CC BY
119
УДК 631.95.58
ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ МОБИЛИЗАЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ
ECOLOGICAL-GENETIC PRINCIPLES OF MOBILIZATION OF THE WORLD'S GENETIC RESOURCES OF HIGHER PLANTS
Жученко А.А. - мл.
Zhuchenko A.A. - jr.
Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства
и питомниководства. Россия
The State scientific institution All-Russian Selective and Technological Institute of Horticulture and Nursery Breeding of the Russian Academy of Agricultural Sciences. Russia
Генетические ресурсы высших растений являются основой селекции, генетики, семеноводства, стабильного сельскохозяйственного производства, развития Фарминдустрии, промышленности и строительства, оздоровления среды обитания человека. В Российской Федерации для эффективного сбора, хранения, изучения и использования мировых генетических ресурсов важен системный стратегический подход по их идентификации и систематизации, разработанный академиком А.А.Жученко.
Genetic resources of higher plants are the basis of plant breeding, genetics, seed-growing, stable agricultural production, development of pharmaceutical industry, industry and construction, improvement of the human environment. In the Russian Federation for the efficient collection, storage, study and use of the world's genetic resources important system strategic approach for their identification and systematization developed by academician A.A. Zhuchenko.
Ключевые слова: селекция, коллекция, образец, генетические ресурсы.
Keywords: selection, collection, sample, genetic resources, improvement of the human environment.
Учение об исходном материале Н.И.Вавилов считал основой селекции растений. Разработанная им программа создания коллекций мировых растительных ресурсов ознаменовала новую эру в растениеводстве. В настоящее время сбор, сохранение, изучение и использование источников зародышевой плазмы растений в большинстве стран мира рассматриваются как национальная задача и служат основой успехов в развитии устойчивого сельскохозяйственного производства, фармацевтической индустрии, промышленности и строительства, в оздоровлении среды обитания человека.
В начале XXI в. кардинально (но все еще недостаточно) изменилось отношение научного и мирового сообщества к генетическим ресурсам. Этому способствовало: 1) исчезновение местных образцов и сортов-шедевров, наметившаяся тенденция уменьшения зеленых насаждений (лесов, кустарников, разнообразия трав), сужение генетического разнообразия диких и культурных видов; 2) комплексное изучение формообразовательного процесса (мутагенеза, ре-комбиногенеза, трансгенеза и др.), интенсификация селекции и максимальная мобилизация мировых генетических ресурсов для нужд человека (на основе «чтобы создать новый сорт его надо иметь в коллекциях в виде исходных форм»); 3) опасность возникновения эпифитотий из-за снижения генетической изменчивости (гетерогенности, гетерозиготности)
культивируемых сортов, гибридов и популяций; 4) загрязнение окружающей среды, неопределенность последствий от антропогенных изменений в природе, опасность потери генофонда при локальных и глобальных экологических кризисах; 5) понимание status qwo вида и его роли в средосохранении, растущая потребность населения планеты в биоразнообразии экологически чистой натуральной продукции, отказ многих потребителей от некоторых видов искусственной продукции; 6) эволюционная «память» человека о среде обитания, связанная с потребностью в чистой воде и чистом воздухе, в гармоничном развитии человека и природы; 7) непредсказуемость спроса в будущем при таких темпах роста численности населения, предъявляемого к сортам, гибридам и возделываемым популяциям растений потребителями, перерабатывающей промышленностью и производителями; 8) развитие эффективных технологий длительного хранения и быстрого размножения растений; 9) мобилизация мировых генетических ресурсов для создания средоулучшающих ландшафтов, агроланд-шафтов, фитотехнологий, садов, парков, лесопарков и др.; 10) развитие экологического образования и сознания.
Изучение и сохранение коллекций, в силу самого существа своей деятельности - «поддержания зародышевой плазмы в живом виде», создания идентифицированных коллекций, питомников гибридиза-
ции и отбора, масштабного (в разных климатических регионах и экологических зонах), многочисленного и многолетнего отбора на провокационных фонах (в стрессовых условиях) перспективных линий и гено-источников в искусственных (теплицы, фитотроны, стационары и др.) и естественных условиях с использованием современного измерительного оборудования требует регулярного и значительного финансирования. В целом, только на сбор генетических ресурсов в мире тратится более 55 млн. дол. в год, в том числе 13,9 млн. - в США. Ежегодные затраты некоторых ведущих стран мира на генетические программы по изучению отдельных пищевых культур по улучшению 1-2 признаков (рис, соя, кукуруза и др.) на порядок выше и составляют несколько сотен миллионов долларов.
Развивающиеся страны, на территории которых находится примерно 70% всего разнообразия зародышевой плазмы Земли, самостоятельно не в состоянии обеспечить необходимое финансовое покрытие комплексного изучения и сохранения генетических ресурсов. Эти вопросы связаны с определением и защитой прав собственности селекционера на результаты своего труда, монополизацией семеноводства и технологий возделывания (ГМ-сортов, гибридов, мутантных и рекомбинантных форм и др.), и возрастающей ролью источников генетической зародышевой плазмы в мировой науке и экономике.
Как ни парадоксально, но «зеленая революция» XX в. стремительно ускорила процесс генетической эрозии, так как местные земледельцы большинства аграрных стран, ограничившись небольшим числом новых «чудодейственных» иностранных сортов и гибридов, резко уменьшили или вовсе перестали возделывание многих традиционных культур и местных форм.
