Биотехнология на страже урожая
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 18.09.2024
Сельское хозяйство – это ключевая отрасль мировой экономики, которая обеспечивает население едой. Россия богата землями, а это значит, что мы легко можем обеспечить себя продовольствием. Однако и проблем в сельском хозяйстве достаточно. С помощью новейших технологий исследователи находят ответы на множество насущных вопросов:
•Как вдохнуть жизнь в отработавшие и уставшие почвы?
•Как повысить урожайность любых ценных культур, а в самих культурах – содержание полезных и питательных веществ?
•Как защитить растения от болезней, вредителей, засухи и наводнений?
•Как сберечь урожай во время долгого зимнего хранения?
•Как выращивать продукцию на городских фермах?
Например, участники конкурса могут исследовать параметры роста растений (скорость прохождения стадий, прирост массы, увеличение размера) и факторы, влияющие на него, а после предложить и в эксперименте опробовать условия, при которых томаты и огурцы максимально быстро растут и плодоносят дома, в помещении.
Продукция сельского хозяйства, прошедшая длинный путь промышленной обработки, попадает к нам на стол. Качество этой пищи – ключевой вопрос продовольственной безопасности. Поэтому необходимы простые диагностические системы и тесты, которые позволят быстро оценить качество продуктов питания. И это еще одно огромное поле для исследований и творчества.
Под биотехнологиями в сельском хозяйстве понимают совокупность промышленных методов, в которых используют живые организмы и биологические процессы для производства различных продуктов с заданными свойствами. Это междисциплинарная область научно-технологического прогресса на стыке биологических, химических, техничес-ких и сельскохозяйственных наук.
Объектами агробиотехнологий являются вирусы, бактерии грибы, клетки и ткани растений, животных и человека, а также внеклеточные вещества и компоненты клеток. На сегодняшний день основные продукты агробиотехнологий – биологические средства защиты растений, биоудобрения, селекция и генная инженерия в растениеводстве, генетические улучшения пород животных, биологические кормовые добавки, продукты глубокой переработки отходов растительного и животного происхождения, а также биоэнергетика.
Применение биопрепаратов имеет свою специфику, из-за того, что это живые культуры, требуется строгое соблюдение режима транспортировки, хранения и применения. Это иная система менеджмента и работы, основанная на предупреждении, профилактике. Особенно хороший эффект биопрепараты дают при совмещении их применения с другими приемами биологизации – севооборотами, сидератами, многолетними травами. Если проблема возникла – решить ее, как правило, можно уже только химией. Применение средств биологической защиты растений в условиях действующих хозяйств изучено намного лучше по сравнению с другими биотехнологиями. Эффект от применения биопрепаратов можно получить уже в первый год применения.
Большой потенциал имеет производство биоудобрений, обогащенных микробиологией. Их можно зарегистрировать быстрее, чем биопрепараты, а база органического сырья огромная – 253 млн тонн отходов животноводства и птицеводства. При этом, по данным ФГБНУ ВНИИОУ, в России реализуется 2 млн тонн биоудобрений – менее 0% от потенциального сырья. Импорт в данном секторе практически отсутствует. По данным Минсельхоза РФ, биоудобрения вносятся лишь на 6% сельхозземель. Как правило, это просто навоз. Американские эксперты приводят статистику, что 1 доллар, вложенный в отрасль переработки отходов, приносит 300 долларов США.
Биоэнергетика – отрасль, связанная с биотехнологиями, получает внимание и поддержку на самом высоком уровне. По данным ФГБУ Российского энергетического агентства Минэнерго РФ, органические отходы АПК с энергосодержанием составляют около до 80 млн. т.у.т./год. По плану внедрение возобновляе-мых источников энергии к 2020 должно составить 4% от общего объема энергии.
