Геоэкологическая оценка ботанического сада по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия природной флоры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Участие ботанических садов в сфере выполнения задач глобальной стратегии сохранения растений

2. Оценка международной кооперации в области охраны нативной редкой флоры

3. Создание банков генетических ресурсов редких растений нативной флоры (семян, ДНК), редких и сохраняемых растений

4. Использование растительных ресурсов в промышлености, сельском хозяйстве, медицине

5. Создание научных основ интродукции, защиты, селекции и управления процессами акклиматизации и биологической продуктивности хозяйственно полезных растений на основе традиционных и современных методов биотехнологии и генной инженерии

Заключение

Список использованных источников



Введение

Растения - важнейший компонент окружающей нас природы. Зависимость человека от растительного мира чрезвычайно велика. Мы получаем от растений пищу, строительные материалы, лекарства, материалы для изготовления одежды. Без зеленых растений невозможна жизнь на земле, ведь образование кислорода - результат процесса фотосинтеза. К сожалению, необходимость разумного отношения к сохранению всего разнообразия растительного мира очень часто не осознается людьми в процессе их деятельности по использованию природных ресурсов, сельскохозяйственного и промышленного производства, отдыха. Понимание того, что жизнь и благополучие человека зависят от состояния растительного мира, порой приходит тогда, когда уже требуются серьезные затраты на восстановление нарушенного природного равновесия. Многие европейские страны столкнулись с необходимостью восстановления популяций ранее самых обычных видов и сообществ [1].

Сегодня геоэкологическая оценка ботанического сада по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия природной флоры касаются пяти основных вопросов. Это участие ботанических садов в сфере выполнения задач глобальной стратегии сохранения растений, оценка международной кооперации в области охраны нативной редкой флоры, создание банков генетических ресурсов редких растений нативной флоры (семян, ДНК), редких и сохраняемых растений, использование растительных ресурсов в промышлености, сельском хозяйстве, медицине, создание научных основ интродукции, защиты, селекции и управления процессами акклиматизации и биологической продуктивности хозяйственно полезных растений на основе традиционных и современных методов биотехнологии и генной инженерии [1].

Целью работы является геоэкологическая оценка ботанического сада по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия природной флоры.

Задачи работы:

- проанализировать участие ботанических садов в сфере выполнения задач глобальной стратегии сохранения растений;

- оценить создание банков генетических ресурсов редких растений нативной флоры (семян, ДНК), редких и сохраняемых растений;

- проанализировать оценку международной кооперации в области охраны нативной редкой флоры;

- изучить использование растительных ресурсов в промышлености, сельском хозяйстве, медицине;

- охарактеризовать создание научных основ интродукции, защиты, селекции и управления процессами акклиматизации и биологической продуктивности хозяйственно полезных растений на основе традиционных и современных методов биотехнологии и генной инженерии.

Актуальность геоэкологической оценки ботанического сада по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия природной флоры проявляется в том, что в современное время нативная редкая флора находятся под угрозой полного исчезновения. Такая проблема может привести к серьезным, порой необратимым последствиям для окружающей среды.

Практическая значимость заключается в оценке соблюдения строгого контроля над обеспечением безопасности по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия природной флоры.



1. Участие ботанических садов в сфере выполнения задач глобальной стратегии сохранения растений

К концу прошлого века мировым сообществом была признана необходимость сохранения биологического разнообразия планеты. Конвенцию о биологическом разнообразии (1992 г.) к настоящему времени ратифицировало большинство стран, Беларусь ратифицировала Конвенцию о биологическом разнообразии в 1993 г. [1].

Одним из документов, одобренных сторонами Конвенции о биологическом разнообразии в 2002 г., стала Глобальная Стратегия сохранения растений. Инициаторами принятия Стратегии стали крупные международные организации, работающие в сфере сохранения растений, такие как Botanic Garden Conservation International, Plantlife International, Fauna and Flora International и другие. Одновременно с Глобальной Стратегией разрабатывалась и региональная Стратегия сохранения растений - Европейская, создание которой шло под эгидой Совета Европы, а основную организационную работу проводила сеть организаций (правительственных и неправительственных) Planta Europa. Итогом этого этапа работы стало утверждение сторонами Конвенции Глобальной Стратегии и одновременное одобрение регионального подхода, примером которого стала Европейская Стратегия сохранения растений. Стороны Конвенции рекомендовали странам разработать собственные Стратегии как для отдельных государств, так и для регионов, с учетом их природных и политических особенностей [1].

В рамках Конвенции о биологическом разнообразии предложены пять направлений (целей) деятельности, включающие 16 целевых задач:

А) Понимание и документирование разнообразия растений. Данная цель подразумевает следующие целевые задачи:

Подготовка широко доступного рабочего перечня известных растений в качестве шага на пути к составлению полной описи мировой флоры. Наличие рабочего перечня известных видов растений - одно из основных условий, необходимых для сохранения растений. Считается, что данная целевая задача может быть выполнена к 2010 г., учитывая тот факт, что речь идет о рабочем, а не об окончательном перечне, объем которого ограничен известными организмами (в настоящее время их число составляет примерно 270 000 и может возрасти на 10-20 % к 2010 г.). Для этих 270 000 видов известно 900 000 научных названий, кроме того, существуют местные и народные названия. Фактически в рамках целевой задачи потребуется собрать и обобщить существующие знания, обращая внимание как на названия и синонимы, так и на географическое распределение растений. Для решения этой задачи важное значение имеют национальные флоры. Доступ к данному перечню может быть обеспечен через сеть Интернет, а также посредством выпуска компакт-дисков и печатных изданий.

