Биологические основы выращивания сельскохозяйственных растений
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 19.09.2024
Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных
Для достижения генетически запрограммированной продуктивности сельскохозяйственные растения нуждаются в создании оптимальных условий. В первую очередь им, безусловно, необ ходима соответствующая интенсивность освещения, которая обеспечивает протекание процессовфотосинтеза, однако если пшеница требует высокой интенсивности света, то кофейные деревья необходимо выращивать в тени. Не менее существенным фактором является и достаточное коли чество влаги в почве, что можно обеспечить в основном благодаря созданию оросительных систем, хотя в настоящее время все чаще прибегают к капельному поливу. Еще одним важным условием повышения урожайности сельскохозяйственных культур является обеспечение их элементами минерального питания. Эту проблему частично можно решить путем внесения в почву удобрений, что, однако, сопряжено с риском чрезмерного их накопления и смыва в близлежащие водоемы. Поэтому стараются применять многопольные севообороты, в которые включают бобовые, образу ющие симбиоз с клубеньковыми бактериями, переводящими атмосферный азот в доступную для растений форму.
С момента зарождения земледелия культурные растения страдают от вредителей и возбудите лей различных заболеваний, которые снижают их урожайность, а в некоторых случаях и полно стью уничтожают посевы. Причиной таких стихийных бедствий является их пониженная устой чивость к факторам среды и занятие больших площадей одним видом растений. Для борьбы с вредителями растений долгое время использовали химические вещества — пестициды, однако со временем выяснилось, что появились новые расы, устойчивые к этим веществам, а сами пе стициды обладают токсическим и мутагенным действием. Поэтому в настоящее время во многих странах использование пестицидов существенно ограничено или вовсе запрещено. В связи с этим на передний план выходят биологические методы борьбы с вредителями, которые связаны либо с массовым размножением хищника или паразита данного вредителя, либо с нарушением размно жения вредителя путем отлова самцов, а также с искусственной стерилизацией самцов, которые не дают потомков в результате скрещивания с нормальными самками.
Сельскохозяйственные животные, выращиваемые по интенсивным технологиям, также нуж даются в особых условиях. В первую очередь, им требуются сбалансированные корма, в которые ранее добавляли белок, полученный в результате бактериального синтеза, однако затем от него отказались, поскольку он мог вызывать аллергии не только у животных, но и у работников пред приятий и жителей близлежащих населенных пунктов. Поэтому в настоящее время корма состав ляются большей частью на растительной основе.
Перспективы развития растениеводства и животноводства и, в конечном итоге, решение про блемы кризиса продовольствия связаны в основном с прогрессом биотехнологии, клеточной и ген ной инженерии.
3.9. Биотехнология, клеточная и генная инженерия, клонирование. Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии. Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека, направленные изменения генома).
3.9.1. Клеточная и генная инженерия. Биотехнология.
Биотехнология, ее направления
Биотехнология — это применение биологических процессов и использование живых организ мов в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и других отраслях человеческой деятель ности.
Несмотря на то, что биологические процессы издавна используются человеком в хлебопечении, сыроварении, виноделии, пивоварении, научный этап развития биотехнологии начался с 70-х го дов XIX века с открытием JI. Пастером процесса брожения, а столетием позже биотехнология пре вратилась в бурно развивающуюся отрасль. В настоящее время прогресс в области биотехнологии тесно связан с применением методов генной и клеточной инженерии, а также клонированием.
В качестве основных направлений биотехнологии рассматриваются получение продуктов пи тания, кормовых добавок и ценных кормовых белков, лекарственных препаратов и средств диа гностики, биотоплива, борьба с загрязнением окружающей среды, защита растений от вредителей и болезней, а также создание штаммов микроорганизмов, сортов растений и пород животных с новыми полезными свойствами.
В настоящее время в хлебопекарной и кондитерской промышленностях, пивоварении и вино делии применяются различные штаммы дрожжей. Благодаря способности осуществлять спирто вое брожение для них нашлось место и в технологиях выработки биотоплива, например, биодизе ля из растительного сырья, особенно рапса. Другие микроскопические грибы широко используют для получения кефира, сыров, антибиотиков, лимонной кислоты, кормовых белков и т. д.
Очистка окружающей среды ведется в основном в двух направлениях: разложение органиче ских остатков и накопление отдельных химических элементов, органических и неорганических веществ некоторыми видами бактерий, водорослей и простейших. С помощью методов селекции и генной инженерии уже выведены штаммы бактерий, способные разлагать соединения, утилизи ровать которые встречающиеся в природе виды неспособны, например пластмассы и полиэтилен. В процессе расщепления органических остатков бактерии могут выделять и горючие газы, в том числе метан, что легло в основу технологий получения биогаза из отходов растениеводства и жи вотноводства.
