Бабицкий А. Ф. – д.б.н., [email protected]

Славянский Университет, г. Кишинев,

Из результатов собственных исследований и литературных данных, представлено текущее состояние современной проблемы агроэкологически индуцируемой модификации урожайных качеств семян в условиях полуаридного земледелия с дефицитом почвенной влаги.

Полуаридные условия ведения растениеводства в некоторых агроэкологических районов нашей страны существенно отличаются от благоприятных по климатическим и гидротермическим условиям большинства европейских стран.

Поэтому многие рекомендации по ведению растениеводства, выработанные в этих странах для Молдовы не пригодны.

Это в первую очередь касается сортового состава возделываемых растений и системы их семеноводства. В полуаридных условиях растениеводства имеет место, вызванное экологическими условиями, ежегодное ухудшение урожайных качеств семян (УКС). Это явление известно с глубокой древности и обычно ранее преодолевалось путем использования для посева семян, привезенных из другой местности или агроэкологической зоны выращивания того же самого сортового состава растений.

Однако после полной абсолютизации постулатов менделеевской генетики, не относящихся непосредственно к продуктивности растений, этот способ поддержания продуктивных качеств семян был административно отодвинут на задний план и акцент был перенесен на генотип возделываемого сорта, а потеря УКС и вырождение сортов компенсировалось непрерывным введением в производство вновь районированных сортов [16].

Однако агрономам всегда надо иметь в виду, что в аридных условиях земледелия идет постоянное вырождение сортов и семена меняют свои урожайные

качества. Природа этого явления очень сложна и до сих пор трудно поддавалась расшифровке ввиду наличия в науке ложных теорий, созданных знаменитыми учеными. Это создавало множество препятствий на пути постановки задачи, планирования экспериментов и утверждении тематики раскрытия природы УКС на Ученых советах научно – исследовательских институтов. Такие тематики просто безоговорочно отвергались, ссылаясь на утверждения авторитетов в менделеевской генетике, никогда в жизни не имевших опыта работы в вопросах продуктивности растений. Ведь до настоящего времени не найдены гены морфогенеза растений и их продуктивности.

Попытки заполнить этот пробел вновь придуманной эпигенетикой, основанной на тех же принципах формальной генетики, навряд ли приведут к познанию природы продуктивности растений. Ведь продуктивность не определяется генотипом, семена одного и того же генотипа, но репродуцированные в различных агроэкологических условиях, при их испытании в одинаковых условиях могут дать урожайности в 2-3 раза отличающиеся между собой [33].

Ввиду государственной важности этой проблемы, начиная с 1972 года в Селекционно – Генетическом Институте в г. Одесса была начата научно-исследовательская работа по участию в международной тематике изучения природы УКС пшеницы, несмотря на то, что как среди аграриев европейских стран, так и их копирайтеров в нашей стране, еще И. В. Мичуриным образно названных попугаями, само понятие об изменчивости урожайных качеств семян одного и того же генотипа является нонсенсом и всячески игнорируется и не допускается к публикации в научные журналы по генетике, ими контролируемые.

Для западных ученых это вполне понятно, поскольку в этих странах не наблюдается дефицита почвенной влаги и они не сталкиваются с данным явлением. Соответственно и среди их научных работников и практиков широко распространена ограниченная точка зрения, что эволюционная адаптация не связана с градуальной групповой приспособительной изменчивостью сортов и популяций, а есть результат дискретной индивидуальной ненаправленной изменчивости за счет мутагенеза и последующего адекватного отбора внешней средой наиболее приспособленных форм.

Однако наиболее выдающиеся селекционеры и семеноводы в своей практической работе убедились, что процесс эволюционной адаптации идет непрерывно в виде групповой направленной изменчивости и применительно к культурным растениям тесно связан с природой их продуктивности. Именно этот процесс и является центральной проблемой, которую более века исследует наука семеноведения, но проблема оказалась очень сложной и трудно поддающейся раскрытию.

В результате более 80 летних исследований, в основном проведенных в СССР, был накоплен громадный фактический материал, но в основном представляющий методически неправильно поставленные опыты, погрешности исследований, ничем не обоснованные утверждения административных авторитетов и даже научный мусор, который энциклопедически собран в монографии Л. К. Сечняка [28].

Однако в этой книге имеются заслуживающие внимания достоверные опыты, которые в совокупности с проводимыми нами исследования позволили раскрыть природу УКС в полуаридной зоне растениеводства.

Поэтому в этом, предлагаемом вниманию исследователей и практических работников сельского хозяйства, обзоре приведены лишь заслуживающий наше внимания научные материалы, отсеяны недостоверные и несущественные к сути вопроса о продуктивных качествах семян, и описаны последние наши достижения в этой проблеме..

