Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Иммунологические аспекты экологического сельского хозяйства

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора биологических наук, Ван Мансвельт, Ян Дидерик, Москва

ВАГЕНИНГЕНСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА РАСТЕНИЕВОДСТВА имени Н.И.ВАВИЛОВА

На правах рукописи

ВАН МАНСВЕЛЬТ ЯН ДИДЕРИК

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Специальность 06.01.11 - защита растений

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва -1998

БЙБЛИОТБКА

ц ЦЧ2Л '99

(I Научный консультант - доктор биологических наук С.К.ТЕМИРБЕКОВА.

Официальные оппоненты:

академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор ЗАХАРЕНКО В.А.;

академик РАСХН, доктор биологических наук, профессор СУСИДКО П.И.;

доктор биологических наук, профессор СПИРИДОНОВ Ю.Я. Ведущая организация - Главный Ботанический сад им.Н.В.Ци-цина.

Защита диссертации в виде научного доклада состоится .. 1998 г. в час. на заседании диссертационного

совета Д 120.35.09 в Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в ЦНБТСХА.

Диссертация в виде научного доклада разослана .".. 998 г.

Учецый секретарь /11

; диссерйдаонного совета - ^ В.А.ШКАЛИКОВ

|| президиум ВАК России .;

(решение от"" ¿¿Щ 1&-££ г., № присуди./! ученую степень ДОКТОРА

.......

Начальник управления ВАК Росч-ги - ~ ' !

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях научно-технической революции охрана окружающей среды является одной из острых и актуальных проблем современности. Обострение экологической обстановки вызывает серьезную озабоченность во всем мире. Во многих странах осознают необходимость радикальных мер для обеспечения экологического благополучия или достижения экологического равновесия.

Серьезным фактором загрязнения окружающей среды является нерациональное использование средств химизации в сельском хозяйстве и в первую очередь химических средств защиты растений.

В последние годы было проведено огромное количество детальных анализов по проблемам сельского хозяйства. Острыми вопросами остаются следующие: потеря плодородной почвы (эрозия); гибель лесов, диких растений и животных; загрязнение почвы, воды и атмосферы; дефицит энергии, генетического материала, рост населения и его потребностей; снижение устойчивости сельскохозяйственных культур, появление новых вредителей и сорняков, прогрессирование патогенов, которые ранее не приносили ощутимого хозяйственного ущерба и повышение их устойчивости к пестицидам (J.D. van Mansvelt, 1975-1998; H.Koepf, 1993; КВ.Попкова, 1981; А.Н.Каштанов, 1993; В.С.Шевелуха, 1993; А.А.Жу-ченко, 1996;В.А.Захаренко, К.В.Новожилов и др., 1998).

Этому способствовала стратегия селекции на создание интенсивных сортов. Выращивание генетически однородных интенсивных сортов, обедненных генами устойчивости, привлекает не только облигатных паразитов, но и делает их уязвимыми к такой сопряженной болезни, как энзимо-микозное истощение семян, где в результате энзимной стадии образуется идеальный питательный субстрат для грибов, который активизирует их метаболизм и способствует отбору форм, биотипов с пара-J зитическими свойствами у некоторых сапрофитных грибов (С.К.Те-Тмирбекова, 1997). *

Повышению патогенности, мутированию и увеличению биоразно-I образия вредных организмов способствует использование пестицидов, а и "Также упрощение экосистем в агроценозах сортов интенсивного типа. В ? :аких агроценозах уничтожены антагонисты фитопатогенов и вредите! лей (S.Tarr, 1973; J.D. van Mansvelt, 1982-1998; О.А.Монастырский, 1998). - В связи с этим, во многих странах большое внимание уделяется раз-

аботке и освоению альтернативных методов ведения сельского хо-

зяйства - это экологическое сельское хозяйство, которое основано на максимальном использовании биологической фиксации азота из атмосферы бобовыми культурами, биологических факторов повышения плодородия почвы, подавления болезней, вредителей и сорняков, также сокращении или полном отказе от химических средств защиты растений, отказе от синтетических минеральных удобрений.

