Біологічний напрям науково-технічного прогресу

Біологічний напрям НТП ґрунтується на новітніх досягненнях сучасної біології. Основні складові біологічного напряму НТП показані на рис. 19.1.

Рис. 19.1. Основні складові біологічного напряму НТП

Альтернативним хімічному способу захисту рослин від шкідників і хвороб є їх біологічний захист за допомогою ентомофагів та ентомопатогенів. Нині найбільшого використання набув такий ентомофаг, як трихограма. Її застосування на озимій пшениці проти совки забезпечує (за даними науково-дослідних закладів) прибавку врожаю на 1,6—2 ц/га, на кукурудзі проти стеблевого метелика — на 1,8—2,3, на капусті проти совки і білянки — на 20—30, на горосі проти совки і плодожерки — на 1,3—1,8, на цукрових буряках проти совки і лугового метелика — на 15—20 ц/га.

Особливо висока економічна ефективність досягається при застосуванні біологічного методу захисту рослин у закритому ґрунті, що являє собою унікальне екологічне середовище, в якому за допомогою цього методу можна повністю відмовитися від застосування отрутохімікатів. А це надто важливо, оскільки овочі з теплиць споживаються людьми в свіжому вигляді без термообробки. Найпоширенішими шкідниками в теплицях є білокрилка і павутинний кліщ, а їх природними ентомофагами — відповідно енкарзія і кліщ фітосейулюс. Личинки енкарзії живляться тільки яйцями, відкладеними білокрилкою, а кліщ фітосейулюс поїдає вик­лючно павутинний кліщ. Там, де ці ентомофаги присутні в достатній популяції, білокрилки і павутинного кліща практично немає.

Кожне тепличне господарство для розведення енкарзії і фітосейулюса повинне мати спеціальні біолабораторії, витрати на утримання яких відносять до змінних витрат. Ефективність цього біометоду проявляється за двома напрямками:

· зменшуються витрати на боротьбу з цими шкідниками у 8—10 разів порівняно з витратами на придбання отрутохімікатів і їх внесення (за один оборот овочі обробляються пестицидами 15—20 разів за умови відсутності їх біологічного захисту);

· зростає урожайність овочів закритого ґрунту на 20—50 %.

У картоплярстві найбільш болючою проблемою є боротьба з таким грізним шкідником, як колорадський жук. Боротьба з ним вимагає великих витрат отрутохімікатів, коштів на їх придбання і внесення. Але вже тепер ці витрати можна скоротити на 60—70 % завдяки застосуванню бактеріального препарату бітокси­бациліну. Важливо також, що в Україні інтродуковані (завезені з інших країн і адаптовані) ентомофаги колорадського жука подізус і періллюс.

Важливою ланкою біологічного напряму НТП є створення принципово нових сортів і гібридів рослин і тварин, що мають високий потенціал урожайності й продуктивності, підвищену стійкість до стресових явищ навколишнього середовища — посух, хвороб, шкідників, надмірного зволоження тощо. Такий потенціал урожайності і підвищена стійкість досягаються завдяки вдосконаленню традиційних методів селекції, а також шляхом застосування сучасних методів біотехнології — генної і клітинної інженерії в поєднанні з традиційними методами селекції. За останні роки в нашій державі створено нове покоління високопродуктивних і адаптованих до природно-кліматичних умов регіонів сортів багатьох культур. Серед них — сорт озимої пшениці «Харус», що є стійким до несприятливих факторів і спроможний формувати урожай 100 ц/га і більше; сорти гороху Харківський янтарний та Харківський 302, які є стійкими до вилягання і можуть безпосередньо збиратися комбайном без скошування в валки; високоврожайні сорти ячменю «Фенікс» і «Джерело», гібриди соняшнику «Хортиця», «Адамс»», «Тиса».

