Повышение урожайности сельхозкультур

Если в Европе и США речь идёт, прежде всего, о дальнейшем повышении и без того высокой эффективности сельского хозяйства, давно уже превратившегося здесь в отрасль промышленности, то для некоторых стран третьего мира, в большинстве своём расположенных в так называемых зонах рискованного земледелия, внедрение современных аграрных технологий и увеличение урожайности – это без преувеличения вопрос жизни и смерти.

О "несбалансированном питании"

Промышленно развитые страны тратят ежегодно 10 миллиардов долларов на так называемые меры по поддержанию мира в кризисных регионах, гуманитарную помощь беженцам и восстановление инфраструктуры на разрушенных войной территориях. Между тем, уже и часть этой суммы, но инвестированная в развитие сельского хозяйства бедных государств, могла бы оказаться весьма эффективной мерой, направленной на предотвращение войн, - считают эксперты. Кроме того, они подчёркивают, что удовлетворить потребности стремительно растущего народонаселения планеты в продуктах питания удастся лишь в том случае, если объёмы их производства в ближайшие 30 лет по меньшей мере удвоятся. Иными словами, от развития аграрных технологий в значительной степени зависит будущее человечества. И исследования в этом направлении идут весьма интенсивно.

Когда речь заходит о так называемом "несбалансированном питании", перед глазами европейцев сразу же возникает образ этакого любителя картофельных чипсов, завсегдатая "Макдональдса", человека, который в супермаркете упорно игнорирует овощное и фруктовое изобилие, предпочитая готовые замороженные пиццы и супы из пакетика.

Однако во многих развивающихся странах население просто вынуждено питаться "несбалансированно", а порой и весьма скудно – по той простой причине, что ассортимент и даже запасы продовольствия там крайне ограниченны. За примерами далеко ходить не надо: во многих регионах Азии основным, а иногда и единственным компонентом обычного рациона является рис.

Рис, правда, весьма питателен, однако содержит далеко не все витамины, в которых нуждается организм человека. Особенно тяжёлые последствия может иметь то обстоятельство, что в рисе отсутствует бета-каротин – вещество, из которого вырабатывается ретинол, то есть витамин А. Витамин А, являясь активным антиоксидантом, необходим для нормального роста костей, сохранения зрения в сумерках, а также для поддержания структуры и функции слизистых оболочек. Дефицит ретинола особенно опасен для детей, поскольку приводит к прекращению роста, а кроме того, чреват развитием ночной слепоты, утолщением и сморщиванием роговицы и в конечном итоге – полной потерей зрения.

Между тем, существуют растения, богатые провитамином А, – например, морковь, капуста, помидоры. Бета-каротин образуется в них в результате сложного биохимического процесса обмена веществ, состоящего примерно из 20-ти этапов. В рисе три последних этапа отсутствуют. И вот теперь группе немецких и швейцарских учёных удалось методами генной инженерии исправить эту недоработку природы.

Исследователи из Фрайбурга и Цюриха внедрили в генную структуру риса три посторонних гена, два из которых они позаимствовали у растения под названием "нарцисс ложный", а один – и вовсе у бактерии. И что же в результате?

Хартвиг Гайгер, профессор Университета в Хохенхайме в окрестностях Штутгарта:

- Рисовые зёрна стали не белыми, а жёлтыми, причём жёлтыми именно потому, что в них образовался провитамин А. И содержание его столь велико, что позволяет в значительной мере разрешить проблемы, стоящие перед населением азиатских стран, которое вынуждено строить свой рацион питания преимущественно на рисе.

Тёмно-жёлтый трансгенный рис уже получил название "золотого", однако его предстоит ещё окультурить, то есть скрестить с целым рядом известных сортов, а на это уйдёт не менее 3-х лет.

Впрочем, ботаники и селекционеры, опираясь на достижения генетики, работают и в других направлениях...