По данным Международного союза охраны природы и природных ресурсов (МСОП) в мире из 300 тыс. видов высших растений лишь 1% достаточно детально исследован на предмет практического использования, тогда как под угрозой исчезновения находится до 10%. Причина - узкая ориентация мирового растениеводства в решении актуальных задач питания и озеленения (где используется до 2.5 тыс. видов растений), фитофарминдустрии (где в фарма-копеях ведущих стран мира широко применяется в среднем 400 видов, в России 200) и строительстве -около 100 основных видов пород деревьев. Почти всю (99%) обрабатываемую территорию занимают не более 1000 видов и около половины этой площади приходится на 8 главных пищевых культур: пшеницу, рожь, ячмень, овес, кукурузу, просо, сорго и рис. Потенциал значительного селекционного улучшения основных культур по индексу урожая почти исчерпан. Для глубокого изучения всех остальных сотен тысяч видов у человека в ближайшем обозримом будущем практически мало возможности, а для их возделывания на земле (в агробиоценозах) остается площадь, не превышающая 1%.
По оценкам специалистов, темпы комплексных исследований растений кардинально не изменятся в ближайшем будущем для новых видов (включая редкие и исчезающие виды растений), а их востребованность в будущем неоценима. Поэтому в деле сохранения биоразнообразия природы одной из альтернатив для «вытесненных» видов растений, наряду с важностью создания генбанков долговременной консервации (семян, культуры тканей, пыльцы и т.д.), возможно активное освоение «вытесненными» видами новых ландшафтов, сред и территорий, например, в мегаполисах, городах, промышленных центрах и закрытых помещениях. Это обеспечит выживание самого человека, так как ближайшими (в будущем) лимитирующими факторами его жизнеобеспечения, вероятно, будут не только пищевые, но и экологические факторы, которые, к сожалению, пока не имеют «цены». Очевидно, одним из важных направлений в охране живой природы в XXI в. станет целенаправленное введение в культуру и одомашнивание средо-улучшающих нетрадиционных видов растений в новых средах обитания человека.
В мире существует примерно 1300 генбанков и 1500 ботанических садов, которыми обладают более 100 стран. Общепризнано, что первый в мире генбанк, «стоящий над глобусом в понимании глубины и широты продовольственных проблем мира», с прекрасным кадровым составом великих творческих ученых и широким спектром научных программ, проблемм и направлений по генетике, цитологии, физиологии, эмбриологии и др., а также обширной селекционной сетью организован русским ученым Н.И. Вавиловым в 1920 г. в России. Подобные Всероссийскому институту растениеводства (ВИР) национальные учреждения начали появляться только с 1944 г. в США и с 1953 г. в Европе. Количество ген-банков по продовольственным культурам стремительно возрастает. Так, за последние 10 лет их число увеличилось с 80 до 1308. При этом анализ последнего десятилетия показывает, что диких сородичей культурных растений в крупных генбанках мира сосредоточено лишь 10% от всей гермоплазмы пшеницы, 2% риса, 5% ячменя, 5% кукурузы, 40% картофеля (Алексанян, 2002, 2003).
За последние полвека преимущественно в зоне 8 основных очагов мирового земледелия (по Н.И. Вавилову) была создана сеть из 17 международных научно-исследовательских центров, работающих над фундаментальными программами селекции растений, где в 10 существуют специализированные международные коллекции семян и растений важнейших сельскохозяйственных культур (Жученко мл. и др, 1993). Это Международный центр по улучшению кукурузы и пшеницы - С1ММУТ, Международный центр по картофелю - С1Р, Международный институт риса - ЖШ, Международный центр тропического сельского хозяйства - С1АТ, Международный центр тропического земледелия - 11ТА и др. Деятельность центров курируют и финансируют Консульта-
тивная группа по международным сельскохозяйственным исследованиям - CGIAR и Организация по продовольствию и сельскому хозяйству при ООН -FAO ЦЫ. Наиболее сохраняемыми группами культур являются зерновые (48%), зернобобовые (16%), кормовые (10%), овощные (8%), плодовые (4%), клубнеплоды (4%) и технические (4%), в коллекциях которых преобладают 85% образцов сортов и линий и лишь 15% - диких сородичей культурных и сорных растений.
В отличие от генбанков, ботанические сады, заповедники, резерваты являются уникальными и значительно более древним изобретением человечества для наиболее комплексного изучения, эффективного ^пользования и сохранения «в живом виде» генетических ресурсов трав, кустарников, деревьев, лиан как лекарственных (первые ботанические сады часто называли аптекарскими огородами), так пищевых и технических культур, сохраняя таким образом «активное биоразнообразие». Разнообразие растительного мира ботанических садов уступает только природе. На протяжении столетий и начиная с первого ботанического сада, основанного в 1543 г. в Пизе (Италия), ботанические сады имели прикладное значение. Как правило, они использовались для изучения свойств растений по применению в медицине и фармации, адаптивности различных видов растений в условиях городов, что крайне актуально до сих пор. Фактически широкий спрос на биоразнообразие растений в медицине обеспечил сохранение ботанических садов до наших дней. Более того, численность ботанических садов и их необходимость для современной науки, экологического образования и озеленения городов постоянно возрастает.
Напротив, стремительное создание, особенно во второй половине ХХ в., генбанков, вероятно, является классическим примером сохранения «пассивного биоразнообразия». К примеру, семена некоторых тропических деревьев, кустарников и плодовых культур лишены периода естественного покоя и, не прорастая, быстро гибнут. Такие виды требуют иных методов сохранения в виде культур меристем или в полевых генных банках. Сегодня развиваются современные представления о генофонде как о динамичной и постоянно эволюционирующей системе, например, в системах «генотип-среда» и «хозяин-паразит», где сбалансированности адаптивных комплексов благоприятствует длительный сопряженный естественный отбор.
