Традиционные экстенсивные пути увеличения продуктивности агроэкосистем.

Выражение «зеленая революция» употребил впервые в 1968 г. Директор Агентства США по международному развитию В.Гауд, пытаясь охарактеризовать прорыв, достигнутый в производстве продовольствия на планете за счет широкого распространения новых высокопродуктивных и низкорослых сортов пшеницы и риса в странах Азии, страдавших от нехватки продовольствия. Она ознаменовала собой начало новой эры развития сельского хозяйства на планете, эры, в которую сельскохозяйственная наука смогла предложить ряд усовершенствованных технологий в соответствии со специфическими условиями, характерными для фермерских хозяйств в развивающихся странах. Это потребовало внесения больших доз минеральных удобрений и мелиорантов, использования полного набора пестицидов и средств механизации, в результате произошел экспоненциональный рост затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу урожая, в том числе пищевую калорию.

Идеолог Зеленой революции Норманн Борлауг, получивший за её результаты в 1970 г. Нобелевскую премию, предупреждал, что повышение урожайности традиционными методами может обеспечить продовольствием 6-7 млрд. человек. Демографический рост требует новых технологий в создании высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, которые позволят прокормить население численностью более 10 млрд. человек.

Работа, начатая Н.И. Вавиловым и Н.Борлаугом и его коллегами в Мексике в 1944 г., продемонстрировала исключительно высокую эффективность целенаправленной селекции по созданию высокоурожайных сортов сельскохозяйственных растений. Уже к концу 60-х годов широкое распространение новых сортов пшеницы и риса позволило многим странам мира (Мексике, Индии, Пакистану, Турции, Бангладеш, Филиппинам и др.) в 2-3 и более раз увеличить урожайность этих важнейших культур. Однако вскоре обнаружились и негативные стороны «зеленой революции». Вероятно, в связи с тем, что она была, в основном технологической, а не биологической.

Успехи селекции велики, её вклад в повышение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур за последние 30 лет оценивается в 40-80%. В повышение эффективности сельского хозяйства важную роль играет гибридизация. Так, при перекрестном опылении кукурузы образуются более сильные и урожайные гибриды. В компании «Plant Genetic System» в Генте такие гибриды получены не только для кукурузы, но и для рапса. Китай полностью обеспечил свою продовольственную безопасность. Именно в Китае достигнуты большие успехи в селекции риса. Это, прежде всего, высокоурожайные гибриды Золотой водопад и др.) на основе традиционных местных сортов, дающие 12-18 т/га вместо обычных 2,5-3. Сейчас их выращивают на огромных площадях в Китае, Вьетнаме и других странах Юго-Восточной Азии.

Сложность путей создания сортов становится наглядной, если, например, учесть перечень требований к новому сорту пшеницы по классическому подсчету Н.И.Вавилова. В число признаков, которым должен соответствовать новый сорт входит 46 пунктов: высокий вес 1000 семян; крупный, при созревании не осыпающийся колос; не прорастающее на корню и в снопах зерно; прочная, неполегающая соломина; оптимальное соотношение массы зерна и соломины; иммунитет к вредителям, болезням; устойчивость к засухам; пригодность к механизированной уборке и т.д. Ныне количество требований выросло еще больше. Чем больше признаков селекционер стремится объединить в одном сорте или гибриде, тем ниже темпы искусственного отбора, тем больше времени требуется для создания нового сорта. Наличие отрицательных генетических и биоэнергетических по своей природе корреляций между признаками существенно снижает темпы создания новых сортов.

Повышение эффективности селекционного процесса предполагает контроль целого комплекса популяционно- генетических характеристик и, прежде всего, таких как засоление почв, вызванное плохо спроектированными ирригационными системами, а также загрязнение почв и водоемов, обусловленное в значительной мере избыточным использованием удобрений и химических средств защиты.

Перспективы решения проблемы голода с использованием традиционных подходов селекции не внушают надежд. К 2015 г. около 2 млрд человек будут жить в бедности. Растениеводы давно пытались решить эту проблему, издавна занимаясь выведением новых, высокопродуктивных сортов, традиционными путями при помощи скрещивания и отбора, т.е. естественными путями, главные недостатки которых – ненадежность и малая вероятность получения селекционером то, что он запланировал. Кроме того, часто жизни не хватает для создания нового сорта, т.е. слишком большие временные затраты.

