W nadchodzących dziesięcioleciach zaopatrzenie w żywność rosnącej populacji świata będzie wymagało podwojenia produkcji płodów rolnych. Wraz z kukurydzą, ryżem i pszenicą ziemniaki są najczęściej uprawianą rośliną spożywczą na świecie. Jego zalety: przystępna cena, wysoka wartość odżywcza, możliwość długotrwałego przechowywania i wysoki plon. Służy jako podstawa do przygotowania różnorodnych potraw zarówno w domu, jak i w systemie gastronomii publicznej, a także pozostaje ważnym surowcem do przetwórstwa.
Ale ziemniaki są rośliną trudną pod wieloma względami ekonomicznymi i biologicznymi. Ekonomiczne wykorzystanie wody i zdolność przystosowania się do chłodnego klimatu łączą się z wysokimi wymaganiami dotyczącymi luźności gleby i braku kamieni. Z tego powodu rozmieszczenie powierzchni upraw ziemniaków w różnych regionach świata jest niezwykle nierównomierne (ryc. 1).
Rycina 1. Rozkład powierzchni ziemniaków na świecie (FAO 2016)
Intensywna uprawa roślin o plonie 40-50 t/ha wymaga aktywnego zwalczania wielu chorób i szkodników, dlatego stosuje się wiele chemicznych środków ochrony roślin, które mogą mieć znaczący wpływ na środowisko. Przykładowo prawie cały obszar uprawy ziemniaków w regionach USA o długotrwałej i maksymalnej specjalizacji (Idaho, Waszyngton, Dakota Północna) jest okresowo poddawany fumigacji. Oznacza to dodanie do gleby około 500 kg/ha silnych leków, takich jak metam sodu lub chloropikryna. Bez takiej sterylizacji nie można uzyskać tam produktu wysokiej jakości, ponieważ gleby są silnie zakażone. W krajach rozwijających się plony z hektara są niskie (15–20 t/ha) ze względu na stosowanie materiału źródłowego niskiej jakości i nieoptymalne metody uprawy. Na mapie świata do takich regionów zalicza się także Rosję (ryc. 2).
Rycina 2. Globalny rozkład plonów ziemniaków (t/ha), FAOSTAT, 2014-2016
Nie powinniśmy jednak zapominać, że dane statystyczne Federacji Rosyjskiej nadal uwzględniają plony ziemniaków na przydomowych działkach ludności, które w żadnym wypadku nie mogą być tak wysokie, jak w wyspecjalizowanych przedsiębiorstwach rolniczych, które od dawna osiągnęły poziom 30-40 t/ha. Te. Terytorium Rosji jest poprawnie odzwierciedlone na tej mapie nie w kolorze pomarańczowym, ale w kolorze jasnozielonym lub, w skrajnych przypadkach, żółtym.
Według prognozy FAO powierzchnia uprawy ziemniaków w przyszłości będzie rosła najsilniej w Afryce, Ameryce Łacińskiej i Azji Południowo-Wschodniej (ryc. 3).
Rysunek 3. Przyszłość produkcji ziemniaków. Pasek niebieski – dane za 2015 rok, pomarańczowy – prognoza na 2030 rok, żółty – prognoza na 2050 rok
Powierzchnie w Ameryce Północnej i Chinach pozostaną na tym samym poziomie, natomiast w Europie zmniejszą się. Oczywiście prognoza ta jest bardzo ogólna. Te same główne europejskie kraje produkujące ziemniaki NWEC-05 (Niemcy, Francja, Holandia, Belgia i Anglia) nie zamierzają ograniczać, a jedynie zwiększać produkcję ziemniaków. Niedawno opublikowano szczegółową analizę biznesową stanu, warunków i możliwości dalszego rozwoju branży uprawy ziemniaków w tych krajach (tab. 1).
Tabela 1. Analiza SWOT produkcji ziemniaków w krajach NWEC-05
Silne strony: bardzo korzystne warunki glebowo-klimatyczne do uprawy ziemniaków, co skutkuje najwyższymi ich plonami w skali światowej; wysoko wykwalifikowani i/lub doświadczeni plantatorzy ziemniaków; rozwinięte zintegrowane łańcuchy dostaw od hodowli i produkcji nasion do rynku końcowego; rozwinięty przemysł przetwórczy, głównie do produkcji mrożonek; dostępność i dostęp do najnowszych technologii produkcji, ochrony upraw i przechowywania ziemniaków; badania akademickie i społeczne na wysokim szczeblu mające na celu rozwiązanie problemów w sektorze ziemniaków; dostępność usług wsparcia/dystrybucji ziemniaków w całym NWEC-05; obecność międzynarodowych organizacji zajmujących się ziemniakiem, takich jak Europatat (handel), EUPPA (przetwórcy) i NEPG (producenci); dobrze rozwinięta sieć handlowa w zakresie eksportu świeżych i przetworów ziemniaczanych.