Ген резистентности

Уже не первый год – и, в общем-то, не без успеха – ведутся исследования, цель которых – повысить сопротивляемость растений разного рода возбудителям заболеваний и вредителям. А с недавнего времени учёные пытаются сделать растения менее восприимчивыми и к таким влияниям окружающей среды, как засуха и засоление почв. Задача весьма актуальная, поскольку и то, и другое получает в некоторых регионах земного шара всё более широкое распространение.

При этом стратегия исследователей внешне проста: они хотят идентифицировать те гены, которые обеспечивают, например, флоре приливно-отливной зоны выживание в морской воде, и внедрить их в генетическую структуру сельскохозяйственных растений.

Профессор Хартвиг Гайгер поясняет:

- При выведении растений, резистентных к стрессовому воздействию засухи или засоления, самый главный вопрос состоит в том, удастся ли нам обнаружить те немногие ключевые гены, которые способны активизировать целый ряд других генов, вызвав тем самым своего рода эффект снежного кома. Потому что пытаться в одном растении видоизменять сразу 20 или 30 или 100 генов – это совершенно безнадёжная затея.

Иными словами, некоторые сулящие успех перспективы уже наметились, но конкретных результатов пока нет. В общем-то, это и понятно, поскольку генная структура растений достаточно сложна и механизмы взаимодействия отдельных генов изучены слабо, а тем более, если речь идёт об искусственно внедрённых чужеродных генах.

Кроме того, вопрос о том, целесообразно ли вообще делать ставку на трансгенные растения, по-прежнему вызывает бурные дискуссии. Противники генной инженерии указывают на целый ряд факторов риска, исключить которые пока никто не может: тут и возможный ущерб здоровью человека, и непредсказуемые воздействия на окружающую среду, и негативные экономические последствия для стран Третьего мира. Особую тревогу у многих экспертов вызывает широко используемая селекционерами практика внедрения в растения гена, который придаёт резистентность к антибиотикам.

Ген резистентности к антибиотикам служит своего рода индикатором, позволяющим судить о том, насколько успешно протекает процесс создания трансгенных растений. Это тем более важно, что попытки внедрить в растение чужеродные гены нередко заканчиваются неудачей. Собственно говоря, весь процесс создания трансгенного растения состоит из двух основных этапов, и на каждом из них используется ген резистентности к антибиотикам, хотя он и не нужен в конечном продукте.

На первом этапе желательный ген, то есть тот, который предназначается для пополнения генного набора подопытного растения, внедряется в бактерии, которые затем размножаются. Чтобы иметь возможность выяснить, какие из бактерий содержат новый ген, а какие нет, к этому желательному гену как бы "в нагрузку" придаётся и ген резистентности к антибиотикам. Затем бактерии высаживаются в питательную среду, содержащую антибиотик, и выживают, естественно, только те из них, которые содержат внедрённые чужеродные гены.

Затем наступает второй этап. Размноженные гены внедряются в растения, но и тут, чтобы установить, какие растения восприняли гены, а какие нет, необходим надёжный индикатор. Для осуществления такой селекции используется всё тот же ген резистентности к антибиотикам.

Специалисты опасаются, что из трансгенных растений этот ген может в пищеварительном тракте человека или животного перенестись в генную структуру болезнетворных бактерий. В результате эти патогены обретут невосприимчивость к антибиотикам, что существенно затруднит или даже сделает невозможной борьбу с ними.

Правда, недавно была разработана новая методика, позволяющая сразу же по завершении первого этапа, то есть прежде, чем размноженные гены будут внедрены в растение, изъять из генной структуры ген резистентности к антибиотикам. Некоторые селекционеры уже и на первом этапе используют в качестве индикатора не ген резистентности к антибиотикам, а ген резистентности к гербицидам, однако в долгосрочной перспективе это тоже не выход.

Ученые разрабатывают и методику, в которой индикатором служит ген, придающий клеткам растений вообще-то несвойственную им способность расщеплять один из минорных сахаров – маннозу. Затем в качестве основного питательного вещества для растений используют именно маннозу, и растут лишь те из них, которые восприняли ген-индикатор, а значит – и желательный ген. Однако пока эта методика не вышла за рамки эксперимента, а кроме того, применительно к некоторым растениям – например, к сое – оказалась неэффективной.