Тысячелетний практический опыт земледельцев убеждает о наличии влияния экологических условий репродукции семян на их УКС. Исследованиями аграрий установлено, что в каждой экологической зоне при выращивании растений одного и того же генотипа формируются разные по УК семена [3,20,23-28]. Поскольку каждый год меняются условия репродукции семян, то и в каждый год модифицируется эта сортовая урожайность. Это же явления существует не только в искусственных биоценозах культивируемых растений, но оно присуще и естественным биоценозам. Так во многих экосистемах обнаружены периодические осцилляции продуктивности с периодом 2 года [19]

Семена с наилучшими УК получаются в благоприятных условиях роста и развития материнских растений, на которых они формируются. При неблагоприятных условиях, среди которых наиболее существенный фактор это

дефицит почвенной влаги, на материнских растениях одного и того же сорта или генотипа формируются семена с низкими УК. Такое влияние засухи выражается в том, что даже при благоприятных условиях следующего года эти модифицированные семена после их посева дадут меньший урожай, чем семена, репродуцированные в условиях достаточного увлажнения почвы.

Улучшить такие низкоурожайные семена невозможно ни калибровкой, ни отбором более крупных, более выровненных или выполненных семян, поскольку засуха, действуя на материнские растения, модифицирует сам наследственный аппарат их семян.

Наукой семеноведения установлено, что постоянно продоложающиеся условия почвенной засухи настолько сильно изменяют урожайные качества семян почти всех возделываемых культур, что разрушается вся система их семеноводства и такие категории качества семян как элита, первая репродукция и тому подобные показатели качества семян, теряют свой смысл и после засушливого года надо в течение последующих 2-3 лет заново восстанавливать всю систему семеноводства культивируемых растений [27]. В условиях засухи и высокой температуры и солнечной инсоляции происходит групповое адаптивное вырождение семян и через каждые 4 года необходимо проводить сортообновление пшеницы, а при поливе семена даже при многократном пересеве не теряют своих УК [2].

Существует даже крайняя точка зрения, что нет смысла восстанавливать семеноводство, а лучше просто произвести сортосмену, ибо разница в урожайных качествах необратима и все равно останется [16]. Хотя достоверно установлено, что семена озимой пшеницы, репродуцированные при дефиците почвенной влаги, на следующий год дают урожай на 5-7 ц/га меньше [5-10,17,18], чем полученные при нормальной влажности почвы 70-80% от полной полевой влагоемкости (ППВ). А семена пшеницы, репродуцированные на богаре, имеют пониженные УК по сравнению с таковыми, репродуцированными в условиях полива [1]. Нами достоверно показано, что дефицит почвенной влаги понижает УКС твердой яровой пшеницы и величина ответной реакции яровой пшеницы намного больше, чем озимой. При этом уровень минерального питания не является существенным фактором [4-11] и не влияет на УКС.

Второй шаг к выяснению природы УКС был получен при обнаружении способа реализация повышенных УК семян пшеницы в следующем поколении в полевых условиях, который осуществляется через повышенную озерненность колоса [4,29,30].

В лабораторных условиях удалось сделать третий шаг по определении до посева семян с повышенных УКС в лабораторных условия по повышенной кинетике развития фосфатазной активности зародышей семян при их прорастании [11].

Наконец был разработан четвертый наиболее выдающийся с практической и теоретической точки зрения способ прогнозирования и диагностики семян с пониженными УК по повышенному накоплению у них спирторастворимого белка глиадина. Нами открыто, что дефицит почвенной влаги, являясь стрессовым фактором индуцирует избыточный синтез глиадина в семенах пшеницы и одновременно ухудшает их УК. Исходя из этого, спирторастворимый белок глиадин отнесен к воднодефицит стрессовым белкам пшеницы и при его избыточном накоплении рекомендован в качестве диагностического теста на ухудшение УКС пшеницы [31,34].

Все остальные описанные в журналах и процитированные в книге Л. К. Сечняка и Н. А. Киндрука литературные сведения и рекомендации, в том числе, и чтобы диагностировать высокие УК семян по их крупности, содержанию в них белка и фосфора оказались недостоверными [12-14]. Наиболее лженаучной является метод отбора зрелых семян пшеницы, якобы с высокими урожайными качествами, по внешнему виду сморщенной при высушивании семян кожицы перикарпа, покрывающего воздушную камеру над зародышем пшеницы [35]. При этом созданы такие визуальные термины как «капля», «лопаточка» и т. п., всего их В.Т. Шевченко насчитал более семи и только третий и четвертый тип обладают высокими урожайными качествами. Отсюда следует, что изменение урожайных качеств семян это некая разновидность индивидуальной изменчивости и в любой партии семян, не зависимо от их места репродукции, можно визуально отобрать семена с высокими урожайными качествами. И чем больше в партии семян встречаются третий тип сморщивания кожицы у семян, тем выше качество семян. Такие «исследования» засоряют науку и наиболее пагубны для начинающих исследователей, тем более, что их автор является академиком национальной академии Украины..

