Лекция 2. Сельскохозяйственная биотехнология.- 2 часа

В рамках национальной программы развития биотехнологии в области сельскохозяйственной биотехнологии будут разрабатываться следующие проекты: 1.«Отечественные трансгенные растения», реализация этого направления предполагает разработку теоретических, методических и практических основ создания трансгенных растений, проведение лонгитюдных исследований и экспериментальной работы а полевых условиях. 2. Проект «Биологическая защита растений (биопестициды) предполагает разработку и производство современных биопестицидов с импортозамещением на 50%. 3. Проект «Ветеринарная биотехнология (вакцины, лекарства и др.) включает разработку и производство новых вакцин, диагностикумов и лекарственных препаратов для ветеринарии с импортозамещением 70%.4. Проект «Отечественные трансгенные животные» включает создание экспериментальных моделей трансгенных животных. 4. Проект «Биоценозы почв» подразумевает разработку теоретических и практических основ биологического земледелия, экспериментальную проверку типовых моделей в разных агроландшафтах. В подпроект «Биоудобрения» входит широкомасштабное внедрение биоудобрений в агробиотехнологию.

Известно, что с каждым годом население Земли увеличивается, растет и потребность в продуктах питания, производство которых необходимо увеличить к 2025 году в два раза.

Часть биосферы, которую человек использует для сельскохозяйственного производства, называется агросфера. В настоящее время агросфера вступила в очевидный конфликт со стабильностью биосферы. Пашней занято 10% суши, сенокосами и пастбищами – еще 20%. Во многих районах планеты ее ресурсы исчерпаны и дальнейшее увеличение доли агросферы невозможно.

Всего же в сельское хозяйство вовлечено 4.5 млрд. га земли, где трудятся 2 млрд. человек. Из них под зерновым клином находится 1.5 млрд. га. Резервных площадей для экстенсивного развития отрасли практически нет, весь необходимый прирост продукции возможен лишь за счет интенсификации производства.

Развитие сельскохозяйственных технологий и распространение их на все континенты разрушает биоразнообразие. Биомасса создаваемых агроценозов, например на месте леса, никогда не достигнет биомассы леса. Продуктивность агроценозов уступает продуктивности естественных экосистем. В экосистемах, где доминирует человек, теряется до трети первичной продукции. Современные сельскохозяйственные технологии ведут к разрушению почвы, загрязнению воды и т.д.

За 100 последних лет эрозия и другие процессы, вызывающие деградацию почвы, вывели из пользования 27% (2 млрд. га) сельскохозяйственных угодий. Для США, в частности, цифра потерь из-за эрозии составляет 120 млн. га в год, Франции - 5, а в бывшем СССР - 152 млн. га, или 2/3 всех пахотных земель, находится в эрозийно-опасном состоянии. Процесс опустынивания охватил 19% (около 30 млн. км2) всей суши планеты и распространяется на новые территории со скоростью 50 тыс. км2 в год.

Для 3-4 тыс. используемых человеком "культурных" растений известно около 30 тыс. видов патогенов: 25 тыс. грибковых болезней, 600 вызывают черви-нематоды, более 200 - бактерии, более 300 -вирусы. У риса и пшеницы известны по 100 возбудителей болезней, у кукурузы -60, у ячменя и сорго - по 50. Из-за них еще до сбора урожая теряются 10-15% зерна. Различные паразиты, в том числе насекомые, и сорняки доводят объем предуборочных потерь уже до 25-40%. В мире из-за насекомых теряется 14% урожая, заболеваний растений, вызванных червями и грибами, - 12%, сорняков - 9% и 10% уничтожаются грызунами. Предуборочные потери зерновых составляют 1800 млн. т. А после уборки в процессе транспортировки и хранения гибнут еще 5-25% урожая. И получается, что в развитых странах суммарные потери достигают 40%, в развивающихся, по вполне понятным причинам, они превышают 50% возможного урожая.

С лица Земли исчезли (или близки к исчезновению) до 25 тыс. видов высших растений и более 1 тыс. видов позвоночных. Вымерли тысячи уникальных пород домашних животных. В очевидный тупик пришли традиционные методы самой «зеленой» революции увеличения продуктивности агросистем за счет их химизации, путем внесения удобрений и химических средств защиты. В среднем, по подсчетам специалистов, каждый день исчезает 50 видов разных организмов, каждую неделю исчезает примерно 2 породы животных. Ожидается, что уже в первое столетие 3-го тысячелетия биосфера может утратить до 10-15% составляющих ее видов. Вызванный антропогенным воздействием темп вымирания превышает все, что известно на этот счет из палеонтологической летописи (Алтухов 1996). Наиболее опасна общая эрозия генофонда планеты, так как последний может существовать лишь в условиях видового разнообразия, а все идет к его резкому и неотвратимому оскудению.

В то же время если сопоставить в глобальном масштабе известную информацию об основных местах возникновения аграрных цивилизаций и данные о максимальной деградации почв, становится очевидным, что за 10 тысячелетий существования сельского хозяйства все имевшиеся технологии использования земель практически исчерпали себя. Аграрные системы достигли своего не только предела распространения, но и использования почв.

Положение в сельском хозяйстве осложнилось в связи со снижением плодородия и сокращением пахотных земель. Уже в 1991 г. Потери верхнего слоя земли вследствие её деградации в 16-300 раз превышали способность почвы к естественному восстановлению в различных регионах мира. По некоторым оценкам, деградация земли с 1945 по 1990 год привела к снижению производства продовольствия в мире на 17%.Попытки компенсировать эти потери за счет ирригации и химизации дали определенный положительный эффект, но разрушающе воздействовали на окружающую среду.

Поэтому вопрос состоит в том, бороться ли с глобальным изменением климата, изничтожением лесов и голодом или же "сотрудничать" с изменениями окружающей среды, беря на вооружение биотехнологию и генную инженерию, не задаваясь вопросом об эволюционных, экологических и медико-биологических последствиях широкого распространения генетически модифицированных организмов. Для решения проблемы существует ряд методов:

«Адаптивная селекция», поиск молекулярно-генетических маркеров адаптации к конкретным условиям выращивания; поиск доноров генных ансамблей - молекулярно
генетические сравнения генофондов доместицированных и близкородственных диких видов; использование «провокационных фонов» для выявления генных ансамблей, ассоциированных с повышенной устойчивостью к неблагоприятным средовым воздействиям; необходимость наличия исходных, высокоадаптированных к местным условиям сортов и др.

В настоящее время на единицу растениеводческой продукции происходит увеличение затрат невосполнимой энергии, при этом происходит падение продуктивности зерновых

Если с 1960 г по 2000 глобальная продуктивность зерновых возросла примерно в 2, 3 раза в том числе и в расчете на 1 гектар, то вклад в увеличение урожайности за это время возрос: воды: в 2 раза, азотистых удобрений: в 10 раз, фосфорных удобрений: в 7,5 раз, пестицидов: в 6 раз. Эффективность вклада азотистых удобрений в получение урожая зерновых с за этот период упала в 4 раза.

Вместе с тем произошло истощение генетического разнообразия в результате сужения круга используемых сортов в глобальном масштабе, вытеснения аутохтонных, накопления генетического груза, в мировых генбанках культурных растений собраны миллионы образцов, только 1% из них исследован в отношении их потенциальных свойств.