Итак, генная инженерия – дело хоть и перспективное, но далеко не бесспорное. Поэтому специалисты в области растениеводства делают ставку на самые разные технологии. В частности, внимательно изучают историю растениеводства в поисках некогда широко распространённых, а потом незаслуженно забытых сельскохозяйственных культур...

О незаслуженно забытых сельскохозяйственных культурах

Одно из таких зерновых растений – амарант. Профессор Хартвиг Гайгер:

- Это растение сегодня используется у нас в качестве декоративного. Но его семена – очень мелкие, по размеру напоминающие пшено, – отличаются высоким содержанием белков и жиров. Причём качество и того, и другого просто великолепное.

Следует иметь в виду, что с точки зрения ботанической классификации амарант даже не может считаться близким родственником наиболее распространённых зерновых культур: те в своём подавляющем большинстве принадлежат к семействам либо злаковых, либо бобовых растений, а амарант является представителем семейства амарантовых. Одни виды амаранта – например, щирица обыкновенная, – это широко распространённые сорняки; другие – например, амарант метельчатый, амарант хвостатый, амарант мучнистый, – относятся к древнейшим зерновым культурам; некоторые возделываются как салатные овощные культуры.

До недавнего времени амарант с его крупными необычно окрашенными листьями и свисающими соцветиями почти повсеместно использовался лишь в декоративном садоводстве, и только в Перу возделывался как продовольственная зерновая культура. Между тем, семена амаранта не только богаты белками и жирами, о чём упомянул профессор Гайгер, но и содержат гораздо больше кальция, магния и железа, чем злаковые. Амарант засухоустойчив, болезнями и вредителями практически не поражается, легко приспосабливается к различным неблагоприятным условиям, способен расти на любых почвах и давать очень высокие урожаи. Так что растение это имеет все шансы стать ценным заменителем злаков – особенно в развивающихся странах.

А в США и Европе главная задача, стоящая перед растениеводами, заключается в обеспечении наиболее эффективного использования посевных площадей. Существенный рост этого показателя может быть достигнут не только путём повышении урожайности традиционных зерновых культур, но и путём внедрения новых или хорошо забытых старых культур. В этой связи достаточно вспомнить о сое – растении семейства бобовых. Род соя включает 10 видов и несколько тысяч сортов.

Джулс Джэник, сотрудник Университета Пердью в городе Лафейетте, штат Индиана:

- В древнем Китае сою возделывали в качестве овощной культуры. А в Европе и Америке она долгое время считалась исключительно кормовым растением. В начале ХХ века некоторые европейские страны – в частности, Великобритания – начали импортировать сою из Манчжурии, чтобы компенсировать дефицит хлопкового и льняного семени. При этом соя перерабатывалась на масло и муку, но масло использовалось для производства мыла, а жмых или мука шли на корм молочному скоту. То, что соя может служить великолепным источником жиров и белков для человека, в США осознали лишь в 1920-м году. Это сразу изменило ситуацию. С тех пор Соединённые Штаты превратились в крупнейшего в мире производителя сои и продуктов на её основе. По такому показателю, как посевные площади, в нынешнем году в США соя даже обогнала кукурузу. По-моему, это прекрасный пример того, как давно известная, но полузабытая сельскохозяйственная культура благодаря новой сфере применения стала играть теперь очень важную роль.

Впрочем, сегодня всё активнее обсуждается совсем другая идея: использовать соевые бобы в качестве сырья для получения топлива и смазочных материалов.

Джулс Джэник :

- Можно взять соевые бобы и генетически изменить их таким образом, чтобы они начали синтезировать определённые жирные кислоты для промышленного применения. Однако такая трансгенная соя была бы несъедобной или даже ядовитой. Именно поэтому я считаю эту идея не очень удачной: может случиться так, что ядовитая соя окажется смешана или перепутана с пищевой. Это, с моей точки зрения, слишком рискованная затея.

Джулс Джэник полагает, что гораздо разумнее и безопаснее было бы разведение растений, предназначенных исключительно для промышленного использования.