Біологічний напрям НТТП ґрунтується на новітніх досягненнях сучасної біології. Основні складові біологічного напряму НТТП показані на рис. 19.1.
Рис. 19.1. Основні складові біологічного напряму НТТП
Альтернативним хімічному способу захисту рослин від шкідників і хвороб є біологічний їх захист за допомогою ентомофагів та ентомопатогенів. Нині найбільшого використання набув такий ентомофаг, як трихограма. Її застосування на озимій пшениці проти совки забезпечує (за даними науково-дослідних закладів) прибавку врожаю на 1,6 — 2 ц/га, на кукурудзі проти стеблевого метелика
— на 1,8 — 2,3, на капусті проти совки і білянки — на 20
— 30, на горосі проти совки і плодожерки — на 1,3 — 1,8, на цукрових буряках проти совки і лугового метелика — на 15 — 20 ц/га.
Особливо висока економічна ефективність досягається при застосуванні біологічного методу захисту рослин у закритому ґрунті, що являє собою унікальне екологічне середовище, в якому за допомогою цього методу можна повністю овочі з теплиць споживаються людьми в свіжому вигляді без термообробки.
Найпоширенішими шкідниками в теплицях є білокрилка і павутинний кліщ, а їх природними ентомофагами — відповідно енкарзія і кліщ фітосейулюс. Личинки енкарзії живляться тільки яйцями, відкладеними білокрилкою, а кліщ фітосейулюс поїдає винятково павутинний кліщ. Там, де ці ентомофаги присутні в достатній популяції, білокрилки і павутинного кліща практично немає.
Кожне тепличне господарство для розведення енкарзії і фітосейулюса повинне мати спеціальні біолабораторії, витрати на утримання яких відносять до змінних витрат.
Ефективність цього біометоду виявляється за двома напрямами: 1) зменшує витрати на боротьбу з цими шкідниками у 8 — 10 разів порівняно з витратами на придбання отрутохімікатів та їх внесення (за один оборот овочі обробляються пестицидами 15 — 20 разів за умови відсутності їх біологічного захисту); 2) зростає урожайність овочів закритого ґрунту на 20 — 50 %.
У картоплярстві найбільш болючою проблемою є боротьба з таким грізним шкідником, як колорадський жук. Боротьба з ним вимагає великих витрат отрутохімікатів, коштів на їх придбання і внесення. Але вже зараз ці витрати можна скоротити на 60 — 70 % завдяки застосуванню бактеріального препарату «Бітоксибациліну». Важливо також, що в Україні інтродуковані (завезені з інших країн і адаптовані) ентомофаги колорадського жука подізус і періллюс.
Важливою ланкою біологічного напряму НТТП є створення принципово нових сортів і гібридів рослин і тварин, що мають високий потенціал урожайності й продуктивності, підвищену стійкість до стресових явищ навколишнього середовища — посух, хвороб, шкідників, надмірного зволоження тощо. Такий потенціал урожайності і підвищена стійкість досягаються завдяки вдосконаленню традиційних методів селекції, а також шляхом застосування сучасних методів біотехнології — генної і клітинної інженерії в поєднанні з традиційними методами селекції.
Щодо традиційної селекції, то варто зазначити, що вона продовжує демонструвати свій невичерпний потенціал. Про це свідчить (за повідомленням Ю. Губені) виведення європейськими вченими за участю українських нового різновиду цукрового буряку — озимого, який демонструє високий потенціал урожайності — до 950 ц/га і високу цукристість — 24 %.
Цей різновид цукрового буряку дає змогу істотно змінити технологію не лише щодо строків посіву (вересень), а й догляд за культурою. Практично зникає потреба у проведенні заходів з боротьби зі шкідниками і бур’янами, бо рослина покриває міжряддя значно раніше від їх появи. Станом на початок 2012 р. отримано лише перші, але надто обнадійливі результати, причому без будь-яких генетичних втручань, а лише шляхом гібридизації, селекції і відбору. Попереду ще мають бути проведені додаткові тестування щодо врожайності, цукристості, стійкості, мінливості, районування тощо.
Успішне завершення цих досліджень означатиме, що буряковий цукор буде спроможний успішно конкурувати з тростинним (у 2008
— 2009 маркетинговому році тростинний цукор у загальному виробництві цукру займав уже 80 %, мисловість одержать істотний імпульс для подальшого розвитку.
Суть генної й клітинної інженерії полягає в цілеспрямованому перенесенні чужорідного генетичного матеріалу в клітини рослин і тварин, а також штучно спрямованих мутацій.
