Опубликованы результаты первого многостороннего исследования перспектив селекции растений для отрасли растениеводства будущего.
В опросе приняли участие представители из 15 европейских стран, включая фермеров, представителей агробизнеса, потребителей продуктов питания и ученых. Большинство из них назвали экологическую устойчивость наиболее важной целью для улучшения сельскохозяйственных культур. Исследование показало, что наиболее важными приоритетами селекции растений для повышения экологической устойчивости являются повышение эффективности потребления воды растениями, устойчивость к тепловому стрессу, более эффективное потребление азота и фосфора, а также оптимизация процесса фотосинтеза. В целом исследование подчеркивает важность системного подхода к селекции и учета потребностей и задач всех заинтересованных сторон для создания и развития успешных и устойчивых инноваций.
Приоритеты
В опросе, в котором приняли участие 254 респондента, были представлены потенциальные общие цели селекции, такие как экологическая устойчивость, урожайность и питательная ценность. Большинство респондентов на уровне фермеров (70%), потребителей продуктов питания (66%) и ученых (60%) выбрали устойчивость как наиболее важную цель для улучшения сельскохозяйственных культур. Респонденты из агробизнеса разделились между урожайностью (44%) и устойчивостью (38%) как наиболее важными целями (рис. 1). Питательная ценность была наименее часто выбираемым приоритетом в каждой группе опрошенных, менее 20% выбрали эту цель как наиболее важную. Однако, когда были представлены приоритеты селекции, связанные с продовольствием, более половины участников выбрали их как важные или очень важные. Это также отражено в относительно высоком проценте респондентов, выбравших продовольствие в качестве второй по важности цели: 58% респондентов на уровне фермеров, 44% на уровне агробизнеса, 49% на уровне ученых и 46% на уровне потребителей продуктов питания.
Четыре из пяти вариантов селекционных целей, которые наиболее часто отмечались важными, получили поддержку от всех групп заинтересованных сторон и относятся к категории экологической устойчивости. Эти цели включают “повышение эффективности потребления воды растениями”, “повышение устойчивости к тепловому стрессу”, “более эффективное потребление и использование азота” и “более эффективное потребление и использование фосфора”. Пятый вариант, который чаще всего выбирался как важный, различается в зависимости от групп заинтересованных сторон. Фермеры отдают предпочтение “улучшению фотосинтеза”, представители агробизнеса и ученые – “повышению содержания и качества белка”, а потребители продуктов питания склоняются к “повышению содержания витаминов и минералов”.
Самыми низкоприоритетными категориями стали улучшение усваиваемости биомассы и увеличение размера частей растений, пригодных для сбора урожая. Тем не менее, некоторая доля респондентов все же считает эти варианты важными или очень важными (соответственно, 43% и 40%). Обсуждения этих вариантов в фокус-группах позволяют предположить, что улучшение усваиваемости биомассы, возможно, рассматривается менее важным, потому что заинтересованные стороны уделяют больше внимания производству и потреблению продуктов питания, а не, например, биотопливу. Кроме того, были высказаны опасения относительно увеличения размера частей растений, пригодных для сбора урожая, и его влияния на качество продукции, урожайность, переработку и биомеханические нагрузки на структуры растений. Например, слишком крупные плоды могут привести к поломке стеблей. Тем не менее, одновременно отмечается потенциальное увеличение прибыли.
Повышение эффективности использования воды растениями, улучшение фотосинтеза и повышение содержания и качества белка были определены как приоритетные цели для улучшения сельскохозяйственных культур в соответствующих категориях. В среднем, по всей продовольственной системе, респонденты отметили их как важные или очень важные – 95,5%, 70% и 70% соответственно.
Оценка воздействия выбранных вариантов на продовольственные системы
Целью следующего этапа исследования было изучить потенциальное влияние трех выбранных приоритетов селекции – эффективности использования воды, содержания/качества белка и повышения урожайности – на экологическую устойчивость (прим. – оптимизация процесса фотосинтеза была заменена на урожайность, так как не было найдено источников, описывающих влияние этого показателя на продовольственные системы). Для этого был проведен анализ данных научных статей, исследующих влияние каждого из этих признаков.
Было найдено несколько исследований, в которых предпринимались попытки анализировать или количественно оценить экономические, социальные и экологические последствия данных селекционных приоритетов. Изначально было отобрано 1 398 работ, однако большинство из них было исключено, поскольку не содержало достаточного описания влияния на производственные и потребительские цепочки. В итоге, была проанализирована 21 статья. Почти половина из них (9 из 21) отражала только воздействие одного показателя (см. рис. 2). В большинстве исследований, связанных с потреблением воды, основное внимание уделялось воздействию на урожайность (8 из 10 работ). В исследованиях, касающихся белка, часто отмечалось влияние на два аспекта – качество и урожайность (5 из 6 работ). Качество было оцениваемым фактором во всех 21 документах и оказалось вторым по частоте рассмотрения: в общей сложности 8 документов упоминали этот показатель (два в категории урожайности и шесть в категории белка).
Преобладание исследований, связанных с урожайностью, указывает на сохраняющуюся важность этого фактора в целях селекции растений, несмотря на то, что влияние повышения урожайности на последующие производственные процессы не было достаточно исследовано в рассмотренной литературе.
