CC BY
151
Вестник ОрелГАУ, 6(57), Декабрь 2015, http://dx.doi.org/10.15217/issn1990-3618.2015.6.3 УДК / UDK 633/.635:631.52:551.583-022.227
РОЛЬ СЕЛЕКЦИИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ЭФФЕКТИНОГО РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА И ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
ROLE OF BREEDING IN EFFICIENT DEVELOPMENT OF PLANT BREEDING PROVISION AND IMPORT SUBSTITUTION IN THE CONDITIONS OF GLOBAL CLIMATE CHANGING
Парахин Н.В*., академик РАН, ректор Орловского ГАУ Parakhin N.V., Academician of the Academy of Science, Rector of Orel State Agrarian University Амелин А.В., доктор сельскохозяйственных наук, профессор Орловского ГАУ Amelin A.V., Doctor of Agricultural Sciences, professor of Orel State Agrarian University E-mail: pnv@orel.ru
АННОТАЦИЯ
В статье приведены результаты анализа многолетних собственных исследований и литературных сведений о роли селекции в обеспечении эффективного развития растениеводства и импортозамещения в условиях глобального изменения климата. Показано, что сорт в настоящее время стал основным фактором экономического роста сельскохозяйственного производства. Однако, в результате селекции адаптивные способности культурных растений имеют выраженную тенденцию к ухудшению по причине того, что система земледелия не способствует созданию сортов устойчивых к абиотическим и биотическим стрессовым факторам, стремясь максимально обеспечить растения элементами питания и защиту их от воздействия экстремальных факторов среды. В результате адаптивные свойства растений в процессе селекции имеют определенную тенденцию к ухудшению, что в ближайшем будущем может стать главной причиной сдерживания дальнейшего прогресса производства. Сделано заключение, что для изменения сложившейся ситуации, необходимо пересмотреть приоритеты развития как в растениеводстве, так и в селекции с учетом изменения климата. В данном случае весьма актуально перейти от интенсивных химико-техногенных к биологизированным технологиям, а в селекции создавать адаптивные сорта, формирующие не только высокую, но стабильную и качественную урожайность.
ABSTRACT
The article presents the scientific analysis of long-term personal research results and reports on the role of breeding in provision of plant breeding efficient development and import substitution in the conditions of global climate changing. It is proved that a variety has become today the main factor of economic growth of agricultural industry. In consequence of breeding the cultivated plant, adaptive capacities possess prominent downtrend because the agricultural system does not provide creation of varieties which resistant to impact of stress abiotic and biotic factors, tending to provide plants with maximum of fertilizer elements and protection from extreme ecological factors. Thus, the adaptive capacities of plants in the breeding process downtrend, that in the nearest future can be the main reason of restraining further production progress. It is concluded that to change the present situation is necessary to revise the priorities in plant breeding and in breeding, considering global climate changing. In this case it is very important to transfer from intensive chemical-technogenic to biologize adaptive technologies. In breeding it is necessary to create varieties forming not only high but also sustainable and high-quality yield capacity. This work should be done with compulsory recording of climatic and working conditions of the region of cultivation of one or another crop or variety, where it is important to determine their optimal location tending to increase their diversity and intensification of agro ecological specialization.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Растениеводство, селекция, сельскохозяйственные культуры, сорт, устойчивость, урожайность, стабильность, качество.
KEY WORDS
Plant breeding, breeding, agricultural crops, variety, resistance, yield capacity, sustainability, quality.
В настоящее время импортозамещение на агропродовольственном рынке России рассматривается одной из главных Государственных задач в обеспечение продовольственной безопасности страны. В ее решении первостепенная роль, безусловно, принадлежит растениеводству, особенностью развития которого на современном этапе является ярко выраженное ухудшение многих агроэкологических и биологических ее составляющих [1, 2] на фоне глобального потепления климата [3, 4]. Согласно прогнозам ООН, среднегодовое повышение температуры воздуха на планете в XXI столетии может составить 1,5 - 4°С., что вероятнее всего приведет к серьезным экологическим последствиям [5].
Причем, по мере усиления тенденций к потеплению погодные условия становятся все более экстремальными, а климатические стихийные бедствия - разрушительными. По расчетам специалистов, наносимый ими ущерб мировой экономики составляет около 100 млрд. долл. США [6].
Обеспокоенность в данном случае вызывает то обстоятельство, что к естественным причинам изменения климата, которые были всегда, добавляется еще и усиливающийся антропогенный фактор, уменьшить влияние, которого с каждым годом становится все сложнее [4].
