Биологическое направление научного технико-технологического прогресса

Биологическое направление НТТП основывается на новейших достижениях современной биологии. Основные составляющие биологического направления НТТП показаны на рис. 19.1.

Рис. 19.1. Основные составляющие биологического направления НТТП

Альтернативным химическому способу защиты растений от вредителей и болезней является биологический защиту с помощью энтомофагов и ентомопатогенив. В настоящее время наибольшее использование приобрел такой энтомофаг, как трихограмма. Ее применение на озимой пшеницы против совки обеспечивает (по данным научно-исследовательских учреждений) прибавку урожая на 1,6 - 2 ц / га, на кукурузе против стеблевого мотылька - на 1,8 - 2,3, на капусте против совки и белянки - на 20 - 30, в горохе против совки и плодожорки - на 1,3 - 1,8, на сахарной свекле против совки и лугового мотылька - на 15 - 20 ц / га.

Особенно высокая экономическая эффективность достигается при применении биологического метода защиты растений в закрытом грунте, что представляет собой уникальное экологическое среду, в которой с помощью этого метода можно полностью отказаться от применения ядохимикатов. А это крайне важно, поскольку овощи из теплиц потребляются людьми в свежем виде без термообработки.

Наиболее распространенными вредителями в теплицах является белокрылка и паутинный клещ, а их природными энтомофагами - соответственно энкарзия и клещ фитосейулюс. Личинки энкарзии питаются только яйцами, отложенными белокрылки, а клещ фитосейулюс поедает исключительно паутинный клещ. Там, где эти энтомофагов присутствуют в достаточном популяции, белокрылки и паутинного клеща практически нет.

Каждое тепличное хозяйство для разведения энкарзии и фитосейулюса должно иметь специальные биолаборатории, расходы на содержание которых относят к переменным затратам.

Эффективность этого биометода оказывается по двум направлениям: 1) уменьшает расходы на борьбу с этими вредителями в 8 - 10 раз по сравнению с затратами на приобретение ядохимикатов и их внесения (за один оборот овощи обрабатываются пестицидами 15 - 20 раз при отсутствии их биологической защиты) 2) растет урожайность овощей закрытого грунта на 20 - 50%.

В картофелеводстве наиболее болезненной проблемой является борьба с таким грозным вредителем, как колорадский жук. Борьба с ним требует больших затрат ядохимикатов, средств на их приобретение и внесение. Но уже сейчас эти расходы можно сократить на 60 - 70% благодаря применению бактериального препарата "битоксибацилин". Важно также, что в Украине интродуцированные (импортные и адаптированы) энтомофагов колорадского жука подизус и периллюс.

Важным звеном биологического направления НТТП является создание принципиально новых сортов и гибридов растений и животных, имеющих высокий потенциал урожайности и производительности, повышенной устойчивостью к стрессовым явлениям окружающей среды - засух, болезней, вредителей, чрезмерного увлажнения и тому подобное. Такой потенциал урожайности и повышенная устойчивость достигаются благодаря совершенствованию традиционных методов селекции, а также путем применения современных методов биотехнологии - генной и клеточной инженерии в сочетании с традиционными методами селекции.

По традиционной селекции, то стоит отметить, что она продолжает демонстрировать свой неисчерпаемый потенциал. Об этом свидетельствует (по сообщению Ю. Губени) вывода европейскими учеными с участием украинских новой разновидности сахарной свеклы - озимого, который демонстрирует высокий потенциал урожайности - до 950 ц / га и высокую сахаристость - 24 %.

Эта разновидность сахарной свеклы позволяет существенно изменить технологию не только по срокам посева (сентябрь), но и уход за культурой. Практически исчезает потребность в проведении мероприятий по борьбе с вредителями и сорняками, так как растение покрывает междурядья значительно раньше их появления. По состоянию на начало 2012 г.. Получено лишь первые, но очень обнадеживающие результаты, причем без каких-либо генетических вмешательств, а только путем гибридизации, селекции и отбора. Впереди еще должны быть проведены дополнительные тестирования по урожайности, сахаристости, устойчивости, изменчивости, районирование и тому подобное.

Успешное завершение этих исследований будет означать, что свекольный сахар будет способен успешно конкурировать с тростниковым (в 2008 - 2009 маркетинговом году тростниковый сахар в общем производстве сахара занимал уже 80%, тогда как в 1900 - 1901 pp. - 47%). Итак, отрасль свекловодства и сахарная промышленность получат существенный импульс для дальнейшего развития.

