Фотоника послужит сельскому хозяйству.
На очередном заседании Президиума РАН участники обсудили вопросы агробиофотоники в сельскохозяйственном производстве, в том числе световое программирование растений и создание специальных световых режимов, использование управляемого растительного сырья для преодоления антибиотикорезистентности, а также запуск федеральной программы «Агробиофотоника» и другие задачи.
– Это очень важный вопрос, - отметил президент РАН академик Геннадий Красников, предваряя выступления. - Дальневосточное отделение Академии наук давно предлагало его рассмотреть.
С основным докладом на тему «Агробиофотоника: технология искусственного солнечного света и лазерной радиации» выступил вице-президент РАН, научный руководитель Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, академик Юрий Кульчин.
– Хотим представить новое научное междисциплинарное направление, которое активно развивается в РАН, и обозначить задачи, стоящие перед учеными, - сказал он и напомнил, что у России 10% мировых пахотных земель, однако более 70% территории страны находятся в зоне рискового земледелия с коротким вегетационным периодом.
По словам Юрия Николаевича, сегодня один из главных вопросов - адаптация к глобальным изменениям климата, необходимость стабилизации производства сельскохозяйственной продукции. Ученый отметил, что основой для принятия решений и разработки технологий управляемого земледелия должны стать достижения в области техники, биологии, генетики, физиологии, агрохимии, почвоведения, защиты растений. А одной из наиболее важных индустриальных практик является выращивание всех овощных культур в контролируемых условиях окружающей среды. Тепличные хозяйства становятся важным фактором, поскольку позволяют свести к минимуму риски, связанные с изменением климата.
Появились новые источники излучения, в том числе светодиодные, позволяющие изменять условия освещения, по сути приближаться к солнечному освещению.
Агробиофотоника - новое научное направление на стыке физики и биологии, которое ставит перед собой задачу управления жизненными циклами растений с помощью искусственного света.
– Для каждой растительной культуры на различных стадиях развития нужно свое освещение, - подчеркнул докладчик. - Изменяя его спектральный сос-тав и интенсивность, можно понять, как различные длины волн и другие параметры света воздействуют на метаболические процессы в растениях.
Это позволяет создавать специальные световые режимы и адаптировать их под конкретные виды культур. Исследования подтверждают, что различные спектральные характеристики света могут значительно влиять на содержание полезных веществ.
– Свет для растения не только источник энергии, но и важный сигнальный фактор, регулирующий фотоморфогенез растений (то, как растение строит себя: вытягивается ли стебель, формируется ли корневая система, зацветает ли). Поэтому ключ к успеху - в понимании того, какой световой сигнал нужен конкретному виду растения на конкретном этапе развития, - сказал докладчик.
По мнению ученого, фотоника позволяет улучшить процесс фенотипирования растений, что открывает возможности для получения новых сортов и культур растений с заданными свойствами, определения потенциальных и фактических уровней урожая и решения ряда других задач. «Это очень важно для вопросов селекции, понимания культуры», - подчеркнул академик.
Он подробно остановился на технологиях умных теплиц, которые включают мониторинг освещения, полива, микроклимата и дренажа, а также обратную связь на основе полученных данных.
В завершение Юрий Николаевич предложил Российской академии наук стать инициатором создания федеральной научно-технологической программы технологий искусственного солнечного света в сельском хозяйстве и природопользовании. Программа, получившая название «Агробиофотоника», должна войти в национальный проект «Биоэкономика». Среди задач - разработка инженерных систем для стандартизации, автоматизации и модульного масштабирования воспроизводства целевых культур, создание единой IT-платформы для дистанционного мониторинга и управления культивированием растений, организация сети пилотных зон, подготовка методик для индустриального воспроизводства культур и организация производства высокотехнологичного оборудования для тепличных хозяйств полного цикла с фотонным управлением.
Отвечая на вопросы коллег, академик отметил, что влияние света изучается не только применительно к растениям, но и к выращиванию сельскохозяйственных животных. Исследуется и его действие на человека (возможность через зрительный нерв управлять состоянием организма человека).
Академик Алексей Дорохов сделал глубокий исторический экскурс в разработку технологий и отметил, что результаты опытов отражены в опубликованной книге об управлении микроклиматом и светом в теплицах. Он подчеркнул, что с появлением электроники значительно расширились возможности использования лазерных и спектральных технологий, в том числе для диагностики состояния почвы, растений и животных, управления продуктивностью, ускорения селекции, борьбы с болезнями и вредителями, обеззараживания и контроля качества продукции.
Ученый обозначил необходимость организации комплексных междисциплинарных фундаментальных и прикладных исследований, приведя в пример сотрудничество Федерального научного агроинженерного центра ВИМ и Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН. На его основе специалисты разрабатывают умный фитосветильник, позволяющий обеспечивать освещение растений «как под солнцем», имитируя восход, день и закат, а также состав спектров в зависимости от географии произрастания и потребностей самих растений.
– В результате мы научились ускоренно выращивать любые растения, - сказал академик. - В три раза сократили срок созревания и получения кофейных зерен, освоили технологию их обработки. И теперь пьем кофе, произведенный в искусственных условиях.
Алексей Семенович предложил объединить усилия ученых отделений РАН для создания наукоемкого фитотрона с искусственным интеллектом, комплексом энергоэффективных светильников солнечного света, приборами для измерения параметров растений и роботизированными механизмами ухода.
Директор ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии, член научно-технического совета Министерства сельского хозяйства РФ академик Геннадий Карлов представил коллегам технологии ускоренной селекции растений, так называемый спидбридинг. Подбор специальных физиологических параметров и оптимальных условий позволяет получать генетически стабильный селекционный материал в кратчайшие сроки. Такие технологии развиваются в институте, начиная с 2018 года.
– Используя специальные климатические камеры и другие технологии, мы можем за два месяца получить полноценное семенное поколение. В течение года мы получаем шесть-семь таких поколений. Это позволяет ускорить селекционный процесс и создать чистые генетические линии сельскохозяйственных культур. Спидбридинг ускоряет селекционный процесс в шесть раз. Конечно, за один год создать новый сорт нельзя, но провести предварительную подготовку к его выведению теперь можно гораздо быстрее. При этом повышается не только скорость, но и эффективность селекционного процесса, - рассказал ученый.
Выступлений было много. Докладчики рассказали о развитии агробиофотоники - от светокультуры до спидбридинга (советник президента РАН, профессор РАН Екатерина Журавлева), о связи агробиофотоники и персонализированной медицины (член-корреспондент РАН Кирилл Зыков), о вертикальных фермах (Александр Селянский, Ассоциация «Теплицы России»), об этом упомянули и на портале Научная Россия.
Андрей СУББОТИН
Обложка: https://new.ras.ru