Причин потепления климата на планете называется достаточно много [7, 8], но большинство ученых сходятся во мнении, что данному процессу значительно в большей степени способствует увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере (вклад оценивается 65% от всех источников), на снижение которой в настоящее время и направлены основные усилия мирового сообщества [9, 10].
Весьма актуально это и для России, где наиболее заметно проявляются температурные аномалии в умеренных широтах Европейской части, в Средней и Западной Сибири, Забайкалье [11]. К примеру, в Орловской области, за последние 50-60 лет среднегодовая температура воздуха выросла почти на 200С (с 4,8 до 7,0 0С), а среднегодовая сумма осадков - на 141 мм [12,13].
Предполагается, что в результате этих изменений в северных широтах страны годовая сумма эффективных температур может увеличиться на 600-650°С, что приведет к перемещению границы земледелия к северу на 250-400 км [4, 14,15].
Становится все очевиднее, что в складывающейся ситуации организацию растениеводства следует осуществлять исходя не только из меняющихся приоритетов мирового продовольственного рынка и задач отечественного производства по импортозамещению, но и с обязательным учетом глобального и локального изменения климата. Причем, чтобы уменьшить риски и негативные последствия в растениеводстве вследствие экстремальных изменений, эту работу важно проводить целенаправленно и заблаговременно, насколько это возможно.
Несомненно, эффективность этой работы во многом будет определяться селекционными достижениями. Это связано, прежде всего, с той ролью, которую играет в настоящее время сорт в прогрессе сельского хозяйства. По данным ретроспективного анализа, проведенного Дмитрием Николаевичем Прянишниковым и Адольфом Трофимычем Мокроносовым (1988), именно благодаря селекции в середине прошлого столетия урожайность зерновых культур удалось увеличить с 30 до 55ц/га [16]. Успех был настолько ошеломительным, что автору первых интенсивных мексиканских сортов пшеницы селекционеру Барлаугу, виде исключения, даже была присвоена Нобелевская премия.
В настоящее время современные сорта сельскохозяйственных культур при одних и тех же погодных и агротехнических условиях формируют урожайность зерна в 2-5 раз больше, по сравнению со своими сородичами [17,18]. По нашим данным и других ученых, вклад сорта в формирование урожая стал составлять от 30 до 80%, в зависимости от уровня отселектированности культуры [19,20].
Возделывание новых сортов и гибридов хотя и связано с определенным ростом дополнительных затрат, однако получаемая прибавка урожая позволяет не только компенсировать эти расходы, но почти в 3 раза увеличить чистый доход [21]. В результате этого, сорт в настоящее время стал основным фактором экономического роста сельскохозяйственного производства [22]. По расчетам специалистов, средняя прибыль, полученная в США за последние 30-50 лет от внедрения новых сортов, составляет около 1% в год.
Но, несмотря на такие успехи селекции, вариабельность урожайности сельскохозяйственных культур в мире за последние 100 лет не только не уменьшилась, а еще более усилилась [23]. Эта тенденция имеет ярко выраженный характер как в целом по России, так и отдельных ее регионах [13,24,25].
При этом растениеводство, по-прежнему, остается химико-техногенным, базирующимся на использовании большого количества удобрений и средств защиты растений при получении урожая [FAOstat, 2012; IFADATA, 2012].
По мнению академика А.А. Жученко, (2004), к негативным тенденциям развития сельскохозяйственного производства в России следует так же отнести снижение биологического разнообразия, рост генетической уязвимости, эффекты «пестицидного бумеранга» и «эволюционного танца» в системе «хозяин - паразит» [24]. Для решения этих проблем им была предложена стратегия адаптивного растениеводства, одним из приоритетных направлений которой является создание и использование адаптивных сортов [1,2].
Однако достичь поставленной цели, очевидно, будет не просто. Согласно результатам наших многолетних исследований и экспериментальных данных других ученых, в результате селекции адаптивные способности культурных растений имеют выраженную тенденцию к ухудшению [26,27,28,29]. При изучении предковых и современных сортов гороха, сои, фасоли, кормовых бобов, чечевицы обыкновенной и гречихи, нами было установлено, что рост урожайности в процессе селекции обеспечивается, в первую очередь, за счет улучшения у растений агроценотических свойств, а не повышения их устойчивости к абиотическим и биотическим факторам среды. Одиночно растущие современные растения по продуктивности не превосходят своих сородичей, а их преимущества проявляются лишь в агроценозе [30].