По словам Сергея Коршунова, основные конкурентные преимущества биотехнологий в АПК – это возобновляемые источники сырья, устойчивое развитие и улучшение экологии, а также стойкий и долговременный эффект при внедрении. Оценка рынка агробиотехнологий затруднена тем, что по многим направлениям отсутствуют консолидированные данные.
и ведомств. В его работе приняли участие более 500 представителей исполнительной власти, правительственных организаций, научных и деловых кругов.
На сегодняшний день основные продукты агробиотехнологий — биологические средства защиты растений, биоудобрения, селекция и генная инженерия в растениеводстве, генетические улучшения пород животных, биологические кормовые добавки, продукты глубокой переработки отходов растительного и животного происхождения, а также биоэнергетика.
В сельском хозяйстве биологические препараты для лечения, профилактики и диагностики заболеваний представлены широким ассортиментом продуктов как импортного, так и российского производства. Наращивание физических объемов производства в агросекторе имеет серьезные ограничения на мировых рынках: в определенный момент дальнейший рост объемов без изменения технологических подходов (условий выращивания, хранения и транспортировки в растениеводстве, условий содержания, кормления и переработки в животноводстве) станет невозможен.
Использование биотехнологии в сельском хозяйстве ориентировано на стабильное развитие сельскохозяйственного производства, решение проблемы продовольственной безопасности, получение высококачественных, экологически чистых продуктов питания, переработку отходов сельскохозяйственного производства, восстановление плодородия почв. В данном направлении наиболее приоритетным является:
* создание новых сортов сельскохозяйственных растений и животных с использованием современных постгеномных и биотехнологических методов;
* разработка и внедрение методов геномной паспортизации для повышения эффективности селекционно-племенной работы, технологий клонирования животных-производителей;
* производство биопрепаратов для растениеводства;
* производство кормовых добавок для сельскохозяйственных животных;
* производство ветеринарных биопрепаратов.
Для реализации этого направления указанные ниже комплексы мероприятий будут включены в государственную программу Российской Федерации "Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия", ответственным исполнителем которой является Минсельхоз России.
5.1. Биологическая защита растений
В течение последних 10 лет методами биотехнологии удалось создать новые поколения биологических средств защиты растений, которые по стоимостным характеристикам вполне могут конкурировать с химическими средствами защиты. В результате наблюдается масштабный рост объемов применения биологических средств практически во всех крупных аграрных регионах мира.
Меры биологической защиты растений позволяют повысить урожайность, снизить потери в растениеводстве, внедрить интегрированные системы защиты растений. Ведут к снижению остатков действующего вещества в конечной продукции, что крайне важно при контроле в странах импортерах российской сельскохозяйственной продукции (на данном этапе зерновых). В Европейском Союзе в настоящее время действует директива, утвердившая программу REACH, определяющую резкое повышение требований к использованию химикатов (причем не только в сельском хозяйстве). Развитие направления биологической защиты растений ведет к значительному снижению химической нагрузки на растениеводство, способствуя долгосрочной конкурентоспособности сектора.
5.2. Сорта растений, созданные с использованием методов биотехнологии
В настоящее время в Российской Федерации практически не создаются сорта и гибриды нового поколения, устойчивые к засухе, болезням, гербицидам, насекомым-вредителям и неблагоприятным условиям среды, с использованием постгеномных технологий (методы селекции, основанные на использовании молекулярных маркеров) и генетической инженерии, которые все шире используются во всем мире. Без использования биотехнологических инноваций сельскохозяйственное производство России будет по-прежнему высокозатратным и проигрывать в конкурентоспособности зарубежным странам. Такая ситуация будет негативно сказываться и на отечественном секторе производства питания. Комплекс мероприятий будет содействовать развитию передовых постгеномных и биотехнологических методов в растениеводстве и формированию динамичных рынков трансгенных семян и растений, востребованных сельскохозяйственными производителями.
