Поиск - новости науки и техники

Экспресс-лес. Новые биотехнологии позволяют быстро выращивать деревья из отдельных клеток.

Леса в нашей стране всегда принадлежали государству. С приходом рынка ситуация не изменилась, однако использованием лесных богатств стали заниматься (как правило, бесконтрольно) частные компании. Это привело к тому, что лес только вырубали, а о его восстановлении практически забыли. Лишь с 2007 года вступил в силу новый Лесной кодекс, который регламентирует многие вопросы, связанные с переходом страны в рыночную экономику. Отдельные статьи документа касаются воспроизводства, восстановления и разведения лесов, предусматриваются меры, обеспечивающие это. Однако вырастить на месте вырубленных участков новые массивы зеленых насаждений, даже при условии строгого выполнения положений кодекса, задача трудоемкая, растянутая на многие годы. Решить ее хорошо и быстро помогут разработки ученых Пущинского филиала Института биоорганической химии РАН им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова, если, конечно, их достижениями вовремя и грамотно воспользоваться.
Научное направление, которое развивают сотрудники группы лесных технологий института, позволяет создавать качественный посадочный материал, причем не только обычных деревьев, кустарников, но и растений с определенными, порой необычными, свойствами. На вопросы корреспондента “Поиска” отвечает руководитель группы кандидат биологических наук Константин ШЕСТИБРАТОВ.