Суть генної й клітинної інженерії полягає в цілеспрямованому перенесенні чужорідного генетичного матеріалу в клітини рослин і тварин, а також штучно спрямованих мутацій. Виведені трансгенні сорти мають низку цінних ознак: стійкість до шкідників, хвороб, вірусів і бактерій; стійкість до посух і підвищеної засоленості грунту; можливість продукування чоловічостерильних форм рослин; більш збалансований склад амінокислот; вміст крохмалю із заданими фізико-хімічними властивостями; варіабельність складу жирних кислот, завдяки чому стає економічно вигідним використовувати олійні культури для виробництва дизельного палива. Наприклад, урожайність трансгенного стійкого до вірусу тютюну вища на 5—7 % і, крім того, його вирощування дало змогу відмовитися від 2—3 разового обприскування пестицидами. При вирощуванні стійких до багатьох шкідників трансгенних сортів бавовнику типу Болгард (міцна коробочка) 60 % фермерів США відмовилися від використання інсектицидів, решта застосовувала їх лише раз, тоді як при вирощуванні традиційних сортів бавовнику їх потрібно обприскувати інсектицидами 4—6 разів. Уже отримані сорти бавовнику із забарвленим волокном будь-якого кольору. Методом генної інженерії в США створено і передано у виробництво гібриди кукурудзи, стійкі до пошкоджень європейським стеблевим метеликом, та сорти картоплі групи «Новий лист», які не ушкоджуються колорадським жуком. Нині ведеться робота по створенню трансгенних рослин, які продукували б у процесі фотосинтезу органічні речовини, придатні для виробництва пластмас, що можуть розкладатися мікроорганізмами.

Уже одержані трансгенні (тобто несучі чужорідний ген) сільськогосподарські тварини — свині, вівці, кролі. Проблема створення таких тварин складна і до кінця не вирішена, але водночас є досить перспективною, оскільки дає змогу створити тварини з високою енергією росту, підвищеною плодовитістю, здатністю ефективніше засвоювати корм і давати більше продукції.

Видатним досягненням генної інженерії є створення тварин методом клонування (Англія, 2000 р.). Це досягнення відкриває перед людством колосальні можливості, але водночас воно, як і досягнення генної інженерії в рослинництві, сприймається людством неоднозначно, оскільки не до кінця вивчені віддалені наслідки від практичного застосування результатів цих досягнень. Саме на цей аспект проблеми мають бути сконцентровані зусилля вчених-генетиків.

Практичного застосування набув такий метод біотехнології, як пересадка ембріонів і зігот для прискореного одержання високопродуктивних тварин. Істотні досягнення біотехнології є у ветеринарії. За допомогою методів клітинної й генної інженерії створені імуноферментні діагностикуми для виявлення, лікування та профілактики таких грізних хвороб тварин, як ящур, ринотрахеїт, лейкози. Саме у ветеринарії досягнення в біотехнології є одними з найбільш значних.

За допомогою генної інженерії виведені штамми мікроорганіз­мів, що продукують деякі незамінні амінокислоти. Ведуться роботи з виведення штаммів, що інтенсифікують процес травлення кор­мів організмом тварин, а також штаммів, що продукують гормон їх росту. Застосування останнього підвищує приріст живої маси великої рогатої худоби на дорощуванні й відгодівлі на 10—15 %.

В 2000—2002 рр. прискореного розвитку набула така ланка біологічного напряму НТП, як створення біостимуляторів росту і розвитку рослин і тварин. Видатні досягнення тут здобуті україн­ськими вченими Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, яким вдалося створити екологічно безпечні біостимулятори росту рослин нового покоління. Вони вищі за класом від усіх досі існуючих, оскільки діють на клітинному рівні. Застосування цих біостимуляторів дає змогу підвищувати врожай на 10—25 %, скоротити термін дозрівання, зменшити в рослинах вміст нітратів і важких металів, збільшити харчову цінність продукції, зменшити вихід некондиції, підвищити захисні властивості рослин, їх стійкість до захворювань, стресів, спричинених несприятливими погодними умовами. Це дозволяє знизити на 20—30 % обсяг використання пестицидів.

