в чем преимущество применения биотехнологий в растениеводстве
Вклад биотехнологий в решение проблем Агротеха
Проблемы аграриев взялись решать биотехнологи
Благодаря биотехнологиям, всё больше процессов в агросфере выстраивается так, чтобы быть эффективными и прибыльными, не нанося вред природе. От специалистов-биотехнологов зависит, будем ли мы выращивать овощи и фрукты на городских мини-фермах и будет ли мясо производиться в пробирке из одной клетки или печататься на 3D-принтере и многое другое.
Рынок мировых биотехнологий
В этой статье мы расскажем, в каких направлениях совершенствуется сельское хозяйство, с какими вызовами столкнутся человечество и агропроизводители, и как биотех может внести свой вклад в решение этих проблем.
Альтернативный источник кормового белка
Каждый год существенно растет потребление кормового белка. Стоимость белкового питания для животных достаточно велика, и уже фиксируется глобальный дефицит белка.
Проблему нехватки мясных белков и морепродуктов сможет решить белок альтернативного происхождения, ведь для его производства не используется мясо птицы и млекопитающих. Белок этого типа как альтернативный источник кормового белка будет востребован в пищевой промышленности в качестве корма для домашних животных и для нужд человека. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), производство продовольствия должно увеличиться на 70%.
Так, компания Entoprotech делает энтомологический белок из мухи Черной львинки (Black Soldier Fly). Содержащее до 63% белка насекомое служит идеальным кормом для аквакультуры, домашних животных и птицы.
Производство 82% концентрата подсолнечного белка
Время технологии выращивания действительно натурального биоразлагаемого пластика наконец пришло. Буквально выращенный фермерами биопластик может стать массовым для сельскохозяйственной отрасли.
Photo by Yield10 Bioscience
Биопластик был получен при переработке семян сортов рыжика (лат. Camelina, травянистое растение семейства Капустные), генетически сконструированных для производства. Стоит отметить, что пластик полностью биоразлагаемый, что значительно повышает привлекательность его сельскохозяйственного производства для широкого спектра промышленных и потребительских товаров. Выращенный на фермах биопластик планируют использовать для очистки сточных вод от нитратного загрязнения, а также в качестве ингредиента корма для скота и возобновляемого топлива. Таким образом, он принесёт огромную пользу сразу двум отраслям сельского хозяйства.
Фото Тони Уэбстера, Creative Commons
Ежегодно во всем мире производится около 380 миллионов тонн пластика, и 50% общего объема производства идет на одноразовые цели. Согласно большинству оценок, синтетический пластик требует 400-450 лет для полного разложения. Разработка американских ученых особенно актуальна в эпоху переизбытка синтетического пластика, превратившегося в экологическую проблему глобального масштаба.
Переработка органических отходов
Выделение свалочного газа Посевы на питательных средах чистых культур и комплексного сообщества бактерий, которые входят в состав Marvel Organics
Техническая эффективность габробракона превышает 72%
Применение биотехнологий в растениеводстве
Ю. В. Нефедьев, Ю. В. Вострикова, А. Ю. Хитрова
Многолетнее и бесконтрольное применение пестицидов в защите растений привело к истощению или снижению плодородия почв, появлению устойчивых форм вредных организмов, уменьшению численности супрессивных представителей почвы. Важной задачей для растениеводства стал переход на беспестицидные технологии или снижение доли их применения.
ООО «АГРОНОВА» совместно с ООО МИП «Кубанские агротехнологии» успешно занимается внедрением биотехнологий на территории Волгоградской области с 2013 года.
Биологическая защита растений весьма эффективна и позволяет резко снизить поражение патогенными организмами. Эффективность биопрепаратов заключается в том, что в результате жизнедеятельности грибов и бактерий возделываемое растение начинает получать дополнительное питание, затем начинает расти физиологическая активность самого растения – его корни начинают всасывать питание более интенсивно. Дополнительно к этому, почвенные микроорганизмы подавляют рост фитопатогенных микроорганизмов в ризосфере, что также способствует росту растений. В результате растение получает такое количество питательных веществ, что влияние ризосферных бактерий сравнимо с действием минеральных удобрений. Из микробиологических препаратов наиболее эффективны:
Pseudomonasfluorescence
Metarhiziumanisopliae:
Beauveriabassiana:
Azotobacterсhroococcum:
Bacillusmucilaginous:
Trichodermaviride:
Trichodermalignorum:
Многолетнее применение ХСЗР привело к тому, что наряду с угнетением фитопатогенной микрофлоры происходит и уничтожение полезной микрофлоры. В этой связи одним из путей разрешения проблемы является постепенное увеличение доли применения микробиологических СЗР, в первую очередь, в звене севооборота «колосовые по колосовым».