Суть генной и клеточной инженерии состоит в целенаправленном переносе чужеродного генетического материала в клетки растений и животных, а также искусственно направленных мутаций.

Выведены трансгенные сорта имеют ряд ценных признаков: устойчивость к вредителям, болезням, вирусов и бактерий; устойчивость к засухам и повышенной засоленности почвы; возможность выработки женско-стерильных форм растений; более сбалансированный состав аминокислот; содержание крахмала с заданными физико-химическими свойствами; вариабельность состава жирных кислот, благодаря чему становится экономически выгодным использовать масличные культуры для производства дизельного топлива.

Например, урожайность трансгенного устойчивого к вирусу табака выше на 5 - 7 % и, кроме того, его выращивания позволило отказаться от 2 -3-кратного опрыскивания пестицидами. При выращивании устойчивых ко многим вредителям трансгенных сортов хлопчатника типа Болгард (прочная коробочка) 60% фермеров США отказались от использования инсектицидов, остальные применяла их только раз, тогда как при выращивании традиционных сортов хлопчатника их нужно опрыскивать инсектицидами 4 - 6 раз. Уже получены сорта хлопчатника с окрашенным волокном любого цвета.

Методом генной инженерии в США создано и передано в производство гибриды кукурузы, устойчивые к повреждениям европейским стеблевыми бабочкой, и сорта картофеля группы "Новый лист", которые не повреждаются колорадским жуком.

Сейчас ведется работа по созданию трансгенных растений, которые производили бы в процессе фотосинтеза органические вещества, пригодные для производства пластмасс, которые могут разлагаться микроорганизмами.

Уже получены трансгенные (т.е. несущие в себе чужеродный ген) сельскохозяйственные животные - свиньи, овцы, кролики. Проблема создания таких животных сложная и до конца не решена, но в то же время является весьма перспективной, поскольку позволяет создать животные с высокой энергией роста, повышенной плодовитостью, способностью лучше усваивать корм и давать больше продукции.

Выдающимся достижением генной инженерии является создание в Великобритании 2000 животных методом клонирования. Это достижение открывает перед человечеством колоссальные возможности. Но необходимо особенно подчеркнуть: достижения генной инженерии в растениеводстве и животноводстве воспринимаются человечеством неоднозначно, поскольку не до конца изучены отдаленные последствия от практического применения результатов этих достижений. Именно на этот аспект проблемы должны быть сконцентрированы усилия ученых-генетиков.

Практического применения приобрел такой метод биотехнологии, как пересадка эмбрионов и зигот для ускоренного получения высокопродуктивных животных. Существенные достижения биотехнологии является в ветеринарии. С помощью методов клеточной и генной инженерии созданы иммуноферментные диагностикумы для выявления, лечения и профилактики таких грозных болезней животных, как ящур, ринотрахеит, лейкозы. Именно в ветеринарии достижения в биотехнологии являются одними из самых значительных.

С помощью генной инженерии выведены штаммы микроорганизмов, продуцирующих некоторые незаменимые аминокислоты. Ведутся работы по выводу штаммов, интенсифицируют процесс пищеварения кормов организмом животных, а также штаммов, продуцирующих гормон их роста. Применение последнего повышает прирост живой массы крупного рогатого скота на доращивании и откорме на 10 - 15%.

В XXI в. ускоренного развития приобретает такое звено биологического направления НТТП, как создание биостимуляторов роста и развития растений и животных. Выдающиеся достижения здесь полученные украинскими учеными Института биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины, государственного предприятия этой академии НТЦ "Агробиотех", AT "Высокий урожай", НИЦ "аксо". им удалось создать экологически безопасные биостимуляторы роста растений нового поколения, такие как "Эмистим", "Потейтин", "Агростимулин", "Бетастимулин" и др. Это выше классом препараты от всех до сих пор существующих, поскольку действуют на клеточном уровне и являются наиболее безопасными для людей и животных.

Применение этих биостимуляторов позволяет повышать урожай на 10 - 25% • сократить срок созревания, уменьшить в растениях содержание нитратов и тяжелых металлов, увеличить пищевую ценность продукции, уменьшить выход некондиции, повысить защитные свойства растений, их устойчивость к заболеваниям, стрессов, вызванных неблагоприятными погодными условиями. Это позволяет снизить на 20 - 30% объем использования пестицидов. В то же время применение этих биостимуляторов признано наименее затратным методом повышения урожайности.