В останні роки (2000—2002 рр.) найбільшого поширення набув біостимулятор росту природного походження Емістим С. Його одержують шляхом штучного культивування мікроскопічних грибів із коріння жень-шеню та обліпихи, під час якого утворюється унікальний комплекс ростових речовин. Цей біостимулятор ефективно стимулює ріст і розвиток практично всіх сільськогосподарських культур. Наприклад, застосування Емістиму С на значних площах озимої пшениці у виробничих умовах забезпечує приріст урожаю від 3,9 до 5,1 ц/га на фоні досить високої загальної врожайності 42—51 ц/га.

Застосування біостимулятора Потейтіну в Житомирській області забезпечило додаткове одержання бульб по 50 ц/га, причому в бульбах було на 30 % менше нітратів і на 30 % менше радіонуклідів. Водночас вміст крохмалю в них зріс.

Розглянуті біостимулятори, а також такі біостимулятори, як агростимулін, бетастимулін, зеастимулін, івін є не лише екологіч­но безпечними, а й низьковитратними — потрібно лише 10—15 мл препарату для обробки 1 т насіння або 5—10 мл для обприскування 1 га посівів. Біостимулятори — це один з кардинальних шляхів збільшення виробництва. За своїм впливом гектарна доза регуляторів прирівнюється до дії мінеральних добрив на рівні 25 кг NPK діючої речовини. За даними дослідного господарства «Тучинське» Рівненської державної сільськогосподарської дослідної станції, 1 грн витрат на біостимулятори росту рослин повертається додатковою продукцією вартістю 18—20 грн.

За останні роки в Україні набуває поширення такий вид біотех­нології, як вермикультура — промислове виробництво гумусних добрив, що грунтується на використанні дощових черв’яків чер­воної популяції, виведених у Каліфорнії (США) і придатних до промислового розведення. Дощові черв’яки мають лише їм притаманну властивість — утворювати, меліорувати і структурувати ґрунт. Саме вони створили чорноземи, і за переконанням учених, їх наявність повинна розглядатися як тест «здоров’я» ґрунту. Проте слід пам’ятати, що дощові черв’яки дуже чутливі до антропогенної діяльності людей — ущільнення ґрунту під дією важкої техніки, внесення пестицидів і добрив, особливо аміач­ної селітри і сульфату амонію. Саме через це в багатьох земельних ділянках дощові черв’яки повністю або майже зникли, ґрунт став «мертвим» через істотне ослаблення зоофауни, яка стає неспроможною переробити органічну речовину на гумус. За таких обставин на цих землях внесення гною залишається малоефектив­ним. Тому стає очевидною важливість і необхідність біовиробництва гумусу за допомогою дощових черв’яків, поставленого на промислову основу.

Унікальним є те, що черв’яки здатні перетравлювати органічну масу, а це надто важливо для утилізації гноєвих стоків великих тваринницьких комплексів, у тому числі свинарських. Вони також перетравлюють солому, листя, тирсу, комунальні відходи очисних споруд міст, відходи м’ясокомбінатів тощо. За даними дослідників, переробивши 1 т органічної речовини, каліфорнійські черв’яки створюють 600 кг гумусу і, розмножуючись, дають 100 кг біомаси,яка є висококалорійним білковим кормом для тварин. Одержаний біогумус в 15—20 разів ефективніший за будь-яке органічне добриво, оскільки здатний відновляти «мертвий» ґрунт, має всі необхідні для рослини поживні речовини в збалансованій формі, а також високу вологовмісткість — здатний утримувати до 70 % води. Важливо й те, що поживні речовини біогумусу повільно розчиняються, а тому не вимиваються з ґрунту.

Технологія виробництва біогумусу не складна. Можуть використовуватися закриті приміщення, просто неба в гноєвих буртах тощо. Економічна ефективність такого виробництва дуже висока. Здійснювати омоложення ґрунту біогумусом раз у чотири роки — гарантія одержання високих урожаїв сільськогосподарських культур.

Існують й інші складові біологічного напряму НТП, наприклад, створення безвідходної технології в промисловому птахівництві.