Предварительная оценка положения дел с сохранением всех известных видов растений на международном, региональном и национальном уровнях. Оценка, проведенная МСОП (1997 г.), показала, что около 34 000 видов растений находятся под угрозой исчезновения. Для большинства видов отсутствуют или недостаточны данные, позволяющие сделать выводы о состоянии этих видов [2].

Разработка моделей и процедур сохранения и устойчивого использования растений на основе научных исследований и практического опыта. К числу основных областей, в которых требуется разработка моделей и процедур, относятся: объединение процессов сохранения in-situ и ex-situ; поддержание растений, находящихся в угрожаемом положении внутри экосистем; применение экосистемного подхода; установление баланса между устойчивым использованием и сохранением растений; методика определения приоритетов в области сохранения растений и методика мониторинга мероприятий по сохранению и устойчивому использованию растений [2].

Б) Сохранение разнообразия растений:

Эффективное сохранение, по крайней мере, 10% каждого экологического региона мира. Несмотря на то, что площади охраняемых природных территорий составляют около 10 % земной поверхности, в первую очередь под охрану взяты лесные и горные экосистемы. В то же время луговые, степные или прибрежные экосистемы представлены в большинстве стран недостаточно. Существует необходимость повышения доли таких экосистем в системе охраняемых природных территорий. Под эффективным сохранением понимается управление регионом, способствующее обеспечению благоприятного положения дел с сохранением видов и сообществ растений [2].

Обеспечение охраны 50 % наиболее ценных районов с точки зрения разнообразия растений. Такие районы определяются с использованием единых критериев, включающих как наличие на участках видов, находящихся под угрозой, так и эндемичных видов, уникальных и реликтовых сообществ [2].

Регулирование, по крайней мере, 30 % производственных земель в соответствии с целями сохранения разнообразия растений. Имеются в виду как земли, используемые в сельском хозяйстве, так и лесные угодья. Подчеркивается необходимость сохранения существующих сортов культурных растений, разнообразия пастбищных культур, древесных растений, генетическое разнообразие. В то же время необходимо сохранение других видов растений производственного ландшафта - уникальных, находящихся в угрожаемом положении или представляющих собой особую социально-экономическую ценность, использование методов управления, предотвращающих значительное неблагоприятное воздействие на разнообразие растений в прилегающих экосистемах, например, отказ от чрезмерного использования сельскохозяйственных химикатов или предотвращение неустойчивой эрозии почвы [2].

Сохранение in-situ 60 % существующих в мире видов, которые находятся под угрозой исчезновения. Под сохранением in-situ здесь понимается эффективное поддержание популяций видов по крайней мере в одном охраняемом районе или применение иных мер регулирования in-situ.

Сохранение в доступных коллекциях ex-situ, предпочтительно в стране происхождения, 60 % видов растений, находящихся под угрозой исчезновения, и включение 10 процентов таких растений в программы по восстановлению и возобновлению видов. В настоящее время более 10000 видов, находящихся в угрожаемом положении, сохраняются в живых коллекциях (ботанические сады, семенные фонды и коллекции культур тканей), представляя примерно 30 % известных видов, находящихся в угрожаемом положении [2].

Сохранение 70 % генетического разнообразия сельскохозяйственных культур и других основных видов растений, имеющих социально-экономическую ценность, а также поддержание связанных с ними знаний местных и коренных общин. Генетическое разнообразие сохраняется путем создания генетических банков, посредством сохранения генетического разнообразия на фермах [2].

Разработка планов регулирования в отношении по крайней мере 100 основных чужеродных видов, которые угрожают растениям, растительным сообществам и соответствующим местообитаниям и экосистемам. Опасность внедрения в природные сообщества чужеродных видов с каждым годом становится все острее во многих странах. 100 инвазивных чужеродных видов будут отобраны на основе национальных приоритетов и с учетом их значимости на региональном и глобальном уровнях. Для многих чужеродных видов, как ожидается, потребуется внедрение различных планов регулирования в разных странах, в которых они угрожают растениям, растительным сообществам и связанным с ними местообитаниям и экосистемам [2].

В) Устойчивое использование разнообразия растений:

Ни один из видов дикой флоры не должен подвергаться опасности в связи с осуществлением международной торговли. Эта задача входит в сферу деятельности Конвенции СИТЕС [2].

Получение 30 % продуктов на растительной основе из источников, которые регулируются устойчивым образом. Продукты растительного происхождения включают пищевые продукты, древесину, бумагу и другие продукты древесного происхождения, а также содержащие растительную клетчатку, декоративные, лекарственные и другие растения, предназначенны для непосредственного использования [2].

Прекращение процесса истощения растительных ресурсов и утраты соответствующих знаний коренных и местных общин, которые поддерживают устойчивые методы обеспечения средств к существованию, гарантируют продовольственную обеспеченность на местном уровне и здоровье людей. Сфера охвата данной целевой задачи включает ресурсы растений и связанные с ними этноботанические знания [2].

Г) Содействие просвещению и повышению осведомленности в том, что касается разнообразия растений:

Отражение в коммуникационных, учебных и просветительских программах важного значения, которое имеет разнообразие растений, а также необходимость его сохранения. Данная целевая задача относится как к формальному, так и к неформальному образованию на всех уровнях, включая начальное, среднее и высшее. К основным целевым группам относятся не только дети и школьники, но также и лица, определяющие политику, и общество в целом [2].

Д) Создание потенциала для сохранения разнообразия растений:

Увеличение с учетом национальных потребностей числа подготовленных специалистов, работающих в адекватно оснащенных службах, занимающихся вопросами сохранения растений, в целях реализации задач настоящей Стратегии [2].

