About the monograph “eniology, ecology and variety”

Full Text

26 апреля 2024 года исполнилось 38 лет со дня аварии на Чернобыльской АЭС. По масштабам своих последствий и длительности воздействия на биосферу Организация Объединенных Наций назвала ее самой крупной экологической катастрофой за всю мировую историю. Тысячи людей приняли участие в ликвидации последствий катастрофы и бывшее Московское отделение Всероссийского НИИ растениеводства имени Н.И. Вавилова, имевшее в своем составе отдел радиационной генетики и радиобиологии, не могло оставаться в стороне от этой работы.

В 1987 году заведующий отделом радиационной генетики и радиобиологии МОВИР

доктор биологических наук И.М. Молчан был командирован в г. Чернобыль и осуществил сбор колосьев озимой пшеницы сортов Мироновская 808, Киянка и Полесская 70, образовавшихся в результате самосева осыпавшихся зерен урожая 1986 года, в колхозах «Заветы Ильича» (с. Корогод) и «Дружба» (с. Залесье), 10…15 км от Чернобыльской АЭС.

В этом же году в зоне отчуждения агропромышленного производства, на самом загрязненном поле колхоза «Комсомолец» (д. Бабаки) Новозыбковского района Брянской области (плотность загрязнения цезием-137 – 65,5 кюри/км²) были заложены полевые опыты по изучению накопления радиоцезия в зерне у 42 сортов озимой ржи и 92 сортов озимой пшеницы. Всего с 1987 по 1993 год было изучено 1532 сортообразца 28 культур мирового генофонда.

Выполнение такого объема исследований оказалось возможным в результате включения в работу практически всех подразделений МОВИР, сотрудники которых принимали участие не только в подготовке посевного материала, но и посеве, уходе и уборке урожая на загрязненной территории. При остром дефиците малогабаритной сельскохозяйственной техники руководство МОВИР (директор А.Д. Човжик) вынуждено было организовывать по нескольку раз в год ее доставку на загрязненную территорию.

В работе (подготовка семян и доставка их в МОВИР, определение радионуклидов, анализ и обсуждение полученных данных) также приняли участие многие научно-исследовательские учреждения: ВНИПТИ химизации сельского хозяйства, ВНИИ сельскохозяйственной радиологии, Новозыбковская радиологическая лаборатория, ВНИИ зернобобовых и крупяных культур, НИИСХ центральных районов Нечерноземной зоны, ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур, ВНИИ кормов, Московская и Белорусская сельскохозяйственные академии. Украинский и Белорусский НИИ земледелия, Каменец-Подольский СХИ, Гомельская сельскохозяйственная опытная станция и другие. Без их участия проведение этой работы в таком объеме было бы невозможно. Помощь оказывалась чаще всего на безвозмездной основе.

Исследования в загрязненной зоне Чернобыльской АЭС показали, что мировой растительный генофонд располагает большим разнообразием форм по накоплению радионуклидов. Максимальное различие (в условиях одного года и поля) между культурами по накоплению цезия-137 в зерне может достигать 170 раз, сортами в пределах одной культуры – 9 раз.

На основании анализа результатов и литературных данных, впервые обозначены генетико-физиологические системы признаков, обеспечивающие получение экологически безопасной продукции в зоне радиоактивного загрязнения и разработаны принципы создания модели техногеннотолерантного сорта. Оказалось, что селекция на минимальное накопление загрязнителей в товарной части урожая органически связана с селекцией на комплексную неспецифическую полевую толерантность к абиотическим и биотическим стрессовым факторам среды. Вот почему среди сортообразцов со слабым накоплением радиоцезия чаще встречаются пластичные сорта. Общераспространенное представление о только повреждающем и беспороговом действии радиации нуждается в уточнении. Малые дозы ионизирующих излучений (природный радиоактивный фон, биологическое поле) – основа происхождения, воспроизведения и эволюции жизни, энергоинформационных взаимодействий, единства и целостности биологических систем, становления и развития эниологии, волновой генетики и так далее.

Системный подход к организму предполагает поиск не отдельных выдающихся признаков (доноры), а комплекса корреляционно связанных и взаимодействующих между собой, который Н.И. Вавилов называл эволюционным признаком, а Е.Н. Синская – растительной конституцией. [2]

Ориентация на максимальную степень выраженности одного признака, как правило, ухудшает другие, что заканчивается неудачей в селекции. Например, односторонняя селекция на высокую урожайность обусловила создание сортов с высокой потенциальной продуктивностью, но повысила нестабильность урожайности. [6] Использование рекомендованных в качестве доноров ультраморозостойких форм озимой пшеницы не решило проблемы зимостойкости культуры. [7] С помощью засухоустойчивых инорайонных сортов не удалось повысить и этот признак у новых сортов яровой пшеницы. Применение в качестве донора короткостебельной озимой пшеницы не привело к созданию неполегающих сортов. [13] Широко разрекламированный как источник очень высокого содержания лизина у ячменя Хайпроли, не дал ожидаемых селекционных результатов.