В связи с тем, что бактерии, грибы и вирусы способны эффективно бороться с вредителями сельского и лесного хозяйства, а также с возбудителями и переносчиками заболеваний, их штам мы используют для приготовления биопрепаратов. Преимущество этих биологических методов борьбы состоит в том, что они не только снижают численность паразитов, будучи безвредными для других организмов, но и не загрязняют при этом окружающую среду токсичными соединениями.
Клеточная и генная инженерия, клонирование
Клеточная инженерия — метод конструирования клеток нового типа на основе их культиви рования на питательной среде, гибридизации и реконструкции. При этом в клетки вводят новые хромосомы, ядра и другие клеточные структуры.
Достижения клеточной инженерии растений, которая позволяет сформировать целое растение, в том числе с измененными свойствами, из отдельной клетки, нашли широкое применение в рас тениеводстве и селекции. Так, стали возможными соматическая гибридизация, клеточная селек ция, гаплоидизация, преодоление нескрещиваемости в культуре и другие приемы.
Технологии искусственного оплодотворения, за разработку которых присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины в 2010 году, также базируются на методах клеточной инженерии.
Генная инженерия — это отрасль молекулярной биологии и генетики, задачей которой является конструирование генетических структур по заранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой. Во многих случаях это сводится к переносу не обходимых генов от одного вида живых организмов к другому, зачастую очень далекому по происхождению.
Клонирование — это получение многочисленных копий гена, белка, клетки или организма. Клонирование генов чаще всего осуществляется с помощью бактерий и вирусов, поскольку, на пример, одна вирусная частица бактериофага, в которой содержится нужный ген, за один день может образовать более 10 12 идентичных копий себя и этой молекулы.
Клонирование растений также не представляет значительной трудности, поскольку клетки растений тотипотентны, т. е. из одной клетки можно восстановить целый организм, особенно если культивировать эти клетки на питательной среде со всеми необходимыми веществами.
Массовое размножение генетически идентичных животных долгое время сталкивалось с та ким существенным препятствием, как отсутствие способности к бесполому размножению у выс ших животных. Однако в 1997 году эта проблема была разрешена с получением первого клони рованного организма — овцы Долли. Для клонирования были взяты клетки молочной железы ее генетической матери, а также яйцеклетки суррогатной матери. Ядра яйцеклеток удалялись, а на их место вводились ядра клеток молочной железы. После стимуляции развития зиготы электри ческим током делящийся зародыш короткий промежуток времени культивировали на питатель ной среде, а затем вводили в матку суррогатной матери. К сожалению, из пяти пересаженных эмбрионов выжил лишь один.
В настоящее время клонирован уже целый ряд видов животных — мыши, собаки, коровы и др., однако клонирование человека запрещено законодательством многих государств и между народными договорами.
Кроме того, культивирование клеток растений на фоне высоких концентраций солей и других соединений позволяет сократить сроки выведения новых сортов пшеницы, сои и других важней ших сельскохозяйственных культур до одного-двух лет.
Клонирование животных, особенно с генетически измененными признаками и свойствами, по зволяет вывести более продуктивные породы и добиться их быстрого размножения, однако этот процесс пока еще слишком трудоемок и дорог, чтобы применяться в промышленном масштабе.
Трансформация бактерий позволила уже в начале 80-х годов XX века получать биологически активные вещества — инсулин, соматотропный гормон, интерферон, которые применяются в ме дицине, а также создать новые штаммы микроорганизмов, предназначенных для очистки сточных вод, ликвидации нефтяных разливов и т. д. Путем селекции выведены также и формы бактерий, с помощью которых получают антибиотики, извлекают цветные металлы, получают биогаз.
В будущем возможно использование клонирования в сочетании с другими отраслями биотех нологии не только для размножения растений, микроорганизмов и грибов, но и для восстанов ления исчезнувших видов животных, возобновления природных популяций исчезающих видов. Однако для этого необходимо вначале создать генные банки, поскольку ДНК довольно быстро подвергается разрушению в окружающей среде.
Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека, направленные изменения генома)
Расширение сферы влияния биотехнологии, с одной стороны, преследует благородные цели, поскольку с ее помощью стало возможным преодоление бесплодия, лечение многих наследствен ных и приобретенных заболеваний, а также решение продовольственных и экологических проблем современности. С другой стороны, активное вторжение современных технологий в медицину не может не настораживать, поскольку это сопряжено с операциями с клетками и тканями человека.
Например, не совсем ясно, почему по американским законам при искусственном оплодотворении берется две донорские яйцеклетки, но пересаживается только одна из них, тогда как вторая за мораживается, помещается в специальный банк и не выдается родителям даже по специальному запросу.