Создание или укрепление на национальном, региональном и международном уровнях сетей по осуществлению деятельности в области сохранения растений [2].

Конференция сторон одновременно с принятием Глобальной Стратегии рекомендовала сторонам не только разработать стратегии для своих стран и регионов, но и включить положения Глобальной Стратегии в национальные Стратегии сохранения биологического разнообразия. При этом должны учитываться национальные особенности и потребности [2].

Некоторые страны разработали национальные Стратегии сохранения растений. В числе таких стран можно назвать Великобританию (здесь утверждена программа Plant Diversity Challenge - the UK's response to the global strategy for plant conservation). В Белоруссии Стратегия сохранения растений стала частью национальной Стратегии сохранения биологического разнообразия, утвержденной Правительством страны [3].

В Российской Федерации сохранение разнообразия растений практически не нашло отражения в законодательстве. За исключением Лесного кодекса, рассматривающего исключительно древесные и недревесные ресурсы леса, и Красной книги Российской Федерации, направленной на охрану редких и исчезающих видов растений, - нет правовых актов, позволяющих реализовать положения Глобальной Стратегии сохранения растений с учетом их значимости для человека. За рамками правового регулирования оказывается растительный мир степей, тундр, побережий, лугов. В то же время подписание и ратификация Россией Конвенции о биологическом разнообразии делает выполнение положений Конвенции обязательством страны. Для России, учитывая чрезвычайно большую территорию и разнообразие природных условий, разработка национальной Стратегии сохранения растений представляется делом очень сложным. На наш взгляд, для России более оправданным можно считать региональный подход, разработка Стратегии и плана действий для одного или нескольких соседних субъектов Федерации. Такая попытка была предпринята для Кемеровской области как части Алтае-Саянского региона. Были подготовлены предложения, которые должны способствовать реализации на территории области Глобальной Стратегии сохранения растений [3].

К настоящему времени программы в рамках Стратегии сохранения растений осуществляются в различных регионах мира. Впервые были определены важные для сохранения растений участки в Турции. Одной из наиболее известных программ стала Important Plant Areas (в русскоговорящих странах программа получила название Ключевые ботанические территории). В 2002-2004 гг. проект Ключевые ботанические территории был осуществлен в 7 странах Центральной и Восточной Европы (Белоруссия, Чехия, Словакия, Словения, Польша, Эстония и Румыния), впоследствии к этим странам присоединились страны Юго-Восточной Европы (Болгария, Хорватия, Черногория, проводятся работы в Македонии), для Великобритании выделены не только территории, важные для сохранения сосудистых растений, но и для лишайников, водорослей, грибов и даже для сорных растений (так называемые Important Arable Plants Areas). Идея выделения Ключевых ботанических территорий воплощается в странах Африки, Юго-Восточной Азии, Новой Зеландии. Выделение Ключевых ботанических территорий должно помочь оптимизации сети особо охраняемых природных территорий, позволив сосредоточить усилия и финансовые возможности на самых важных участках для сохранения биологического разнообразия. Можно с уверенностью сказать, что именно это направление получило наибольшую поддержку по всему миру. Сравниться с ним по известности может только Красная книга, существование которой ведет свое начало с 1948 г. В настоящее время проводится оценка видов в соответствии с новыми критериями, учитывающими не только сегодняшнее состояние видов, но и динамику состояния популяций [3].

Очень активно во всем мире ведется работа по сохранению исчезающих видов растений в ботанических садах и питомниках (ex-situ). Несмотря на успехи этого направления, необходимо помнить, что только сохранение в природных условиях позволяет сохранить генетическое разнообразие популяций, а значит, сохранение в коллекциях можно рассматривать как дополнение к сохранению в природе [3].

Практически все направления Стратегии могут выполняться в рамках других программ, затрагивающих эти направления. К примеру, программы экологического просвещения и образования обязательно должны включать разделы по сохранению растений. Рекультивация нарушенных земель должна проводиться с учетом положений Стратегии. Развитие сельского и лесного хозяйства также должно учитывать необходимость сохранения дикорастущей флоры и растительности. Такой подход позволит оптимизировать использование финансовых ресурсов и в то же время внести вклад в выполнение задачи Стратегии [3].

2. Оценка международной кооперации в области охраны нативной редкой флоры

Беларусь является активной участницей международного экологического сотрудничества. В развитии этого сотрудничества на многосторонней основе особое внимание в нашей республике уделяется обеспечению выполнения международных конвенций и подписанных к ним протоколов, разработке национальных механизмов их реализации [4].

Республикой Беларусь подписаны следующие основные конвенции и протоколы в области охраны окружающей среды:

* Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния -- 17 ноября 1979 г.;

* Протокол о сокращении выбросов серы-- 13 июля 1985 г.;

* Протокол об ограничении выбросов оксидов -- 4 ноября 1988 г.;

* Венская конвенция об охране озонового слоя -- 22 марта, 1985 г.;

* Рамочная Конвенция ООН об изменении климата -- 9 мая 1992 г.;

* Конвенция ООН о биологическом разнообразии -- 5 июня 1992 г.;

* Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения -- 3 марта 1993 г [4].

Являясь одним из учредителей ООН, Республика Беларусь на постоянной основе поддерживает контакты с межправительственными организациями ООН: ЮНЕП, ЮНЕСКО, Всемирной метеорологической организацией (ВМО), ВОЗ, ЕЭК по проблемам окружающей среды и водным ресурсам, Международной справочной системой источников информации по окружающей среде (ИНФОТЕРРА), ОЭСР и др. [4].

Расширяется взаимодействие Беларуси с такими крупными международными организациями, как Совет Европы, МАГАТЭ, Межгосударственный экологический совет (МЭС), Программа ТАСИС Европейского сообщества, Всемирный банк, Евробанк [4].