– Константин Александрович, в представлении многих использование древесины связывается в основном с производством бумаги. Может возникнуть вопрос: так ли она нужна в эпоху Интернета и бурного развития цифровых технологий? А значит, и потребность в древесине будет не так велика.
– Такие выводы делать рано. В последнее время объемы использования древесины только увеличиваются. И бумага, получаемая из целлюлозы, по-прежнему нужна, даже в бόльших объемах, чем прежде. Древесное сырье также идет на изготовление пластика, фильтров, композитных и наноматериалов. Появляются новые сферы его применения. В частности, набирает обороты биоэнергетика, в ней используется жидкое и газообразное топливо, в том числе моторное, которое получают из растительной массы.
Поэтому леса вырубаются с высокой скоростью, а воспроизводства почти нет. В старой, советской системе, когда действовала плановая экономика, восстановление зеленых территорий, заготовка и переработка древесины находились в руках государства. Затем ситуация осложнилась. Рубить лес стали компании, которые напрямую не заинтересованы в его восстановлении. Уцелевшие лесхозы продолжают производить посадочный материал, однако отпускная цена у него копеечная. Например, саженец сосны стоит всего два рубля, это ниже себестоимости в несколько раз. Такая ситуация объясняется тем, что в отрасли до сих пор действуют старые положения.
Понятно, что правила игры нужно кардинально менять. Это и призван сделать новый Лесной кодекс. Однако пройдет немало времени, возможно, не один десяток лет, пока он заработает в полную силу.
– Видимо, при подготовке кодекса учитывался и опыт других стран. Как обстоят дела там?
– Древесина востребована везде, и восстановлению лесов за рубежом уделяют серьезное внимание. Если взять скандинавские страны, схожие с Россией по климатическим условиям, например Финляндию, то там прибыль от лесного хозяйства составляет примерно 20% от валового дохода всей страны. Многие дома отапливаются за счет древесины по современным технологиям. В высокоэффективных установках (это не русские печи, в которых 50% тепла уходит в небо) используются щепа и пеллеты – гранулы из прессованных опилок, веток, листьев – всего, что идет в отходы при заготовке и обработке лесных материалов. Они хорошо горят, выделяют много энергии.
– Сколько времени уходит на восстановление вырубленного леса?
– Многое зависит от того, как к этому подойти. Можно ждать и 200 лет, пока насаждения накопят необходимую массу древесины. А можно достигнуть этого и за 30 лет. Чтобы добиться быстрого результата, нужны хорошая агротехника, селекционная база, грамотная система посадок и последующего ухода за ними. В каждой стране свои особенности. В Россию не может быть перенесена практика, скажем, из Бразилии, где максимальный прирост леса. Напрямую не может быть использован даже опыт Финляндии, требуется адаптация к нашим условиям. Без собственной научной базы нам не обойтись. Большую помощь способна оказать Академия наук, в частности наш институт. У нас есть методическая база, отталкиваясь от которой можно развивать новые направления.
– Расскажите о вашей группе, об исследованиях, которые ведете.
– Наша группа молодая, организована в 2006 году. Начинали мы с трех человек: кроме меня были еще две студентки. Сегодня в коллективе 23 человека. Направления деятельности – трансгеноз и микроклонирование растений. На базе группы в 2009 году создано инновационное предприятие “Микроклон”, дохода с которого мы практически не имеем, но оно позволяет нам отрабатывать новые технологии. Спектр исследований постоянно расширяется. Не так давно на территории нашего института появилась открытая площадка, на которой мы испытываем трансгенные растения. К сожалению, такими растениями пока занимаемся исключительно для науки, так как выращивать их в России все еще запрещено, хотя потреблять можно. Из трансгенных мы выращиваем только две породы: осину и березу. Работаем над качеством и объемом древесины, а также устойчивостью к гербицидам.
Наиболее значимых результатов мы достигли в такой области, как клональное микроразмножение. Оно подразумевает культивирование растительного материала на искусственных средах. Мы реконструируем разные условия роста, учитывая физиологические и биохимические аспекты, что позволяет получить полноценный организм из клеток. Для этого используется меристема – активно растущая ткань, которая содержится в почках, пазухах растений, на кончиках корешков. Меристему можно назвать прародителем всех тканей. Культивируя ее, нам удается сохранить все изначальные свойства. Хотя это непростая задача – заставить клетки, ткань размножаться, расти без потери морфогенного потенциала, то есть способности получить зрелое растение. Просто заставить клетку расти, не сохраняя свои свойства и тип, не проблема, это можно сделать с помощью высоких доз регуляторов роста. Но это будет аморфная, “каллусная” ткань. Нужно экспериментальным путем подобрать процедуру действий, оценить биохимический состав тканей и, отталкиваясь от этих данных, рассчитать необходимые условия для развития растений. Сначала идет длительная работа по подбору питательной среды. Существует классический состав, используемый для табака. Но мы работаем в основном с древесными породами. Это гораздо более сложные, непредсказуемые объекты. Кроме того, поскольку развитие растения идет фазами, необходимо чередование сред. Сначала закладывается почка, из которой формируется побег. Затем выращиваются стебли с листьями. После срезания черенка переходим к заключительному этапу – формированию корня. Для закладки почек нужны фитогормоны цитокинины и большое количество сахаров, минеральных компонентов. Для укоренения требуются регуляторы роста ауксины и бедная углеводами питательная среда. А для промежуточного этапа (элонгации стеблей) фитогормоны обычно не нужны.
Наша цель – имея меристемную ткань, получить клоновое потомство, например, несколько тысяч растений, которые в дальнейшем, сохраняя свои свойства, смогут адаптироваться и расти в естественных условиях.
– Значит, вы “разводите” растения совсем по другому принципу, не так, как они размножаются в природе, когда из семени одновременно вырастают и стебли, и корни.
– В естественных условиях процесс роста, конечно, происходит иначе. Растение развивается по заранее заложенной программе. Приток питательных веществ для развития стеблей обеспечивается корневой системой. У нас же все необходимое содержится в среде. В искусственных условиях, или, как мы говорим, in vitro, не происходит также фотосинтез. Хлорофилл, делающий растения зелеными, синтезируется, но не выполняет свою функцию. Источником энергии и углеводов служит сахароза. Да и корневая система не выполняет в полной мере свои питательные функции. Она нужна для того, чтобы растение легче прижилось в естественных условиях. Затем на основе этих первичных корней вырастут уже настоящие.
– Сколько проходит времени от начала работы и до того этапа, когда растение можно высаживать в почву?
– Это зависит от культуры. На деревья может уйти три года. Самая сложная часть нашей работы – получение чистой культуры. В естественных условиях на деревьях живут бактерии, вирусы, грибы, большой букет микрофлоры, который в искусственных условиях опасен. В богатой сахарозой среде микробы быстро размножаются, убивая растения. Поэтому нам нужно получить стерильную ткань. Для этого берем меристему из почки, не содержащую патогенов. Стерилизуем поверхность хлорсодержащими и другими веществами, с помощью стерильных инструментов в особо чистых условиях переносим ее в питательную среду.
– Как вы выбираете “доноров” для получения меристемной ткани?
– Лучше растет ткань молодых растений. Однако мы используем деревья в возрасте, скажем, 50 лет. Если “кандидат” прожил так долго, достиг стадии зрелости и имеет хорошие характеристики – качественную древесину, большой диаметр и подходящую высоту ствола, то это экземпляр с прекрасным генотипом, его нужно размножать. А молодое растение – “кот в мешке”. Как оно проявит себя в будущем, неизвестно. Для “хорошо зарекомендовавшего” себя дерева лучше всего подойдет способ клонального микроразмножения, который гарантирует передачу потомству полезных свойств. В семенах же они могут сохраниться не в полном объеме, например, потому, что во время цветения произошло опыление другими представителями этого вида. А владелец лесных площадей должен быть уверен, что приобретает гарантированный, проверенный, высокопродуктивный посадочный материал. Мы не ставим задачу обеспечить все лесхозы России саженцами. Наша цель – создать технологию, освоить ее на месте, чтобы она действовала. К слову, с нашим посадочным материалом работали в Нижнем Новгороде, Ленинградской области, результаты везде хорошие. Мы надеемся, что цены наконец отрегулируются и саженец будет стоить не два, а десять – пятнадцать рублей.
– С какими деревьями вы работаете?
– В основном с лиственными – такими, как ясень, осина, ива, береза. Довольно высокий спрос на декоративные растения для лесопарковых зон. Потребителей интересуют береза с черной корой или с красиво рассеченной листовой пластиной, рябина, калина, сирень, рододендроны. Всего мы разработали технологию для 200 наименований древесных и травянистых растений. Первыми в мире смогли укоренить боярышник, регенерировали ясень из взрослой ткани. Получили новую форму березы, быстрорастущую, устойчивую к гербицидам, фитопатогенам. Наш метод позволяет создавать качественный, оздоровленный посадочный материал, сохранить исчезающие виды в искусственных условиях, размножить ценный генотип, представленный лишь одним экземпляром, случайно найденным в природе. Такие технологии быстро развиваются, имеют огромный потенциал и будут всегда востребованы.

Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото автора
и из архива научной группы

Нет комментариев