Только в одном из исследований были указаны общие недостатки селекции, связанные с потенциальными потерями урожая из-за изменений климата. Однако ни в одном из рассмотренных исследований не было уделено достаточное внимание оценке возможных потерь и компромиссов, связанных с селекцией растений, включая, например, снижение питательных качеств при повышении урожайности.
Очевидно, что требуются дополнительные исследования, которые систематически оценивали бы выгоды и компромиссы в области селекции растений для разработки более полного экономического обоснования и руководства внедрением улучшенных сортов и гибридов. В частности, несмотря на подчеркивание участниками фокус-групп необходимости учета устойчивости к изменению климата, немногие исследования охватывали более широкие экологические последствия этих селекционных целей. Опасения заинтересованных сторон относительно рыночных потребностей и влияния на стоимость конечной продукции нашли отражение лишь в небольшом количестве исследований, где рассматривались экономические показатели. Стабильность урожайности в долгосрочной перспективе, которая привлекает внимание фермеров и агробизнеса, также не получила должного освещения в научных работах, исключительно ограничивающихся полевыми испытаниями продолжительностью не более 4 лет.
Новые вопросы
Для получения дополнительных качественных данных, дополняющих описанные выше количественные данные, и с целью выяснить, какие вопросы следует учитывать при разработке селекционных программ, были проведены фокус-группы. В результате обсуждений всеми заинтересованными сторонами было выявлено пять ключевых вопросов.
1. Альтернативы селекции растений; Во всех опрошенных группах признано важным оценивать существующие альтернативы селекции растений. Эксперты подчеркнули необходимость изучения и сравнения альтернативных подходов для достижения тех же результатов, например, таких как изменение практик сельского хозяйства, использование традиционных культур (heritage crops) и изменение рациона питания.
2. Минимизация компромиссов при определении селекционных целей. Например, селекция, направленная на снижение уровня содержания негативных и токсичных соединений в окружающей среде (например, углеводорода) потенциально может “принести в жертву” устойчивость к вредителям и болезням, что потребует большего использования пестицидов и так же будет иметь серьезные экологические последствия.
3. Разнообразие или универсальность потребностей, которые могут быть удовлетворены селекцией. Многие заинтересованные стороны отметили важность понимания как разнообразия, так и универсальности потребностей селекции растений, подчеркнув, что конкретные проблемы (например, солевой стресс), имеют различную географическую и/или временную значимость. В отличие от них, другие проблемы (например, такие как тепловой стресс), будут влиять на широкий спектр культур и географических регионов.
4. Устойчивость продовольственных систем. Была выделена необходимость повышения устойчивости продовольственных систем, особенно в контексте изменения климата и усиления экстремальных погодных явлений, которые ожидаются в ближайшие десятилетия.
5. Биотехнология растений и регулирование. Всеобъемлющая нормативно-правовая база, в рамках которой осуществляется селекция растений и биотехнология растений, также была затронута всеми заинтересованными сторонами, которые задавались вопросом о том, какие успехи в селекции растений реально достижимы в рамках действующих ограничений на селекцию в ЕС и что может ждать биотехнологию растений в будущем.
Было множество других вопросов, которые были упомянуты только одной или двумя группами респондентов, но имеют важное значение для будущего успеха селекции сельскохозяйственных культур. Например, группа фермеров обсудила необходимость селекции сельскохозяйственных культур с целью соответствия принципам устойчивого сельского хозяйства. Они обсудили идею селекции “парных культур” специально для совместного посева, что потенциально может повысить эффективность и принести выгоды в виде сокращения потребностей в ресурсах.
Представители группы потребителей продуктов питания также обсудили необходимость регулирования отрасли, которое способствовало бы внедрению технологических инноваций в селекционный процесс, учитывая при этом сопутствующие риски. ни отметили, что регулирование необходимо модернизировать и сделать более “активным”, чтобы не препятствовать селекционерам в использовании новых решений.
Группы на уровне фермеров и потребителей также подчеркнули важность улучшения коммуникации и обмена знаниями, а также более тесного взаимодействия между учеными, политиками, фермерами и потребителями как ключевого фактора развития научных исследований, политики и принятия обоснованных решений.
Заинтересованные стороны на уровне фермеров и агробизнеса также обсудили несколько схожих вопросов, включая важность стремления к комплексному подходу в селекции. Например, селекционные программы, учитывающие целый комплекс потребностей, связанных с будущей климатической неопределенностью (например, культуры с улучшенным водопотреблением, повышенной устойчивостью к тепловому стрессу и эффективным использованием азота).
Заинтересованные стороны на уровне потребителей и агробизнеса также выразили обеспокоенность относительно (не)приемлемости использования биотехнологии растений и подчеркнули необходимость взаимодействия с потребителями по этому вопросу. При обсуждении вопроса о том, на что следует обратить внимание при селекции растений, помимо вариантов, представленных в проекте, участники фокус-групп и опроса отметили необходимость уделить внимание будущему воздействию вредителей и болезней и так же включить их к приоритетным аспектам селекции.