Профилактика болезней сельскохозяйственных культур, возникающих за счет накопления инфекционного начала на растительных остатках, – наиболее эффективное мероприятие. Обработка растительных остатков комплексом биопрепаратов обеспечивает вытеснение патогенных микроорганизмов из агробиоценоза, гумификацию органических остатков, активацию супрессивной микрофлоры, повышение плодородия почвы, уменьшение доз удобрений и пестицидов. В этой связи мы рекомендуем использовать микробиологический комплекс, разработанный МИП «Кубанские агротехнологии» (RU, Патент № 2539025). Отличительная особенность данного комплекса – безопасность для растений, животных и человека, а также устойчивость к перепадам температур и химическому загрязнению.
В системе защиты растений широко применяется разработанный МИП «Кубанские агротехнологии» аминокислотный комплекс для защиты посевов зерновых, бобовых и овощных культур от бактериозов; комплекс аминокислот для защиты подсолнечника от бактериозов, заразихи и сорняков, ускорения его роста и развития; комплекс аминокислот для снижения нормы расхода глифосатов; комплекс аминокислот для повышения зимостойкости и устойчивости к стрессам; улучшение минерального питания растений.
БИОТЕХНОЛОГИИ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Растениеводство является одной из отраслей сельского хозяйства. С древнейших времен растения были для людей источником пищи, одежды, материалом для постройки жилищ. В ходе научного прогресса были разработаны новые биотехнологии в растениеводстве.
Несомненно, создание новых сортов растений началось задолго до выявления в науке процессов наследования признаков. Люди старались оставить на предстоящий посев семена растений, дающих большой урожай и наиболее устойчивых к вредителям, болезням и климатическим факторам. Постепенно какие-либо спонтанно появившиеся признаки у растений, поддерживались естественным и искусственным отбором, закрепляясь в ряду поколений и при этом формируя новые разновидности сельскохозяйственных сортов растений. И сегодня селекционеры большое внимание уделяют получению новых сортов растений устойчивых к различным абиотическим факторам внешней среды – температуре, влажности, засоленности или закисленности почв.
Изменение генов в геноме организма называют мутацией. Мутация случайный процесс, который может затронуть любой ген (или несколько генов) организма, приводя к появлению нового признака. Раньше человек внимательно следил за случайным появлением полезного признака у растений или животного и далее старался закрепить его в последующих поколениях. Однако современной науке под силу модифицировать организм на генетическом уровне без длительного ожидания, не полагаясь на случайность.
Выделяют два основных пути развития биотехнологий в растениеводстве – это использование природных резервов и генетические модификации растений путем внесения чужеродных генов других организмов. До сегодняшнего дня нет достоверных данных о безопасности генетически модифицированных организмов (ГМО). По мнению ученых ГМО в перспективе будет возможно, при этом процесс исследования вновь получаемых организмов должен быть расширен, мало того – исследовать необходимо каждую генетическую модификацию, даже в рамках одного сорта. Обязательным условием являются исследования о влиянии ГМО на организм в динамике – на протяжении ряда поколений. Есть научные данные российских ученых, которые установили, что при кормлении лабораторных мышей продуктами ГМО, приводит в шестом поколении к бесплодию. Еще одним условием получения ГМО является безопасность использования методов для окружающей среды, так как используемые методики и сами ГМО, являясь чужеродным для природы материалом, могут спровоцировать непредсказуемые последствия. Таким образом, использование ГМО должно стать делом далекого будущего. Кроме этого, использование генетически модифицированных организмов во многих странах считается нецелесообразным ввиду того, что еще есть огромные резервы земельных ресурсов, а также большие возможности применения природных растительных резервов.
Одной из приоритетных задач, решаемых с применением природных резервов, является защита растений от различных биогенных факторов. Издавна проводятся биотехнологические системы защиты растений от насекомых-вредителей, сорняков, грызунов, которые создаются на основе естественных врагов этих вредителей. Традиционно, для биологической защиты растений от насекомых-вредителей используются энтомофаги. В последнее время арсенал биологических методов борьбы с насекомыми вредителями растений пополнился еще грибными, бактериальными и вирусными препаратами. В настоящее время производится более 30 микробиологических энтомопатогенных препаратов. Они специфически поражают определенные виды вредных насекомых, практически безвредны для человека и теплокровных животных, а также полезных насекомых, не вызывают нежелательных изменений в биоценозах и не нарушают экологию. При защите растений от болезнетворных патогенов применяют антибиотики – триходермин и трихоцетин, продуцируемые грибами. Их используют в борьбе с корневой гнилью овощных, зерновых и технических культур.