Виведені трансгенні сорти мають ряд цінних ознак: стійкість до шкідників, хвороб, вірусів і бактерій; стійкість до посух і підвищеної засоленості ґрунту; можливість продукування чоловічо-стерильних форм рослин; більш збалансований склад амінокислот; вміст крохмалю із заданими фізико-хімічними властивостями; варіабельність складу жирних кислот, завдяки чому стає економічно вигідним використовувати олійні культури для виробництва дизельного палива.
Наприклад, урожайність трансгенного стійкого до вірусу тютюну вища на 5
— 7 % і, крім того, його вирощування дало змогу відмовитися від 2—3-разового обприскування пестицидами. При вирощуванні стійких до багатьох шкідників трансгенних сортів бавовнику типу Болгард (міцна коробочка) 60 % фермерів США відмовилися від використання інсектицидів, решта застосовувала їх лише раз, тоді як при вирощуванні традиційних сортів бавовнику їх потрібно обприскувати інсектицидами 4 — 6 разів. Уже отримані сорти бавовнику із забарвленим волокном будь-якого кольору.
Методом генної інженерії в США створено і передано у виробництво гібриди кукурудзи, стійкі до пошкоджень європейським стеблевим метеликом, і сорти картоплі групи «Новий лист», які не ушкоджуються колорадським жуком.
Нині ведеться робота зі створення трансгенних рослин, які продукували б в процесі фотосинтезу органічні речовини, придатні для виробництва пластмас, що можуть розкладатися мікроорганізмами.
Уже одержані трансгенні (тобто такі, що несуть у собі чужорідний ген) сільськогосподарські тварини — свині, вівці, кролі. Проблема створення таких тварин складна і до кінця не вирішена, але водночас є досить перспективною, оскільки дає змогу створити тварини з високою енергією росту, підвищеною плодовитістю, здатністю краще засвоювати корм і давати більше продукції.
Видатним досягненням генної інженерії є створення у Великобританії 2000 р. тварин методом клонування. Це досягнення відкриває перед людством колосальні можливості. Але необхідно особливо наголосити: досягнення генної інженерії в рослинництві і тваринництві сприймаються людством неоднозначно, оскільки не до кінця вивчені віддалені наслідки від практичного застосування результатів цих досягнень. Саме на цей аспект проблеми мають бути сконцентровані зусилля вчених-генетиків.
Практичного застосування набув такий метод біотехнології, як пересадка ембріонів і зігот для прискореного одержання високопродуктивних тварин. Істотні досягнення біотехнології є у ветеринарії. За допомогою методів клітинної й генної інженерії створені імуноферментні діагностикуми для виявлення, лікування та профілактики таких грізних хвороб тварин, як ящур, ринотрахеїт, лейкози. Саме у ветеринарії досягнення в біотехнології є одними з найбільш значних.
За допомогою генної інженерії виведені штами мікроорганізмів, що продукують деякі незамінні амінокислоти. Ведуться роботи з виведення штамів, що що продукують гормон їх росту. Застосування останнього підвищує приріст живої маси великої рогатої худоби на дорощуванні й відгодівлі на 10 — 15 %.
У першому десятилітті ХХІ ст. прискореного розвитку набуває така ланка біологічного напряму НТТП, як створення біостимуляторів росту і розвитку рослин і тварин. Видатні досягнення тут здобуті українськими вченими Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, державного підприємства цієї академії НТЦ «Агробіотех», АТ «Високий урожай», НІЦ «АКСО». Їм вдалося створити екологічно безпечні біостимулятори росту рослин нового покоління, такі як «Емістим», «Потейтін», «Агростимулін», «Бетастимулін» та ін. Це вищі за класом препарати від усіх досі існуючих, оскільки діють на клітинному рівні і є найбільш безпечними для людей і тварин.
Застосування цих біостимуляторів дає змогу підвищувати врожай на 10
— 25 %, скоротити термін дозрівання, зменшити в рослинах вміст нітратів і важких металів, збільшити харчову цінність продукції, зменшити вихід некондиції, підвищити захисні властивості рослин, їх стійкість до захворювань, стресів, спричинених несприятливими погодними умовами. Це дозволяє знизити на 20
— 30 % обсяг використання пестицидів. Водночас застосування цих біостимуляторів визнано найменш витратним методом підвищення врожайності.