Это достигается, в частности, за счет: повышения устойчивости сортовых посевов к полеганию [31], оптимизации межфазных периодов развития их растений [30, 32]; ограничения вегетативного роста в период формирования и налива семян [33]; определенных морфофизиологических изменений корневой системы растений, которая стала у современных сортов более компактной, ориентированной на верхний пахотный слой почвы [34]. А самое главное она стала более эффективной в усвоении элементов минерального питания из удобрений [35].
В результате современные сорта сельскохозяйственных культур культур формируют высокий урожай в основном в благоприятных агротехнических и погодных условиях и резко его снижают при их ухудшении [27,28, 36, 37, 38].
То есть в производстве, так же, как и в естественной природе, наибольшее распространение получают те генотипы, морфофизиологические параметры которых в большей степени адаптированы к условиям произрастания. В первом случае оба фактора (генотип - среда) в значительной степени формируются целенаправленной деятельностью человека, поэтому только при обоюдном их совершенстве в ходе исторического развития и достигаются наибольшие результаты прогресса производства.
При этом система земледелия, стремясь максимально обеспечить растения элементами питания и защиту от воздействия экстремальных факторов среды, служит основным селективным фоном отбора наиболее перспективных из них, используя в качестве критерия преимущественно величину продуктивности. В результате у сельскохозяйственных культур, в отличие от дикорастущих представителей, наибольшее
распространение получают сорта, способные с относительно высокой эффективностью реализовывать биологический потенциал вида лишь в благоприятных условиях произрастания (погодных и агротехнических), снижая урожайность при их ухудшении. В процессе селекции адаптивные свойства растений к стрессовым факторам среды даже имеют определенную тенденцию к ухудшению, что в ближайшем будущем может стать главной причиной сдерживания дальнейшего прогресса производства.
Для изменения сложившейся ситуации предлагается пересмотреть приоритеты развития, как в растениеводстве, так и в селекции с учетом проявления негативных тенденций (1,2, 24 39). В данном случае весьма важно перейти от интенсивных химико-техногенных к биологизированным технологиям, больше используя, к примеру, потенциальные возможности бобовых культур [40] и кормовых трав [41], а в селекции следует создавать адаптивные сорта, формирующие не только высокую, но стабильную и качественную урожайность при эффективном использовании минеральных удобрений и минимальном - средств защиты растений [24, 26, 27, 28, 34]. Эту работу мы рекомендуем проводить с обязательным учетом изменений климатических и производственных условий, происходящих в каждой природно-экономической зоне возделывания той или иной культуры, того или иного сорта [12, 39]. При этом целесообразно определить и оптимальное их размещение в регионе, стремясь к увеличению многообразия и усилению агроэкологической специализации [24,42]. Известно, что агросистемы, имеющие разнообразный состав, полнее используют ресурсы среды обитания и, как правило, обладают большей устойчивостью к действию стрессовых абиотических и биотических факторов. Исходя из этого, в хозяйствах желательно возделывать не один сорт, а два и более, хотя бы по основным профилирующим культурам [21, 26].
Используя несколько сортов, мы не только стабилизируем растениеводство, но и получаем наибольшую урожайность, а следовательно, и экономическую выгоду [21, 26]. В связи с этим специалисты должны регулярно проводить сортосмену, учитывая, что для каждой природно-экономической зоны существует свой морфофизиологический тип сортов, который позволяет наиболее полно реализовывать биологический потенциал культуры и максимально использовать биоклиматические ресурсы региона. С учетом этого, нами были научно обоснованы параметры перспективного сорта основных сельскохозяйственных культур для возделывания в Центрально-Черноземном регионе России и изложены в методических рекомендациях [43]. Применение данных методических рекомендаций при отборе сорта для производства позволит, с одной стороны, минимизировать риск использования не того сорта, с другой - осуществить гарантированное повышение эффективности производства.
В заключении следует отметить, что современные вызовы развития на планете носят не локальный и временный, а глобальный и длительный характер. В складывающихся финансово-экономических условиях России, для эффективного их решения необходимо в настоящее время объединить усилия научных и научно-образовательных учреждений по интеграции своих интеллектуальных и материально-технических средств. В этом отношении, хорошим примером может служить созданная нами в 2000 году Ассоциация «Научно-образовательный комплекс - Орловский государственный аграрный университет», позволившая сформировать единое региональное аграрное образовательное пространство, органично связанное с научно-исследовательской деятельностью, и вовлечь в инновационный процесс большое количество профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов, аспирантов и студентов.