При этом многие ботанические сады мира обеспокоены «уничтожающим» спросом фармацевтических компаний на сырье лекарственных, гомеопатических и ароматических растений, новым витком массовой интродукции декоративных субтропических и тропических растений в города, что может способствовать (без оценки на скрытую зараженность в ин-тродукционно-карантинных питомниках) распространению карантинных вредных организмов или спонтанной неконтролируемой натурализации.
Эволюция человека происходила в тесном контакте с растениями, поэтому настала пора вновь обратиться к дикой природе с целью удовлетворения стремительно развивающегося спроса населения (особенно больших мегаполисов) в оздоровлении среды обитания человека за счет окультуривания и комплексного изучения лекарственных, ароматических, пищевых, декоративных и многих других видов растений.
В нашей стране разработана национальная стратегия сохранения биоразнообразия, где представлен комплекс вопросов, включая биологические принципы сохранения биоразнообразия. Это популя-ционно-видовой подход, предусматривающий сохранение растений на организменном, популяционном и видовом уровнях, а также экосистемный подход, на биоценотическом, экосистемном, территориальном и биосферном уровнях. Разработан также национальный План действий по сохранению биоразнообразия России, представляющий приоритетные направления. Он включает сохранение редких видов, подвидов и популяций, сохранение и восстановление природных экосистем, устойчивое использование искусственных экосистем, экологическое и биологическое образование и просвещение, разработку новых экономических критериев, правовое обеспечение, развитие научных исследований и мониторинга, международное сотрудничество и другие вопросы, связанные с сохранением биоразнообразия.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Селекция и семеноводство являются основными наиболее наукоемкими направлениями в использовании генетических ресурсов растений в сельском хозяйстве. Возросшая сложность и трудоемкость этой работы (включая длительность селекционного и семеноводческого процессов) отвечают требованиям современного сельскохозяйственного производства, что сделало ее очень дорогостоящей и существенно сдерживает спрос на биоразнообразие. Общие расходы на получение нового сорта за 6-10 лет составляют до 1,5-2,5 млн. дол. и даже более в зависимости от селектируемого вида. Современная селекция растений - это научно обоснованная технология управления наследственностью и изменчивостью высших эукариот, позволяющая реализовать социально-экономические, экологические, дизайно-эстетические и другие цели. Сегодня селекция выступает в качестве синтетической дисциплины, широко использующей достижения физиологии, биохимии, почвоведения, микробиологии, цитогенетики, экологии и многих других наук и направлений (ландшафтный фитодизайн, конструктивная экология и т.д.) и функционально объединяющей этапы мировой мобилизации генофонда, самой селекции, сортоиспытания и семеноводства, агроэкологического районирования, конструирования агроэкосистем и фитоце-нозов (Жученко, 2012).
Узкая ориентация сельскохозяйственного производства XX в. на несколько главных сельскохозяйственных видов (пшеница, ячмень, овес, рожь, картофель, соя, кукуруза, подсолнечник, рапс и др., хотя, по оценкам специалистов, 80 тыс. видов растений относится к числу съедобных), а также повсеместное использование «универсальных» сортов и гибридов препятствуют в полной мере востребованности мировых генетических коллекций растений.
Развитие программ по широкому внедрению генетических ресурсов культивируемых растений имеет особое значение, так как в будущем одна культура (на основе разнообразия коллекций, образцов, форм, сортов, гибридов и популяций) может использоваться более эффективно при диверсификации -разнонаправленном применении сырья разных генотипов в различных отраслях промышленности для производства широкого ассортимента товаров. Эту тенденцию, по данным ФАО последних лет, можно проследить на примере работы секции ФАО по льну, несмотря на то, что это не только важная техническая культура, но и одновременно ценное лекарственное растение, которое широко применяется в пищевой промышленности различных стран. В мире наблюдается относительно высокая востребованность биоразнообразия генофонда льна, что обусловлено, во-первых, существующими приоритетными и революционными направлениями в развитии традиционных технологий производства натурального сырья и его переработки. Во-вторых, это связано с разработкой нетрадиционных или специализированных технологий создания новых продуктов из сырья льна, включая современные конструкционные материалы, различные лекарственные средства и пищевые добавки, использование льна в автомобиле- и самолетостроении, озеленении, производстве топлива, сорбентов, косметики и многих других натуральных и экологически чистых продуктов (Жученко мл. , 1994, 2000, 2007).
Новый «признак», как правило, во многом определяет экономическую эффективность сорта и в конечном итоге агротехнологии. На практике наряду с Государственным реестром селекционных достижений, допущенных к использованию в РФ и ведущих аграрных стран существует поисковый реестр главных хозяйственно-ценных признаков (гендоноров) для каждой культуры и зоны товарного ее производства. Поэтому сегодня в мире между селекционными фирмами идет жесткая конкуренция в «погоне за генами» для культивируемых видов, контролирующих устойчивость растений к патогенам (особенно к вирусам, грибам, нематодам и бактериям карантинного значения для всех континентов, Жученко мл. и др., 2004) и неблагоприятным условиям выращивания (засоление, засуха, низкие температуры, загазованность и др.), а также раннеспелость, продуктивность, качество, биохимический состав сырья и др. При этом недостаточно ведется масштабная и системная работа по поиску новых признаков на искусственных
и естественных фонах, целенаправленная работа по интродукции и введению в культуру новых видов растений (из-за сложности новых условий при их возделывании, переработке и производстве товаров), что сдерживает спрос на биоразнообразие. Более того, стремительное развитие «пассивного» хранения генетических ресурсов (избранное преимущественно для культивируемых растений) в виде семян или эпизодическое размножение генетически не всегда оправданно и требует всестороннего изучения с учетом видовых особенностей. Это может приводить к накоплению нежелательных мутаций, снижению адаптивности к стрессам и устойчивости растений в системе «хозяин-паразит» и т.д.