Большинство стран законодательно ограничило эксперименты по клонированию человека в ос новном по этическим соображениям, поскольку они направлены не просто на воспроизведение человека, но и на последующее использование клеток, тканей и органов зародыша для экспери ментов, а также в качестве их донора. В связи с этим во всем мире активно обсуждается вопрос о допустимости подобных действий. Не прибавляет оптимизма и возможное клонирование каких- либо диктаторов, например Гитлера или ныне живущих известных личностей.
В ряде случаев попытки клонирования наталкиваются и на религиозные запреты, поскольку бездетность, как и различные заболевания, считаются промыслом Божьим, а их преодоление — святотатством.
Применение генных технологий в создании новых сортов растений, пород животных и штам мов микроорганизмов также вызывает некоторые опасения, поскольку их попадание в окружаю щую среду может вызвать неконтролируемое распространение, например, раковых генов, и при вести к необратимым последствиям для жизни и здоровья человека. Так, опыление пыльцой трансгенных растений генетически немодифицированных сортов и видов может стимулировать появление сверхустойчивых к химическим и биологическим средствам борьбы сорняков.
Особую опасность представляет внесение новых генов в сбалансированный геном, откуда они могут быть исключены в любой момент, что может привести к появлению каких-либо вирусопо добных организмов.
Потребление продуктов, полученных с использованием генетически модифицированных орга низмов, по некоторым данным, приводит к существенным нарушениям в репродуктивной сфере человека, а в перспективе может угрожать и самой жизни, поскольку мутировавший лишь по одному нуклеотиду ген устойчивости картофеля к поеданию колорадским жуком кодирует белок, смертельно опасный уже и для человека. И хотя это является маловероятным, поскольку ДНК потребляемых нами продуктов должна расщепляться в кишечнике, все же такая вероятность су ществует, и сбрасывать ее со счетов не приходится.
Сравнительно слабая изученность проблем клонирования и применения генных технологий за ставляет многие правительства принимать решения по ограничению сферы их применения и спе циальной маркировке продуктов питания, полученных таким способом, с целью информирования.
Агротехнология (agros – поле, techne – искусство, мастерство, умение, logos – учение, наука) - это совокупность методов (приемов) воздействия в процессе производства продукции. Агротехнология (агротехника) в растениеводстве включает в себя технологию выращивания (возделывания) и уборки зерновых, кормовых, технических или других культур.Теоретической основой агротехнологий в растениеводстве являются, прежде всего, биология растений и агроэкология наряду со смежными науками (ботаника, физиология растений, земледелие, сельхозмашины, экономика и др.).
Биологические и экологические основы агротехнологий
Устойчиво высокие урожаи полевых культур возможно получать только при полном удовлетворении биологических потребностей возделываемых растений путем своевременного и оптимального обеспечения их всеми факторами жизни в определенных экологических условиях, с помощью дифференцированного (адаптивного) комплекса агроприемов.
Биология растений – наука об их жизни и требованиях к условиям произрастания. Для нормального роста и развития растениям необходимы: свет, тепло, влага, питательные вещества и воздух. Каждый фактор имеет свои экологические оптимумы и пределы, позволяющие той или иной культуре проявить свою продуктивность, или же, влияя отрицательно, снижает урожай до такого уровня, при котором еще возможно сельскохозяйственное производство.
Для характеристики индивидуального и исторического развития растений используют следующие термины (понятия): онтогенез, филогенез, органогенез.
Онтогенез – индивидуальное развитие растения от момента оплодотворения яйцеклетки и образования зиготы до естественной смерти.
Филогенез– эволюция вида, т.е. развитие его в ряду последовательных поколений со времени образования.
Органогенез- (морфогенез) – возникновение и развитие органов, частей и признаков организма в процессе онтогенеза, сопровождающееся дифференциацией клеток и тканей, образующих орган.
Жизненный цикл однолетнего семенного растения (от семени до семени) включает в себя 5 возрастных периодов, 12 этапов орогенеза, стадии развития, фазы (до 10) и подфазы роста. У семенных растений Н.Н. Кулешов выделил следующие возрастные периоды: 1) эмбриональный, или семенной, - состояние проростка, использующего запасы питательных веществ материнского семени; 2) юности (или молодости), характеризующийся появлением вегетативных органов; 3) зрелости, когда формируются органы размножения; 4) размножения; 5) старение материнского растения, созревания плодов и семян.
Фенологические фазы (фенофазы) – фазы онтогенетического развития растений, формируемые по морфологическим изменениям. Например, у злаков различают следующие фенофазы: всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, спелость. Фенологические наблюдения – регистрация дат наступления и завершения фаз роста и развития растений по их морфологическим признакам, при этом отмечается как начало фазы (у 10% растений), так и ее полное наступление (у 75% растений).