Благодаря этому, в рамках Ассоциации уже более 10 лет успешно реализуется ряд интеграционных научных проектов в области селекции и растениеводства, в том числе, по импортзамещению на агропродовольственном рынке России.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Жученко, А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция)/А.А. Жученко. - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН,1994. -148 с.
2. Жученко, А.А. Экологические и эволюционные подходы в адаптивной селекции растений/ А.А. Жученко // Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений. -Пенза, 1999. - Т.1. - С. 7-25.
3. http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/izmenenie-klimata.html.
4. Обаси, О.П. Наш будущий климат // Метеоспектр - 2002. - .V. 3-4. - С.119-123.
5. http://temperatures.ru/articles/global climate change.
6. http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/izmenenie-klimata.html.
7. http://temperatures.ru/articles/global climate change.
8. http://www.wildfield.ru/caei/tetrad/02.htm.
9. http://temperatures.ru/articles/global climate change.
10.http://www.vevivi.ru/best/Globalnye-izmeneniya-klimata-Prichiny-i-prognozy-ref119302.html.
11. Сайт rian. ru и ИГКЭ Росгидромета и РАН.
12. Амелин, А.В. Особенности изменения климата на территории Орловской области за последние 100 лет и их влияние на развитие растениеводства в регионе /А.В. Амелин, С.Н. Петрова // Вестник ОрелГАУ. - 2006. - № 2 - 3. С. 76-79.
13. Парахин, Н. В. Агробиологические индикаторы устойчивого развития растениеводства в Орловской области/ Н.В. Парахин, А.В. Амелин//Вестник ОрелГАУ. 2014. - 5(50). - С. 92 -102.
14. Вермель, Д.Ф. Адаптация зернового производства к изменениям климата / Д.Ф. Вермель, В.А. Смирнова // Аграрная наука - 1996. - №5. - С.4-6.
15. Елдышев, Ю.Н. Метеоапокалипсис / Ю.Н. Елдышев // Экология и жизнь. - 2003. - М'5. -С. 45-46.
16. Мокроносов, А.Т. Фотосинтез и продукционный процесс / А.Т. Мокроносов // Физиология растений на службе продовольственной программы СССР. - М.: Знание, 1988. - №2. -С.3-18.
17. Сандухадзе, Б.И. Сорта озимой пшеницы, обладающие высоким потенциалом урожайности и качества зерна / Б.И. Сандухадзе // Вестник ОрелГАУ. - 2009. - №3(18). -С. 13-14.
18. Jain, H.K. Eighty years of post Mendelian breeding for crop yield: nature of selection pressures and future potential / H.K. Jain // Indian J. Genet. And. Plant Breed. - 1986.- N1 (46). - P. 30-53.
19. Амелин, А. В. Роль сорта в формировании урожая / А. В. Амелин // Земледелие. - 2002. -№ 1. - С.42-45.
20. Созинов, А.А. Селекционно-генетические аспекты повышения продуктивности и качества зерна пшеницы / А.А. Созинов // Фотосинтез и продукционный процесс / Под ред. Ничипоровича А.А. М.: Наука, 1988. - С.226-237.
21. Парахин, Н.В. Значение современных сортов в повышении эффективности сельскохозяйственного производства / Н.В. Парахин, А.В. Амелин// Роль современных сортов и технологий: Материалы Всероссийской научно-практической конференции 12-15 июля 2004 г. -Орел: изд. Орел ГАУ, 2005. - С. 94- 104.
22. Амелин, А.В. Значение сорта в повышении эффективности производства зерна озимой пшеницы в природно-экономических условиях Орловской области. А.В Амелин, А.Ф. Мельник, В.И. Мазалов, А.Н. Николаев // Зернобобовые и крупяные культуры. - 2013. -№3 (7). - С. 57-65.
23. Яблоновская, С.И. Потенциал эффективности долгосрочных прогнозов колебаний урожаев зерновых культур / С.И. Яблоновская: дисс. канд. экон. наук. - Воронеж, 2004. -182 с.
24. Жученко А.А. Эклогическая генетика культурных растений и проблемы
агросферы (теория и практика). / А.А. Жученко. - Москва: Издательство Агрорус, 2004. - Т.2. -688с.