За даними наукових установ, при обробці насіння зернових і зернобобових окремими видами цих біостимуляторів витрати на них не перевищують 4 — 5 грн/га, насіння кукурудзи — 2 — 3 грн, соняшнику, ріпаку і цукрових буряків
— 1 — 2 грн/га. Окупність витрат становить сотні разів.
Починаючи з 2000 р. найбільшого поширення набув біостимулятор росту природнього походження «Емістим С». Його одержують шляхом штучного культивування мікроскопічних грибів із коріння женьшеню та обліпихи, під час якого утворюється унікальний комплекс ростових речовин. Цей біостимулятор ефективно стимулює ріст і розвиток практично всіх сільськогосподарських культур.
Наприклад, застосування «Емістиму С» на значних площах озимої пшениці у виробничих умовах забезпечує приріст врожаю від 3,9 до 5,1 ц з 1 га на фоні досить високої загальної урожайності 42 — 51 ц. За своїм впливом гектарна доза регуляторів прирівнюється до дії мінеральних добрив на рівні 25 кг NPK діючої речовини. За інформацією Л. Анішина , застосування вітчизняних регуляторів росту на площі зернових культур 15,6 млн га, передбаченій в Україні на 2015 р., додатковий валовий збір зерна можна збільшити на 9 млн т. Економічний ефект від їх застосування за закупівельної ціни 1 т зерна 2 тис. грн може становити 18 млрд грн, що у 300 разів перевищує витрати на їх придбання і внесення.
Важливо наголосити, що препарат «Емістим С» знаходить все ширше застосування за рубежем — в Китаї, Білорусії, Росії, Казахстані. Здійснюється перевірка ефективності його застосування в США і Канаді. Скажімо, в Китаї цей регулятор забезпечив значно вищі прирости врожайності порівняно з відомими зарубіжними біостимуляторами, забезпечивши підвищення врожайності пше
1
Урядовий кур’єр.
— 2011. — № 189. — 13 жовтня. 16 і грибів шампіньйонів — на 49 %.
Перспективним є і такий вид біотехнології, як вермикультура — промислове виробництво гумусних добрив, що ґрунтується на використанні дощових черв’яків червоної популяції, виведених у Каліфорнії (США) і придатних до промислового розведення.
Дощові черв’яки мають лише їм притаманну властивість — утворювати, меліорувати і структурувати ґрунт. Саме дощові черв’яки створили чорноземи і, на переконання вчених, їх наявність повинна розглядатися як тест «здоров’я ґрунту».
Проте слід пам’ятати, що дощові черв’яки дуже чутливі до антропогенної діяльності людей — ущільнення ґрунту під дією важкої техніки, внесення пестицидів і низки добрив, особливо аміачної селітри і сульфату амонію. Саме через це в багатьох земельних ділянках дощові черв’яки повністю або майже зникли, ґрунт став «мертвим» через істотне ослаблення зоофауни, яка стає неспроможною переробити органічну речовину на гумус. За таких обставин на цих землях внесення гною залишається малоефективним. Тому стає очевидною важливість і необхідність поставленого на промислову основу біовиробництва гумусу за допомогою дощових черв’яків.
Унікальним є те, що черв’яки здатні перетравлювати органічну масу, а це надто важливо для утилізації гноєвих стоків великих тваринницьких комплексів, у тому числі свинарських. Вони також перетравлюють солому, листя, тирсу, комунальні відходи очисних споруд міст, відходи м’ясокомбінатів тощо.
За даними дослідників, переробивши 1 т органічної речовини, каліфорнійські черв’яки створюють 600 кг гумусу і, розмножуючись, дають 100 кг біомаси, яка є висококалорійним білковим кормом для тварин. Одержаний біогумус в 15
— 20 разів ефективніший за будь-яке органічне добриво, оскільки здатний відновляти «мертвий» ґрунт, має всі необхідні для рослини поживні речовини в збалансованій формі, а також високу вологовмісткість — здатний утримувати до 70 % води. Важливо й те, що поживні речовини біогумусу повільно розчиняються, а тому не вимиваються з ґрунту.
Технологія виробництва біогумусу не складна. Можуть використовуватися закриті приміщення, просто неба в гноєвих буртах тощо. Економічна ефективність такого виробництва дуже висока. Здійснювати омолодження ґрунту біогумусом раз на чотири роки — гарантія одержання високих урожаїв сільськогосподарських культур. Існують й інші складові біологічного напряму НТТП, наприклад, створення безвідходної технології в промисловому птахівництві.