5.3. Технологии молекулярной селекции животных и птицы
Развитие технологий молекулярной селекции обусловлено разработкой современных методов анализа генома, позволяющих выявлять и проводить скрининг большого числа мутаций (полиморфизмов), связанных с уровнем развития экономически значимых селекционных признаков сельскохозяйственных животных. Комплексом мероприятий будет предусмотрено создание конкурентоспособных отечественных технологий молекулярной селекции в животноводстве и птицеводстве, направленных на повышение уровня хозяйственно полезных признаков, на улучшение качества животноводческой продукции и, как следствие, повышение эффективности производства продукции животноводства.
5.4. Трансгенные и клонированные животные
Основным рыночным фактором роста данного сегмента является то, что трансгенные животные во много раз производительней существующих методов получения рекомбинантных белков и/или антител. Комплексом мероприятий будут созданы условия для вхождения российских производителей в сегменты рынка с высокой добавленной стоимостью и формирования научно-технического задела, способствующего долгосрочной конкурентоспособности сектора.
5.5. Биотехнология почв и биоудобрения
В рамках комплекса мероприятий будут созданы условия для развития биотехнологий улучшения почв и производства биоудобрений. Биотехнология почв за счет использования растений, содержащих необходимые бактерии, способна существенно повысить качество и производительность почв без использования химических удобрений или со значительным уменьшением размеров их применения. Использование бактерий при переработке органических отходов способно существенно ускорить и удешевить процессы создания органических удобрений, что будет способствовать расширению органического земледелия в России и положительно повлияет на снижение экологического ущерба от сельского хозяйства.
5.6. Биопрепараты для животноводства
Биологические препараты для лечения, профилактики и диагностики заболеваний животных представлены широким ассортиментов продуктов как импортных, так и российского производства. Как правило, зарубежные компании занимают сегменты дорогостоящих высокоэффективных препаратов, в том числе полученных с применением генно-инженерных методов. Наиболее важным конкурентным преимуществом отечественных иммунобиологических лекарственных средств для ветеринарного применения является использование для их изготовления местных, выделенных в России или ближайшем зарубежье, штаммов микроорганизмов. Это обеспечивает, как правило, наиболее высокую специфическую эффективность указанных средств при их применении на территории Российской Федерации и на Евразийском континенте. Реализация комплекса мероприятий приведет к вхождению отечественных производителей в сегменты с высокой добавленной стоимостью при сохранении существующих конкурентных преимуществ.
5.7. Кормовой белок
Кормовой микробиологический белок (кормовые дрожжи) - это сухая концентрированная биомасса дрожжевых клеток, специально выращиваемая на корм сельскохозяйственным животным, птице, пушным зверям, рыбе. Добавление кормового белка в корма резко улучшает их качество и способствует повышению производительности в животноводстве. Комплексом мероприятий будет предусмотрено развитие производства кормового белка в России и создание новых научно-технических заделов, совершенствующих технологии его производства и виды использования.
5.8. Переработка сельскохозяйственных отходов
В переработке отходов сельского хозяйства и органических отходов пищевой промышленности в последнее время все чаще применяется технология микробиологической конверсии. Технология микробиологической конверсии поистине "всеядна" и использует самые разнообразные органические отходы. В качестве изначального сырья могут быть использованы отходы, остающиеся при сборе сельскохозяйственных культур, отходы пивоварения, отходы, получающиеся при переработке зерна, молока, фруктов и овощей, отходы мясопереработки и т.п.
Микробиологическая конверсия позволяет перерабатывать отходы виноделия и сахарной промышленности, отходы, получающиеся в результате консервирования различных продуктов, в процессе производства растительного масла и растительных жиров в целом. Технология прекрасно утилизирует отходы чайной, винодельческой и эфиромасличной промышленности.
Благодаря такой технологии можно перерабатывать даже испорченные, зараженные микрофлорой и частично разложившиеся отходы. Биоконверсия способна восстановить и улучшить кормовые качества недоброкачественных отходов. Комплексом мероприятий будет предусмотрено повышение доли переработки сельскохозяйственных отходов биотехнологическими методами.
