12. Экологические аспекты селекции и биотехнологии

12.1 Понятие об экологической селекции. Ее основные направления

В основе производства любой продукции растениеводства лежит сорт. От сорта зависят особенности технологии возделывания: дозы, сроки и виды удобрений и пестицидов, способы и кратность обработки почвы, степень ее уплотнения и развития эрозионных процессов, масса пожнивных остатков для восстановления почвенного плодородия, необходимость применения орошения. Именно сорт определяет основные требования к технологии возделывания: продуктивность, энергоэкономичность, природоохранность, экологически безопасное качество. Большая часть этих требований возникла сравнительно недавно, в связи с чем сформировалось новое направление исследований – экологическая селекция.

Под экологической селекцией понимается совокупность приемов и методов, обеспечивающих получение сортов и гибридов с максимальной и устойчивой продуктивностью в условиях предполагаемого региона возделывания при соблюдении природоохранной технологии культивирования, высоком качестве и минимальном накоплении поллютантов в продукции (Кильчевский, Хотылева,1997).

Экологическая селекция включает три взаимосвязанных направления:

• адаптивную селекцию

• селекцию энергетически эффективных сортов

• селекцию на высокое и экологически безопасное качество продукции.

Адаптивная селекция направлена на повышение устойчивости генотипов к биотическим и абиотическим факторам среды.

Погодные условия Республики Беларусь обеспечивают выращивание гарантированного урожая в открытом грунте один раз в 4-5 лет. Среди абиотических факторов, действующих на культуры, особое место в нашей зоне занимает температура. Весенние заморозки, приходящиеся на период выращивания рассады, также приводят к повреждениям растений, а иногда и к полной их гибели. Создание холодостойких сортов, способных развиваться при пониженных температурах и даже переносить кратковременные заморозки, позволило бы проводить более раннюю высадку рассады в открытый грунт, способствовало бы сокращению затрат на ее выращивание [2, 11, 12]. В настоящее время разработаны методики отбора холодостойких форм как на более поздних этапах онтогенеза, так и на ранних, в культуре in vitro [13, 14], а также методами гаметной и зиготной селекции [15].

Увеличение скороспелости – одна из первостепенных задач селекции томата открытого грунта. На сегодняшний день в республике районированы три раннеспелых сорта: Доходный, Белый налив, Ляна. В производстве используются различные методы ускорения созревания плодов томата: воздействие низкими и высокими температурами, стимуляция светом и лазерным облучением, воздействие регуляторами роста [16]. Сложность селекции на скороспелость заключается в преодолении отрицательных корреляций между скороспелостью и продуктивностью, скороспелостью и устойчивостью к заболеваниям (макроспориоз, фитофтороз) [17]. Для решения существующей проблемы необходим непрерывный поиск источников скороспелости, знание характера изменчивости и наследования компонентов скороспелости.

Одной из важных задач селекционного процесса в нашей республике является создание сортов, устойчивых к болезням (фитофтороз, макроспориоз и др.). Лучше, если новый сорт будет обладать комплексной устойчивостью, которую надо проверять на инфекционных фонах и при искусственном заражении растений [17]. Учеными всего мира ведется интенсивный поиск химических, биологических, а также интегрированных методов борьбы с болезнями и вредителями. При этом выведение и внедрение в широкую практику болезнеустойчивых сортов является самым эффективным, наиболее дешевым и централизованным способом. Создание болезнеустойчивых сортов предотвращает необходимость использования пестицидов, что имеет большое значение с точки зрения охраны окружающей среды [2].

Адаптивная селекция в первую очередь предполагает экологическую организацию всего селекционного процесса. Основными ее особенностями являются:

1. Региональный характер селекции и ее экологическая целенаправленность;

2. Ориентация не на потенциальную, а на реальную продуктивность;

3. Выбор типичных условий для оценки селекционного материала;

4. Оценка стабильности урожая;

5. Использование традиционных и разработка новых методов селекции (гетерозисная селекция, многолинейные смеси, гаметная и зиготная селекция, перемещение селекционного материала в пределах региона и др.).

6. Кооперация селекционных учреждений в регионе при выполнении постановленной задачи.

Вторым важным направлением экологической селекции является селекция энергетически эффективных сортов. Показано, что сорта растений различаются по эффективности использования удобрений в 3-4 раза. Сорта растений должны соответствовать определенному уровню затрат антропогенной энергии. По уровню энергозатрат можно выделить три технологии и три модели сортов, им соответствующие:

1. Биологическое или альтернативное земледелие, характеризующееся минимальным уровнем энергозатрат на единицу продукции. Этой технологии соответствуют сорта низкого вклада энергии.

2. Полуинтенсивные технологии, отличающиеся средним уровнем энергозатрат. Для этих технологий необходимы экологически стабильные или полуинтенсивные сорта, сорта широкого ареала.

3. Интенсивные технологии, орошаемое земледелие, защищенный грунт, являющиеся наиболее энергоемкими по вкладу антропогенной энергии. Повышенному уровню энергозатрат должны соответствовать сорта интенсивного типа.

По мнению ряда ученых, энергоэффективные сорта должны соответствовать следующим требованиям:

• Высокий уровень использований местных условий роста (солнечная энергия, питательные вещества);

• Сохранение почвы и ее естественного плодородия от эрозии и засоления;

• Низкое потребление энергетических затрат.

Культивирование энергетически рациональных сортов сократит употребление удобрений при возрастании продукционной способности агроценозов и уменьшении загрязнения окружающей среды.

Данное направление лишь начинает оформляться как самостоятельное, так как еще недостаточно изучен вопрос генетической природы энергоэффективности. Однако в настоящее время ведутся активные исследования.

Третье направление экологической селекции – создание сортов с высоким качеством и минимальным накоплением поллютантов – является самым новым направлением и возникло в связи с увеличением накопления поллютантов в агроценозах и ужесточением требований к качеству продукции. Это наиболее радикальный путь получения экологически безопасной продукции растениеводства.

Рядом исследователей (Минеев, Тиво, Климашевский) доказано, что у растений имеется генетически обусловленная изменчивость как на видовом, так и на сортовом уровнях по накоплению тяжелых металлов и нитратов. По мнению ученых, создание устойчивых сортов для химически аномальных природных и загрязненных территорий – это единственное на сегодняшний день решение экологических проблем. А также более выгодно с экономической точки зрения, чем проведение защитных мероприятий на больших территориях.

Внутривидовое генетическое разнообразие растений по содержанию поллютантов позволяет путем отбора генотипов с минимальным выносом поллютантов уменьшить их накопление в продукции в 2-5 раз.

Все направления экологической селекции взаимосвязаны между собой. Так, адаптивная селекция обеспечивает приспособительные особенности самого сорта и косвенно влияет на загрязнение ОС. Селекция энергоэффективных сортов позволяет уменьшить давление антропогенных факторов на агроценозы, более рационально использовать свет, тепло, удобрения, топливо в защищенном грунте. Селекция сортов с минимальным накоплением поллютантов в продукции имеет прямое отношение к сохранению здоровья человека.