Słabości: Nawadnianie ziemniaków powoduje wyższą emisję CO2 pod względem plonu suchej masy; stosowanie dużych ilości pestycydów w celu zwalczania chorób/szkodników/chwastów; systemy korzeniowe o niskiej wydajności N, co prowadzi do wysokich kosztów N i ryzyka wymywania N; wymóg wysokiego poziomu stosowanej technologii; Gleby powodują spływ wody i składników odżywczych oraz erozję na pochyłych polach; duża zmienność cen ziemniaków w porównaniu ze zwiększonymi kosztami produkcji; brak wysokiego poziomu współpracy publicznej między krajami w celu wspólnego rozwiązywania problemów produkcyjnych; wyzwania gospodarcze pomiędzy podmiotami w łańcuchu wartości ziemniaków; zły wizerunek branży ziemniaczanej w mediach.
Cechy: nowe technologie hodowli przyspieszające tworzenie odmian; rozwój rolnictwa precyzyjnego i teledetekcji; rozwój produktów biokontroli do zwalczania chorób, szkodników i chwastów ziemniaka; rozwój mechanicznych alternatyw dla chemicznych pestycydów do zwalczania chorób/szkodników/chwastów; potencjał rozszerzenia współpracy w zakresie produkcji różnych rodzajów ziemniaków w ramach NWEC-05; rosnące zapotrzebowanie na ekologiczną produkcję ziemniaków; zmiany klimatyczne prowadzą do dłuższych sezonów wegetacyjnych oraz wyższych wskaźników wzrostu upraw i plonów; zwiększenie krótkoterminowych kanałów sprzedaży ziemniaków; rosnące zapotrzebowanie na wiedzę, bulwy siewne, produkty ziemniaczane w krajach rozwijających się.
Zagrożenia: zmniejszenie spożycia ziemniaków w Europie; nowe problemy związane z chorobami i szkodnikami; problemy ochrony roślin i bulw w związku z zakazem stosowania substancji czynnych; zmiany klimatyczne i ekstremalne zjawiska pogodowe; wpływ intensyfikacji produkcji ziemniaków na globalną żyzność i zdrowotność gleby (ewolucja chorób/szkodników, spływ wody, erozja gleby, zagęszczenie gleby); na niektórych obszarach (F, D, Anglia) nawadnianie jest wymagane w celu utrzymania lub osiągnięcia wyższych plonów; irracjonalne stanowiska lobby lub marketingu dotyczące praktyk uprawowych (np. kampania „No Residue” przeciwko przepisom dotyczącym maksymalnego limitu pozostałości); nadmierny rozwój przetwórstwa ziemniaków.
Rosja ma wszelkie warunki i możliwości, aby stać się wiodącym producentem wysokiej jakości ziemniaków handlowych i przetworów ziemniaczanych na skalę światową. Tylko większość silnych cech wyróżniających europejską uprawę ziemniaków jest nadal cechami słabości rosyjskiej. Komercyjny przemysł uprawy ziemniaków w Federacji Rosyjskiej właśnie powstał i osiągnął powierzchnię 300 tysięcy hektarów i wielkość produkcji około 8 milionów ton (taka sama ilość ziemniaków komercyjnych jest produkowana w Holandii). Brakuje stabilności i wielu funkcjonujących i wspierających instytucji wymienionych w tabeli 1. Istnieją jednak niezaprzeczalne zalety w zakresie produkcji na dużą skalę, niskiego poziomu użycia pestycydów (na przykład w ogóle nie stosuje się fumigacji gleby), biologizacji, a surowy zimowy klimat pomaga kontrolować problemy fitosanitarne. Te same tendencje wzrostu temperatur i suszy, zaostrzenia sytuacji zakaźnej, na którą najbardziej cierpią plantatorzy ziemniaków w Europie Zachodniej, zmuszeni do przeniesienia np. produkcji sadzeniaków do innych regionów, należy ogólnie ocenić jako pozytywne zmiany klimatyczne dla uprawa ziemniaków w całej Rosji. Oczywiste jest, że uprawa ziemniaków na rynek sezonowy w regionach południowych staje się coraz trudniejsza, ale możliwe staje się konsekwentne przenoszenie ziemniaków na terytoria bardziej północne.
Jednocześnie obiecujący jest tylko taki poziom upraw ziemniaków w Rosji, który będzie niezmiennie konkurencyjny w porównaniu z zachodnioeuropejskimi i amerykańskimi, a także na tle produkcji innych głównych roślin spożywczych (pszenicy, ryżu, kukurydzy) i pozwoli uzyskać wysokie plony w różnych warunkach glebowo-klimatycznych. Głównym wyzwaniem przyszłości będzie wytwarzanie większej liczby produktów przy tych samych lub mniejszych zasobach i przy mniejszej ilości odpadów. Rezerwy i perspektywy Federacji Rosyjskiej w tym zakresie są ogromne. Gdy tylko zasoby naturalne kraju zaczną być wykorzystywane w interesie rozwoju gospodarki, produkcja ziemniaków w Rosji stanie się niezmiennie konkurencyjna, znacznie bardziej opłacalna i opłacalna niż w innych regionach świata. Jednak w tym celu konieczne jest dostarczanie na rynek krajowy paliw, energii elektrycznej, gazu, metali i nawozów po rozsądnych cenach krajowych, które nie utrudniają rozwoju innych sektorów gospodarki. Irańska benzyna w Iranie kosztuje 10 rubli/litr (oczywiście w przeliczeniu), a cena białoruskiego chlorku potasu 60% w Republice Białorusi wiosną tego roku wynosiła 6 rubli/t, podczas gdy rosyjska w Rosji Federacja wynosiła 000 24 rubli/t.