В области охраны окружающей среды у Беларуси много общих с другими странами СНГ проблем, оставшихся в наследство от Советского Союза, и в первую очередь -- последствия катастрофы на ЧАЭС. Поэтому одним из первых документов, принятых в рамках СНГ после образования Содружества, явилось Соглашение о взаимодействии в области экологии и охраны окружающей природной среды, подписанное 8 февраля 1992 г. в Москве представителями 10 из 11 стран СНГ [4].

Для практической реализации договоренностей, вытекающих из Соглашения, в июле 1992 г. был подписан Протокол о создании и полномочиях Межгосударственного экологического совета (МЭС). В качестве постоянного рабочего органа МЭС был учрежден Секретариат совета со штаб-квартирой в Минске [4].

Беларусь развивает и двустороннее сотрудничество в области охраны природы, прежде всего со странами СНГ, а также с другими государствами и потенциальными инвесторами (Германией, Швейцарией, Швецией и др.). Подписаны межправительственные соглашения с Латвией, Российской Федерацией, Украиной, а также -- с Польшей, Данией, Молдовой, Литвой, Болгарией, Словакией [5].

Активное участие Беларуси в процессе международного экологического сотрудничества дает надежду на то, что наше возвращение на общемировые пути социально-экономического развития будет способствовать выходу из экологического кризиса совместно с другими странами [5].

Республика Беларусь присоединились к:

-конвенция об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном контексте.

-конвенция о биологическом разнообразии - 1992 г.

-конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения - 1993 г.

-киотский протокол конвенции ООН об изменении климата - 1997 г.

-орхусская конвенция по определению экологической информации - 1998 г. [5].

3. Создание банков генетических ресурсов редких растений нативной флоры (семян, ДНК), редких и сохраняемых растений

Основными целями Государственной программы являются создание национального банка генетических ресурсов растений, обеспечивающего организации республики исходным материалом для выведения новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, и сохранение в искусственных условиях ценных и уникальных образцов генетического фонда культурной и природной флоры [6].

Национальный банк генетических ресурсов растений состоит из национальных базовых, активных рабочих, генетических (в том числе целевых признаковых) и стержневых коллекций хозяйственно полезных растений. В целях сохранения биологического разнообразия растений в Беларуси национальный банк генетических ресурсов растений должен обеспечить долгосрочное сохранение семенного материала редких и исчезающих видов растений [6].

Создание национальных базовых коллекций генетических ресурсов сельскохозяйственных культур, лесных и других хозяйственно полезных растений обеспечит надежное долгосрочное сохранение ценных и уникальных образцов. Базовая коллекция будет охватывать оригинальный генетический фонд белорусского происхождения (отечественные сорта, образцы природных популяций окультуренных и родственных культурным видов растений, собранных в экспедициях), зарубежные сорта, когда-либо внесенные в Государственный реестр сортов и древесно-кустарниковых пород, наиболее ценные источники и доноров значимых для селекции признаков или свойств (сельскохозяйственного и другого производства), а также другие уникальные либо редкие образцы [6].

Создание активных рабочих коллекций генетических ресурсов растений позволит эффективно обеспечивать Республику Беларусь необходимым материалом для селекционного и исследовательского процесса.

В результате выполнения Государственной программы будет продолжено создание национального банка генетических ресурсов растений в целях обеспечения организаций Республики Беларусь исходным материалом для выведения новых ресурсосберегающих сортов и гибридов сельскохозяйственных и других культур, сохранения и обогащения культурной и природной флоры [6].

Экономический эффект от выполнения Государственной программы будет в первую очередь определяться использованием сформированных целевых признаковых и активных рабочих коллекций в селекционном процессе, созданием на их основе новых сортов хозяйственно полезных растений и последующим производством продукции. Создание целевых признаковых и стержневых коллекций генетических ресурсов растений обеспечит наглядным материалом учебный процесс в учреждениях образования, готовящих специалистов по биологии, генетике растений, селекции и семеноводству сельскохозяйственных культур [6].

В рамках Государственной программы также будет привлечен новый ценный генофонд растений. Интродукция новых видов, сортов и форм растений позволит расширить спектр использования генетических ресурсов растений в хозяйственной деятельности. Будут созданы национальные базовые коллекции генетических ресурсов хозяйственно полезных растений в целях сохранения наиболее ценного генофонда растений [6].

Основными потребителями новых сортов и гибридов являются сельскохозяйственные организации Республики Беларусь [6].

4. Использование растительных ресурсов в промышлености, сельском хозяйстве, медицине

Промышленность:

Для промышленных целей преимущественно используются виды растений следующих ресурсных групп и подгрупп: технические - энергетические (топливные, светильные), строительные (конструкционные, опорные, оградные, кровельные и др.), подстилочные, поделочные, плетеночные, подвязочные, набивочные, прокладочные, изоляционные, мочалочные, дубильные, красильные, прядильные, целлюлозно-бумажные, химико-сырьевые, химико-фармацевтические, пищевые, кормовые, лекарственные, биоцидные и др. [7].

Использование высших водных растений в топливной энергетике Беларуси малоэффективно и малоперспективно, однако частично может быть реализовано для бытовых нужд из некондиционных частей растительного сырья. Прежде всего, это виды подгруппы так называемых «энергетических растений» - топливные и светильные, которые в свою очередь по используемым частям и веществам можно подразделить на дровяные, травяные, торфяные, латексные, жиромасличные, эфиромасличные и т.п. Например, сухая биомасса тростника в местах его широкого распространения может быть использована в качестве довольно калорийного топлива для обогрева жилых и хозяйственных помещений в домах сельских жителей, на фермах и т.п. [7].