По данным научных учреждений, при обработке семян зерновых и зернобобовых отдельными видами этих биостимуляторов расходы на них не превышают 4 - 5 грн / га, семян кукурузы - 2 - 3 грн, подсолнечника, рапса и сахарной свеклы - 1 - 2 грн / га. Окупаемость затрат составляет сотни раз.

Начиная с 2000 г.. Наибольшее распространение получил биостимулятор роста естественного происхождения "Эмистим С". Его получают путем искусственного культивирования микроскопических грибов из корней женьшеня и облепихи, во время которого образуется уникальный комплекс ростовых веществ. Этот биостимулятор эффективно стимулирует рост и развитие практически всех сельскохозяйственных культур.

Например, применение "Эмистима С" на значительных площадях озимой пшеницы в производственных условиях обеспечивает прирост урожая от 3,9 до 5,1 ц с 1 га на фоне достаточно высокой общей урожайности 42 - 51 ц. По своему воздействию гектарная доза регуляторов приравнивается к действию минеральных удобрений на уровне 25 кг NPK действующего вещества. По информации Л. Анишина ^[1] , применение отечественных регуляторов роста на площади зерновых культур 15600000 га, предусмотренной в Украине на 2015 год., Дополнительный сбор зерна можно увеличить на 9 млн т. Экономический эффект от их применения по закупочной цены 1 т зерна 2 тыс. грн может составить 18 млрд грн, что в 300 раз превышает затраты на их приобретение и внесение.

Важно отметить, что препарат "Эмистим С" находит все более широкое применение за рубежом - в Китае, Белоруссии, России, Казахстане. Осуществляется проверка эффективности его применения в США и Канаде. Скажем, в Китае этот регулятор обеспечил значительно выше приросты урожайности по сравнению с известными зарубежными биостимуляторами, обеспечив повышение урожайности пшеницы на 29%, кукурузы - 39, риса - 31, огурцов - 35, помидоров - 34, чая - 16 и грибов шампиньонов - на 49 %.

Перспективным является и такой вид биотехнологии, как Вермикультура - промышленное производство гумусных удобрений, основанный на использовании дождевых червей красной популяции, выведенных в Калифорнии (СЕЛА) и пригодных к промышленному разведению.

Дождевые черви имеют только им присущую свойство - образовывать, мелиорировать и структурировать почву. Именно дождевые черви создали черноземы и, по мнению ученых, их наличие должно рассматриваться как тест "здоровье почвы".

Однако следует помнить, что дождевые черви очень чувствительны к антропогенной деятельности людей - уплотнение почвы под действием тяжелой техники, внесения пестицидов и ряда удобрений, особенно аммиачной селитры и сульфата аммония. Именно поэтому во многих земельных участках дождевые черви полностью или почти исчезли, почва стала "мертвым" из-за существенного ослабления зоофауны, которая становится неспособной переработать органическое вещество гумусом. При таких обстоятельствах на этих землях внесения навоза остается малоэффективным. Поэтому становится очевидной важность и необходимость поставленного на промышленную основу биопроизводства гумуса с помощью дождевых червей.

Уникальным является то, что черви способны переваривать органическую массу, а это крайне важно для утилизации гноя стоков крупных животноводческих комплексов, в том числе свиноводческих. Они также переваривают солому, листья, опилки, коммунальные отходы очистных сооружений городов, отходы мясокомбинатов и др.

По данным исследователей, переработав 1 т органического вещества, калифорнийские черви создают 600 кг гумуса и, размножаясь, дают 100 кг биомассы, которая является высококалорийным белковым кормом для животных. Полученный биогумус в 15 - 20 раз эффективнее любое органическое удобрение, поскольку способен возобновлять "мертвый" почву, имеет все необходимые для растения питательные вещества в сбалансированной форме, а также высокую вологовмисткисть - способен удерживать до 70 % воды. Важно и то, что питательные вещества биогумуса медленно растворяются, а потому не вымываются из почвы.

Технология производства биогумуса не сложное. Могут использоваться закрытые помещения, под открытым небом в гноя буртах и тому подобное. Экономическая эффективность такого производства очень высока. Осуществлять омоложения почвы биогумусом раз в четыре года - гарантия получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Существуют и другие составляющие биологического направления НТТП, например, создание безотходной технологии в промышленном птицеводстве.

• [1] Правительственный курьер. - 2011. - № 189. - 13 октября.