На кукурузе показано, что гибридные семена, полученные скрещиванием инбредных линий в условиях дефицита почвенной влаги, на следующий год, даже при благоприятных условиях выращивания, проявят меньший уровень гетерозиса и дадут урожай на 10% меньше, чем растения, выращенные из гибридных семян, полученных при нормальном уровне почвенной влагоемкости [21].

На сахарной свекле потери могут быть намного большими. На следующий год произойдет падение урожая корней и уменьшится их вес. Поэтому для посева на следующий год надо взять семена с маточных растений, выращенных в условиях нормальной влажности почвы [23-26].

На помидорах в степной зоне в условиях засухи проявится заболевание столбур и плодые приобретают деревянистую структуру, непригодную к употреблению в пищу. Семена в таких плодах модификационно меняют свою наследственную основу и уменьшают свой размер. Однако эти семена энергично прорастают и из них вырастают мощная рассада, а затем растения с немногочисленными мелкими, ребристыми и твердыми плодами, т.е. произойдет столбурное вырождение помидоров [15].

На картофеле так же в степной зоне выращивания произойдет вырождение в такой сильной степени, что клубни, полученные при дефиците влаги, на следующий год дадут растения больные вирусами и с мелкими клубнями. В течение 2-3 лет картофель полностью вырождается в полудикий картофель, дающий мелкие клубни [19].

Семена редиса, репродуцированные в условиях почвенной засухи, дают на следующий год растения, на которых, вместо гладких, круглых и мягких по консистенции, сформируются длинные, сплошь покрытые боковыми корнями, деревянистые корнеплоды [3].

Чтобы избежать экономических потерь, как последствий засухи через посевной материал, необходимо на следующий год более тщательно, чем в обычные годы подойти к выбору семян к посеву и лучше приобрести семена из другой зоны, репродуцированные в благоприятных по влажности почвенных условиях, чем использовать на семенной материал местные семена, полученные в условия засухи. Если бы это правило соблюдалось там, где имеется дефицит почвенной влаги,

например в Казахстане, то это привело бы к удвоению валового сбора зерна пшеницы.

Изложенные сведения формируют основу новой зеленой революции повышения продуктивности возделываемых растений в степных аридных зонах при условии дефицита почвенной влаги, а в теории экологически направленной адаптации создают понимание эволюционного процесса как групповой изменчивости и последующего наследования приобретенных признаков, более важного для эволюции, чем индивидуальной мутационной изменчивости в биосистеме. Эти данные экспериментально показывают существование у растений групповой направленной изменчивости, индуцируемой агроэкологическими условиями возделывания растений, запоминаемой в семенах и передаваемой ими в виде репродуктивной памяти к следующему поколению.

Это доказывает, что семена, кроме постоянной филогенетической памяти, заключенной в геноме, являются носителями также и временной онтогенетической памяти. При этом получено экспериментальное доказательство, что сигнальные макромолекулы, вызывающие модификацию УК семян возникают в корневой системе и передаются через стебель в меристемы, половые клетки и затем сохраняются в семенах.

Открытие репродуктивной памяти семян, проявляющейся по модификации количественных признаков, выращенных из них растений, свидетельствует о том, что процесс эволюции это более сложный и до конца не раскрытый процесс адаптации организмов к среде обитания, вызванный как внутренними законами существования живой материи, так и ее адаптацией к условиями среды обитания.

Современная генетика пока считает, что продуктивность возделываемых растений целиком определяется их генотипом и внешняя среда на наследственность якобы не влияет. Если стать на эту точку зрения, то тогда надо объявить науку семеноведение и весь добытый ею научный и практический результат как некое заблуждение, не имеющее предмета исследования. Однако факты доказывают, что продуктивность возделываемых растений целиком не определяется генотипом и существуют еще какие-то факторы в наследственном аппарате растений, которые не обнаруживаются в исследованиях, не связанных с наследованием количественных признаков и непосредственно с продуктивностью. Экспериментально доказанное

запоминание семенами условий их репродукции настоятельно требует выделения из общей наследственности определенной ее части, которую можно назвать онтогенетической наследственностью.