Обычно для получения новых сортов и пород животных используют скрещивание и методы радиационного и химического мутагенеза. Среди проблем, ограничивающих возможности традиционной селекции, можно выделить следующие: приобретение одного желательного гена сопровождается часто потерей другого; некоторые гены остаются связанными друг с другом, что значительно затрудняет отделение положительных в

Главные достоинства методов генетической инженерии заключается в том, что они позволяют передавать один или несколько генов от одного организма другому без сложных скрещиваний, причем донор и реципиент не обязательно должны быть близко родственными. Это резко увеличивает разнообразие изменяемых свойств, ускоряет процесс получения организмов с заданными свойствами. Вооруженная генно- инженерными методами селекция не может одномоментно решить все проблемы, однако она гарантирует хотя и скромные, но прочные, непрерывные и эффективные успехи в сельском хозяйстве.

Замена генетически разнообразных местных сортов новыми высокоурожайными сортами и гибридами значительно усилила уязвимость агроценозов, то было неизбежным результатом обеднения видового состава и генетического разнообразия агроэкосистем. Массовому распространению вредных видов, как правило, способствовали и высокие дозы удобрений, орошение, загущение посевов, переход к монокультуре, минимальным и нулевым системам обработки почвы и т.д.

Современные сорта позволяют повысить среднюю урожайность за счет более эффективных способов выращивания растений и ухода за ними, за счет их большей устойчивости к насекомым- вредителям и основным болезням. Однако, они лишь тогда позволяют получить заметно больший урожай, когда им обеспечен надлежащий уход, строгое выполнение агротехнических приемов в соответствии с календарем и стадией развития растений (внесение удобрений, полив, контроль влажности почвы и борьба с насекомыми- вредителями). Усиливается зависимость продуктивности агроэкосистем от техногенных факторов, ускоряются процессы и возрастают масштабы загрязнения и разрушения окружающей среды. При внедрении новых сортов необходимы дополнительные меры по борьбе с сорняками, вредителями и болезнями.

Интенсивная технология приводит к деградации почв; ирригация, которая не учитывает особенности почвы, вызывает их эрозию; накопление пестицидов разрушает баланс и системы регуляций между видами – уничтожая полезные виды наряду с вредными, иногда стимулируя безудержное размножение вредного вида, который получил устойчивость к пестицидам; токсичные вещества, содержащиеся в пестицидах, переходят в продукты питания и ухудшают здоровье потребителей и т.д.

Многие специалисты считают, что в ХХ1 в. Предстоит вторая «зеленая революция», ДНК технологическая. Без этого не удастся обеспечить человеческое существование всем, кто приходит в этот мир.. Потребуются немалые усилия как традиционной селекции, так и современной сельскохозяйственной ДНК- технологии, для того, чтобы добиться генетического совершенствования продовольственных растений в темпе, который позволил бы к 2025 г. удовлетворить потребности 8,3 млрд. человек.

Биологические методы поддержания плодородия почв – органические удобрения, смена и оптимальное сочетание культур, переход от химической защиты растений к биологической, строго соответствующие местным особенностям почв и климата, способы обработки почв (например, безотвальная пахота) – необходимые условия сохранения и повышения плодородия почв и стабилизации производства продовольствия достаточно высокого качества и безопасного для здоровья людей.

Биотехнологии в растениеводстве. Все биотехнологические этапы производственных процессов peaлизуются с помощью живых организмов. В основе большинства классических методов биотехнологии используются ферментативные процессы и в большинстве случаев объектами исследований являются микроорганизмы. Однако, бесспорное значение имеют и другие живые организмы-растения и животные, улучшение которых осуществляется с применение традиционных методов генетики, селекции, физиологии, биохимии и др. Универсальный характер современной биотехнологии проявляется широком использовании методов клеточной и генной инженерии.

Человечество с надеждой ожидает создание таких клеточных кулытур, с помощью которых можно будет производить ценные лекарственные препараты, устранить ряд наследственных, раковых и других заболеваний способствовать очистке и улучшению экологического состояния окружающей среды. Особенно перспективным представляется возможность получения новых высокопродуктивных форм растений с улучшенными показателями качества продукции. Темпы развития биотехнологии в настоящее время можно сравнить с впечатляющим прогрессом компьютерной техники более 20 лет назад, а толчком к этому послужило рождение генетической и клеточной инженерии.