Формирование каждого органа, как и растения в целом, включает ряд этапов. В развитии злакового растения Ф.М.Куперман установила 12 этапов органогенеза, общих для всех покрытосеменных растений.Каждый этап органогенеза характеризуется присущим ему состоянием нарастания конуса нарастания и образованием соответствующих органов и элементов продуктивности.
I.Формирование первичного конуса нарастания стебля. В набухшем от влаги семени начинается активное образование зародышевых органов. При прорастании зерновки трогается в рост главный зародышевый корешок. Через сутки-двое появляются зародышевые корни. Конус нарастания (точка роста) недифференцированный. Этап завершается прорастанием семени. Элементы продуктивности – полевая всхожесть и густота стояния растений.
II.Усиленная дифференциация конуса на зачаточные узлы и междоузлия стебля, а также зачатки стеблевых листьев. Элементы продуктивности – высота и число листьев, коэффициент кущения.
III. Вытягивание конуса нарастания с образованием сегментов колоса. С началом кущения образуются вторичные (узловые) корни. Элемент продуктивности – число члеников колосового стержня.
IV. Закладка и формирование колосковых бугорков (конуса нарастания второго порядка).Растут нижние междоузлия. Элемент продуктивности – число колосков в колосе.
V.Формирование цветков и колосков. Первыми начинают дифференцироваться колосковые бугорки средней части колоса. На этом этапе окончательно определяется потенциально возможное для сорта число цветков в колосках.
VI. Формированиеспорогенной ткани пыльниковых мешков и завязи пестика.Идет рост тычинок, пестика и покровных органов цветка. Усиленно растут средние междоузлия. Элемент продуктивности – число цветков в колосках.
VII. Завершение процесса формирования пыльцы. Усиливается рост тычиночных нитей. Начинается интенсивный рост члеников соцветия и покровных органов цветка, а также верхних междоузлий. Элементы продуктивности – фертильность цветков, плотность колоса.
VIII. Завершается процесс формирования всех органов соцветия и цветка. Усиленно растет самое длинное верхнее междоузлие. Элементы продуктивности – фертильность цветков, плотность колоса.
IX. Цветение, оплодотворение, образование зиготы. Рост междоузлий стебля прекращается. Элемент продуктивности – озерненность колоса.
X. Формирование и рост зерновки и органов семени. К концуэтапа зерновки достигают типичных для сорта размеров по длине. Элемент продуктивности – величина зерновки.
XI. Накопление питательных веществ в зерновке (налив), идет их рост в толщину и ширину. Элемент продуктивности - величина зерновки.
XII. Рост зерновки прекращается, наступают восковая и полная спелость. Превращение питательных веществ в запасные, созревание семени. Элемент продуктивности – масса зерновки.
Описанные этапы органогенеза используются в практической деятельности. По ним определяют сроки дробного внесения азотных удобрений или сроки полива при орошении.
Европейской ассоциацией по селекции растений (EUCARPIA) лучшей признана десятичная шкала развития злаков (ЕС). Десять фаз пронумерованы от 0 до 10 (0 – прорастание, 1 – рост проростков, 2- кущение, 3 – выход в трубку, 4 – набухание листового влагалища, 5 – колошение, 6 – цветение, 7 – молочное состояние, 8 – восковая спелость, 9 – полная спелость). Каждая основная фаза разделена на подфазы (микрофазы), закодированные также от 0 до 9. Таким образом, весь цикл развития злаков кодируется от 00 до 99.
Шкала микрофаз позволяет более детально контролировать по времени процессы формирования колоса, колосков, цветков, формирования и развития зерновок и на этой основе строить систему ухода за посевами, обеспечивающую получение высокой урожайности культуры и зерна высокого качества.
Фенологические фазы и этапы органогенеза используют в практической деятельности для определения соответствия факторов жизни биологическим особенностям растений, для установления сроков внесения удобрений, орошения и др., что позволяет управлять формированием элементов продуктивности. Вследствие неодновременного образования органов продуктивности низкий показатель одного из элементов урожайности можно в определенной степени компенсировать более интенсивным развитием других элементов путем оптимизации факторов жизни растений в период их формирования (подкормки, поливы, защита от сорняков, вредителей, болезней и др.).
Экологические требованиявозделываемых в полевой культуре растений отличаются по целому ряду признаков (по продолжительности жизни, реакции на длину дня, типу развития и характеру роста, способу опыления, длине вегетационного периода, по отношению к теплу, влаге и др.).
■По продолжительности жизни различают растения однолетние, двулетние и многолетние (3 года и более).
■По способу опыления – самоопыляющиеся (пшеница, ячмень, горох, соя и др.) и перекрестноопыляющиеся (рожь, кукуруза, сорго, люцерна, гречиха, подсолнечник и др.)