5.9. Биологические компоненты кормов и премиксов
Современный уровень технологий кормления сельскохозяйственных животных опирается на широкое применение биологических компонентов (ферменты, аминокислоты, БВК, пробиотики и другие). В результате развития животноводства в России, которое в основном опирается на импорт технологий и поголовья, сформировался емкий рынок этих продуктов биотехнологии. Однако формирование рынка не привело пока к развитию производственной и технологической базы, появлению новых продуктов, созданных на основе научных достижений российских ученых.
В 2010 году в животноводстве в качестве кормов было использовано 45 млн. т зерна, что говорит о крайне низкой эффективности кормопроизводства в стране. Доля зерна в комбикормах составляет 70% (в странах Европейского Союза - 40 - 45%), кроме того, в непереработанном виде было использовано более половины из общего количества зерна предназначенного для кормов.
Важно отметить, что производство комбикормов и премиксов в значительной степени ведется без использования биопрепаратов (ферментов, ветеринарных и кормовых антибиотиков, пробиотиков и так далее). При таком кормлении конверсия корма в получение животноводческой продукции существенно отстает от мировых показателей, что снижает конкурентоспособность российского животноводства. Комплексом мероприятий будут созданы условия для развития производственной и технологической базы биотехнологических компонентов кормов и премиксов.
Реализация указанных комплексов мероприятий позволит решить вопросы создания высокоэффективного сельского хозяйства и обеспечения населения полноценным сбалансированным питанием.
Ответственный за разработку и реализацию комплекса мер по направлению - Минсельхоз России.
В преддверии юбилея мы провели с Иваном Балковым интервью. Предлагаем его вашему вниманию.
- Иван Яковлевич, расскажите, какие события подтолкнули Вас к созданию отечественных ГМ-гибридов сахарной свеклы?
Напомним, что первые генетически измененные формы табака (ГМ-формы) были получены в семидесятые годы прошлого века, а первые биотехнологические ГМ-сорта сои внедрили в производство в 1996 г. С того времени биотехкультуры распространялись по планете «семимильными шагами. Метод генетической инженерии оказался наиболее эффективным приемом, замечательным дополнением к так называемым традиционные, или классическим методам, направленным на совершенствование культурных растений.
- А что такое традиционная селекция?
- Это коснулось и Вас?
Хорошо помню, с каким трудом приходилось доказывать необходимость перехода от сортов, фертильных диплоидных и полиплоидных гибридов (по сути – полугибридов, содержащих примерно 50% гибридных семян) – к истинным, 100%-м гибридам на основе линий с ЦМС. Следует отметить, что признание к этим гибридам пришло не сразу. Пожалуй, их тогда так же не признавали, как ныне открещиваются от генетически модифицированных гибридов сахарной свеклы и других культур.
Прошло время и уже в конце 20-го века во всем мире стали возделываться именно эти гибриды, усовершенствованные по ряду признаков. Они оказались более рентабельны и более продуктивны, чем многосемянные и односемянные сорта-популяции.
- Вернемся к биотехнологии, к генной инженерии – как методу селекции. Чем отличается генная инженерия, по своей сути, от традиционных приемов селекции?
- Ничем, кроме того, что ведется не в слепую, а направленно, позволяет более быстро и более эффективно использовать одни формы в качестве реципиента, а другие – в качестве донора того или иного признака и получать новые исходные селекционные формы. А далее работа ведется по обычной классической схеме. В итоге получают сорта или гибриды, обладающие новыми признаками, например, устойчивостью к гербициду, что облегчает, упрощает и делает более рентабельной технологию их выращивания.