Улучшение культивируемых сортов и повышение их продуктивности.Исследовательская работа по селекции новых высокоурожайных сортов хлебных злаков, в первую очередь пшеницы, была начата после второй мировой войны. Новые сорта пшеницы были выведены в Мексике, риса -на Филиппинах. Выражение "зеленая революция" появилось в середа 60-х гг. после введения в культуру этих сортов и выдвигало целый компмлекс мер, направленных на увеличение сельскохозяйственного производительности. Достигнутые результаты по селекции новых высокоурожайных сорта можно записать в актив традиционных исследований по генетике и ycoвешенствованию растений. Использованная для их получения технолгия заключалась в переносе методом скрещивания целых "созвездий" хромосомных детерминант.

Чаще всего благоприятны) являются не все признаки особи. Например, у хлебных злаков, растет прямостоящими листьями (признак, выгодный при густом посеве) могут иметь более мелкие колосья, следовательно, они будут давать и меньше зерен. Чтобы добиться успеха в отборе линий, имеющих агрономически ценные признаки, селекционеру необходимо обладать терпением высоким мастерством.

Вторая зеленая революция, о которой начали говорить с середин 70-х годов, хотя она не произошла и до сих пор, станет результатом исследований, направленных на селекцию и культивирование новых растет: устойчивых к болезням, вредителям и засухе, и которые можно будет вырашивать без применения удобрений и пестицидов.

Умелое сочетание методов культивирования in vitro с классически методами селекции значительно ускорит селекционный процесс.

Такого рода исследования базируются уже не на методах скрещивания перекрестной гибридизации и перекрестного опыления. Новые разртботки в которых используются культуры клеток, протопластов и ткана а также методы генной инженерии, нацелены на создание культурных сортов направленным воздействием на молекулярные и клеточные механизмы, которые обеспечивают биологическое разнообразие. это новые методы значительно сокращают затраты времени и труда, но им свойственна некоторая неопределенность результатов. Техника рекомбинантных ДНК и ее последовательная адаптация к миру растений способствует преодолению барьеров, препятствующих межвидовому скрещивай Она позволяет также увеличить генетическое разнообразие, которое нанесло значительный ущерб разрушение среды обитания диких видм что в свою очередь сделало многие культивируемые виды и сорта чрезмер но уязвимыми для патогенных микроорганизмов и паразитов

Контрольные вопросы к главе 2

1. Назовите основные направления и задачи сельскохозяйственной биотехнологии в растениводстве.

2. Применение методов биотехнологии в селекции, семеноводстве и технологиях возделывания сельскохозяйственных растений.

3. Основные этапы технологии получения безвирусного посадочного материала. Назовите методы тестирования на присутствие вирусов и других болезней при оздоровлении посадочного материала.

4. Дать краткую характеристику методов in vitro, используемых в генетике и селекции растений.

Литература:

1.П.Н.Харченко, В.И.Глазко. ДНК-технологии в развитии агробиологии.- Москва: «Воскресенье», 2006, - 480 с.

2. В.И.Глазко,Т.Т.Глазко Введение в ДНК- технологии и биоинформатику. – Е.: Нора – принт,2001.-543 с.

3.Глазко В.И., Дунин И.М., Глазко Г.В., Калашникова Л.А., Введение в ДНК- технологии – М.: Росинформагротех, 2001. – 436 с.

4. Дьячук Т.И., Дьячук П.А. Методические рекомендации по получению гаплоидных растений мягкой пшеницы в культуре пыльников.-М., 1989.-36 с.

5. Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножениерастений -М.: Наука, 1983.-96 с.

6. Глеба Ю.Ю. Биотехнология растений (Соровсекий образовательный журнал, 1988, № 6, с. 3-8)

7. Павловская Н.В. и др. Рекомендации по семеноводству картофеля набезвирусной основе/Павловская Н.В, Л.В. Голышкина, Л.В. Голышкин,Н.В. Парахин и др.- Орел, 1997.-18 с.

8. Эмбриология растений: использование в генетике, селекции,биотехнологии. Т.2/Пер. с англ.-М.: Агропромиздат, 1990