Таким образом, общая генетика делится на онтогенетику и филогенетику. Совершенно очевидно, что оба эти направления науки о наследственности имеют различные временные шкалы исследований.

Онтогенетика, изучающая закономерности формирования в семенах и реализации в ходе онтогенеза репродуктивной памяти, позволяет устранить пробелы и противоречия в современном понимании процесса эволюции. В растениеводстве онтогенетика позволяет решать теоретические вопросы продуктивности растений и найти новый подход к проблеме гетерозиса. Она имеет значительную практическую сферу применения при решении вопросов акклиматизации, адаптивности, вырождения сортов и урожайных качеств семян.

При этом для развития науки об урожайных качествах семян и экологически вызванной наследственности организмов крайне необходим в нашей стране журнал под названием «Наследственность», аналогичный по тематике английскому журналу “Heredity”, в дополнение к весьма узконаправленному журналу «Генетика», который традиционно занимает весьма агрессивную позицию к исследованиям по наследованию благоприобретенных признаков и экологически вызванным изменения наследственности и обычно под экологией понимает мутагенез под влиянием химических и радиоактивных загрязнений внешней среды. Подобную позицию занимает и журнал «Экология», который фактически принимает к публикации только статьи, связанные с загрязнением окружающей природной среды. Приходится сожалеть, что оба эти журнала публикуют преимущественно работы зарубежных научных исследователей, хотя должны служить нуждам собственной страны, развивать и поддерживать науку в собственной стране.

 

Литература

1. Алещенко П. И. Как повысить урожай и качество семян яровой пшеницы в засушливых условиях // Селекция и семеноводство, 1985, № 4. С. 48-49

2. Асатиани Н. Е., Копытин В. Д. Влияние различных репродукций на урожайность и семенные качества пшеницы Безостая 1 // Селекция и семеноводство, 1971. № 6. С. 63 – 64.

3. Ацци Дж. Сельскохозяйственная экология. М. ИЛ. 1958. 320 с.

4. Бабицкий А. Ф., Сечняк Л. К., Брединский А. А. Модификатор урожайных качеств семян пшеницы // Fiziologia şi biochimia plantelor de cultură ( Aspecte Ecologice). Chişinău. 2004. P. 22 - 25.

5. Бабицкий А. Ф. Онтогенетическая наследственность // Probleme actuale ale Geneticii, biotehnologiei şi ameliorării. Materialele Conferenţei Naţionale. Кишинев. 2005. С. 206 - 211.

6. Бабицкий А. Ф. Вторая зеленая революция в повышении продуктивности растений // Материалы международной научно-практической конференции 13-15 июля г. Жодино: Проблемы дефицита растительного белка и пути его преодоления. Минск. »Белорусская наука». 2006. С. 48 – 53.

7. Бабицкий А., Брединский А. Урожайные качества семян пшеницы степной зоны // Analele ştiinţifice ale universităţii de stat din Moldova. Seria: Ştiinţe chimico - biologice. Chişinău. 2005. P. 418 – 421.

8. Бабицкий А., Брединский А. Экология семян пшеницы степной зоны // Analele Ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Molgova, seria: Ştiinţe chimico-biologice. Chişinău. 2006. Р. 324 – 330.

9. Бабицкий А., Брединский А. Экология семян пшеницы // Acta et commentationes. Univ. de Stat din Tiraspol. vol.2: Ştiinţe biologice, geografice, geologice, chimice şi didactica geografiei, biologiei şi chimiei. Chişinău. 2006. P. 269 – 270;

10. Бабицкий А. Ф, Брединский А. А. Повышение урожайных качеств семян пшеницы // Аграрная наука. 2006. № 9. С. 5 – 7.

11. Бабицкий А. Ф. Влияние условий репродукции семян пшеницы и времени их хранения на кинетику активности кислой фосфатазы в зародышах в процессе их прорастания // Физиолого – биохимические основы продукционного процесса у культивируемых растений. Материалы всероссийского симпозиума с международным участием, посвященного 65 летию со дня рождения В. А. Кумакова , 13-15 октября 2010 г., г. Саратов. Саратов, 2010. С. 6 -8.

12. Бабицкий А. Ф. От чего зависит содержание фосфора в семенах пшеницы // Проблемы устойчивости биоресурсов: Теория и практика. Материалы 3-ей международной научно-практической конференции. Оренбург, ОГАУ. 2010. С. 262-267.

13. Бабицкий А.Ф. Изменчивость массы зерновок пшениц различной продуктивности // Genetica şi ameliorarea plantelor, animalelor şi microorganismelor. Materiale Congresului VIII al Societăţii Şţiinţifice a Geneticienilor şi Amelioratorilor din Republica Moldova, 29-30 septembrie 2005. Chişinău. P. 701-706.