■По продолжительности цветения различают растения с коротким периодом цветения и дружным созреванием (эйхронные) и с длинным периодом цветения и растянутым созреванием (ахронные). Это свойство обусловлено особенностями роста. У эйхронных растений (пшеница, подсолнечник, мак, лен и др.) соцветия образуются в результате дифференциации точки роста стебля, после цветения у таких растений рост прекращается. У растений ахронных (гречиха, горох, свекла, бахчевые, люцерна и др.) соцветия образуются в пазухах листьев, а точка роста стебля может образовывать вегетативные органы до конца вегетации.
■По продолжительности вегетационного периода различают однолетние культуры с короткой (60-80 суток – горох, ячмень, гречиха и др.), средней (90-110 суток – яровая пшеница, овес, лен, горчица и др.) и длинной (120-140 суток – сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза и др.) вегетацией. Озимые хлеба, включая период перезимовки, вегетируют 280-340 суток. Вегетационный период растений протекает от всходов до полной спелости.
■По степени развития корней различают культуры с сильно развитой – глубже 2,5 м (кукуруза, подсолнечник, люцерна, сахарная свекла), среднеразвитой – до 1,5 м (пшеница, рожь, ячмень, картофель) и со слаборазвитой корневой системой – до 0,7-0,9 м (гречиха, фасоль, лен).
■По необходимой площади питания – различают растения, требующие большую – 1,0-2,5 м 2 (бахчевые), среднюю 0,1-0,2 м 2 (культуры широкорядного посева – кукуруза, свекла, подсолнечник) и малую до 0,005 м 2 (культуры обычного рядового и узкорядного посева (зерновые, зернобобовые, многолетние травы) площадь питания.
■По отношению к рН почвенного раствора имеются культуры, требующие рН от 7,0-7,5 до 8,0 – сахарная свекла, конопля, люцерна и др.; рН 6,0-7,0 – пшеница, ячмень, кукуруза, зернобобовые (кроме люпина), подсолнечник, клевер и др. и малотребовательные к реакции почвенного раствора (рН 5,0-7,5) – рожь, овес, гречиха, просо и др.
■По устойчивости к засолению почвы различают: солеустойчивые – сахарная свекла, арбуз, тыква, люцерна, донник, выдерживающие содержание солей до 0,7-0,9%, среднеустойчивые (0,4-0,6%) – пшеница, ячмень, просо, сорго и неустойчивые – овес, горох, кукуруза гречиха и др.
■Требовательность растений к питательным веществам связана с их химическим составом. Высокобелковые культуры (бобовые, рапс и др.) больше потребляют из почвы азота; сахар- и крахмалсодержащие растения (свекла, картофель, гречиха и проч.) – калия. Масличные и прядильные культуры выносят из почвы много азота, фосфора и калия.
Корни гречихи, горчицы, люпина, кормовых бобов, донника и подсолнечника хорошо усваивают фосфор из почвы.
Обогащают почву азотом бобовые культуры за счет симбиотической азотфиксации, а обедняют – злаки и др. Для активного симбиоза бобовой культуре наряду с вирулентной расой ризобий (клубеньковых бактерий) требуется определенный комплекс условий: средне- и легкосуглинистые хорошо аэрируемые оптимально влажные почвы, богатые органическим веществом; нейтральная реакция почвенной среды; достаточное содержание в почве фосфора, калия, кальция, молибдена и бора, малое количество минерального азота; высокая культура земледелия и др. Ухудшают азотфиксацию бактериофаги, клубеньковые долгоносики, нематоды и болезни.
■К плодородию почвы более требовательны высокоурожайные культуры, имеющие недостаточно мощную корневую систему – это пшеница яровая и озимая, ячмень, горох, горох, фасоль, лен, конопля, картофель и др. их высевают на более плодородных почвах. Менее требовательны к плодородию почвы: рожь, сорго, овес, нут, чина, пелюшка, люпин желтый и синий, сераделла, гречиха и др. Эти культуры меньше снижают урожайность при выращивании их на менее плодородных смытых, супесчаных почвах.
•Песчаные и супесчаные удобренные почвы можно использовать для возделывания озимой ржи, овса песчаного, сорго, картофеля, турнепса, столового и кормового арбуза, сераделлы, эспарцета песчаного, люцерны желтой, житняка. Не выносят песчаных почв: кукуруза, пшеница, ячмень, горох посевной, сахарная свекла и др.
•Легко- и среднесуглинистые почвы больше подходят для овса, проса, сорго, сои, гречихи, ячменя, подсолнечника, фасоли, гороха, картофеля.