При многочисленном вовлечении в гибридизацию сортов лишь некоторые оказываются выдающимися донорами хозяйственно-ценных признаков и соответствующих блоков коадаптированных генов (устойчивости, продуктивности, качества и др.). Наиболее известны такие сорта и генотипы пшеницы Безостая 1, Norin 10, Мироновская 808 и др. (Жученко, 2012), у льна Л-1120 (Жученко мл., Рожмина, 2000), томата Бизон, Барнаульский консервный и др. (Жученко. 1973).
Растительный мир характеризуется чрезвычайным богатством различных механизмов и форм по высокой продуктивности биомассы, его биохимическому составу, приспособленности растений к различным условиям выращивания и фитодизайну, а также широкими возможностями селекционного улучшения отдельных признаков. Однако развитие фундаментальных исследований в биологии ориентировано на несколько наиболее доступных для изучения и широкого практического использования видов растений - так называемых «модельных объектов» в основном для сельскохозяйственного производства. Это кукуруза, томат, горох, рис, пшеница и др. При этом важную продовольственную, кормовую, лекарственную, промышленную (в строительстве) и средо-образующую роль играют тысячи видов трав, деревьев, кустарников и лиан в различных типах агроце-нозов и естественных фитоценозов всех континентов.
Односторонняя ориентация сельскохозяйственного производства привела в последнее десятилетие к развитию и поиску новых альтернативных направлений, одним из которых являются, например, альтернативные системы земледелия. Требование, касающееся альтернативного сельского хозяйства (Alternative Agriculture) и устойчивого сельского хозяйства (Sustainable Agriculture), - это реакция общественности на ощутимое негативное влияние деятельности человека на окружающую среду, что впервые так остро прозвучало на конференции ООН по вопросам окружающей среды и развития, состоявшейся в 1992 г. в Рио-де-Жанейро. В сельскохозяйственном законе США от 1990 г. альтернативное земледелие определяется как целостная система хозяйствования в области производства растениеводческой и животноводческой продукции, имеющая характер-
ные особенности применения, которая в расчете на длительную перспективу нацелена на удовлетворение потребностей человека в пище и растительном волокне; улучшении состояния окружающей среды и природных ресурсов, на базе которых строится сельскохозяйственная экономика; наиболее эффективное использование невозобновляемых ресурсов, согласованность (где это представляется возможным) с естественными биологическими циклами и методами контроля; поддержание экономической жизнеспособности фермерских хозяйств; повышение качества жизни фермеров и общества в целом.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ В ФАРМИНДУСТРИИ
В основе развития лекарственного растениеводства лежат интродукционные, селекционные и семеноводческие исследования, которые играют исключительную роль в сохранении генофонда целебных растений. К примеру, только в ВИЛАРе за 75 лет интродукционными исследованиями было охвачено свыше 200 видов растений из более чем 50 семейств, что обеспечило в настоящее время возможность культивирования в России свыше 50 видов лекарственных и ароматических растений. Новый виток спроса на натуральное сырье различных видов лекарственных растений ожидается в ближайшие годы, так как мир переживает бум «натуральных продуктов», наступает век фитотерапии. Особенно стремительный интерес к использованию лекарственных растений в фарминдустрии наблюдается в США, Канаде, Германии и Японии - в странах с относительно узким естественным биоразнообразием природных растительных ресурсов.
Абсолютное большинство лекарственных растений, участвующих в международной торговле, являются дикорастущими. При этом мировой масштаб торговли сырьем природных ресурсов лекарственных растений не подлежит объективной оценке, так как многие травы перепродаются по нескольку раз. В среднем достаточно стремительно (на 12-15% ежегодно) увеличивается потребление лекарственных растений в США, Великобритании и Италии. Считается, что Индия является самым большим экспортером лекарственного сырья в Европу (ежегодно около 10 тыс. т), затем Непал и др., «Гималайский канал» и Южная Африка (Камерун, Заир, Кения, Мадагаскар и др.) - до 2 тыс. т лекарственного сырья. Германия -мировой лидер (центр в Гамбурге) торговли лекарственным сырьем с ежегодным оборотом примерно 1,2 млрд. дол., США - другой мировой лидер - 0,5 млрд. дол.
В России в настоящее время представлено 183 фармакопейных вида, включающих преимущественно дикорастущие, а также незначительное количество выращиваемых лекарственных растений. Современный рынок постоянно подталкивает заниматься «обновлением» фармакопейного реестра за счет использования максимального мирового видового растительного биоразнообразия.