Растения обладают уникальной особенностью – растительный организм способен развиваться целиком из одной клетки. Растительные клетки и ткани способны культивироваться в форме клеточной массы – каллуса. Каллусную ткань можно «заставить» формировать почки и побеги, а на их основе растения – регенеранты. Все это происходит благодаря тотипотентности растительной клетки. То есть клетка обладает способностью воспроизводить целый организм. Например, биотехнология предлагает метод культивирования изолированных клеток клубней картофеля. Клетки картофеля размножаются в суспензии. Затем выращенные клетки пересаживают в искусственный грунт и из каждой клетки вырастает «клубенек», размером не более горошины. Эти клубеньки высевают в поле из которых вырастают кусты картофеля с множеством клубней.
В 90-е годы прошлого века на базе Института Земледелия Министерства сельского хозяйства и охраны окружающей среды Туркменистана были проведены лабораторные исследования по выращиванию безвирусного картофеля методом клонального микроразмножения, одного из способов вегетативного размножения в условиях «in vitro». Работа проводились в несколько этапов – это выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение хорошо растущей стерильной культуры, получение максимального количества меристематических клонов, ускорение размноженных побегов с последующей адаптацией к почвенным условиям, выращивание растений в теплице и подготовка к посадке в поле. Таким биотехнологическим методом получали безвирусный семенной материал картофеля.
Современные биотехнологии используют научные открытия в генетике, молекулярной биологии и микробиологии. Увеличение урожайности – это главное направление интенсивного развития растениеводства, которое успешно решается с применением биотехнологий.
Биотехнологии в растениеводстве
Многочисленные неблагоприятные факторы негативно сказываются на урожайности культур, что заставляет задуматься, каков вклад биотехнологии в повышение эффективности растениеводства в настоящее время? Ведь нежные культурные растения чаще страдают от:
Важность биотехнологии в растениеводстве
Без биотехнологии в современном растениеводстве уже нельзя обойтись из-за роста населения и его потребностей. Есть два важнейших направления использования биотехнологии в растениеводстве:
Наукой разработано несколько препаратов, способных решить различные проблемы, от которых страдают сельхозпроизводители. По целевому назначению биопрепараты можно классифицировать на:
Несмотря на активную пропаганду ГМО-продуктов, экономически развитые страны не спешат расширять их потребление, а предпочтение отдают применению биотехнологий (биологических методов воздействия), которые используют микроорганизмы. Хотя многие компании используют ГМО по всему миру не только в растениеводстве, но и в других сферах деятельности.
Методы защиты растений
Биотехнологические способы защиты сельхоз растений от поражающих факторов представляют собой:
Видео о биотехнологии в растениеводстве
Повышение продуктивности растений
Это не менее важная задача, включающая:
Целью ставится увеличение энергоотдачи процессов, проходящих в тканях растений (поглощение световой энергии, углекислого газа, водно-солевой обмен).
Важнейшие направления развития биотехнологии в растениеводстве
Традиционное получение новых сортов путём селекции, использующей гибридизацию, индуцированные и спонтанные мутации. Уже начинают внедряться селекционные методы, основанные на клеточной и генетической инженерии. Например, с помощью генетической инженерии предполагается вывести симбиотические ассоциации для растений, позволяющих им фиксировать азот. Учёным уже удалось выделить и клонировать sym-гены, которые ответственны за образование симбиотических связей между растением-хозяином и клубеньковым фиксатором азота. То есть благодаря методам генной инженерии можно научить растения насыщать почву азотом.
Примеры реальных достижений биотехнологии
Учёные надеются победить с помощью клонирования вирусные болезни растений. Созданы методы, позволяющие получать из верхушечных почек регенеранты растений. Впоследствии среди регенерированных экземпляров производится выбраковка – выбираются особи, полученные из незараженных клеток. Для подобной выбраковки необходимо раннее обнаружение заболевания, которое достигается иммунодиагностикой, использующей метод ДНК/РНК проб или моноклональные антитела. Для их проведения нужны очищенные препараты самих вирусов или их важных структурных компонентов.