•Тяжелосуглинистые и глинистые структурные почвы предпочтительны для озимой и яровой пшеницы, ячменя, кукурузы, подсолнечника, кориандра, нута фасоли, сахарной свеклы, конопли, вики, клевера лугового, донника желтого и белого, люцерны синей.
•Эродированность (смытость) почв сильнее снижает урожайность сахарной свеклы, картофеля, бахчевых культур, подсолнечника, пшеницы, проса и др. На среднесмытых почвах можно возделывать ячмень, гречиху, зернобобовые, однолетние травы и др.; на сильно смытых – овес, рожь, люцерну желтую, эспарцет песчаный, донник, житняк и др. Склоновые смытые почвы желательно отводить для долголетнего залужения.
•На щелочных почвах высевают люцерну, свеклу, нут, капусту и др., а на почвах с нейтральной или слабокислой реакцией почвенного раствора – пшеницу, ячмень, кукурузу, зернобобовые (кроме люпина), подсолнечник, клевер, а на кислых почвах – люпин, сераделлу, турнепс, брюкву, картофель. Рожь, овес, гречиха, просо, тимофеевка малотребовательны к рН почвы.
•На засоленных почвах можно высевать: люцерну желтую, лядвенец рогатый, донник, житняк, нут, ячмень, арбуз, тыкву, капусту, рапс, горчицу и сахарную свеклу.Неустойчивы к засолению: фасоль, морковь, гречиха, кукуруза, клевер луговой и ползучий, лисохвост и др.
•На карбонатных почвах лучше удаются: эспарцет песчаный, донник желтый и белый, люцерна желтая, нут, соя, овсяница красная, житняк гребневидный, рожь, ячмень, кукуруза, амарант, сурепица и др.
■По отношению к теплу культуры делят на теплолюбивые (происходящие из тропиков, неустойчивые к холодам и заморозкам, не имеющие озимых форм просовидные злаки, соя, фасоль, бахчевые и др.) и малотребовательные к теплу (выходцы из умеренного климатического пояса, сформировавшиеся в условиях смены теплого и холодного сезонов и выработавшие потребность в пониженной температуре для яровизации, отличающиеся холодо- и морозостойкостью, имеющие как яровые, так и озимые формы, колосовые хлеба, ранние зернобобовые, корнеплоды, крестоцветные масличные, лен, многолетние травы и др.). Выделяют также промежуточную группу среднетребовательных к теплу растений (картофель, сахарная свекла, люпин и др.). Теплолюбивые растения – культуры поздневесеннего или летнего срока посева, среднетребовательные к теплу – среднего, а малотребовательные – ранневесеннего, осеннего (озимые) или подзимнего срока сева. По устойчивости к высокой (35-40 о С) температуре выделяют группу жаростойких растений (сорго, просо, могар, нут и др.), которые больше представлены среди теплолюбивых культур.
Потребность культуры в тепле и теплообеспеченность региона выражают суммой биологически активных среднесуточных температур (более +10 о С). Зная их можно предвидеть, вызреет культура (сорт) в данном регионе или нет.
■По отношению к влаге выделяют засухоустойчивые (экономно расходующие влагу – сорго, просо, кукуруза, нут, чина, сахарная свекла, подсолнечник, житняк и др.) и влаголюбивые (типичные хлеба, картофель, рапс, гречиха, кормовые бобы, вика и др.) культуры.
Потребность растений во влагеизмеряют количеством воды (в граммах), необходимой для создания одного грамма сухого вещества. Эту величину называют транспирационным коэффициентом (ТК). В зависимости от вида и сорта растения, а также почвенно-климатических условий и погоды величина ТК изменяется в широких пределах: для озимой пшеницы он составляет 300-450, кукурузы – 230-300, гороха – 400-550, сахарной свеклы – 240-300.
Потребность в воде изменяется по фазам развития растения. Периоды наибольшей потребности растений в воде называют критическими. Для озимой и яровой пшеницы, ржи, ячменя и овса критические периоды – выход в трубку–колошение; для сорго и проса – выметывание-налив зерна; для кукурузы -цветение-молочное состояние зерна; для зерновых бобовых и гречихи – цветение; для картофеля –цветение-клубнеобразование.
Оптимальная влажность почвы корнеобитаемого слоя для большинства растений 60-80% НВ, а в период наибольшего развития ассимиляционного аппарата и интенсивного роста – 70-80% НВ.
■По реакции на длину дня (фотопериодизм) культуры делят на растения короткого и длинного дня. У растений короткого дня (просо, кукуруза,подсолнечник, соя и др.) ускоренное созревание происходит при коротком дне (10-12 час.), а у растений длинного дня (пшеница, овес, горох, лен и др.) – при длинном (14-16 час.) Существуют и фотопериодически нейтральные растения (обыкновенная фасоль, нут, гречиха и др.).