Podano krótki przegląd stanu światowej produkcji ziemniaków, szczególnie dlatego, że o wyniku produkcji ziemniaków (P) decyduje produkt: P = G × E × M × S, gdzie G to genotyp lub odmiana, E to gleba, a warunki klimatyczne, M to zarządzanie lub poziom technologii, a S – otoczenie makroekonomiczne. Korzystne warunki glebowo-klimatyczne mają kluczowe znaczenie dla wykorzystania potencjału odmian, nowych innowacji technologicznych i przyczyniają się do dobrobytu lokalnego sektora ziemniaków. Rozwój usług finansowych i niefinansowych (oprocentowanie kredytów, leasing, ubezpieczenia, dotacje budżetowe do produkcji i infrastruktury itp.) to także kluczowe elementy zapewnienia efektywności przemysłu (rys. 4).
Rysunek. 4. Wyniki (P) systemów rolno-spożywczych ziemniaków wiejskich i przemysłowych w oparciu o zróżnicowane wpływy genotypu (G), środowiska (E), czynników zarządzania (M) oraz potrzeb i usług społecznych (S)
Hodowla lub tworzenie nowych odmian ziemniaków – istotny czynnik efektywnej produkcji ziemniaków, który w przyszłości tylko zwiększy jej znaczenie. Dzięki rozszyfrowaniu genomu ziemniaka i możliwościom nowych technologii hodowli wydaje się być rezerwą numer jeden dla dalszego rozwoju uprawy ziemniaków. Wpływ wyników głównych kierunków selekcji na zwiększenie efektywności uprawy ziemniaków przedstawiono w skrócie w tabeli 2.
Tabela 2. Wpływ kierunków hodowli na zwiększenie efektywności produkcji ziemniaków
Kluczowe opcje badawcze mające na celu poprawę efektywności systemów produkcji ziemniaków | Aspekty bezpieczeństwa żywnościowego | ||||||
Wkład w intensyfikację produkcji | Dochód rolnika | Efektywność produkcji kalorii i składników odżywczych | Ograniczanie wpływu na środowisko | ||||
Efektywność wody | Efektywność użytkowania gruntów | Efektywność wykorzystania azotu i fosforu | Efektywność stosowania pestycydów | ||||
Selekcja i hodowla odmian (G - genotyp) | |||||||
Wysoki potencjał plonowania | ** | *** | *** | Neutralny/Negatywny | *** | ** | - |
Odporność na patogeny | - | *** | * | *** | ** | ** | *** |
Odporność na suszę/ciepło/zasolenie | *** | *** | * | - | ** | ** | * |
Wczesny rozwój | *** | *** | *** | ** | *** | *** | *** |
Biofortyfikacja (np. żelazo i cynk) | - | - | - | - | * | ** | - |
Prawdziwe odmiany hybrydowe F1 i TPS, edycja genów | *** | *** | *** | *** | ** | *** | *** |
Produkcja nasion ziemniaków (M - Zarządzanie) | |||||||
Produkcja i dystrybucja nasion wysokiej jakości | - | ** | * | * | *** | * | Neutralny/negatywny. |
Hodowla ziemniaków ma na celu osiągnięcie złożonych i trudnych do połączenia celów. Połączenie tolerancji na stres i efektywnego wchłaniania składników odżywczych staje się priorytetem, aby lepiej reagować na ewoluujące zmiany klimatyczne. Genotypy odporne na wirusy, nicienie, więdnięcie bakteryjne i szerszy zakres stresów abiotycznych, takich jak ciepło, susza i warunki zasolenia, mogłyby poprawić produktywność i rozszerzyć produkcję ziemniaków na nowe regiony. Od dawna celem hodowli ziemniaków jest opracowanie wczesnych i wysokowydajnych odmian odpornych na P. infestans. Odporność na choroby stała się kluczowym celem programów hodowlanych UE dopiero niedawno, kiedy lobby ekologiczne osiągnęło ograniczenia w stosowaniu pestycydów i nawozów mineralnych, a także całkowity zakaz stosowania wielu powszechnych i trudnych do zastąpienia chemicznych składników aktywnych . Biofortyfikacja genetyczna (zwiększająca wartość odżywczą) może pomóc w przezwyciężeniu niedoborów mikroelementów w diecie człowieka i utrzymaniu wysokiego poziomu spożycia bardziej pożywnych bulw.