14. Бабицкий А., Тома З. Влияние минерального питания и влажности почвы на взаимосвязь между урожаем зерна пшеницы и содержанием в нем белка // Studia Universitatis, Universitatea de stat din Moldova, seria ştiinţe ale naturii, Chişinău, 2007, Nr.1, P. 176-180.

15. Дворников П. И. Новое в селекции томатов на устойчивость к столбурному заболеванию // За развитие мичуринской агробиологической науки. М. Сельхозгиз. 1963. С. 127 – 131.

16. Гуляев Г. В. Заменять, а не обновлять сорта и семена. // Селекция и семеноводство, 1993, № 3. С.53-57.

17. Иванов Я. А. Создавать высокий агрофон при выращивании элиты // Селекция и семеноводство. 1968. № 6. С. 57 - 58.

18. Иванов Я. А. Семеноводство и семеноведение зерновых культур в Киргизии. Фрунзе. 1978. 72 с.

19. Кашулин П. А., Калачева И. В. Экологическое значение квазидвухлетних осцилляций в динамике наземных экосистем // Международная конференция: Современная физиология растений от молекул до экосистем. Ч. 3. Сыктывкар. 2007. С. 37-39.

20. Киндрук Н. А., Сечняк Л. К. и др. Экологические основы семеноводства и прогнозирования урожайных качеств семян озимой пшеницы. Киев. Урожай. 1990. 181 с.

21. Мусийко А. С., Ключко П. Ф. О некоторых теоретических исследованиях и результатах селекции кукурузы // За развитие мичуринской агробиологической науки. М. Сельхозгиз. 1963. С. 60-68.

22. Немчин Ф. И. Картофель в Молдавии. Кишинев. 1975. 125 с.

23. Орловский Н. И. Влияние условий воспитания сахарной свеклы на продуктивность ее последующего поколения // Селекция и семеноводство, 1952, № 4. С. 60-64.

24. Орловский Н. И. Влияние условий воспитания сахарной свеклы на изменение продуктивности ее последующего поколения // Изв. АН СССР, серия биологическая, 1952. № 4. С. 31- 42.

25. Орловский Н. И. Влияние экологических условий выращивания сахарной свеклы на урожайность и сахаристость последующего поколения // Агробиология. 1954. № 1. С. 68 - 72.

26. Орловский Н. И. Роль условий воспитания растений в селекционно – семеноводческом процессе // Агробиология. 1960. № 6. С. 803 - 808.

27. Попугаев М. М., Матвеев А. С. и др. Эффективность производства семян пшеницы при орошении // Селекция и семеноводство. 1975. № 5. С. 40 - 42.

28. Сечняк Л. К., Киндрук Н. А. Слюсаренко О. А. и др. Экология семян пшеницы. М. Колос.1981. 380 с.

29. Бабицкий А. Ф. Экологически индуцируемая групповая память у семян возделываемых растений // Cofirinţa ştiinţifică: "Genetica şi fiziologia rezistenţei platelor" in memoriam academicianului A Jacota, 21 iulie 2011, Chişinău, Republica Moldova. 2011. P. 15.

30. Бабицкий А. Ф. Режим влажности почвы при выращивании пшеницы модифицирует продуктивные качества ее семян // Культурные растения для устойчивого сельского хозяйства в 21 веке (Иммунитет, селекция, интродукция), Том. 4, Часть 1, М. 2011 С. 373 -380.

31. Бабицкий А. Ф. Главный фактор, определяющий содержание белка и его качество в зерне твердой пшеницы // Studia Universitatis, Universitatea de stat din Moldova, Revista ştiinţifică. Seria ştiinţe ale naturii. Chişinău. 2011. Nr. 1 (41). P. 92-96.

32. Бабицкий А. Ф. Белок в зерне пшеницы: - от чего зависит и чем является // Материалы ХХ Международного научного симпозиума, Симферополь. 2011. С. 388-393.

33. Константинов П. Н. Основы сельскохозяйственного опытного дела. М. Сельхозгиз. 1952. С. 284-324.

34. Бабицкий А. Ф. Главный фактор, определяющий содержание белка в зерне пшеницы. – Тезисы. – Международная научная конференция «Селекция и генетика сельскохозяйственных растений: традиции и перспективы» 17-19 октября 2012 г. Одесса. 2012. С. 9 – 10.

35. Шевченко В.Т. Методика определения урожайных свойств семян мягкой пшеницы по признакам развития зародышей. Ворошиловград, 1978. 20 с.