Поэтому разработка концепции развития и перехода к экологическому сельскому хозяйству, изыскание альтернативных методов, приемов по созданию (не интенсивных), устойчивых к абиотическим и биотическим факторам (возбудителям болезней) сортов (форм) с минимальным накоплением поллютантов для использования в экологических фермерских хозяйствах и экологической селекции является актуальным в Западной Европе.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в научном обосновании и разработке концепции адаптивного развития низкозатратного экологического сельского хозяйства, изыскании альтернативных методов для создания устойчивых и толерантных к абиотическим и биотическим факторам (возбудителям болезней) сортов зерновых культур не интенсивного типа для использования в фермерских хозяйствах и экологической селекции.

Для решения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Изучить особенности развития адаптивного низкозатратного экологического сельского хозяйства, разработать концепцию основного положения, принципов и перехода к экологическому (органическому и биодинамическому) сельскому хозяйству.

2. Установить особенности селекции зерновых культур на устойчивость к болезням в экологическом сельском хозяйстве. Изучить генофонд озимой пшеницы, озимого тритикале, ячменя и овса западноевропейской селекции, выделить источники и доноры устойчивости к болезням, а также сочетающие свойства устойчивости с минимальным накоплением поллютантов.

3. Изыскать альтернативные возможности (приемы) создания не интенсивных адаптивных, устойчивых, толерантных к болезням сортов (генотипов) для последующей рекомендации фермерским хозяйствам и использования в качестве исходного материала в экологической селекции.

4. Разработать методы выявления из популяции сортов зерновых культур адаптивных, устойчивых и толерантных к болезням биотипов со стабильным, относительно высоким уровнем урожая, экологически чистого качества для рекомендации фермерским хозяйствам и использования в качестве исходного материала в экологической селекции.

5. Обосновать модель адаптивных, устойчивых и толерантных к болезням и поллютантам биотипов (генотипов) зерновых культур для экологического сельского хозяйства.

Научная новизна. Впервые в сельскохозяйственной науке представлен глубокий анализ особенностей развития сельского хозяйства европейских стран и разработана оригинальная концепция основных положений и принципов низкозатратного, экологического (органического, биодинамического) ведения сельского хозяйства.

Из генофонда сортов зерновых культур западноевропейской селекции выделены источники устойчивости к комплексу факторов - абиотическим и биотическим (возбудителям болезней).

Установлена иммунологическая неоднородность у некоторых сортов по отношению к биологическому травмированию, возбудителям мучнистой росы, желтой ржавчины и корневым гнилям.

Впервые сорта с иммунологической неоднородностью разложены на биотипы в контрастных экологических условиях (Нидерланды - Россия, Московская обл.).

Впервые в практике мирового экологического сельского хозяйства особо подчеркнута роль полибиотипической структуры популяции сорта (разработанной советским ученым Е.Н.Синской в 1964 году), как идеальной модели для экологического сельского хозяйства на современном этапе (в противовес генетически однородным интенсивным сортам европейской селекции). Впервые показано, что именно свойство комплексной адаптации биотипов из популяции сорта к абиотическим и биотическим факторам будет представлять стратегию селекции в органо-биологическом сельском хозяйстве.

Для выявления резервов скрытой внутрисортовой изменчивости предложены анализирующие фоны. Биотипы, впервые выделенные из популяции сортов озимой пшеницы Okapi (Нидерланды), Rektor (Германия) и Мироновская 808 проходят конкурсное испытание.

Впервые обоснованы модели адаптивных, устойчивых и толерантных к комплексу факторов биотипов (сортов) для использования в экологическом сельском хозяйстве.

Положения, выносимые на защиту:

- оригинальная концепция основного положения и принципов адаптивного развития низкозатратного экологического (органического и биодинамического) сельского хозяйства;

- альтернативные подходы к защите растений от болезней, иммунологическая оценка генофонда сортов зерновых культур западноевропейской селекции;

- выявление резервов скрытой внутрисортовой изменчивости для выделения биотипов (генотипов) из популяции сортов с комплексной адаптацией к абиотическим и биотическим факторам (болезням);

- обоснованы модели адаптивных, устойчивых, толерантных к болезням сортов (генотипов) для экологического сельского хозяйства.