Биологические основы сельского хозяйства
Конспекты для подготовки к экзаменам
Давайте вместе сделаем данный сайт лучше! Поделитесь ссылкой на этот сайт со своими одногрупниками. Это поможет развитию нашего сайта.
На объем биологизированных технологий и органического земледелия приходится минимальный процент, однако уже сейчас ученые едины во мнении — преимущество этих двух технологий как для потенциального сохранения здоровья людей, так и для улучшения качества урожая, состояния почвы, борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур очевидно.
Мировой рынок органики на сегодняшний день можно считать самым динамично развивающимся направлением. Темпы развития за последние 20 лет выросли более чем в 5 раз.
В среднем, скорость прироста в год составляет 10-12%. Мировыми лидерами по использованию биологических средств защиты растений является Северная Америка (на ее долю приходится 30% от общего использования в мире биопрепаратов), на страны Европы также приходится 30% и около 40% — на остальные континенты и страны.
Страны-лидеры по площади зерновых культур, выращиваемых по стандартам organic
В пятерку лидеров входят: Австрия, Швеция, Эстония, Италия, Литва.
В зависимости от градации культур картина выглядит следующим образом.
Органическая пшеница в больших объемах выращивается в Австрии, Италии, Швеции.
Лидерами по выращиванию ячменя являются: Италия, Черногория, Австрия. Овса — Эстония, Болгария, Нидерланды, Бельгия, Эстония, Австрия.
Если посмотреть на страны-лидеры по площадям масличных культур, выращиваемых по стандартам органик, в ТОП-5 входят: Перу, Австрия, Словения, Швеция.
Лидерами по выращиванию подсолнечника являются: Босния-Герцеговина, Мексика, Германия, Польша, Того, Австрия, Германия, рапса — Казахстан, Швеция, Хорватия, Эстония, Италия.
Страны-лидеры по площадям овощных культур по стандартам organic: Люксембург, Исландия, Дания, Австрия, Канада.
На долю Люксембурга приходится почти 60% всех выращиваемых в мире органических овощных культур.
Нормативно-правовое регулирование биологической системы земледелия производства органической продукции в регионах РФ выглядит следующим образом.
Интенсивного развития производства органической продукции в Российской Федерации на сегодняшний день не наблюдается. Россия занимает 22-е место в мире по объему рынка органической продукции, 39-е место по уровню потребления органической продукции на душу населения и только 135-е место в мире по количеству производителей органической продукции.
При этом ассортимент средств защиты растений, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, неуклонно растет. За последние 15 лет количественный объем применения химических СЗР увеличился в 3,5 раза.
Фитосанитарные проблемы преследуют сельское хозяйство РФ
Несмотря на значительные успехи сельского хозяйства в России, растениеводство продолжает находиться под угрозой вызовов и первую очередь фитосанитарных.
Периодически констатируется усиление эпифитотий, массовое размножение фитофагов и сорных растений. Если все это привести в цифру, то ежегодно недобор урожая от вредных организмов составляет 200 млн. т. Отмечается загрязнение урожая микотоксинами. В пределах 20-30% прослеживается потеря качества урожая и лежкости при хранении. Стоит упомянуть и загрязнение урожая остаточными количествами пестицидов, которые сохраняются в почвах, особенно это фиксируется в случаях нарушения фитосанитарных технологий. Масштабная проблема в стране — это снижение супрессивности почвы, нарастание почвенных инфекций.
Специалисты ведут активную работу по созданию микробиологических препаратов:
- секвенирование и депонирование в National Center for Biotechnology Information штаммов с фунгицидной и нематицидной активностью, перспективных для разработки на их основе новых биопрепаратов;
- лабораторные образцы биопрепаратов;
- лабораторные регламенты и технические условия;
- регистрационные испытания биологического фунгицида комплексного действия для защиты зерновых и плодовых культур от экономически значимых болезней и т.д.
Ученые проводят работу по разработке методик лабораторного культивирования, поддержания и хранения маточных популяций энтомоакарифагов.
Важное место в своих исследованиях центр уделяет селекционной генетической защите растений, которая тоже применяется в органическом земледелии. На базе центра проводятся глубокие фундаментальные исследования изучения патосистемы. Кроме того, что сорта изучаются на предмет генетической защищенности, предлагаются различные приемы и подходы по продлению срока устойчивости сорта. В настоящее время очень активно ученые проводят наработки по изучению такого приема, как создание сорта смесевых посевов. К примеру, были проведены опыты на примере смеси сортов пшеницы с разной генетической основой. Уже доказано, что применение смесей, генетически различающихся по устойчивости сортов, позволяет снизить развитие болезни в среднем от 2 до 18 раз и получить прибавку урожая зерна от 4 до 60%.
