CC BY
51
Селекция и семеноводство — важнейшие инструменты растениеводства
Вклад нового, генетически улучшенного сорта, адаптированного к конкретным почвенно-климатическим условиям в прибавке урожайности, оценивается в последние годы, при прочих равных условиях, не менее чем в 50%.
Выдающийся ученый-селекционер, генетик и иммунолог Николай Вавилов говорил, что селекция — это и наука, и искусство, и ремесло. Она, как и эволюция, держится на трех «китах»: наследственности, изменчивости, отборе. Как науке, ей свойственна и необходима широкая комплексность, как искусство, она требует талантливых селекционеров, способных к интуитивным догадкам, как ремесло — предполагает высокий уровень организации и управления реальным полевым селекционным процессом — «конвейером». Только при оптимальном сочетании всех 3 составляющих возможно ежегодно выдавать «на гора» новый, генетически улучшенный продукт — сорта сельскохозяйственных растений с высокой и стабильной урожайностью, лучшим качеством продукции.
й^лскдо
ПГЫПЧНИЕ '.■ьитжщг.ш'у
Рис. 1. Путь сорта на поля
Своевременные сортообновление и сортосмена обеспечивают прирост урожайности на 10—50%. Если эти мероприятия не осуществлять с частотой раз в 4 года, не будет не только прироста, но и снизится уже достигнутый урожай.
Практически во всех странах существует система — национальная селекция, государственное сортоиспытание, семе-
новодство (рис. 1), — задача которой — поддерживать сортовые ресурсы, обеспечивать товарные хозяйства качественными семенами. В Беларуси в настоящее время 73,5% пашни занято отечественными сортами и 26,5% — иностранными (табл. 1). Примерно такое же соотношение и в Западной Европе.
Более 70 белорусских сортов занесены в Госреестры и допущены к использованию
Таблица 1. Отечественные и зарубежные сорта в Госреестре Республики Беларусь, 2007 г. (количество и площади посева)
Количество сортов в Госреестре, 2007 г. Посевная площадь в 2007 г.
Культура В том числе Всего, тыс. га Доля площадей под белорусскими сортами, %
Всего белорусской селекции иностранные
озимая рожь Озимая пшеница 23 28 21 18 2 10 592,3 229,1 97,6 72,6
Озимая тритикале 17 9 8 405,2 77,9
Яровая пшеница 16 5 11 128,6 43,1
Яровая тритикале 4 1 3 16,4 66,3
Ячмень 24 13 11 631,8 63,4
Овес 13 8 5 216,1 50,6
Гречиха 13 10 3 9,4 82,9
Горох 28 16 12 45,2 42,2
Вика яровая 8 4 4 13,8 16,3
Люпин 16 16 — 39,4 97,3
Озимый рапс 16 8 8 162,2 97,0
Яровой рапс 19 10 9 63,9 99,9
Сахарная свекла 55 2 53 98,3 —
Кукуруза 69 13 56 725,0 37,2
в 37 областях России, в Украине, Литве, Латвии, Кыргызстане, Германии (табл. 2).
В целом селекция по большинству культур ведется результативно, на высоком уровне. Однако следует признать, что и в селекции, и в семеноводстве накопились проблемы, требующие неотложного решения. Исторически сложилось так, что в период 1965—1980 гг. государством было вложено много средств, организационных усилий по переводу селекции и семеноводства на другой методологический, приборный и материально-технический уровень. Это было связано с тем, что с 1965 г. генетику в СССР официально перестали считать лженаукой и начали активно развивать. В стране было создано более 30 селекционных центров (в том числе и в Беларуси — Западный селекционный центр), построены фито-тронно-тепличные комплексы, закуплены в достаточном количестве современные приборы и специальная малогабаритная селекционно-семеноводческая техника, образованы экспериментальные семенные базы-элитхозы, организован массовый выезд специалистов на зарубежные стажировки, в вузах начали готовить сту-
Михаил КАДЫРОВ первый заместитель генерального директора по науке Научно-практического центра НАН Беларуси по земледелию, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Таблица 2. Распространение сортов НПЦ по земледелию за пределами Беларуси
Культура Евросоюз: Германия, Англия Россия Украина Литва Латвия Кыргызстан
Озимая 3 рожь 4 1
Тритикале 4
Озимая пшеница 1 3
Яровая пшеница 1 1
Ячмень 5 3 2 2 2
Овес 2 2 21
Гречиха 2 312
Люпин 4 1 1 2
Рапс 3
Многолетние травы 5 2 1
Кормовая свекла 3 2
Всего 4 29 13 8 9 8
дентов по новым программам, профессия селекционера стала престижной. Даже в нашей небольшой республике было два Героя Социалистического Труда по селекции растений. В отрасль пошли талантливые, сильные кадры.