Установлено, что в тропических растениях ценнейшие лекарственные вещества (алкалоиды) встречаются в 2 раза чаще, чем в растениях умеренных зон. Однако к настоящему времени лишь незначительная часть (1-2%) растительных видов тропической зоны исследована с точки зрения практического использования алкалоидов, тогда как уничтожение и потеря генетических ресурсов влажных тропических лесов принимает катастрофические масштабы. Так, малярия - самая серьезная из стремительно передаваемых (векторных) инфекционных заболеваний, которая в среднем ежегодно поражает до 500 млн. человек, унося около 2 млн. жизней. Если бы на восточных склонах Анд не обнаружили дерево (Chinchona), дающее хинин, число жертв от малярии на земле было бы значительно больше. Из тропического растения катарантуса розового (Catharanthus roseus) выделено около 80 алкалоидов, два из которых - винкристин и винбластин дали хорошие результаты при лечении определенных форм онкологических заболеваний. Поэтому, по мнению многих ученых, уничтожение биоразнообразия при крайне малой изученности практического использования всех видов растений может стать серьезным препятствием в осуществлении многих научных программ по созданию значимых противораковых, сердечно-сосудистых, проти-воинфекционных лекарственных средств.
В мире произрастает около 3 тыс. видов растений - продуцентов эфирных масел, в основном это деревья, кустарники и травы. Аромасодержащим может быть стебель, корень, плоды, соцветия, цветки, хвоя, листья, семена, древесина и целое растение. Долевое содержание в сырье эфирного масла варьирует от 0,05 до 6% и более, а состав изменяется от 120 до 500 органических и неорганических компонентов. Поэтому пока только у 2-3% эфиромаслич-ных растений комплексно изучен состав эфирных масел. По мнению известного профессора ботаники Гарвардского университета Ричарда Шалтеса, растительное царство - неисчерпаемый источник химических соединений, многие из которых обладают поразительно мощным биологическим действием и являются моделью для создания новых синтетических препаратов.
Одним из перспективных направлений использования генетических ресурсов растений в фарминдустрии является гомеопатия, в большей степени ориентированная на биоразнообразие, чем на объемы сырья. Гомеопатия была впервые разработана в 1790-х гг. немецким врачом Самуилом Ганеманом. В отличие от традиционных методов медицины, гомеопатия основана на очень гуманном воздействии на организм человека сверхмалых доз лекарственных препаратов. В настоящее время рынок гомеопатических лекарственных средств в развитых и развивающихся странах (США, Германия, Канада, Франция, Великобритания, Россия, Индия и др.) представляет собой многомиллионную индустрию. Около 80% сырья для производства гомеопатических лекарственных средств в России и за рубежом является сырьем рас-
тительного происхождения. Общий мировой список гомеопатических растений включает более 1 тыс. видов (в России более 700 видов растений). В последнее время гомеопатия испытывает новый подъем, начавшийся в конце 1970-х гг., что связано с возрастающим интересом врачей и пациентов всего мира к щадящим методам лечения и использованию новых наукоемких фитотехнологий.
В 80-е гг. XX в. развитые страны пришли к пониманию важности «функционального питания», способствующего не только потреблению «пустых» пищевых калорий, но одновременному укреплению здоровья. В 90-е гг. широкое признание получили «нутрацевтические» продукты медицинского и оздоровительного назначения, включающие пищевые добавки. Таким образом, наряду с ростом спроса на увеличение ассортимента лекарственного сырья для медицинской промышленности в последнее время наблюдается активное использование многих лекарственных растений в пищевой промышленности, что значительно стимулирует развитие программ по биоразнообразию и поиску перспективных источников новых фитопрепаратов и биологически активных веществ.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Леса имеют огромное значение в формировании и истории развития биосферы Земли, являясь главным биоэнергетическим резервуаром ассимиляции и концентрации солнечной энергии в виде растительной наземной и корневой биомассы, основным потребителем двуокиси углерода из атмосферы, продуцентом кислорода и летучих фитоорганических веществ в атмосфере. Леса определяют в значительной мере водно-воздушный режим суши (снегозадержание, поверхностный и речной сток, транспира-цию влаги и смягчение сухости воздуха), обеспечивают ее защиту от эрозии и дифляции почв, выполняют средообразующую функцию, создавая среду обитания многочисленным видам животных и растений (Жученко, 2007).
Примерная площадь лесных земель мира составляет более 4 млрд. га, в т. ч. сомкнутых лесов около 3 млрд. га, из них продуктивных 1,9 млрд. га. На одного жителя нашей планеты в среднем приходится 0,67 га сомкнутых лесов. Распределение лесов по поверхности Земли крайне неравномерно. Более половины сомкнутых лесов мира и около 17% несомкнутых произрастают в Европе, Северной Америке и России (30-35%). Лесистость Латинской Америки, Африки, Азии и Австралии в 2 раза ниже. Площади кустарников составляют более 80% от общей площади несомкнутых лесов. Резко различается лесистость отдельных континентов, так, самый низкий - в Африке (7,5%), высокий - в Латинской Америке (34%), в Европе и Северной Америке (31%). Породный состав лесов континентов мира сильно отличается. Самая большая площадь ценных хвойных лесов (88%) нахо-
дится в России, Европе и Северной Америке. Тропические леса представлены преимущественно лиственными породами, произрастающими в Латинской Америке, Африке и Азии (в составе сомкнутых лесов они занимают более 80% мировых ресурсов). Латинская Америка (28,8%) и Россия (24%) по общим запасам древесины занимают ведущее место в мире. В Европе около 4,2%, в Австралии 1,9% . Неодинакова продуктивность лесов, где две трети общего прироста дают леса России, Европы и Северной Америки. Россия занимает первое место по площади лесов, их запасам и приросту, особенно более половины всей мировой площади лесов (51,7%) и запасов (56,9%) хвойных пород. Леса являются продуктом длительной эволюции на Земле, происходящей вследствие изменения климата, а также постоянно усиливающейся хозяйственной деятельности человека.