Подгруппа волокнистых растений включает виды из родов тростник, рогоз, манник, осока и рдест. Из волокон осок можно изготавливать канаты, веревки, дорожки, мешковину, лини, набивать матрацы. По технологии, разработанной в БИН РАН, выход волокна с одного центнера сырой массы составляет 50 кг. Из волокна видов рогозов можно изготавливать дорожки, мешковину и веревки; пух соцветий идет на производство войлока, фетра, набивку подушек, спасательных поясов, матрацев, изготовление теплых подкладок для курток и пальто летчиков и альпинистов; из отходов производства можно вырабатывать строительный войлок и изоляционный материал. Из волокон тростника можно изготавливать непрочные веревки (нагрузка не более 9 кг); стебель, листья и соцветия используются в качестве набивочного материала. Более прочное волокно дает манник большой. Изготовленные из него веревки диаметром 7 мм выдерживают нагрузку до 76,3 кг при растяжении 15,2 %. Волокнистые пучки различных видов рдестов могут быть использованы для изготовления мочалок [7].

В подгруппы плетеночных и подвязочных макрофитов входят распространенные в Беларуси виды из родов осока, рогоз, а также тростник обыкновенный и схеноплект озерный. Из осок можно изготавливать летнюю обувь, легкую мебель, циновки; из рогоза плетут таро-упаковочные кули и маты, кошелки, циновки, элементы украшения обуви; из тростника - циновки, клетки для птиц, легкую мебель, щиты, плотики, веники, из сухих листьев - корзины; из схеноплекта озерного - циновки, щиты для укрытия грядок и парниковых рам, части плетеной мебели, вместе с рогозом узколистным - подвязочный материал (как заменитель рафии) [7].

Многие макрофиты являются отличным сырьем целлюлозно-бумажной промышленности для производства целлюлозы, вискозы, бумаги, картона и т.п. Наиболее перспективны: тростник, виды рогоза, схеноплект озерный, виды осок и манник большой [7].

Химико-сырьевая промышленность может использовать почти все макрофиты, но наиболее перспективен тростник, некондиционные части которого (метелки, листья) пригодны для производства удобрения, которое содержит 0,107 % - Р2О5, 0,129 % - СаО, 2,711 % - SiO2 в абсолютно сухом веществе; отмершая фитомасса (фитодетрит) - для производства фурфурола, кормовых и пищевых дрожжей, этилового спирта. Пух из соцветий рогоза используется для производства кинолент, взрывчатых веществ. Виды рогоза также потенциально перспективны как восконосное сырье (выход воска 0,27 %). Листья и стебли аира содержат дубильные вещества [7].

Макрофиты содержат натуральные красящие вещества, служащие красильным сырьем лакокрасочной промышленности. Из старых корней и корневищ кувшинки чисто-белой можно получить черный и коричневый красители, из всего растения кувшинки белой - желтый, из листьев вахты трехлистной - зеленый, из листьев и цветков череды трехраздельной красители разных оттенков [7].

По использованию высших водных, прибрежно-водных и околоводных растений в пищевой промышленности и в бытовых пищевых целях, их можно условно разделить на 6 групп: хлебо-крупяные, огородные и бахчевые, крахмалосодержащие, твердоплодные и твердосеменные, напиточные, пряные и островкусовые. В эти группы входят: манник большой и манник наплывающий, горец развесистый и горец шероховатый, стрелолист обыкновенный, частуха подорожниковая, сусак зонтичный, рогоз узколистный и рогоз широколистный, рдест плавающий, щавель водный, сердечник горький, сердечник болотный и сердечник луговой, мята водяная, окопник лекарственный, водяной рис обыкновенный, или канадский (цицания водяная), водяной рис широколистный (цицания широколистная), тростник обыкновенный, схеноплект озерный, белокрыльник болотный, кувшинка белая и кувшинка чисто-белая, кубышка желтая, водяной орех плавающий (чилим), аир обыкновенный, вахта трехлистная, калужница болотная и некоторые другие. Для получения меда может использоваться превосходное медоносное растение - горец земноводный [7].

Отдельные виды высших водных, прибрежно-водных и околоводных растений для использования в пищевой промышленности можно заготавливать в природе и перерабатывать в промышленных масштабах, однако наилучший способ их рационального использования - культивирование, плантационное разведение [7].

Сельское хозяйство и селекция:

Трудно переоценить значимость естественных кормовых угодий, как гарантированного источника полноценных, разнообразных и самых дешевых кормов. Наиболее перспективно использование таких высших водных растений, как телорез, тростник, ряска и других в качестве кормов и кормовых добавок. В хозяйствах, имеющих собственные водоемы, можно создавать плантации элодеи, рдестов, телореза, ряски и тем самым укреплять кормовую базу животноводства. Растительность на подводных лугах развивается значительно быстрее (в 2 - 3 раза), чем на суше, ей не угрожает засуха. При правильном использовании водоемов можно собирать урожай элодеи, телореза и ряски 3 - 4 раза в год. Для разведения водной растительности не надо обрабатывать почву, не нужны семена. Сбор зеленой массы и ее погрузка поддаются механизации [8].

Высшие водные растения по возможности применения в сельском хозяйстве можно классифицировать:

Используемые в животноводстве:

Подгруппы: кормовые для птицеводства, кормовые для свиноводства, кормовые для коневодства, кормовые для крупного рогатого скота [8].

Используемые в растениеводстве:

Подгруппы: сидератные (дающие зеленое удобрение, известьсодержащие и др.) и подвязочные [8].