В сущности, на этом заделе последние 20—25 лет и держалась результативность данной сферы белорусской науки. Надо сказать, что и поныне отечественные сорта конкурентоспособны по сравнению с иностранными, а в южных, восточных, северных и центральных районах страны превосходят их по стабильности, урожайности и качеству продукции. Если в 1965 г. (рис. 2) у нас возделывались только 2 собственных сорта (остальные в основном российские и немецкие), в 1980 г. — 19, в 1990 г. — 53, то в 2006 г. — уже 189.
Несомненно, настало время не только приложить усилия для сохранения всего рационального, что было создано ранее в нашей селекции и семеноводстве, но и вывести их с учетом расширившихся возможностей биологической науки на новый уровень.
Важно подчеркнуть, что по объективным причинам на белорусских полях не могут преобладать иностранные сорта. Это обусловлено особенностями условий ведения селекции и возделывания продукции:
• преобладанием легких по механическому составу почв, подстилаемых песками (до 60% пашни);
• наличием больших площадей осушенных торфяно-болотных почв (до 10% пашни в Брестской и Гомельской областях);
• контрастностью предприятий по уровню хозяйствования (к примеру, по урожайности зерновых от 15 до 90 ц/га);
• нарастающим изменением среды обитания растений (увеличением частоты засух, заморозков, затоплений, ростом «амплитуд перепадов», фитосанитар-ной спецификой, усилением техногенных загрязнений);
• резким возрастанием стоимости средств интенсификации: топлива, удобрений, пестицидов, техники.
189
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2006-2007
Рис. 2. Количество сортов отечественной селекции зерновых, зернобобовых, технических, кормовых и крупяных культур на полях Беларуси
Методы Решаемые задачи
предполагается освоить |_| используются
Рис. 3. Использование генетико-биотехнологических методов в селекционном процессе
Для повышения результативности селекции в настоящее время уже предпринимаются следующие меры:
• экологизация селекции — постепенный перенос отдельных ее этапов на областные опытные станции и в аграрные
вузы. Следует отметить, что в Беларуси количество селекционных учреждений, приходящихся на единицу пашни, значительно меньше, чем в Западной Европе (к примеру, по ячменю — в 6 раз); широкое освоение и использование в технологиях современных генетико-
биотехнологических методов (рис. 3);
• ускоренное создание сортов (модернизация фитотронно-тепличных комплексов);
• повышение информативности селекционных процессов на базе современных компьютерных средств и информационных технологий;
• формирование национального банка генетических ресурсов сельскохозяйственных растений;
• материально-техническое и приборное переоснащение всех этапов селекции и семеноводства.
Для реформирования системы семеноводства, в свою очередь, начали осуществляться следующие нововведения:
• передача производства всех оригинальных семян и суперэлиты по всем зерновым, зернобобовым техническим и кормовым культурам научно-исследовательским учреждениям Национальной академии наук;
• внедрение новых современных методов контроля качества семян (ДНК-паспортизация, электрофорез);
• сокращение числа элитопроизводящих хозяйств со 100 до 40 с усилением их специализации;
• создание в элитхозах специализированных семенных заводов по сушке, очистке и доработке семян элиты;
• формирование нового механизма стимулирования производства и реализации высококачественных семян.
В НПЦ по земледелию для создания отдаленных гибридов и гаплоидов широко используется метод незрелых зародышей, так называемая эмбриокультура in vitro. Этими методами получен исходный материал для селекции тритикале, овса, злаковых и бобовых трав, а также сорта ячменя и овса. Внедрены в селекционный процесс метод культуры пыльников in vitro крестоцветных культур, созданы два дигаплоидных сорта рапса, а также метод клонального микроразмножения клевера лугового и серия новых сортов. Внедряются методы изолированных зародышей in vitro люпина и гипокотилей рапса.
Выполнение разработанной в Научно-практическом центре НАН Беларуси по земледелию совместно с Минсельхозпродом и утвержденной на Президиуме
Совета Министров Программы совершенствования селекции и семеноводства зерновых, зернобобовых, технических и кормовых культур на 2008—2013 гг. обеспечит современную и эффективную работу этой отрасли на ближайшие 20 лет, позволит стабилизировать и увеличить ежегодное производство только зерна минимум на 500 тыс. т. Суммарный экономический эффект составит более 192 млрд руб. в год. При стабильном финансировании срок окупаемости вложенных финансовых средств — 3 года.