В лесные ресурсы входят: древесина, живица, пробка, грибы, плоды, ягоды, орехи, лекарственные растения, охотничье-промысловые ресурсы и т.д., а также многие полезные свойства леса: водоохранные, климаторегулирующие, противоэрозионные, оздоровительные и пр. Леса считаются легкими нашей планеты, они дают древесину, которая является универсальным натуральным экологически чистым сырьём для многих отраслей промышленности. Это строительство домов и судов (яхт, лодок и др.), производство мебели и бумаги, пищевых продуктов, кормов для диких и сельскохозяйственных животных. Леса служат местом отдыха для человека. Лесной покров важен для всего комплекса экологических систем Земли. Важной особенностью лесных ресурсов является их возобновляемость, что позволяет регулировать их площадь и породный состав. Например, к хвойным породам, имеющим наибольшее экономическое значение, относятся разнообразные виды елей. Экономическое значение имеют виды лиственницы, пихты и многие другие. Помимо хвойных пород ценную древесину дают лиственные породы для получения мягкой и твердой, окрашенной и цветной, тяжелой и легкой древесины. Это разнообразные виды дуба, бука, липы, клена, березы и многих других (Агаджанян, Жученко мл., Черкасов, 2014). С развитием земледелия площади, занятые под культурными (и одомашненными) растениями, непрерывно растут, уменьшая площади дикой растительности. Леса сводятся под пашни и плантации, под строительство дорог, электромагистралей, городов, промышлненных центров и др.. В результате, обезлесивание приобрело угрожающие масштабы.
Площадь лесов в мире ежегодно уменьшается, как минимум, на 25 млн. га. Наибольшая площадь лесов сохранилась в Евразии. Это около 40% всех мировых лесов и почти 42% общего запаса древесины, в том числе 2/3 объема древесины наиболее ценных пород.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ В ОЗДОРОВЛЕНИИ СРЕДЫ ОБИТАНИЯЧЕЛОВЕКА
Одностороннее развитие мирового растениеводства в решении актуальных проблем питания оставило в стороне такую не менее важную задачу для человека, как разработка интенсивных фитотех-нологий оздоровления окружающей среды.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает, что здоровье это не отсутствие болезни, а состояние полного физического, душевного и социального благополучия, что в конечном итоге определяет качество жизни.
Европейское региональное бюро ВОЗ приступило в 1986 г. к осуществлению своего проекта «Здоровые города», основу которого составляют: открытость информации о вопросах охраны здоровья и сохранения высокого качества окружающей среды; взаимная передача новых технологий между крупными городами; участие населения в работе программ по охране здоровья и обеспечению качества внешнего окружения. В качестве стратегии сохранения многообразия видов растений рассматривается введение их в культуру и/или одомашнивание, обогащение ассортимента полезных растений в городах за счет интродукции новых специализированных средоулучшаю-щих видов из мировой флоры в условия повышенной загазованности и запыленности, низкой ионизиро-ванности воздуха и высокой концентрации опасных ароматических углеводородов (формальдегид, бензол, толуол, трихлорэтилен и др.) в закрытых помещениях, в места статического и электромагнитного излучения, на территории низких концентарий фито-органических веществ в воздухе (Жученко мл., 2007). Привлечение редких и исчезающих видов в культуру академик Н.В. Цицин считал важнейшей задачей ботанических садов. Это требует комплексного изучения биологии и адаптивности интродуцентов в экстремальных условиях низкого освещения, высокой скорости воздушных масс и методов создания с их участием устойчивых ландшафтов, фитоценозов и средоулучшающих фитотехнологий, включая фито-кондиционеры, фитокартины, экологически чистые пространства из льна, в городах на открытых площадках, в учреждениях образования, здравоохранения, спорта, офисах, на работе и дома.
ПРОГРАММНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ИНФОР-
МАЦИОННО_ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
Существующие системы и службы наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды, включая изменения погоды и характеристик почв, развития посевов и посадок в основных регионах товарного сельскохозяйственного производства, в семеноводстве и селекционно-генетических исследованиях не ориентированы на комплексную оценку, систематизированную и системную информационную поддержку развития биомониторинга в учреждениях науки и образования, а также сельскохозяйственного производства. Например, с целью получения оптимальных экологических результатов участникам аграрного бизнеса при страховой защите урожая сельскохозяйственных культур необходимо на научной
основе выявить и формализовать причины снижения урожая, относящиеся к технологическим (ответственность страхователя) и гидрометеорологическим (ответственность страховщика). Для эффективной работы агроэкспертов при страховой защите урожая разработка одного только нормативно-
информационного обеспечения не решит всю проблему сегодня и на перспективу. Необходимо создание современного биомониторинга на основе «Информационно-измерительных комплексов» (датчиков), обеспечивающих оценку развития культур и подбор адаптивных сортов в разные фазы вегетации в зависимости от гидрометеорологических и технологических рисков по зонам субъектов Российской Федерации.
Пионерами в данной области можно считать школу академика Жученко А.А. (1979-1987), который впервые сформулировал роль биомониторинга растений на уровне растения, популяции и агроландшафта в изучении адаптации в системе «генотип-среда». Впервые был создан проблемно-ориентированный информационно-измерительный комплекс для эколо-го-генетических и прикладных исследований, разработано приборное оснащение и автоматизация научных экспериментов в биологии, включая аэрофото-и космофотоснимки с одновременным использованием круглосуточных наблюдений за динамикой показателей датчиков, фиксирующих рост, развитие растений, фотосинтез, транспирацию, водопотребление и формирование урожая разных культур и сортов в фитотронах и на полях (Жученко А.А., Зеликовский З.И. и др. , 1981).