Wszystkie praktycznie potwierdzone i pożądane sukcesy w hodowli ziemniaków opierają się na hybrydyzacji, czyli tzw. krzyżując wybrane pary rodzicielskie. Skuteczna integracja i połączenie cech genetycznych rodziców u potomstwa jest osiągana bardzo rzadko ze względu na tetraploidalną genetykę ziemniaków uprawnych. Co więcej, wszystkie cztery zestawy chromosomów różnią się składem genów. Z tego powodu skuteczne programy hodowli ziemniaków opierają się na dużej ilości materiału źródłowego (co najmniej 100 tys. genotypów) i długotrwałym (co najmniej 10-letnim) procesie selekcji i oceny najlepszych odmian. Skuteczność selekcji klasycznej nie przekracza 0,01%. Wiązano wiele nadziei na zwiększenie tempa i efektywności hodowli poprzez zastosowanie hybrydyzacji odległej, mutagenezy, selekcji komórek, hybrydyzacji somatycznej, znakowania cech itp., ale wszystkie te metody nie doprowadziły do powstania udanych odmian ziemniaka. Obecnie technologia edycji genomu jest aktywnie testowana, a holenderscy naukowcy zainicjowali strategię hodowli ziemniaków w celu produkcji i wykorzystania hybrydowych nasion botanicznych (tabela 3).
Tabela 3. Technologie tworzenia odmian ziemniaków
Technologie tworzenia odmian ziemniaków
Jak to działa? | Poprawa jakości ziemniaków | Sprzedaż nasion | Ochrona praw europejskich | Prawa handlowe | |||
gatunek | proces | ||||||
Tradycyjny wybór | Nowe odmiany powstają w wyniku krzyżowania istniejących odmian, po czym następują lata badań hodowlanych. | Wprowadzenie nowych cech zajmuje co najmniej 10 lat. | Nie nadaje się do sprzedaży, ponieważ każda bulwa ma indywidualne cechy. | Hodowcy mają rację, koszty dla deweloperów: dziesiątki tysięcy euro. Hodowcy mogą ubiegać się o patenty na nowe cechy roślin. | Krzyżowanie odmian jest procesem naturalnym i nie podlega prawodawstwu UE dotyczącemu patentów na GMO. | Holenderski Inspektorat Generalny klasyfikuje nasiona ziemniaków jako klasę jakości. Każdy kraj ma swoje własne wymagania dotyczące zdrowia sadzeniaków ziemniaków. | |
Wybór hybrydy | Nowe odmiany powstają szybciej poprzez krzyżowanie czystych linii rodzicielskich, które mają tylko jeden wariant genu dla wszystkich genów, po czym następuje wiele lat badań. | Obiecują, że nowe funkcje można wprowadzić w mniej niż pięć lat. Najpierw jednak konieczne będzie wyprowadzenie odpowiednich linii z odpowiednimi cechami. | Tak, nasiona ziemniaków z czystych linii rodzicielskich mają jednolite cechy i mogą być stosowane jako materiał do sadzenia. | Hodowcy mają rację, koszty dla deweloperów: dziesiątki tysięcy euro. Hodowcy mogą ubiegać się o patenty na nowe cechy roślin. | Krzyżowanie odmian jest procesem naturalnym i nie podlega prawodawstwu UE dotyczącemu patentów na GMO. | Przepisy dotyczące kwalifikowanego materiału siewnego ziemniaków są w dalszym ciągu opracowywane. W wielu krajach nie ma jeszcze żadnych przepisów. | |
Modyfikacja genetyczna obejmująca CRISPR-cas9 | Modyfikacja istniejących odmian poprzez aktywną interwencję w materiał genetyczny, po której następują lata badań nad cechami i stabilnością. | Nawet jeśli manipulowanie DNA zajmie tylko kilka dni, cały proces, od identyfikacji genu do badań terenowych, trwa dłużej. Projekt DuRPH, w ramach którego istniejącym odmianom nadano wieloraką odporność na zarazę ziemniaka, trwał w sumie 10 lat. | Nie nadaje się do sprzedaży, ponieważ każda bulwa ma indywidualne cechy. | Podlega przepisom UE dotyczącym GMO. Aby odmiana została dopuszczona do użytku, twórca musi wykazać bezpieczeństwo produktu. Koszt: milion euro. Hodowcy mogą ubiegać się o patenty na nowe cechy roślin. | Modyfikacja genetyczna nie jest procesem naturalnym i może być przedmiotem zgłoszenia patentowego. | Holenderski Inspektorat Generalny klasyfikuje nasiona ziemniaków jako klasę jakości. Każdy kraj ma swoje własne wymagania dotyczące zdrowia sadzeniaków ziemniaków. |
* Prawa hodowcy przysługuje, jeżeli odmiana jest nowa, odrębna, jednolita i stabilna. Naukowiec, posiadając prawa hodowcy, ma wyłączne prawo do sprzedaży sadzeniaków i (prawdziwych) nasion (Louwaars i in., 2009)
Uzyskanie nasion botanicznych ze skrzyżowań jest pierwszym etapem hodowli klasycznej. Następnie z nasion uzyskuje się bulwy, a odmiany ziemniaków utrzymuje się i rozmnaża wyłącznie w postaci bulw. Holenderscy hodowcy zamierzają jednak przenieść ziemniaki do kategorii roślin nasiennych, aby można było je uprawiać w taki sam sposób, jak inne szeroko rozpowszechnione rośliny warzywne (marchew, kapusta, cebula, buraki), tj. z nasion botanicznych oraz że nasiona te posiadają wszystkie cechy F1. W tym względzie istnieje pewna dwuznaczność w określeniu „ziemniak hybrydowy”. Wszystkie odmiany są jednocześnie mieszańcami, dlatego wprowadzono dodatkowe oznaczenia F1 i TPS dla botanicznych nasion ziemniaka = materiału siewnego. Ten wspaniały pomysł biznesowy ma na celu zapewnienie Holandii utrzymania statusu i dochodów światowego lidera w produkcji nasion ziemniaków w przypadku, gdy dalsze ocieplenie klimatu nie umożliwi uprawy wysokiej jakości materiału siewnego bulw.