Для Академии наук упомянутая программа особенно актуальна и приоритетна, поскольку активизирует значительную часть биологической науки. В создании сортов, получении высококачественных семян, улучшении сортовых технологий возделывания культур материализуется, «овеществляется» вся информация, методы, приемы, способы, разрабатываемые научными учреждениями биологического профиля, которые занимаются изучением растений. Именно этим путем знания, научно-технический прогресс работают на обеспечение продовольственной безопасности республики.
Что касается трансгенных сортов сельскохозяйственных растений, то общепризнано, что они, при всей их перспективности и важности, еще не сделали «зеленой революции». Ныне в мире трансгенные сорта возделываются на площади более 100 млн га, 90% — это сорта, устойчивые к гербицидам тотального действия (в основном глифосатсодержащим).
Примерно 99% площадей, занятых трансгенными растениями, отданы под 4 культуры: сою, рапс, кукурузу и хлопок. Можно предположить, что ученые Европы в связи с окончанием срока действия моратория на запрет ГМО (генетически модифицированных организмов) активно включатся в процесс их создания и использования.
В практическом плане для ускоренного получения трансгенных сортов (как только позволит юридическая ситуация) мы, прежде всего, готовы методами традиционной половой гибридизации оперативно «встроить» целевые гены (трансгены)
от уже существующих коммерческих трансгенных сортов, устойчивых к гербицидам тотального действия, болезням и вредителям, в адаптированные к нашим почвенно-климатическим условиям белорусские и иностранные сорта и гибриды рапса ярового и озимого, свеклы сахарной и кормовой, кукурузы, других культур. Однако понятно, что при таких исследованиях требуется учитывать все ограничения и опасности использования трансгенных растений, необходимость обеспечения высокого уровня инструментального мониторинга, оценки и маркировки генетически модифицированной продукции.
Существует пять подходов к решению проблемы вывода на поля республики трансгенных сортов:
• уже имеющиеся за рубежом подвергнуть государственному сортоиспытанию и подходящие рекомендовать для использования в производстве;
• предложить иностранным биотехнологическим фирмам создать трансгенные аналоги лучших сортов, занесенных в Госреестр Беларуси;
• купить за границей необходимые конструкции и самим получить трансгенные сорта;
• самостоятельно из трансгенных зарубежных сортов перенести «трансген» в лучшие новейшие отечественные сорта традиционной гибридизацией;
• от начала до конца пройти все этапы самостоятельно.
Для практической реализации в ближайшие 3—5 лет наиболее вероятны 1-й и 4-й варианты. На предложение по реализации 3-го и 4-го западные фирмы, как правило, не идут. Пятый подход наиболее длителен по времени и дорогостоящ.
Даже в промышленной микробиологии возможности генетической инженерии пока используются не столь широко, как могли бы. Что же касается высших животных и растительных организмов, то ее практическое применение сдерживается прежде всего самой генетикой. Хозяйственно важные признаки зависят не от одного, а от многих генов, а генетическая инженерия ныне работает в основном с немногими менделирующими.
Как правило, хозяйственно ценные и адаптивно значимые признаки являются полигенными по своей природе. Подавляющее большинство из них остаются генетически не идентифицированными и биохимически не охарактеризованными. Из более чем 50 тыс. генов в геномах лишь у некоторых видов растений изучены и локализованы в хромосомах по 200—300. Методы ДНК-технологий разработаны только для небольшого числа культур и признаков.
На 17-м Международном конгрессе по генетике, прошедшем под девизом «Генетика и понимание жизни», в числе 11 важнейших направлений этой современной науки названы: генетические ресурсы и селекция, генетика развития, эволюционная, экологическая, популяционная и генетика количественных признаков.
С начального и до завершающего этапа создания сорта селекционер встречается с основной ныне трудностью, состоящей в том, что наука пока не располагает надежными теорией и методами отбора. Поскольку генотип многовариантен в своем фенотипическом проявлении, селекционная практика ввиду возможных ошибок при отборе часто сталкивается с угрозой не уловить ценнейшие генотипы, полученные в процессе длительной и затратной работы. Мы, как и вся мировая селекционная практика, пока еще не можем надежно идентифицировать генотип по фенотипу или другим способом.
Ряд исследователей считают приоритетным дальнейшее развитие эколого-генетической теории полигенного наследования с выходом на фазы онтогенеза, разработку метода идентификации генотипов по их фенотипам, по конечным результирующим и компонентным признакам в разных фазах онтогенеза, а также разработку методов экспрессной полевой селекционной идентификации генотипов.
Несомненно, селекция — сложный и еще далекий от оптимальности системный, вероятностный процесс. Очень точно и просто это выразил Николай Вавилов: «Селекция — это эволюция, направляемая волей человека... Селекционный процесс — это эволюционный процесс, сжатый во времени и пространстве».