Клонирование клеток является очень перспективным механизмом не только для получения новых сортов, но и промышленного выращивания продуктов. Если правильно подготовить условия культивирования, например, найти оптимальную пропорцию фитогормонов, то в этих условиях изолированные клетки окажутся более продуктивными, чем собственно растения. Иммобилизация протопластов или растительных клеток часто вызывает повышения их способности к синтезу.
Какие методы биотехнологии в растениеводстве удивили Вас больше всего? Расскажите об этом в комментариях.
Видео о биотехнологии в растениеводстве
Биотехнологии в растениеводстве
АГРО-ИНФОРМ №3(173)/март 2013
Основная задача биотехнологии в растениеводстве – это получение стабильно высоких урожаев и обеспечение населения экологически чистой продукцией. Без применения современных методов биотехнологии невозможно решить проблему продовольственной безопасности региона. Не случайно повышение урожайности возделываемых на территории губернии культур, прежде всего зерновой группы, является одной из важнейших задач, поставленных перед АПК региона губернатором Самарской области Николаем Меркушкиным. Помочь в этом деле в том числе и биотехнологии, разработанные НВП «БашИнком».
Результаты 20-летних полевых испытаний на территории России и совместной работы со многими научными учреждениями страны показали: применение биопрепаратов производства НВП «БашИнком» повышает урожайность сельхозкультур на 18-40%, при этом снижается себестоимость полученной продукции, улучшается её качество. Аграрной практикой неоднократно доказана эффективность применения биотехнологии антистрессового высокоурожайного земледелия (АВЗ) при обработке посевов различных культур даже в неблагоприятные по климатическим условиям годы.
Биопрепараты в «Спектре»
Например, как рассказал главный агроном управления сельского хозяйства Пестравского района Самарской области Александр Блинков, в июне 2012 года в одном из местных сельхозпредприятий препаратом ГУМИ-20М «Богатый» и комплексным биоактивированным удобрением «Бионекс-КЕМИ» были в экспериментальном порядке обработаны 30 гектаров посевов яровой пшеницы сорта «золотистая». Первый из них применялся для ускорения роста и защиты посевов от погодных, гербицидных и других стрессов. Второй биопрепарат предназначался для внекорневой азотной (с микроэлементами) подкормки с усиленными антистрессовыми, иммуностимулирующими и фунгицидными свойствами.
С учётом сложившейся на рынке цены на отвечающее всем необходимым требованиям яровое зерно продовольственного класса в размере 8 тыс. рублей за тонну полученная прибавка урожая позволила получить хозяйству дополнительный доход. Затраты на один гектар составили 275 рублей, а хозяйство получило дополнительно с каждого гектара 3100 рублей. Иными словами, на каждый вложенный рубль в «Спектре» получили 10 рублей прибыли. По мнению главного агронома райуправления, это позволяет рассчитывать на то, что в текущем году руководители растениеводческих хозяйств района смогут тиражировать полученный результат на своих полях.
Главный агроном управления сельского хозяйства Пестравского района
Александр Блинков и агроном Алексей Каюров на опытном
участке посевов, обработанных биопрепаратами
Система антистрессового высокоурожайного земледелия (АВЗ) от НВП «БашИнком» успешно внедряется в ряде регионов России.
Так, в Курганской области в годах эффективность биопрепаратов производства НВП «БашИнком» исследовал профессор (Курганский НИИСХ). По его данным, на протяжении всех лет исследований биопрепараты показали высокую эффективность. В 2012 году он провел испытания биофунгицида Фитоспорин-МЖ на посевах яровой пшеницы. В опыте провели обработку семян Фитоспорином-МЖ (1 л/т) плюс обработка посевов в фазу флаг-лист Фитоспорином-МЖ 1,5 л/га.
Более 10 лет эффективность биопрепаратов производства «БашИнком» на различных сельхозкультурах изучают во Всероссийском НИИ биологической защиты растений (г. Краснодар). Учёными института также доказана их высокая эффективность как в повышении урожайности, так и в защите растений от комплекса грибных и бактериальных заболеваний.
Таким образом, применение в производстве растениеводческой продукции биотехнологии (АВЗ) обеспечивает:
· комплексную защиту от болезней;
· защиту растений от стрессов, включая «гербицидную яму»;
· снижение зависимости от погодноклиматических условий;
· повышение плодородия почвы;
· 1 рубль затрат на биопрепараты дает от 3 до 45 рублей чистой прибыли.
региональный представитель НВП «БашИнком», т. 2-15