Perspektywy dla hybrydy F1 (TPS) hodowla ziemniaków są nadal bardzo niepewne. Początkowe przekonanie start-upów z lat 2015–2016, że w ciągu dwóch–trzech lat wyprodukują komercyjne kombinacje o jakości stołowej, stopniowo przekształciło się w obietnicę stworzenia pierwszych hybryd o wysokiej zawartości skrobi do 2028 r. Określenie celu stworzenia hybryd skrobiowych nie jest przypadkowe – w przypadku takich ziemniaków nie ma wymagań dotyczących jednolitości kształtu, głębokości oczek, charakteru skórki, wczesnej dojrzałości i wielu innych cech i właściwości, jakie powinny posiadać współczesne ziemniaki stołowe. Niezwykle trudno jest osiągnąć jednorodność botanicznych nasion ziemniaków uprawianych tetraploidalnie we wszystkich genach, a co za tym idzie, pod względem cech i właściwości, ale nie było to jeszcze możliwe. Nie bez powodu w hodowli klasycznej jedno nasiono jagody ziemniaczanej stanowi unikalny genotyp i potencjalnie odrębną przyszłą odmianę, natomiast drugie ziarno tej samej jagody może stać się inną odmianą, zupełnie inną od pierwszej. Jak można było się spodziewać, pierwszymi, którzy odnieśli prawdziwy sukces w tworzeniu hybrydowych ziemniaków stołowych, nie były ziemniaki, ale firmy zajmujące się hodowlą warzyw, posiadające wysokie kwalifikacje i duże doświadczenie w hodowli mieszańców. Hodowcy Bejo spędzili ponad 15 lat na tworzeniu pierwszej tetraploidalnej hybrydowej odmiany ziemniaka Oliver F1, która jest produkowana i dostępna na rynku światowym od 2020 roku.
Tymczasem prace nad komercjalizacją nasion botanicznych rozwijają się dość dynamicznie, w które inwestuje się ogromne środki finansowe. Ziemniak hybrydowy osiągnął w Holandii status ikony narodowej, a metoda hodowli jest chroniona patentem unijnym. Wszystkie tradycyjne rynki holenderskich sadzeniaków zaczęły wcześnie wprowadzać nasiona botaniczne. Przede wszystkim w krajach Afryki, Azji Środkowej i Południowo-Wschodniej – seminaria, prezentacje, nasadzenia pokazowe. Mówi się, że bulwy sadzeniakowe należą już do przeszłości, a nasiona botaniczne są przyszłością światowego przemysłu ziemniaczanego. A zamiast 2-3 t/ha materiału do sadzenia będzie można zjeść zaledwie 30 g/ha (ani słowa o tym, że nasiona trzeba będzie uprawiać technologią rozsady, przy pracy ręcznej). Jest to strategia państwa i systematyczny, systematyczny program, z którym powiązane są wszystkie struktury komercyjne i rządowe.
Jak się okazało, botaniczne nasiona ziemniaków są już nieoficjalnie testowane w Rosji. Nasiona heterozy botanicznej są produktem niszowym, ale bardzo drogim. Jego głównymi odbiorcami, zgodnie z przewidywaniami, powinny być małe gospodarstwa w krajach rozwijających się, gęsto zaludnionych, które ręcznie uprawiają ziemniaki i które, z całym szacunkiem, są bezzasadnie uważane za zamożne i innowacyjne. Dla twórców tej technologii hodowli bardzo ważne jest włączenie rosyjskich plantatorów ziemniaków, którzy są hojni i obecnie płacą za europejskie sadzeniaki dwa razy więcej niż sami Europejczycy, do grona konsumentów nasion F1.
