тачанки, но они никогда не сделают сорт-мерседес или сорт-аэробус. Для этого нужен ультрасовременный селекционный «завод» — Центр превосходства (ЦП) по селекции растений. Он может стать Центром коллективного пользования для селекционеров Российской Федерации и стран Евразийского союза. Его сердцевиной должен быть Селекционный фитотрон. В России наилучшие условия для создания такого центра существуют в Санкт-Петербурге.

Мегапроект «Центр превосходства с Селекционным фитотроном» получил широкую поддержку среди специалистов, руководителей и инстанций самого высокого ранга; в их числе: Комитет Государственной Думы Российской Федерации по науке и наукоемким технологиям; Республиканский исследовательский научно-консультационный центр экспертизы (ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ); Объединенный пленум Центрального совета Вавиловского общества генетиков и селекционеров и Научного совета по генетике и селекции РАН; ВНИИ риса; Новосибирский филиал Института леса РАН, ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса; Национальный союз селекционеров и семеноводов России при МСХ РФ; Российский соевый союз.Фото: LIU HAN-LIN, www.500px.com

Наука

Машины и Механизмы
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен
Всего 0 комментариев
Комментарии

Рекомендуем

Актуальное
Петросити
Поэма здоровья
Биосфера
Бесконтактная примерка обуви
OK OK OK OK OK OK OK