Данные работы проводились под руководством академика Жученко А.А. в Институте экологической генетики АН Молдавии и в КБ «Биоприбор» (работы ученых Зеликовского З.И., Тона Ю.А., Клеймана Э.И., Бланка Э.И. и др. ), где были созданы первые датчики водного потока, тургисцентности, температуры «лист-воздух», прироста, роста плодов и др., а также работы в Агрофизическом институте ВАСХНИЛ (С.-Петербург), Институте физиологии АН СССР, Карельском филиале АН СССР, Институте растениеводства Литвы, Тартусском филиале АН ЭССР.
В это время стремительно появилось немало иностранных компаний, предлагающих генетикам, селекционерам, семеноводам и производственникам датчики и приборы для изучения интактных (живых) растений: Dynomax (США), Agricultural Electronics Corporation (США), Copa-Technologie (Франция), Phytech (Израиль), Grolab (Голландия) и др.
Фитомониторинг стал новой методологией постоянного наблюдения за динамикой морфо-физиологических, биохимических и экологических параметров растущего или находящегося в стадии покоя неповрежденного растения в течение длительного времени, дающий наиболее точную оценку адаптивности сорта в данном месте его выращивания. Новые методы обеспечивали наблюдения в динамике и на расстоянии за реакциями отдельных культур,
сортов, форм и генотипов на изменения критических факторов внешней среды, влияющих на процессы продуктивности. Воздействие измерительного оборудования было сведено к минимуму, что достигалось на стыке использования знаний современных физических и биохимических методов, новинок измерительной техники и электроники. Ускоренный прогресс в электронике и информатике обеспечил широкое использование современного электронного оборудования для дистанционного биомониторинга на расстоянии (датчиками в поле и фитотроне, аэрофотосъемкой воздушным транспортом или даже спутниками из Космоса).
Датчики первого поколоения нуждались в подключении к блоку питания и регистратору. При этом вопрос преобразования выходного сигнала датчика (напряжение или ток) в измеряемую величину (температуру, скорость роста и т.д.) решался самим пользователем с использованием приложенных гра-дуировочных характеристик. Потребителями таких изделий являлись главным образом исследователи и фермеры.
На данном этапе для решения задач оценки технологических рисков снижения урожая сельскохозяйственных культур при его страховой защите по зонам субъектов Российской Федерации целесообразно использовать современные укомплектованные измерительные системы на основе фитомониторов. Например, "Фитомонитор РМ-11" или "Монитор фотосинтеза РТМ-48А" и др. зарубежных производителей. В проект можно дополнительно включить некоторое количество мониторов. Их число определяется необходимостью оценки адаптивности сортов в конкретном регионе, зоне и даже поле: в каждый монитор РМ-11 можно включить один метео-блок RTH (освещенность, температура и влажность воздуха и почвы) и в среднем 8 датчиков водных потоков в растении, которые могут быть распределены в радиусе 4 м (по специальному заказу длина кабелей может быть увеличена до 10 м). Фитомонитор может использоваться и в составе комплекта для открытого поля. В этом случае он доукомплектовывается защитным шкафом и мачтой с системой автономного питания от солнечной батареи и аккумулятора, а также, при необходимости, устройством беспроводной связи.
Таким образом, на первом этапе для оценки адаптивности сортов необходим один монитор в фитотроне (с питанием от 220 Вольт) или один в поле с автономным питанием. Фитомонитор РМ-11 - это, главным образом, инструмент фермера, перед которым стоят конкретные агротехнические и технологические вопросы. В свою очередь монитор фотосинтеза РТМ-48А - это, скорее, инструмент исследователя -физиолога, эколога, агронома, селекционера, питом-никовода. Он обладает всеми возможностями фито-монитора и плюс включает 4 газометрических канала с листовыми камерами, позволяющими измерять СО2-обмен и транспирацию листьев, а в специальной конфигурации - еще и осуществлять покомпонентный
мониторинг газообмена (раздельно нетто- и брутто -фотосинтез, темновое и фотодыхание). Данный комплекс обеспечит гигантским количеством точной информации по результатам мониторинга даже в самом простом эксперименте, когда просто в течение нескольких суток производится запись того, что происходит с растением. Монитор фотосинтеза РТМ-48А с листовыми камерами и метео-модулем стоит около $30000, фитомонитор РМ-11 с метео-модулем - около $3000, датчики (в зависимости от типа) от $300 до $600. Так, на исследование адаптивности сортов яблони потребуется около $40000. В дальней шем целесообразно наладить свое КБ по тиражированию датчиков и фитомониторов.
Сегодня ученые достаточно точно в различных регионах Российской Федерации для большинства культур определили основные экологические и биологические риски получения высоких урожаев. Для большинства регионов стремительно растет зависимость продуктивности культур в сельском хозяйстве от засухи, высокой температуры, заморозков, болезней и др.
Для решения данной проблемы на первом этапе важно выделить индикаторные однолетние и многолетние экономически важные культуры в большинстве регионах товарного сельскохозяйственного производства в субъектах Российской Федерации по основным биологическим формам растений: деревья, кустарники, травы. Так, модельным объектом биомониторинга однолетних трав, вероятно, должна стать пшеница, многолетних деревьев - яблоня.