Практическая значимость работы. Разработана оригинальная научно-практическая концепция особенностей развития низкозатратного, экологического (органического, биодинамического) сельского хозяйства для использования в фермерских хозяйствах, научных учреждениях и учебных вузах.

Из генофонда сортов зерновых культур выявлены сорта с иммунологической неоднородностью к биологическому травмированию под воздействием ЭМИС, возбудителям мучнистой росы, желтой ржавчины и корневым гнилям.

Сорта с иммунологической неоднородностью при выращивании в контрастных экологических условиях разложены на биотипы, сочетающих в себе комплексную устойчивость к болезням с минимальным накоплением поллютантов. Они представляют интерес для использования в фермерских хозяйствах и в качестве исходного материала рекомендуются для использования в экологической селекции.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доложены на научных конференциях и симпозиумах: "Альтернативное сельское хозяйство - методы исследований, обучение и подготовка кадров", Нидерланды (1982, 1984, 1985, Вагенинген, Утрехт, Дриберген), на Международном научном коллоквиуме по сельскому хозяйству в Швеции (Уппсала, 1983), на конференции "Методические аспекты альтернативного сельского хозяйства. Экология и сельское хозяйство" в Германии (Киль, 1984), на научной конференции "Феноменология в сельском хозяйстве", Нидерланды (1985, Вагенинген), на конгрессе по гигиене окружающей среды, Нидерланды (3987, Риисквик), на конференции "Гео-космические связи" (1989, Амстердам), на конференции

"Биологическое сельское хозяйство в Европе", Швейцария (1990, Берн), на научном годичном собрании академиков ВАСХНИЛ (1990, Москва), на Международной конференции "Принципы и перспективы развития органического сельского хозяйства в России" (1990, 1991, Санкт-Петербург, Суздаль, Орел, Харьков), на Международной конференции "Торговля органическими продуктами. Развитие партнерства в 21 веке", Австрия (1991, Вена), на конференции "Развитие научных исследований в органическом сельском хозяйстве", Германия (1992, Тулей-Телей), на конференции "Развитие устойчивого сельского хозяйства в Европе", Нидерланды (1992, Роттердам), на Международной конференции "Развитие сельского хозяйства и торговля. Конфликт или кооперация?", Нидерланды (1992, Нордвег), на юбилейной сессии РАСХН, посвященной "100 лет научному опыту Докучаева" (1992, Воронеж), на конференции "Плодовые и овощные культуры в Европе", Франция (1993, Вайсон ля Романа), на конференции "Новые стратегии устойчивого развития сельского хозяйства", Венгрия (1993, Гёделле), на Международной конференции "Органическое сельское хозяйство, перспективы", Чехия (1993, Кастле), на конгрессе, посвященном мировому вегетарианству, Нидерланды (1994, Гаага), на конференции ЕС по биологическому сельскому хозяйству, Германия (1994, Штутгарт), на конференции ЕС "Ландшафт и качество естественной продукции в органическом сельском хозяйстве", Нидерланды (1995, Вагенинген), на конференции ЦентральноАмериканских стран по биологическому сельскому хозяйству, Коста-Рика (1995), на Международной конференции "Перспективы экологического сельского хозяйства в Европе", Эстония (1996, Пярне), на Международных конференциях по биологическому сельскому хозяйству (1ГОАМ) в 1988 году (Калифорния), 1990 (Венгрия), 1992 (Сан-Пауло, Бразилия), 1994 (Новая Зеландия), 1996 (Копенгаген, Дания).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 107 работ, в том числе автор и соавтор 35 учебных пособий и монографий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, материал и методы исследований. Исследования проведены в 1982-1998 гг. в Вагенингенском сельскохозяйственном университете (Нидерланды), с 1990 года - совместно с Московским отделением ВНИИ растениеводства им.Н.И.Вавилова (на основе научно-технического сотрудничества между Всесоюзной академией сельскохозяйственных наук

(ВАСХНИЛ) и Министерством сельского хозяйства, природоохраны и рыбоводства Нидерландов, соглашение от 18 мая 1970 г.).