Заключение о значимости гармонии распространяется и на взаимодействие организмов в системе биоценоза. Создание в процессе селекции высокоустойчивых к болезням сортов способствует возникновению и отбору еще более агрессивных рас патогена и нередко гибели посевов таких линейных сортов в производстве, которые не вписываются в окружающий их биоценоз. Дикорастущие растения почти всегда поражены паразитами. Цель получения непоражаемых растений поставлена человеком. Не устойчивость, а толерантность в системе биоценоза – важнейшее естественно-природное направление исследований в селекции и защите растений.

Необходимость гармоничного информационно-энергетического взаимодействия сорта и окружающей его среды распространяется также на био-геоценотический и биосферно-космический уровни. Ориентация селекции на создание и использование в производстве агрохимически эффективных сортов, дающих хорошие урожаи только при высоких дозах минеральных удобрений в условиях интенсивных технологий, ведет не только к деградации органического вещества почвы, но и ее загрязнению. Так селекция как наука объективно способствует приближению экологического кризиса.

Биосферно-космические принципы селекции, которые рассматриваются в книге И.М. Молчан, предполагают создание сортов не агрохимически, а космически эффективных, выявляя образцы, максимально использующие энергию не столько почвы и Солнца (фотосинтез), но и других планет (космосинтез). С автотрофностью (по представлению В.И. Вернадского) связано будущее человечества, а значит и селекции. Почва загрязнена гербицидами, пестицидами, тяжелыми металлами, ретардантами, радионуклидами. Автотрофные сорта могут обеспечить экологическую чистоту сельскохозяйственной продукции.

Материалы книги прошли апробацию при выступлениях автора на различных научных конференциях, а также страницах периодических научных изданий и учебных пособий. Книга будет полезна эниологам, экологам, генетикам, селекционерам, семеноводам и специалистам, занимающимся разработкой и использованием экологически безопасных технологий на загрязненных территориях. Она может заинтересовать также и массового читателя, если он будет обращать особое внимание на стихи и выдержки из некоторых других литературных источников (их в книге около трехсот), относящихся к различным разделам науки. В гармоничной, естественно-природной рифме зашифровать ложь невозможно. [10]

Кратко приводим из монографии наши исследования энзимо-микозного истощения семян зерновых культур в загрязненной зоне ЧАЭС.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В загрязненной зоне Брянской области в 1988–1992 годах было изучено 215 сортообразцов озимой пшеницы, в том числе в 1988 – 77, 1989 – 38, 1990 – 55 и 1992 году – 45 образцов. По происхождению сорта были представлены различными регионами нашей страны и мира: Московская, Ивановская, Ростовская, Воронежская области, Краснодарский, Алтайский, Красноярский, Приморский края, Украина, Беларусь, Польша, Германия, Финляндия, Швеция и другие. Условия вегетации в 1989 и 1990 годах складывались благоприятно для роста и развития озимой пшеницы (см. таблицу). Исследования по энзимо-микозному истощению семян проводили оригинальными методами. [14]

Гидротермические условия вегетационного периода в годы проведения исследований

РЕЗУЛЬТАТЫ

Значительную роль в поступлении радиоцезия в зерно пшеницы играют агрометеорологические факторы года. Различия по активности цезия-137 в зерне пшеницы между максимальным (1988 год) и минимальным (1990 год) значениями (нКи/кг) у сорта Колос 80 — 3,4 раза, Донская безостая – 4,9, Мироновская 808 – 5,4, Курганская 52 – 7,3, Янтарная 50 – 8,2 раза.

Наши и данные других исследователей свидетельствуют о том, что межсортовые различия уровней радионуклидного загрязнения зерна пшеницы в условиях одного года примерно равны различиям в накоплении радиоцезия урожаем одного сорта в разные годы. [1]

Расчет коэффициента корреляции между активностью радиоцезия и урожайностью зерна в разные годы (1988–1990 и 1992) выявил обратную зависимость между показателями (R = –0,80...–0,26). При уменьшении урожайности зерна в засушливые годы увеличивается концентрация радионуклида в товарной части урожая. Изучение зависимости между активностью цезия-137 и урожайностью различных сортов в пределах одного года не выявило определенной закономерности; коэффициенты корреляции в 1988, 1989, 1990 и 1992 годах составили соответственно 0,16, –0,31, 0,01, –0,43.

При изучении связи между активностью цезия-137 в зерне и температурой воздуха обнаружили прямую корреляционную зависимость.

Коэффициенты корреляции между содержанием радиоцезия в зерне и среднемесячной температурой воздуха за вегетационный период (май-август) в 1988–1992 годах изменялись в зависимости от сорта — 0,49…0,86. Наиболее высокие значения коэффициентов корреляции (0,71…0,99) выявлены в июле, когда происходит формирование и налив зерна пшеницы. Это значит, что повышенные температуры в июле 1988 года (22,7°С) и 1992 (21,2°С), по сравнению с 1989 (19,6°С) и 1990 годом (17,9°С), способствовали возрастанию уровня радиоцезия.

Значимость периода формирования зерна пшеницы на поступление цезия-137 выявлена и в отношении осадков. Малое их количество в июле 1988 года (29,7 мм) и 1992 (36,5 мм), по сравнению с 1989 (64,0 мм) и 1990 годом (97,8 мм), приводило к увеличению радиоцезия в зерне. Для этого, важнейшего при формировании урожая, периода выявлена обратная корреляционная зависимость между активностью цезия-137 в зерне и суммой атмосферных осадков (R = –0,79…–0,98).

Между содержанием радиоцезия в зерне пшеницы и суммой атмосферных осадков за май-август не найдено такой однозначной зависимости, как в июле. Коэффициенты корреляции между этими показателями за вегетацию колебались у разных сортов от 0,34 до 1,00. Таким образом, при изучении взаимосвязи суммы осадков за вегетационный период и накопления радиоцезия в зерне, если не учитывать сорта, в отношении пшеницы можно сделать противоположные выводы о наличии прямой (сорт Заря) или обратной (Одесская 51) корреляции. Приведенные данные, как и выводы других исследователей свидетельствуют о том, что при изучении влияния основных агрометеорологических факторов на поступление радиоцезия в растения важно учитывать температуру и осадки не только за весь период вегетации, но и на отдельных этапах онтогенеза. [11]

Повышение накопления радиоцезия при снижении урожайности пшеницы в засушливых условиях – метаболическая реакция ослабленных растений на антропогенные воздействия. [12]

При водном дефиците, прежде всего, подавляются ростовые процессы, нарушается белковый обмен, усиливается активность протеолитических ферментов, что приводит к резкому снижению обменных процессов в зерновке, ее щуплости и недобору урожая. При недостатке влаги отмечается усиление поглощения из почвы и накопления в растении как калия, так и цезия, более быстрое засыхание листьев, сопровождающееся мобилизацией и оттоком питательных веществ в зерно, а также возрастание уборочного индекса. [9]

Неблагоприятные условия засухи способствуют возрастанию накопления радиоцезия в растениях и зерне пшеницы.

На основании приведенных данных, можно сделать вывод о том, что засухоустойчивость – необходимая предпосылка для реализации потенциальных возможностей генотипа сорта по накоплению радионуклидов в растениеводческой продукции. У незасухоустойчивых сортов во влажные и засушливые годы отмечается неоднозначность реализации генетической информации вследствие переопределения генетической формулы изучаемого количественного признака. [4] Этот механизм – одна из причин несовпадения рангов сортов по накоплению радионуклидов в разные годы. Например, незасухоустойчивый сорт Гама (Польша) в благоприятные для возделывания озимой пшеницы 1989 и 1990 годы содержал в зерне небольшое количество радиоцезия, 0,44 и 0,2/нКи/кг соответственно и был в числе лидеров группы сортов с минимальным накоплением радионуклида (ранги № 4 и № 1 соответственно). В неблагоприятные 1988 и 1992 годы в условиях уменьшения урожайности у сорта Гама количество радионуклида увеличилось до 2,15 и 2,40 нКи/кг соответственно, и он оказался уже в группе сортов со средним (1988 год — ранг № 29) и даже максимальным (1992 – № 42,5) накоплением радионуклида.

Признак «активность радиоцезия» в зерне только в благоприятных для развития пшеницы условиях будет детерминироваться генами устойчивости к радиоцезию, при засухе – генами засухоустойчивости. [4] Засухоустойчивый сорт Донская безостая в течение всех четырех лет изучения находился в группе сортов с минимальным накоплением радионуклида. По низкой активности радиоцезия выделились также сорта Одесская 95, Залив, Ростовчанка и Одесская 51, которые отличает и повышенная засухоустойчивость.

Особенности засухоустойчивых сортов озимой пшеницы со слабым накоплением радиоцезия в зерне: относительно высокая концентрация в листьях калия, способствующая дискриминации радионуклида перед его химическим аналогом при реутилизации веществ из вегетативной массы в зерно; глубокопроникающая корневая система, обеспечивающая поступление в растение веществ из менее загрязненных радионуклидами нижних слоев почвы; более высокая эффективность использования усвоенных элементов питания при образовании органического вещества, помогающая разбавлению поглощенного из почвы радиоцезия в большой массе растения. Агрохимически эффективные сорта выделяются также и по экологической пластичности. [8, 15]

Сорта с минимальным накоплением радиоцезия (Донская безостая, Ростовчанка, Одесская 51) отличаются не только стабильно высокой урожайностью по годам, но и качеством зерна, которое в значительной степени зависит от их устойчивости к сложному патологическому комплексу ЭМИС (энзимо-микозное истощение семян), ведущему к снижению стекловидности и выполненности зерна, образованию микротрещин его оболочек, прорастанию на корню и интоксикации. [5, 14]

Гидротермические условия 1988 года в загрязненной зоне из-за высокой температуры и обилия осадков в период формирования генеративных органов и начальных этапов в развитии зерновки оказались благоприятными для ЭМИС. Последующие засушливые условия усугубили его действие. По слабому накоплению в зерне радиоцезия выделились устойчивые к ЭМИС сорта Ibis с высокой амилограммой, Одесская 51, Донская безостая, Ростовчанка. [5, 14] Неустойчивый к ЭМИС (по данным МОВИР) сорт Hildur в 1988 году оказался лидером по накоплению радиоцезия в зерне среди изучаемых сортов пшеницы. Слабая устойчивость сорта к ЭМИС, связанная с увеличением времени активного метаболизма (из-за отсутствия у зерна периода физиологического покоя и его прорастания на корню) и потерей сухого вещества, ведет к повышению концентрации радиоцезия в зерне.

В группе сортов (Sv. 01751, Sv. 01744, Helge, Hildur, Boeguian, Урожайная) с максимальными значениями радиоцезия преобладали образцы из Красноярского и Приморского краев, Беларуси, Нидерландов, Швеции и Норвегии, с минимальными – из Ростовской области, Украины, Германии, Франции и Чехословакии.

Сорта с высоким накоплением радиоцезия отличаются продолжительным периодом вегетации, большими высотой растений, числом колосков и зерен в колосе, но меньшей массой 1000 зерен. Сорта со слабым накоплением радиоцезия характеризуются более коротким вегетационным периодом, засухоустойчивостью, пластичностью, крупностью зерна, устойчивостью к ЭМИС.

В условиях радиоактивного загрязнения актуальна проблема сочетанного действия различных химических загрязнителей. [16]

Изучение связи накопления в растениях радионуклидов с другими поллютантами – задача предстоящих исследований. Однако отдельные данные, полученные в разных экспериментах, указывают на возможность такой связи. В частности, позднеспелость снижает устойчивость не только к радиоцезию, но и опасному тяжелому металлу кадмию. [3]

Засухоустойчивость понижает уровень цезия-137 и алюминия. Среди крупнозерных пшениц значительно чаще встречаются сорта с минимальным накоплением радиоцезия и комплексом других показателей высокого качества зерна.

Выводы. Таким образом, биосферно-космические принципы селекции, которые рассматриваются в монографии предполагают создание сортов эффективных не агрохимически, а космически, при этом выявляя образцы, максимально использующие энергию не только почвы и солнца, но и других планет в процессе космосинтеза или автотрофности.

Посвящается светлой памяти доктора биологических наук, заведующего отделом радиационной генетики и радиобиологии бывшего Московского отделения ВИР имени Н.И. Вавилова, ликвидатору последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС, автору монографии «Эниология, экология и сорт» Игорю Моисеевичу Молчан.

Dedicated to the blessed memory of Doctor of Biological Sciences, head of the department of radiation genetics and radiobiology of the former Moscow branch of the VIR named after N.I. Vavilov, liquidator of the consequences of the disaster at the Chernobyl nuclear power plant, author of the monograph “Eniology, ecology and variety” Igor Moiseevich Molchan.

About the authors

S. K. Temirbekova

Author for correspondence.
Email: sul20@yandex.ru

Grand PhD in Biological Sciences, Professor, Honored Scientist of the Russian Federation

(author of the monograph’s preface)

References

Supplementary files