Wprowadzenie technologii edycji genomu ziemniaka – kolejny obiecujący sposób na osiągnięcie korzyści z ziemniaka przyszłości. Edycja genomu to ukierunkowane i celowe dodawanie, usuwanie, zastępowanie i translokacja odcinków naturalnego DNA organizmu. Metoda ta opiera się na wiedzy i zrozumieniu roli i funkcji określonych genów. Kiedy taka wiedza jest dostępna, a pożądaną cechę można osiągnąć poprzez ukierunkowaną modyfikację, edycja genomu staje się skuteczniejszym sposobem wprowadzania tych zmian w porównaniu z innymi technologiami hodowli. Zgromadzony poziom wiedzy z zakresu genetyki pozwala na edycję odmian ziemniaków.
W ciągu ostatnich kilku lat opracowano i coraz częściej stosowano metody edycji, aby dokonywać precyzyjnych i przewidywalnych modyfikacji genomu roślin bez dodawania obcego DNA. Udowodniono, że technika CRISPR/Cas9 jest bardziej skuteczna niż inne układy enzymatyczne (nukleazy palca cynkowego (ZFN), nukleazy efektorowe podobne do aktywatora transkrypcji (TALEN) i meganukleazy (MN). CRISPR-Cas jest obecnie najpowszechniej używanym genomem narzędziowym edycji i została przyjęta w badaniach i rozwoju hodowli na całym świecie, edycja genomu może ulepszyć odmiany słabo osiągające wyniki lub problematyczne bez wprowadzania obcych lub dodatkowych informacji genetycznych w postaci DNA, umożliwiając precyzyjne i przewidywalne modyfikacje bezpośrednio w genomie już stworzonych To jest zasadnicza różnica pomiędzy edycją genomu rośliny uprawnej a jej transgenozą, czyli celowym dodaniem obcych genów do genomu. Organizmy transgeniczne można łatwo wykryć, ponieważ transgenoza tworzy nowy, unikalny i nietypowy zestaw genów.
Zmiany genetyczne dokonane przy użyciu technologii CRISPR-Cas nie różnią się od zmian, które mogą nastąpić w sposób naturalny lub w wyniku konwencjonalnej hodowli. Oznacza to, że bez wcześniejszej wiedzy nie da się ustalić, czy zmiana genetyczna jest wynikiem edycji genomu. Gdy produkty poddane edycji genomu opuszczą laboratorium, kontrola ich dalszego rozprzestrzeniania się staje się trudna. To właśnie ta cecha obecnie znacząco utrudnia komercjalizację edytowanych odmian – procedury genetyczne są drogie i trzeba je zwracać przy wykorzystaniu uzyskanego efektu, a twórcy szukają możliwości ochrony patentowej produktów edytowalnych.
Edycję genomu zastosowano w przypadku szerokiego zakresu upraw i cech, a pierwsze tego typu odmiany zostały już wprowadzone do rzeczywistej produkcji rolnej w Stanach Zjednoczonych i Japonii. W literaturze naukowej opublikowano doniesienia o zmianach w ponad 60 gatunkach roślin. Konkretne przykłady edytowanych genomów obejmują: banan – usunięcie wirusa żyły bananowej; ryż wcześnie kwitnący o zmodyfikowanym składzie olejku; ryż wzbogacony w karotenoidy; winorośl odporna na choroby grzybowe; soja o wysokiej zawartości oleju i białka; truskawki kwitnące wielokrotnie; kukurydza o zwiększonym plonie w warunkach stresu suszy; musztarda o poprawionym smaku z dużą zawartością likopenu w amylopektynie pomidorowej; ziemniaki bogate w GABA; ziemniaki bez glikoalkaloidów i wiele innych.
Obecnie uprawa roślin genomowych jest regulowana na całym świecie w różny sposób. W obu Amerykach, a także w Chinach, Australii, Indiach i Japonii uprawa odmian, w których dokonano edycji genomu, nie podlega przepisom dotyczącym organizmów zmodyfikowanych genetycznie (GMO). W UE edycja genomu została uznana za rodzaj GMO i tym samym zakazana w 2016 roku, jednak stosowanie tej technologii nie ustało ani na jeden dzień, laboratoria natychmiast przeniesiono do innych krajów. Pomyślne wdrożenie metody na całym świecie oraz dyskusje na ten temat zorganizowane przez branżę hodowlano-nasienną doprowadziły do zniesienia unijnego zakazu edycji genomu w 2023 roku.
Na tle znaczących udoskonaleń technologii hodowlanych zachodzących na świecie nasza sytuacja przedstawia się następująco:
- Edycja genomu w Federacji Rosyjskiej jest klasyfikowana jako GMO, stosowanie tej technologii jest zabronione od 2016 roku. I nie ma dyskusji na ten temat w branży hodowlanej i nasiennej oraz w środowisku naukowym. Jednak świat szybko (w UE wolniej) ocenił nowe możliwości i zniósł ograniczenia. Odrzucenie nowych technologii hodowli doprowadzi jedynie do dalszego opóźnienia w stosunku do osiągniętego postępu naukowo-technicznego.
- Tworzenie hybryd F1 ziemniak teoretycznie bardzo ciekawy i kuszący cel, ale nasiona botaniczne raczej nie znajdą szerokiego zastosowania w uprawie ziemniaków w Federacji Rosyjskiej, gdyż powrót z poziomu wielkoskalowej, w pełni zmechanizowanej produkcji do uprawy sadzonek przy nieuniknionym wykorzystaniu pracy ręcznej jest nielogiczny i irracjonalne. W celu radykalnego zmniejszenia poziomu zmienności parametrów morfologicznych i ekonomiczno-biologicznych hybrydowych nasion botanicznych przeprowadza się przejście do poziomu diploidalnego i powtórny chów wsobny form rodzicielskich. Udane krzyżówki hybrydowe wymagają płodnych, energicznych i homozygotycznych linii wsobnych. Problem uzyskania wysokich plonów nasion heterotycznych należy rozwiązać w sposób zmechanizowany, bez stosowania zapylania ręcznego, tj. w taki sam sposób, jak w przypadku innych upraw rolnych (kukurydza, słonecznik, buraki cukrowe, warzywa). Oznacza to konieczność wykorzystania takich narzędzi genetycznych, jak cytoplazmatyczna męskosterylność, samozgodność i samoniezgodność oraz zapewnienie wysokiej płodności. A jeśli chodzi o kwestie chowu wsobnego, introgresji cech, oceny heterozji materiału źródłowego itp. W pomocniczych aspektach metodologicznych publikacje naukowe są ciągłym strumieniem, ale w zakresie technologii wytwarzania komercyjnych wolumenów TPS - nie pojedynczym. Bo to obszar know-how, który w przyszłości zapewni zwrot środków zainwestowanych w rozwój i opanowanie tej technologii. Uzyskanie wysokiego plonu heterotycznych nasion ziemniaka wcale nie jest równoznaczne z uzyskaniem wysokiego plonu bulw sadzeniaków. Niezbędne inwestycje w rozwój heterozy ziemniaka są tak duże, że stać na nie zaledwie kilka firm hodowlanych na całym świecie. W Federacji Rosyjskiej nie ma jeszcze takich rzeczy.
- Tradycyjna hodowla ziemniaków w Rosji znajduje się w fazie, którą można określić jako okres potencjalnego odrodzenia. Obecność kilkuset rosyjskich odmian w rejestrze państwowym nie powinna wprowadzać w błąd, gdyż skuteczność i poziom selekcji ocenia się wielkością drugiego etapu selekcji – produkcji nasiennej, który często słusznie nazywany jest selekcją wspomagającą. Wielkość produkcji nasion oznacza powierzchnię uprawy odmian, której udział w całkowitej produkcji świadczy o efektywności i konkurencyjności pracy hodowlanej. Ze względu na brak produkcji nasiennej należy wyłączyć z rejestru większość wcześniej stworzonych odmian rosyjskich i po prostu o nich zapomnieć. Przyjęte obecnie przepisy dotyczące rejestru odmian Federacji Rosyjskiej przewidują, że w przypadku braku produkcji nasiennej przez ostatnie dwa lata odmianę należy wykreślić z rejestru.
Odrodzenie rosyjskiej hodowli ziemniaków, a także wielu innych upraw rolnych, stało się możliwe zaledwie kilka lat temu, po dwudziestoletnim okresie, gdy Rosja stała się największym rynkiem wszystkiego, w tym nasion pochodzących z zagranicznych hodowli i firm nasiennych. Degradacja opierała się na zapewnieniach partnerów zagranicznych i naiwnej nadziei na możliwość równej współpracy, mówią, teraz rosyjscy rolnicy będą mogli korzystać z najlepszych osiągnięć światowej selekcji. Planowany system produkcji nasion został uwolniony w celu przetrwania i szybko się zawalił. Instytuty badawcze, w których prowadzono i przeprowadza się prace selekcyjne, pospiesznie uwalniały się od formatu przedsiębiorstw hodowlano-nasiennych - od przedsiębiorstw prywatnych zajmujących się faktyczną produkcją nasion. Na początku 2000 roku wielkość krajowej produkcji materiału siewnego ziemniaków stała się minimalna. I rzeczywiście przyszła selekcja zagraniczna, i to natychmiast w postaci bardzo dużych ilości nasion, których potrzebowały powstające duże przedsiębiorstwa produkujące ziemniaki nowego formatu. Udział odmian zagranicznych na rosyjskich polach gwałtownie wzrósł nie dlatego, że odmiany rosyjskie są gorsze, ale dlatego, że europejskie firmy hodowlane były w stanie dostarczyć nieograniczone ilości nasion. Przez długi czas wszystko było w porządku - importowany materiał siewny dostarczano w nieograniczonych ilościach, po przystępnych cenach i akceptowalnej jakości, zagraniczne firmy hodowlane rozdawały licencje i uruchamiały elitarną i reprodukcyjną produkcję nasion swoich odmian na terenie kraju.