Известно, например, что самый большой вред урожаю приносят сорняки. Для борьбы с ними обычно применяют гербициды, что связано с риском нанесения вреда экологии. ГМ-гибриды позволяют уменьшить долю гербицидов и снизить экологические риски без ущерба для урожая. Преимущества таких форм сахарной свеклы и других культур не вызывают сомнения. Они очень быстро распростра-нились. Еще раз напомним, что первые генетически модифицированные (ГМ) растения получили в 70-е годы, а уже к концу 90-х годов прошлого века в разных странах возделывалось свыше 1,5 млн гектаров биотехнологических культур. За минувшие 20 лет площади, занятые ГМ-сортами и гибридами возросли более, чем в 100 раз – до 175 млн. гектаров в 2013 году. Ныне они выращиваются в 29 странах: в США, Бразилии, Аргентине, Канаде, Индии, Китае Японии и других. Наиболее распространены такие ГМ-культуры, как соя, кукуруза, хлопок, сахарная свекла, овощные культуры. Успешно развиваются исследования по созданию модифицированной пшеницы, подсолнечника и других форм растений, вплоть до лесных пород и плодовых культур.
- А каково положение в нашей стране?
Как известно, генная инженерия является наиболее эффективным приемом селекции, по сути – дальнейшим развитием классических методов этой науки. Заметим, что в основе генно-модификационного улучшения различных признаков у сортов и гибридов, включая борьбу с сорняками и устойчивость к биотическим и абиотическим факторам, лежит классическая селекция.
- Что ожидает отечественное свекловодство, если в России будут созданы отечественные гибриды нового поколения?
- Прежде всего, произойдет значительное удешевление семян и производства свекловичного сырья, а значит и производства сахара, возрождение стремительно угасавшей за 90-е годы отечественной селекции, семеноводства и, в целом, всей отрасли свеклосахарного производства. За счет уменьшения пула гербицидов и отказа от многократного внесения баковых смесей, снизятся риски нанесения вреда окружающей среде, включая полезных насекомых и микроорганизмы, а также здоровью человека. Уменьшится засоренность полей при возделывании культур в системе севооборота, повысится рентабельность и продуктивность полевых культур. Эти выгоды ощутят не только работники науки, производственники, а и деловые люди, занимающиеся бизнесом в области растениеводства.
- От специалистов сахарного производства и потребителей нередко можно слышать вопросы: не связано ли создание ГМ-гибридов сахарной свеклы с такими опасениями, как ухудшение качества сахара, а также жома и патоки, не отразится ли их употребление на здоровье человека и животных?
Как я уже отмечал, первые генетически модифицированные (ГМ) растения появились четверть века назад и с этого времени началось их всестороннее изучение на безопасность. Многолетними тщательными опытами, более чем в 130 научно-исследовательских учреждениях, выполненными с участием свыше 500 независимых исследовательских групп, в том числе и ученых из России, было доказано, что биотехнологические продукты, в частности, генетически измененные организмы, рекомендованные для производства и потребления, не отличаются по питательной ценности и полезности (если их есть в меру) от обычных сортов и гибридов, полученных традиционными классическими технологиями. Что касается сахарной свеклы, то доказано, что она - идеальный объект для генной модификации. Химическая формула сахара С12Н22О11 исключает присутствие белков, в нем нет даже следов ДНК, а значит и генов, которые находятся в хромосомах центрального ядра клетки. И в соматических (растительных) клетках ГМ-растений свеклы нет изменений в составе и содержании питательных веществ.
Одно из опасений, высказываемых отдельными учеными, состоит в том, что ГМ-растения скрестятся с сорняками. Свекле это не грозит. Гибридные корнеплодные растения свеклы, в норме, на первом году жизни не цветут и, к тому же, генетически не могут скрещиваться с сорняками типа пырея, осота, лебеды, о чем иногда беспокоятся люди, незнакомые с особенностями совместимости растений в период цветения и оплодотворения. Никакого перекреста свеклы с сорняками не отмечено и в странах, выращивающих свеклу второго года жизни (цветущие семенные растения).
- Хорошо. Но есть и другие опасности. Что если в России не будут созданы отечественные гибриды ГМ-свеклы?