25. Сидоренко, О.В. Прогнозирование урожайности в Орловской области / О.В. Сидоренко, Т.И Гуляева // Вестник ОрелГАУ. -2010.- №6 (27). - С.64-68.
26. Амелин, А.В. Морфофизиологические достоинства и недостатки современных сортов. Дальнейшие пути их совершенствования у зернобобовых и крупяных культур./ А.В. Амелин // Вестник Орел ГАУ.- 2012 - Т.36.- №3. - С10-15.
27. Неттевич, Э.Д. Проблемы селекции зерновых культур в Нечерноземной зоне РСФСР в связи с интенсификацией земледелия / Э.Д. Неттевич // Сельскохозяйственная биология. - 1979. - Т. XIV. - №5. - С. 543-549.
28. Гончаренко, А.А. Об экологической пластичности и стабильности урожайности сортов зерновых культур/ А.А. Гончаренко// Пути повышения устойчивости сельскохозяйственного
производства в современных условиях: мат. Всероссийской научно-практической конференции 13-15 июля 2005 г. - Орел: изд. ОрелГАУ, 2005. - С. 46 - 56.
29. Молчан, И.М. Спорные вопросы в селекции растений / И.М. Молчан, Л.Г. Ильина, П.И. Кубарев // Селекция и семеноводство. - 1996. - №1-2. - С.36-51.
30. Амелин, А.В. Биологический потенциал гороха и его реализация на разных этапах развития культуры / А.В. Амелин // Селекция и семеноводство. - 1999. - № 2. -С. 15-21.
31. Амелин, А.В. О возможности повышения устойчивости гороха к полеганию / А.В. Амелин, А.С. Образцов, А.П. Лаханов, В.Н. Уваров // Селекция и семеноводство. - 1991. - №2. -С. 21 -23.
32. Амелин, А.В. Зависимость урожайности сортов гороха от скороспелости и условий произрастания /А.В. Амелин // Сборник научных трудов: селекция и технология возделывания зерновых, бобовых и крупяных культур. - Орел: ВНИИЗБК, 1994. - С. 100109.
33. Лаханов, А.П. Семенная продуктивность сортов гороха в зависимости от характера линейного роста растений / А.П. Лаханов, А.В. Амелин, Н.Е. Новикова // Биологические науки. - 1992. - №7. - С. 100-104.
34. Амелин, А.В. Морфофизиологические основы повышения эффективности селекции гороха: 03.00.12 "Физиология и биохимия растений"/ А.В. Амелин: автореф. дис.на соиск. уч. степ. д-ра с.-х. наук; [ОГАУ]. - М., 2001.- 46 с.
35. Климашевский, Э.Л. Генетический аспект минерального питания растений / Э.Л. Климашевский. - М.:, 1991. - 416 с.
36. Калашник, Н.С. Важнейшие результаты и современные вопросы селекции и семеноводства сорго / Н.С. Калашник // Бюлл.ВНИИ кукурузы.- 1972.-вып.1 (24). - С.61-65.
37. Амелин, А.В. Реакция разных по окультуренности сортообразцов гороха на условия произрастания / А.В. Амелин // Доклады РАСХН. - 2001. - №3. - С. 11-13.
38. Шевелуха, В.С. Биологические проблемы современной селекции растений./ В.С. Шевелуха // Новый аграрный журнал. пилотный номер: Опыт, проблемы, практика реформирования АПК. - 2001. - С. 89-91.
39. Методические подходы к созданию устойчивого и эффективного растениеводства в условиях глобального изменения климата (на примере Орловской области). Практические рекомендации - Орел: Орел ГАУ, 2015. - 84с.
40. Парахин, Н.В. Сельскохозяйственные аспекты
симбиотической азотфиксации./ Н.В., Парахин, С.Н. Петрова М.: КолосС, 2006. - 151с.
41. Парахин, Н.В. Эколого-стабилизирующее значение кормовых культур в растениеводстве / Н.В. Парахин. - М.: Колос,1997. - 176с.
42. Парахин, Н.В. Оптимизация структуры посевных площадей как фактор повышения устойчивости и эффективности растениеводства / Н.В. Парахин, А.В. Амелин, С.В. Потаракин, С.Н. Петрова // Вестник Орел ГАУ. - 2007. - №3. - С. 2-8.
43. Амелин, А.В. Что необходимо знать о сорте, чтобы создать эффективное производство? Методические рекомендации / А.В. Амелин, Н.В. Парахин. - Орел: ФГБОУ ВПО Орел ГАУ, 2014. - 31с.