A „równość” w zakresie selekcji szybko zniknęła wraz z osłabieniem własnej produkcji rosyjskiej. Ceny importowanych sadzeniaków poszybowały w górę, a ich jakość zaczęła zauważalnie spadać. Jednak dopiero po pierwszej transzy antyrosyjskich sankcji w 2014 roku na szczeblu państwowym przyszło zrozumienie ogromnego ryzyka całkowitego uzależnienia od selekcji zagranicznej. W 2016 roku Prezydent Federacji Rosyjskiej nakazał opracowanie programu wsparcia rosyjskiej selekcji i produkcji sadzeniaków ziemniaków (FNTP) w celu zwiększenia wolumenu produkcji i poprawy jakości sadzeniaków w celu wyeliminowania uzależnienia od importu. Dlaczego więc używamy terminu „okres potencjalnego odrodzenia”, a nie „okres odrodzenia”? Ale ponieważ w praktyce wsparcie jest udzielane niejednoznacznie.
Naszym zdaniem logiczne byłoby skierowanie głównych działań i wielkości finansowania (co najmniej 50%) FSTP na stymulację bezpośredniego wzrostu wielkości produkcji sadzeniaków i poprawę jej jakości. Do takich środków należą:
– dofinansowania kosztów sprzedanego materiału siewnego nowych rosyjskich odmian wszystkich kategorii;
– dofinansowanie nabycia przez przedsiębiorstwa zajmujące się i zwiększenie wolumenu produkcji nasiennej z przewagą nowych odmian rosyjskich, specjalistycznych środków produkcji, modernizacji i budowy obiektów magazynowych;
– organizacja i zapewnienie infrastruktury dla specjalistycznego terytorium kategorii „High Grade” w północnych regionach Federacji Rosyjskiej do produkcji wysokiej jakości sadzeniaków o najwyższej jakości na rynek krajowy i eksport;
– stymulowanie krajowej produkcji środków ochrony chemicznej;
– stymulowanie produkcji specjalistycznego sprzętu do produkcji nasion ziemniaków.
Nie widać jeszcze systemowego charakteru i zjednoczenia wszystkich sił i zasobów kraju w celu rozwiązania tych naprawdę palących problemów branży i osiągnięcia znacznego postępu w wielkości produkcji nasion i uprawy odmian selekcji rosyjskiej. Zagraniczne firmy hodowlane są bardzo zainteresowane stratą czasu i pieniędzy, ale nie ma znaczącej poprawy w selekcji rosyjskiej. Nie chcą stracić tak pojemnego i mało wymagającego rynku zbytu.
Czy w obecnej sytuacji makroekonomicznej można zapewnić konkurencyjność rosyjskiej hodowli ziemniaków? Tak, ale tylko w oparciu o istniejące możliwości poszczególnych przedsiębiorstw. Aby to zrobić, konieczne jest jednoczesne wykorzystanie i kontrolowanie kilku elementów wysokiej konkurencyjności:
Po pierwsze: tworzą odmiany na najwyższym (światowym) poziomie, na szczęście jest z czym i z kim konkurować. Wysokiej jakości selekcja ziemniaków, w tym podporowych, dla i w lokalnych warunkach zawsze zwycięża, chociażby dlatego, że ziemniaki są produktem ciężkim i trudnym w transporcie.
Drugi korzystanie z formatu przedsiębiorstwa hodowlano-nasiennego jest najważniejszym czynnikiem i warunkiem zapewnienia konkurencyjności hodowli ziemniaków w Federacji Rosyjskiej. W krajach rozwiniętych firmy hodowlane zajmują się produkcją nasion, kontrolują produkcję nasion w każdy możliwy sposób i traktują ją jako wynik selekcji. Oddzielna selekcja i osobna produkcja nasion to beznadziejna opcja.
Po trzecie: pracować na nowoczesnym, światowym poziomie, w pełni wykorzystywać wszystkie czynniki konkurencyjności w tym obszarze: specjalizacja; optymalne warunki glebowe i klimatyczne; wyposażenie w najnowocześniejszą specjalną bazę materiałową i techniczną; wysoko wykwalifikowani specjaliści; przestrzeganie obowiązujących wymagań i przepisów organizacyjnych, metodologicznych i technologicznych.
Po czwarte: kontrolować i unikać zagrożeń w pracy (krótki sezon wegetacyjny, wysokie temperatury powietrza i gleby, brak wilgoci, nawadnianie, import materiału bulwowego, łączenie produkcji nasion z komercyjną uprawą ziemniaków).
Po piąte: zapewnić najwyższy poziom jakości produkowanego materiału siewnego (tj. odmiany, wskaźników siewu i właściwości plonotwórczych). Jakość siewu i właściwości plonu są najważniejszymi rezerwami postępu dla rosyjskich przedsiębiorstw hodowlanych.
Podsumowując, podkreślamy, że można mówić o konkurencyjności na rynku krajowym Federacji Rosyjskiej oraz o faktycznym wdrożeniu przez państwo zestawu niezbędnych środków w celu rozwoju i wspierania krajowej gospodarki.
Siergiej Banadysew, lekarz rolnictwa. Sciences, LLC „DGT”,
Elena Shanina, lekarz rolnictwa. Nauki, Uralski Instytut Rolnictwa