Это означает возрастание экспансии зарубежных гибридов, не дающих семенное потомство, а, значит, и обрекающих отечественных производителей свеклы на полную зависимость от зарубежных фирм со всеми вытекающими отсюда ценовыми последствиями. В связи с увеличением спроса можно ожидать цену около 300 долларов за 1 посевную единицу. На каждые 100 гектаров посева свеклы в России ежегодно придется расходовать только на семена 25–30 тыс. долларов, или от 750 до 900 тыс. руб. Правда, затраты на такие семена окупаются снижением расходов на покупку и внесение гербицидов. Однако рентабельность, несомненно, будет выше при использовании отечественных семян, если российские селекционеры создадут аналогичные гибриды свеклы и других культур.
- Какова экономика перехода свекловодов на новые технологии?
- По самым скромным подсчетам, каждый гектар посевов ГМ-гибридов приносит дополнительно не менее 150 долларов (или около 5 тыс. руб.) прибыли. В России ежегодно возделывается примерно 1 млн. га сахарной свеклы, следовательно, дополнительный годовой доход от возделывания таких гибридов составит 4,5 млрд руб. или минимум 2 % от общей стоимости биотехнологической продукции в стране.
В постановлении Правительства № 839 от 23 сентября 2013 г. обозначены ответственные федеральные органы, ответственные за выполнение тех или иных форм регистрации. Так, государственную регистрацию модифицированных растений, предназначенных для разведения и выращивания на территории Российской Федерации, осуществляет Федеральная служба по ветеринарному и фитосанитарному надзору. Как известно, эта служба (Россельхознадзор) находится в ведении Министерства сельского хозяйства РФ. Она осуществляет функции по контролю и надзору в различных сферах, в том числе в области карантина и защиты растений, селекционных достижений и другое.
- Что еще, на Ваш взгляд, необходимо для развития перспективных направлений?
- Будем надеяться, что Россельхознадзор, совместно со специалистами-биотехнологами различных НИУ, выполняя Постановление Правительства, тщательно проанализирует состояние биотехнологических исследований и поможет устранить многолетнее отставание сельскохозяйственной науки в области генетики, гетерозисной селекции и научного семеноводства, ускорить процесс создания высокорентабельных гибридов сахарной свеклы на основе приемов генной инженерии и других, альтернативных подходов, использующих методы классической селекции.
- В России биотехнологии в сельском хозяйстве имеют немало оппонентов. Что Вы обычно отвечаете на их доводы против?
Распоряжением утверждался план мероприятий "Развитие биотехнологий и генной инженерии", предлагалось обеспечить реализацию плана, а Министерству экономразвития – осуществлять мониторинг и контроль реализации плана с ежеквартальным докладом Правительству.
- Спасибо за беседу!
Беседу вела Диана Насонова
Биографическая справка.
Иван Яковлевич Балков родился 15 апреля 1929 г. в крестьянской семье с. Тройня Бобровского района Воронежской обл. В 1946 г. окончил Верхне-Озерский сельхозтехникум, три года тработал агрономом МТС и элитсемхоза, в 1949-1954 гг. учился в Воронежском СХИ.. С 1954 г. – на целине с супругой (3 года).
Первый интерес к селекции и генетике проявился в элитсемхозе, когда выращивал семена зерновых культур. По окончании в 1954 г. Воронежского СХИ был приглашен в аспирантуру, но предпочтение было отдано освоению целинных земель. Первые две научные статьи опубликовал во время работы на целине. Они были связаны со сроками сева и способами уборки зерновых культур.
С 04.06.2007 по 31.08.2009 г. работа консультантом фирмы Сингента. С июня .2008 г.- консультантом Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН по селекции сахарной свеклы. С сентября 2012 г. – научный консультант и руководитель Творческого коллектива селекционеров по созданию ГМ-гибридов сахарной свеклы Кубанской селекционной и семеноводческой станции РАН.
Читайте также: