В Советском Союзе огромные посевные площади были выделены для производства хлопчатника, предназначенного, прежде всего, для получения целлюлозы. Это было во всех смыслах стратегическое сырье. Целлюлоза шла на производство бумаги, красок, клея, строительных материалов и пороха для оборонной промышленности. После распада СССР Россия оказалась отрезанной от данного стратегического сырья. В качестве возможной альтернативы ему был предложен мискантус. Эта растение найденное в ходе организованных академиком Владимиром Шумным экспедиционных работ на Дальнем Востоке, очень продуктивно в плане прироста биомассы. И почти 50 % этой биомассы составляет как раз целлюлоза. Но мискантус – растение теплолюбивое, и в диком виде произрастает в тропической, субтропической и теплоумеренной зонах Азии, Африки и Австралии. На вопрос, сохраняются ли ценные хозяйственные качества мискантуса в российских условиях – предстояло ответить ученым.
На протяжении нескольких лет изучением мискантуса занималась группа сотрудников Института цитологии и генетики СО РАН под руководством зам. директора института по научной работе к.б.н. Сергея Пельтека. В частности, был изучен путь, по которому протекает фотосинтез в клетках этого растения и оценена его интенсивность.
– Есть несколько путей протекания фотосинтеза, - рассказал один из участников группы, м.н.с. лаборатории молекулярной биотехнологии Алексей Розанов.
– C3-фотосинтез распространен преимущественно среди растений умеренного климата. C4-фотосинтез – более продуктивен, но он
распространен среди растений, произрастающих в жарком засушливом климате (кукуруза, сорго, сахарный тростник). Изучение и поиск растений, способных давать значительные количества биомассы в условиях высоких широт и холодного вегетационного периода, позволит использовать значительные маргинальные земли, не используемые в настоящее время в виду недостаточной эффективности ведения на них традиционного земледелия. Наиболее часто используемый в практике для получения биомассы M. × giganteus не может эффективно культивироваться в холодном климате, но существуют другие сорта, способные к росту в условиях холодного климата. Урожайность плантаций мискантуса в условиях умеренного климата зависит от эффективности аккумуляции солнечной энергии при низкой температуре вегетационного периода. Мискантус, в отличие от тех же кукурузы и сахарного тростника, сохраняет способность к высокопродуктивному фотосинтезу в условиях короткого и холодного вегетационного периода. Нашей задачей было определить, способны ли сорта мискантуса, произрастающие на территории Сибири и Дальнего Востока (включая выведенный нашими сотрудниками сорт Сорановский) к C4-фотосинтезу.
Выделив и изучив белок, который отвечает за протекание фотосинтеза у мискантуса, ученые доказали, что ему свойственен метаболизм типа C4, а значит, эта культура может быть интересна российским сельхозпроизводителям, так как способна давать хороший урожай и в наших непростых погодных условиях. Создание Федерального исследовательского центра (под руководством
академика Николая Колчанова) позволило вместе с селекционерами СибНИИРС (филиала ИЦиГ СО РАН) на протяжении нескольких лет не только на практике подтвердить пригодность этой культуры к новосибирскому климату, но и отработать технологию его посадки, выращивания и сбора урожая.
Его главные качества: – высокая урожайность при минимальных затратах на возделывание (возможность получать до 15 т сухой массы в течение 15–20 лет после однократных затрат на его посадку); – способность расти на почвах, непригодных для традиционного земледелия; – хорошее соотношение содержания целлюлозы и лигнина.
Работа с мискантусом принесла не только прикладные, но и научные результаты.
– Нам удалось продвинуться вперед в понимании молекулярных механизмов фотосинтеза, – отмечает руководитель проекта Сергей Пельтек. – Полученные результаты не только стали основой для научных статей, опубликованных в высокорейтинговых международных журналах, они открыли перспективу для дальнейшей работы. Кроме того, для решения поставленной
задачи по адаптации мискантуса к сибирским условиям, мы создали определенный цикл технологий, систему, которая позволяет определять белок, отвечающий за путь фотосинтеза. Этот метод, после некоторой доработки, может использоваться для оценки перспективности использования в российских условиях других, новых для традиционного сельского хозяйства, видов растений. Особенно это важно в отношении гибридов, при выведении которых участвовали растения, имеющие разные типы путей фотосинтеза. А таких гибридных сортов растений с каждым годом появляется все больше.
По материалам пресс-службы ФИЦ «ИЦиГ СО РАН»