Например, основными задачами снижения рисков в производстве плодовых культур являются правильный выбор сорта для конкретного поля на дальнюю перспективу: высокая адаптивность (засухоустойчивость, зимостойкость и др.), продуктивность и качество, устойчивость к болезням и вредителям сорта. Расчеты показывают, что только закладка 5.8 тыс. га семечковых культур в среднем составляет 4495 млн. руб., а доведения такого сада до плодоношения потребует 446.3 млн.руб. Плодоношение яблони начинается с 2 - 8 лет после посадки саженца. Xорошее плодоношение яблони бывает до 20 - 25 лет, а общая продолжительность жизни деревьев превышает 50 лет. Ежегодно в России в среднем на 250 тыс. га производится около 3000 тыс. тонн плодов семечковых культур. Поэтому общие потери от неправильной закладки многолетнего сада без учета адаптивных возможностей сорта к засухе, заморозкам, вредителям и болезням в конкретной зоне могут достигать в отдельные годы до 500 млн. руб. В связи с этим, оценка технологических рисков снижения или полной потери урожая плодовых культур при его страховой защите по зонам субъектов Российской Федерации должна основываться в первую очередь на правильном районировании адаптивных сортов.
Весь опыт развития мирового растениеводства, включая его интенсификацию, свидетельствует
о стратегической важности дифференцированного использования генетических ресурсов для перехода к точному (прецензионному) земледелию. Поэтому в России и странах мира от реализации национальных программ сохранения и использования мировых генетических ресурсов высших растений зависит главное условие перехода к адаптивной стратегии развития сельского хозяйства, в т.ч. к его биологизации и экологизации. « Очевидно, что от ответов на вопросы : -сумеем ли мы накормить человечество?, -сбережем ли биологические ресурсы?, -сохраним ли экологическое равновесие биосферы?, -улучшим ли «среду обитания», «качество пищи» и «качество жизни»?, зависит не просто благосостояние , но и выживание человечества» (Жученко, 2012, с.503).
Литература:
1.Жученко А.А., Зеликовский З.И. и др. Проблемно-ориентированный комплекс для эколого-генетических исследований. Приборное оснащение и автоматизация научных исследований в биологии. Тез.докл. всесоюзн. Конф., Кишинев , 1981, ч.1, с.3-5.
2.Жученко А.А., Зеликовский З.И. и др. Автоматизация эколого-генетических исследований. Междунар. Шк. По автоматизации научных исследований, тез.докл., Пущино, 1982, с.6.
3.Жученко А.А., Жакотэ А.Г., Бланк Э.И. Методические аспекты скрининга биологически активных веществ по спектру действия на организмен-ном уровне растений. Применение проблемно -ориентированного информационно-измерительного комплекса в эколого-генетических исследованиях, Кишинев, 1986, с.13-15.
4.Жученко А.А., Жакотэ А.Г. Возможности и перспективы оценки онтогенетического адаптивного потенциала культурных растений на основе АСНИ Биотрона. Экологическая генетика растений и животных, Кишинев, 1987, с.122-124.
Жученко А.А. - мл. - e-mail: [email protected]
5.Жученко А.А., Симонов А.В. Повышение уровня реализации адаптивного потенциала культурных растений на основе агроэкологического районирования видов и сортов. Экологическая генетика растений и животных, Кишинев, 1987, с.245-246.
6.Жученко А.А. Экологическая генетика культурных растений как самостоятельная научная дисциплина. Краснодар, ВНИИ риса, 2010, 485 с.
7.Жученко А.А. Мобилизация генетических ресурсов цветковых растений на основе их идентификации и систематизации. М., «Немчиновка», 2012, 584с.
8.Жученко А.А.мл. Архитектура репродуктивной системы томата (генетический подход). Ки-шинив, «Штиинца», 1990, 201с.
9.Жученко А.А.мл. и др. Национальная коллекция русского льна, ВНИИ льна, Торжок, 1993, 101с.
10.Жученко А.А.мл., Рожмина Т.А. Мобилизация мировых генетических ресурсов льна. ВНИИ льна, Старица, 2000, 223с.
11.Жученко А.А.мл., Масляков В.Ю., Ижевский С.С. и др. Концепция научного обеспечения фи-тосанитарной карантинной безопасности АПК Российской Федерации, М., ВНИИ карантина, 2004.
12.Жученко А.А.мл. Мобилизация мировых генетических ресурсов и средоулучшающие фитотех-нологии. М.РУДН, 2007, 162 с. с ил..
13.Жученко А.А.мл., Чесноков Ю.В. Генетические ресурсы и генетическая модификация растений как факторы изменений среды обитания человека, Биосфера, т.4, №2, 2012, с.150-157.
14.Жученко А.А.мл. Эволюция средосохра-няющих и средоулучшающих свойств высших растений. Многофункциональное адаптивное кормопроизводство. Средообразующие функции кормовых растений и экосистем, 2014, ВНИИ кормов, с.23-33.
Статья поступила в редакцию: 18.05.2014
УДК 330.341
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ЗЕРНОПРОДУКТОВОГО
ПОДКОМПЛЕКСА РОССИИ
ECONOMIC PROBLEMS OF DEVELOPMENT OF THE ZERNOPRODUKTOVY SUBCOM-
PLEX OF RUSSIA
Алтухов А.И., академик РАН
Altukhov A.I., academician of the Russian Academy of Sciences
ВНИИ экономики сельского хозяйства
Rural economics all-union scientific research institute
В статье определены основные проблемы развития зернопродуктового подкомплекса России. Представлены результаты комплексного анализа рынка зерна, условий производства и реализации. Оценены перспективы зерновой отрасли в условиях реализации Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы.