Макрофиты используются в птицеводстве для откорма и добавки в рацион при выращивании водоплавающих птиц и кур. В водных растениях содержится большое количество протеина, зольных веществ и витаминов. Важной составной частью рациона уток являются также твердые семена и плоды высших водных растений, необходимые водоплавающим птицам для нормальной работы желудка. Одним из наиболее перспективных направлений рационализации выращивания водоплавающей птицы является создание комбинированных утино-рыбных прудовых хозяйств. При разведении кур можно получить значительную экономию на концентрированных кормах при правильно спланированном рационе благодаря использованию макрофитов с высоким содержанием витаминов и микроэлементов. Отдельные виды - телорез алоевидный и элодея канадская, вегетирующие и зимой, можно использовать для кормления птиц в виде зеленой массы круглый год [8].

В свиноводстве, коневодстве и разведении крупного рогатого скота высшие водные растения могут стать не менее важной составной частью рациона, чем в птицеводстве. Ценными кормовыми растениями (для откорма свиней, лосей, ондатр, бобров и водяных крыс являются водяной орех плавающий (при разведении в условиях аквакультуры), рдесты (пронзеннолистный, плавающий, блестящий, курчавый, сплюснутый) и аир (подземная часть). Эти виды лучше силосовать с добавкой богатых клетчаткой кормов или с соломой (примерный состав: телорез + аир + солома + тростник) [8].

Как превосходный медонос в пчеловодстве может быть использован горец земноводный («водяная гречиха») [8].

К сидератным относятся высшие водные растения, способные в своей фитомассе концентрировать минеральные питательные вещества. Благодаря значительному накоплению в тканях тростника, элодеи, рдестов, телореза и харовых водорослей углекислого кальция (СаСО3), их можно применять как зеленое удобрение в сельском хозяйстве [8].

Известь является важным фактором плодородия почвы и рыбопродуктивности водоемов. Элодея и харовые водоросли богаты соединениями кальция - являются хорошими известкователями водоемов.

Использование высших водных растений в сельском хозяйстве, медицине и в других отраслях народного хозяйства, а также широкое применение их как декоративных растений, открывает широкие возможности для их селекции - искусственного выведения сортов с заранее заданными свойствами и семеноводства, что уже осуществляется в ряде стран по отношению к некоторым из них [8].

Медицина, ветеринария, сангигиена и косметика:

Многие высшие водные растения, благодаря своим целебным свойствам, нашли широкое применение в научной и народной медицине. В народной медицине успешно применяются практически все представители аквафлоры. Официальная медицина ограничивается видами: авран лекарственный, аир обыкновенный, вахта трехлистная, горец земноводный, дербенник иволистный, касатик ложноаировый, кубышка желтая, кувшинка белая и кувшинка чисто-белая, окопник лекарственный, череда трехраздельная. Особенно широкое применение находят аир обыкновенный и кубышка желтая, которые используются, соответственно, в качестве фармацевтического сырья для производства лекарственных препаратов "Викалин" и "Лютенурин", а также череда трехраздельная, имеющая широкий спектр применения, и горец земноводный, который используется в медицине как одно из наиболее эффективных кровоостанавливающих средств [9]. ботанический растение флора нативный

Некоторые макрофиты используют в качестве сырья для производства косметико-парфюмерной продукции. Среди них аир обыкновенный, который применяется для ароматизации туалетного мыла и шампуней, касатик ложноаировый, сухие корни которого в размолотом виде используются как заменитель фиалкового корня при производстве пудры и зубной пасты; крахмал, получаемый из корней рогоза узколистного, можно использовать при производстве пудры [9].

Таким образом, растительные ресурсы имеют значительную важность для промышленности, сельского хозяйства и медицины [9].



5. Создание научных основ интродукции, защиты, селекции и управления процессами акклиматизации и биологической продуктивности хозяйственно полезных растений на основе традиционных и современных методов биотехнологии и генной инженерии

Селекция (от лат. -- выбор, отбор) -- это наука о путях и методах создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами [10].

Задачи селекции вытекают из ее определения -- это выведение новых и совершенствование уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Сортом, породой и штаммом называют устойчивую группу (популяцию) живых организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют сходные, наследственно закрепленные морфологические, физиолого-биохимические и хозяйственные признаки и свойства, а также однотипную реакцию на факторы внешней среды. Основными направлениями селекции являются:

1.высокая урожайность сортов растений, плодовитость и продуктивность пород животных;

2.качество продукции (например, вкус, внешний вид, лежкость плодов и овощей, химический состав зерна - содержание белка, клейковины, незаменимых аминокислот и т. д.);

3.физиологические свойства (скороспелость, засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям);

4.интенсивный путь развития (у растений - отзывчивость на удобрения, полив, а у животных - «оплата» корма и т. п.) [10].

1. Теоретические основы селекции

В последние годы особое значение приобретает селекция ряда насекомых и микроорганизмов, используемых с целью биологической борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений [10].

Селекция должна учитывать также и потребности рынка сбыта сельскохозяйственной продукции, удовлетворения конкретных отраслей промышленного производства. Например, для выпечки высококачественного хлеба с эластичным мякишем и хрустящей корочкой необходимы сильные (стекловидные) сорта мягкой пшеницы, с большим содержанием белка и упругой клейковины. Для изготовления высших сортов печенья нужны хорошие мучнистые сорта мягкой пшеницы, а макаронные изделия, рожки, вермишель, лапша, вырабатываются из твердой пшеницы [10].

Ярким примером селекции с учетом потребностей рынка служит пушное звероводство. При выращивании таких ценных зверьков, как норка, выдра, лиса, отбираются животные с генотипом, соответствующим постоянно меняющейся моде в отношении окраски и оттенков меха [10].