Здоровье растений начинается со здоровой почвы
Эксперт привела в пример хозяйство в Центральном Черноземье, где на полях с выращивающимся картофелем, за сезон применялось 12 химических обработок от сорняков и вредителей. Та же ситуация и на полях с капустой, где каждые две недели проводили инсектицидную обработку. В Ростовской области в хозяйстве, специализирующемся на производстве лука, специалисты проводили 26 химических обработок за сезон. Эксперт акцентировала внимание на то, что будет с почвенной биотой, после такого количества попавшей в почву химии.
По мнению ученой, начинать надо именно с восстановления плодородия почвы, гумусового слоя. Несмотря на то, что многие хозяйства сейчас стремятся переходить на No-Till, позиционирующуюся именно как технологию, благоприятно сказывающуюся на плодородии почвы, о ее здоровье говорить рано. Уменьшение обработки почвы не снижает объемы применения химических препаратов. По словам ученой, в те же засушливые годы, когда в почве недостаточно влаги, попавший в нее гербицид сохраняется в нижних слоях в остаточном количестве в течение двух лет.
Отмечается глобальное падение почвенного иммунитета, которое отражается на всей отрасли растениеводства в целом. Ученая привела в пример хозяйство, на примере которого можно было оценить падение иммунитета у растений. Специалисты в ходе мониторинга посевных площадей на площади в 500 га обнаружили поражение пшеницы вирусными болезнями, против которых на сегодняшний день еще не создано эффективного препарата.
Увеличение показателя вредоносных вирусных заболеваний у сельскохозяйственных культур — это проблема не только южных регионов РФ, но и Сибири. Ситуация критичная и связана, прежде всего, с последействием химических средств защиты растений.
CROP PRODUCTION RUSSIA 2020: Топ стратегических трендов растениеводства (часть 2)
Основные стратегии улучшения урожайности и восстановления почвы
Главной функцией живого организма является сохранение постоянства внутренней среды. Растение будет направлять свои силы не на то, чтобы создавать клейковину, сахара, витамины, масло, а на то, чтобы вывести остатки инсектицидов. Именно поэтому, многие хозяйства стали отмечать потери качества продукции.
Немаловажной является работа селекционеров, которые должны создавать сорта, полностью соответствующие измененным климатическим условиям и адаптированные к ним. Одна из основных задач — помочь новым сортам раскрыть свой потенциал адаптивности. Вот здесь и возрастает роль биопрепаратов.
Эксперт привела в пример применение на картофеле фунгицида Максим. По словам специалиста, это довольно мягкий препарат, но даже он негативно сказался на количестве фосфора в почве. Даже проведенная обработка клубней Фитоспорином не помогла восстановить пищевой режим в почве, для восстановления ученым пришлось помимо обработки клубней провести двукратную обработку биопрепаратами.
На рынке сейчас представлено очень много стимуляторов и регуляторов роста, препараты по-своему хороши и нужды для сельхозкультур. В качестве основного преимущества живых препаратов является прямое действие на растение. Живые бактерии доставляют антибиотики, аминокислоты, витамины, то есть все биологически активные вещества прямо к растению. Помимо доставки биологический стимулятор способствует обмену веществ, повышая устойчивость самого растения к различным стресс-факторам, которое самостоятельно начинает вырабатывать всё что ему нужно для роста и развития.
Одним из основных преимуществ биопрепаратов является их работа на уровне агроценоза в почве, в растениях, в корнях и околокорневой зоне.
Эксперт выделила две основных стратегии для получения здорового урожая и улучшения состояния почвы:
- начинать работу следует именно с оздоровления почвы, повышения ее биологической активности, снижения остаточного количества пестицидов;
- в обязательном порядке необходимо проводить обработку семян перед посадкой.
Благодаря обработке семена будут отличаться хорошим прорастанием, активным формированием мощной и развитой корневой системы, которая, по словам эксперта, в последствии начнет питать само растение на всех стадиях его развития. Хорошо разветвленная сеть корней — это уже гарантия 30-50% успеха производственного процесса.
Ошибочным является мнение о том, что в связи со снижением дозы фунгицида с одной стороны снижается пестицидная нагрузка на культуру, но с другой — повышается резистентность патогена. Отличительной особенностью биопрепаратов является изменение биологии патогенов. Принцип работы схожий как и человека, при приеме пребиотиков, которые преобразуют патогенную микрофлору в условно-патогенную либо также как и у человека при приеме пребиотиков, они превращают патогенную микрофлору в условно-патогенный либо не патогенную микрофлору. Учеными опытным путем был доказан этот факт: после обработки Фитоспорином отмечалось прекращение образования спор возбудителями гельминтоспориоза и фузариоза, т.е. биопрепарат нарушал биологию патогена.
Читайте также: