Возрастающая антропогенная нагрузка на экосистемы и, в частности, пестицидная на почву приводят к нежелательным последствиям. Нарушается нормальное стабильное функционирование биогеоценозов, их саморегуляция. На явление саморегуляции в биогеоценозах, популяциях, экосистемах обратили внимание многие исследователи. Некоторые считают, что основной механизм стабилизации биогеоценотического процесса находится в почве, а надежность работы биогеоценоза как системы обеспечивается почвенными организмами, осуществляющими деструкцию и реутилизацию метаболитов высших растений.

Автор:
Александр Бовсуновский,
кандидат с.-х. наук, руководитель департамента агротехнологий

Механизм саморегуляции в экосистемах

Биогеоценоз и популяция поддерживают свою целостность в меняющихся условиях среды с помощью биохимических механизмов гомеостатических реакций. Для познания механизмов саморегуляции решающее значение имеют идеи В. И. Вернадского, согласно которым жизненные явления это часть механизма биосферы, а функции, которые живое вещество выполняет в этом сложном, но упорядоченном механизме, глубоко отражаются на характере и строении живых организмов. Идеи В. И. Вернадского позже были существенно развиты. В частности, доказано, что биосфера является геофизической, химической, биологической и кибернетической системой. По определению В. А. Ковди, биосфера – это внешняя область земного шара, в которой развивалась жизнь множества разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы и гидросферу, и которая представляет собой сложную общепланетарную, термодинамическую, открытую саморегулирующуюся систему живого и неживого вещества. Важным в этом отношении представляется тезис И. И. Шмальгаузена: как в биогеоценозе, так и в биосфере нет ни одного организма, который бы был лишним или нецелесообразным. Вернадский же подчеркивал, что организм, выделенный из биосферы (т.е. из среды своего обитания), есть нереальное, абстрактное, логическое обобщение.

Системы организменного и высших уровней организации представляют собой неразрывную структурно-функциональную совокупность живых существ и среды их обитания, пронизанную едиными потоками энергии, вещества и информации. По мнению исследователей, саморегуляция в экосистемах обеспечивает всем особям, их группам или популяциям, являющимся их структурными компонентами, нормальные условия выполнения функций, связанных с трансформацией вещества и энергии и передачей информации. В этих системах любая особь, отличная от другой особи даже той самой популяции, является элементом или фактором среды. А все содержание индивидуального развития сводится к преобразованию наследственной информации в систему жизненных связей с внешней средой.

В экоселекции ценят выносливость

Обоснование вышеупомянутых идей способствовало возникновению в растениеводстве отдельного направления – экологической селекции. Это совокупность приемов и методов, обеспечивающих получение сортов с высокой и стойкой продуктивностью в условиях определенного района выращивания при соблюдении экологически безопасной технологии культивирования и минимального накопления поллютантов в продукции. Экологическая, или адаптивная селекция предусматривает получение за счет выявленного или скрытого генетического многообразия устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам форм растений.

Характерная особенность адаптивной селекции – не организмоцентрический подход, господствующий в традиционной селекции, а популяционный. Он учитывает не только процессы, происходящие в одном организме, но и на уровне популяции. В прикладной селекции и генетике основные усилия направлены на поиск и изучение лучших по продуктивности форм. Хотя последние по степени выраженности признака фенотипа имеют не самую большую урожайность при изменении экологических условий и менее устойчивы к болезням. В результате селекции самоопыляющихся видов организмоцентрический подход позволил создать сорта с высокой потенциальной продуктивностью, однако привел при этом к увеличению энергетических затрат на их выращивание, снижению в них генетического многообразия и адаптивности.

Особенно нежелательность отбора самых лучших форм проявляется при селекции на устойчивость к болезням. Внедрение в производство высокопродуктивных линейных сортов с моногенной абсолютной стойкостью к некоторым расам паразитов привело к возникновению, отбору и распространению более агрессивных рас, резкому уменьшению продуктивности и даже гибели посевов. Это случилось с высокоурожайными, но неустойчивыми к бурой ржавчине сортами озимой пшеницы Аврора и Кавказ на третий год после внедрения в производство. В то же время чувствительные к болезням пластические сорта этой культуры Безостая 1 и Мироновская 808 дают стабильно высокие урожаи более 40 лет. Это же касается лена-долгунца при сравнении растений сортов Викинг и Ариане на устойчивость к поражению фузариозом. При оценке на инфекционном фоне растений указанных сортов было получено следующее: растения сорта Ариане имеют большую стойкость против этой болезни (4,5 балла), а сорта Викинг значительно меньшую (2 балла). Но на производственных посевах данных культур потери от фузариозного увядания оказались больше именно у сорта Ариане. Эти факты, а также другие показали, что стабильную по годам урожайность пластический сорт в зоне его выращивания формирует не за счет биологической стойкости к стрессовым факторам, а за счет выносливости (толерантности).

Отсутствие у растений видимых признаков поражения болезнями (к чему стремится каждый селекционер) вовсе не является преградой для значительного снижения урожайности у стойких сортов при большей инфекционной нагрузке. Вот почему главным показателем в селекции на стойкость должна быть урожайность, а не пораженность. При создании адаптивных сортов селекционер должен отказаться от отбора по реакции стойкости. На вооружение следует взять такую стратегию борьбы с болезнями, которая бы допускала развитие патогенов на культурных растениях без заметного снижения при этом урожайности. Цель же получения непоражаемых растений, поставленная человеком, не является правилом для нашей экосистемы, поскольку базируется на ошибочном представлении об исключительно отрицательных последствиях влияния на растения болезней и их независимом самостоятельном существовании. Между тем, фитопатогенные микроорганизмы это обычные обязательные компоненты любого растительного сообщества. Для некоторых форм вирусов показана возможность интеграции в геном растения-хозяина и прививка с хозяйственно-полезными признаками. Поэтому целью селекции не может быть создание безвирусных растений. Но сохранение их, а также создание форм культуры со слабовирулентным вирусом – реальная и экологически обоснованная задача.

Многообразие – залог здоровья

Аналогичные выводы можно сделать и относительно некоторых видов сорняков, которые, пройдя рядом с культурой сложный путь популяцонной жизни, приспособлены к существованию лишь в ценозе с ней. Такие сорняки могут влиять на повышение продуктивности и снижение заболеваемости.

Организмо центрический подход в селекции, когда от одной выдающейся формы растения отбирают гомозиготное потомство, привело к обедненности генетического фонда.

С позиций же экологической (адаптивной) селекции, генотипическое многообразие, выраженное разными уровнями специфической и неспецифической стойкости, или их соединение, является определяющим фактором в создании экосистемы растений, которые противостоят биотическим и абиотическим стрессам среды.

По мнению профессора Брагина, если при выращивании в поле треть растений имеет специфическую стойкость, то популяция сорта защищена от болезней соответствующей эпидемологической стойкостью. Адекватность этой трети стойкости, например у овса, подкреплена данными изучения экосистемы диких видов в Израиле. Так, примерно трети специфической стойкости в посевах дикорастущего овса было достаточно, чтобы защитить его от сильного поражения корончатой ржавчиной.

В Англии смеси из трех культиваров ячменя, которые несут разные гены специфической стойкости к мучнистой росе, обеспечивают уровень затяжной стойкости, эквивалентный четырехкратному использованию пестицидов. Таким образом, невысокий уровень гетерогенности в конечном счете признается эффективным механизмом уменьшения степени развития болезней в популяции растений.

Опыты со смесью яровой пшеницы, составленной из равного количества двух сортов, показали возможность получения в таком случае не только большей продуктивности, но и стойкости против основных болезней.

Вывод о значимости сбалансированной гетерогенности посевов можно сделать и при использовании полиплоидии. Так, в производственных посевах полигибридов, например свеклы, мы имеем дело с анизоплоидными популяциями, состоящими из смеси гибридных (триплоидных) гетерозисних растений и родительских (диплоидных и тетраплоидных) форм, отобранных по комбинационной способности. Оказалось, что увеличение продуктивности такого полигибрида на 60-70% обусловлено эффектом взаимодействия в смеси ди-, три- и тетраплоидных растений, а не, как считалось, самим эффектом полиплоидии.

Минусы механической интродукции сортов

Популяционный подход имеет также важное значение при интродукции сортов культурных растений из другой экологической зоны. В последние годы десятки сортов зарубежной селекции, преимущественно западноевропейской, введены в агробиоценозы Украины. Будучи интенсивными по своему генетическому строению, эти сорта обеспечивают на массу довольно высокие продуктивные показатели. Но в годы с неблагоприятными гидротермическими условиями они демонстрируют значительное падение урожайности, а также более сильную пораженность болезнями.

В течение нескольких лет автор проводил наблюдение за интродуцированными французскими сортами льна Викинг и Ариане в сравнении с сортами отечественной селекции. Сорта Викинг и Ариане отличаются высоким выходом волокна, этот показатель очень важен для льнопереработки, поскольку определяет основные показатели продуктивности перерабатывающих заводов. На протяжении двух лет испытаний эти сорта обеспечили высшие показатели по основным хозяйственно-ценным признакам (выход волокна, техническая длина), хотя и заметно страдали от поражения фузариозом. При неблагоприятных условиях следующего года они существенным образом уменьшили свою продуктивность: плохо развивались, много растений разветвилось, т.е. они стали непригодны для переработки на длинное волокно. И, что особенно важно, лен французской селекции был сильно поражен фузариозом. Зато сорта украинской селекции оказались более пластическими как по продуктивным свойствам, так и по устойчивости к болезням. Заметного уменьшения урожайности у них не произошло. Их норма реакции на неблагоприятные условия была незначительной. Наши сорта почти не были поражены фузариозом.

Наблюдаемые явления свидетельствуют, в частности, о том, что механическая интродукция сортов из других эколого-географических зон требует осторожного подхода. Они должны быть проверены как на общую адаптивность, так и на популяционную комплементарность вступать в симбиотические отношения с другими культурными растениями и с патогенной микрофлорой.

(Опубликовано в №5, 2008 г.)