В целом развитие селекции должно быть основано на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной и модификационной изменчивости [10].

Теоретической основой селекции является генетика. Именно генетика прокладывает пути эффективного управления наследственностью и изменчивостью организмов. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук: систематики и географии растений и животных, цитологии, эмбриологии, биологии индивидуального развития, молекулярной биологии, физиологии и биохимии. Бурное развитие этих направлений естествознания открывает совершенно новые перспективы. Уже на сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами [10].

Генетике принадлежит определяющая роль в решении практически всех селекционных задач. Она помогает рационально, на основе законов наследственности и изменчивости, планировать селекционный процесс с учетом особенностей наследования каждого конкретного признака. Достижения генетики, закон гомологических рядов наследственной изменчивости, применение тестов для ранней диагностики селекционной перспективности исходного материала, разработка разнообразных методов экспериментального мутагенеза и отдаленной гибридизации в сочетании с полиплоидизацией, поиск методов управления процессами рекомбинации и эффективного отбора наиболее ценных генотипов с нужным комплексом признаков и свойств дали возможность расширить источники исходного материала для селекции. Кроме того, широкое использование в последние годы методов биотехнологии, культуры клеток и тканей позволили значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу. Этот далеко не полный перечень вклада генетики в селекцию дает представление о том, что современная селекция немыслима без использования достижений генетики [10].

Успех работы селекционера в значительной мере зависит от правильности выбора исходного материала (видов, сортов, пород) для селекции, изучения его происхождения и эволюции, использования в селекционном процессе организмов с ценными признаками и свойствами. Поиск нужных форм ведется с учетом всего мирового генофонда в определенной последовательности. Прежде всего, используются местные формы с нужными признаками и свойствами, затем применяются методы интродукции и акклиматизации, т. е. привлекаются формы, произрастающие в других странах или в других климатических зонах и, наконец, методы экспериментального мутагенеза и генетической инженерии [10].

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н. И. Вавилов с 1924 г. и до конца 30-х гг. организовал 180 экспедиций по самым труднодоступным и зачастую опасным районам земного шара. В результате этих экспедиций Н. И. Вавилов изучил мировые растительные ресурсы и установил, что наибольшее разнообразие форм вида сосредоточено в тех районах, где этот вид возник. Кроме того, была собрана уникальная, самая крупная в мире коллекция культурных растений (к 1940 г. коллекция включала 300 тыс. образцов), которые ежегодно размножаются в кол лекциях Всероссийского института растениеводства имени Н. И. Вавилова (ВИР) и широко используются селекционерами как исходный материал для создания новых сортов зерновых, плодовых, овощных, технических, лекарственных и других культур [11].

На основании изучения собранного материала Вавилов выделил 7 центров происхождения культурных растений. Центры происхождения важнейших культурных растений связаны с древними очагами цивилизации и местом первичного возделывания и селекции растений. Подобные очаги одомашнивания выявлены и у домашних животных [11].

2. Значение селекции

Цели и задачи селекции как науки обусловлены уровнем агротехники и зоотехники, уровнем индустриализации растениеводства и животноводства. Например, в условиях дефицита пресной воды уже выведены сорта ячменя, которые дают удовлетворительные урожаи при орошении морской водой. Выведены породы кур, не снижающие продуктивности в условиях большой скученности животных на птицефабриках. Для России очень важно создание сортов, продуктивных в условиях мороза без снега при ясной погоде, поздних заморозков и т. д [11].

Одним из важнейших достижений человека на заре его становления и развития было создание постоянного и достаточно надежного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов, отвечающих требованиям человека. У культурных форм растений и животных сильно развиты отдельные признаки, часто бесполезные или даже вредные для их существования в естественных условиях, но полезные для человека. Например, способность некоторых пород кур давать более 300 яиц в год лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не сможет высиживать. Продуктивность всех культурных растения также значительно выше, чем у родственных диких видов, но вместе с тем они хуже адаптируются к постоянно меняющимся условиям среды и не имеют средств защиты от поедания (горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек и т. п.). Поэтому в естественных условиях культурные, т. е. одомашненные формы существовать не могут [11].

Одомашнивание привело к ослаблению действия стабилизирующего отбора, что резко повысило уровень изменчивости: и расширяло его спектр. При этом одомашнивание сопровождалось отбором, вначале бессознательным (отбор тех особей, которые лучше выглядели, имели более смирный нрав, обладали другими ценными для человека качествами), затем осознанным, или методическим. Широкое использование методического отбора направлено на формирование у растений и животных определенных качеств, удовлетворяющих человека. Опыт многих поколений людей позволил создать методы и правила отбора и сформировать селекцию как науку [11].

Процесс одомашнивания новых видов растений и животных для удовлетворения потребностей человека продолжается и в наше время. Например, для получения модной и высококачественной пушнины в нынешнем столетии создана новая отрасль животноводства - пушное звероводство [11].

3. Селекция растений, методы

В отличие от селекции микроорганизмов селекция растений не оперирует миллионами и миллиардами особей и скорость их размножения измеряется не минутами и часами, а месяцами и годами. Однако по сравнению с селекцией животных, где число потомков единично, селекция растений находится в более выгодном положении. Кроме того, различаются и методические подходы к селекции само- и перекрестноопыляющихся растений, размножающихся вегетативным и половым путем, одно- и многолетних растений и т. д. [11].

Основными методами селекции растений являются отбор и гибридизация. Для отбора необходимо наличие гетерогенности, т. е. различий, разнообразия в используемой группе особей. В противном случае отбор не имеет смысла, он будет неэффективен, Поэтому сначала осуществляется гибридизация, а затем после появления расщепления - отбор [11].