Объектом исследований служили более 200 образцов из генофонда западноевропейской селекции (Великобритании, Бельгии, Германии, Нидерландов, Франции), в том числе: озимой пшеницы - 160, озимого тритикале - 10, ячменя - 20, овса -10.

Полевые испытания проводили в мелкоделяночных опытах и фермерских посевах. Площадь делянок - 2 кв.м, повторность - 3-кратная при рендомизированном размещении. Норма высева 500 всхожих семян на 1 кв.м. Агротехника соответствовала принятым для зон рекомендациям.

По метеорологическим условиям Нидерланды характеризуются морским климатом, годовая норма осадков составляет 784 мм, средняя температура воздуха 9,3°С, относительная влажность воздуха - в пределах 65-75%. За годы исследований обилие осадков отмечалось в период цветения, созревания и уборки зерновых культур (июнь, июль, август, норма 235 мм), количество осадков превышало норму в отдельные годы от 30 до 60,0%.

В условиях Московской области климат умеренно континентальный, количество осадков за годы исследований составило в среднем 600605 мм (при норме 624 мм), в период цветения, созревания и уборки урожая (июнь-август) - 247 мм (при норме 222 мм). Относительная влажность воздуха - 63-73%. Средняя годовая температура 3,3 ° С. Среднемесячная температура воздуха за годы изучения в Нидерландах и России колебалась на 1...3°С в ту и другую сторону от среднемноголетней нормы.

Общепринятые методы исследований. Полевые наблюдения и оценки различных признаков проводились согласно широким унифицированным классификаторам СЭВ рода Triticum L., 1989; рода Avena L., 1974; рода Hordeum L., 1981.

Для полевой оценки устойчивости к мучнистой росе использовали шкалу H.Smilakovic, 1966 (составленная на основе шкалы Н.И.Вавилова, 1913), а также степень поражения сортов определяли по шкале R.E.Peterson, A.B.Campbell, A.E.Hannah, 1948. Пораженность листьев и колосьев септориозом - по W.C.James (1971), энзимо-микозному истощению семян (энзимной и микозной стадии) - по С.К.Темирбековой (1996), посевные качества семян (всхожесть, масса 1000 семян) - по ГОСТу № 12038-84 и "Методическим рекомендациям по оценке качества

зерна", 1977, белка - на датской установке "Кеель-Фоос МакроАвтоматик", анализ запасных белков пшеницы методом электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ) - по V.G.Konarev, 1983.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного анализа по Б.А.Доспехову, 1985.

Основные положения экологического сельского хозяйства. В результате многолетних исследований состояния сельского хозяйства в Европе и других странах разработана концепция развития экологического сельского хозяйства. Глубокий анализ сельского хозяйства, положения и принципы его экологического направления опубликованы в нескольких монографиях (J.D. van Mansvelt, 1982-1998).

Экологическое направление ведения сельского хозяйства включает в себя известные на Западе органическое и биодинамическое или органо-биологическое направления, которые основаны на преимущественном использовании органических удобрений (навоз, компосты, сидераты) и биологического азота за счет азотфиксации бобовых растений, использовании севооборота, интегрированной системы защиты растений (биометод, внедрение устойчивых и толерантных сортов), экономии энергии на единицу продукции, оптимального баланса питательных веществ, контроле за качеством продукции. Продукцию, полученную таким путем, называют экологически чистой.

В концепции рассматривается агробиоэкологическая сторона, где отмечено, что успех в разрешении стоящих перед нами проблем определяется уровнем образования, обучения, фундаментальных исследований и подготовки молодых кадров. Основа этого определяется уровнем культуры, представлениями, мировоззрениями, которые постепенно в течение столетий воспринимались людьми и вошли в повседневную жизнь.

Земледелие является первичной производственной системой. В противоположность большинству производственн