В случае, если селекционеру не хватает естественного разнообразия признаков, существующего генофонда, он использует искусственный мутагенез (получает генные, хромосомные или геномные мутации - полиплоиды), для манипуляций с отдельными генами - генетическую инженерию, а для ускорения селекционного процесса - клеточную. Однако классическими методами селекции были и остаются гибридизация и отбор.

Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный [11].

Массовый отбор - это выделение целой группы особей, обладающих ценными признаками. Чаще он используется при работе с перекрестноопыляемыми растениями. В этом случае сорт не является гомозиготным. Это сорт-популяция, обладающий сложной гетерозиготностью по многим генам, что обеспечивает ему пластичность в сложных условиях среды и возможность проявления гетерозисного эффекта. Основным достоинством метода является то, что он позволяет сравнительно быстро и без больших затрат сил улучшать местные сорта, а недостатком - то, что не может контролироваться наследственная обусловленность отбираемых признаков, в силу чего часто неустойчивы результаты отбора.

Скрещивание, при котором родительские формы отличаются только по одной паре альтернативных признаков, называется моногибридным. Мендель до скрещивания разных форм гороха проводил их самоопыление. При скрещивании белоцветковых горохов с такими же белоцветковыми он получал во всех последующих поколениях только белоцветковые. Аналогичная ситуация наблюдалась и в случае пурпурноцветковых. При скрещивании же Горохов, имеющих пурпурные цветки, с белоцветковыми растениями все гибриды первого поколения Р1 имели пурпурные цветки, но при их самоопылении среди гибридов второго поколения Р2 кроме пурпурноцветковых растений (три части) появлялись и белоцветковые (одна часть) [11].

Скрещивание, при котором родительские формы отличаются по двум парам альтернативных признаков (по двум парам аллелей), называется дигибридным [11].

Проводя скрещивание гомозиготных родительских форм, имеющих желтые семена с гладкой поверхностью и зеленые семена с морщинистой, Мендель получил все растения с желтыми гладкими семенами и сделал вывод, что эти признаки являются доминантными. Во втором поколении после самоопыления гибридов Р1 он наблюдал следующее расщепление: 315 желтых гладких, 101 желтых морщинистых, 108 зеленых гладких и 32 зеленых морщинистых. Используя другие гомозиготные родительские формы (желтые морщинистые и зеленые гладкие), Мендель получил аналогичные результаты и в первом, и во втором поколениях гибридов, т. е. расщепление во втором поколении в отношении 9: 3 : 3 : 1 [11].

При индивидуальном отборе получают потомство от каждого растения отдельно при обязательном контроле наследования интересующих признаков. Он применяется у самоопылителей (пшеница, ячмень). Результатом индивидуального отбора является увеличение числа гомозигот. Это связано с тем, что при самоопылении гомозигот будут образовываться только гомозиготы, а половина потомков самоопыленных гетерозигот также будут гомозиготами. При индивидуальном отборе формируются чистые линии. Чистые линии - это группа особей, являющаяся потомками одной гомозиготной самоопыленной особи. Они обладают максимальной степенью гомозиготности. Однако абсолютно гомозиготных особей практически не бывает, так как непрерывно происходит мутационный процесс, нарушающий гомозиготность. Кроме того, даже самые строгие самоопылители иногда могут переопыляться перекрестно. Это повышает их приспособленность к условиям и выживаемость, поскольку народу с искусственным отбором на все органические формы действует и естественный [11].

Естественный отбор играет важную роль в селекции, так как при проведении искусственного отбора селекционер не может избежать того, чтобы селекционный материал не подвергался воздействию условий внешней среды. Более того, селекционерами часто привлекается и естественный отбор для отбора форм, наиболее приспособленных к условиям произрастания - влажности, температуры, устойчивости к естественным вредителям и болезням [11].

Так как одним из методов селекции является гибридизация, то большую роль играет выбор типа скрещиваний, т. е. система скрещиваний.

Системы скрещивания могут быть разделены на два основных типа: близкородственное (инбридинг - разведение в себе) и скрещивание между неродственными формами (аутбридинг - неродственное разведение). Если принудительное самоопыление приводит к гомозиготизации, то неродственные скрещивания - к гетерозиготизации потомков от этих скрещиваний [12].

Инбридинг, т. е. принудительное самоопыление перекрестноопыляющихся форм, кроме прогрессирующей с каждым поколением степени гомозиготности, приводит и к распадению, разложению исходной формы на ряд чистых линий. Такие чистые линии будут обладать пониженной жизнеспособностью, что, по-видимому, связано с переходом из генетического груза в гомозиготное состояние всех рецессивных мутаций, которые в. основном являются вредными [12].

Чистые линии, полученные в результате инбридинга, имеют различные свойства. У них различные признаки проявляются по-разному. Кроме того, различна и степень снижения жизнеспособности. Если эти чистые линии скрещивать между собой, то, как правило, наблюдается эффект гетерозиса.

Гетерозис - явление повышенной жизнеспособности, урожайности, плодовитости гибридов первого поколения, превышающих по этим параметрам обоих родителей. Уже со второго поколения гетерозисный эффект угасает. Генетические основы гетерозиса не имеют однозначного толкования, но предполагается, что гетерозис связан с высоким уровнем гетерозиготности у гибридов чистых линий (межлинейные гибриды). Производство чистолинейного материала кукурузы с использованием так называемой цитоплазматической мужской стерильности было широко изучено и поставлено на промышленную основу в США. Ее использование исключало необходимость кастрировать цветки, удалять пыльники, так как мужские цветки растений, используемые в качестве женских, были стерильны [12].

...