Ученые свое слово сказали. А дальше что?
Выведенный учеными Института цитологии и генетики (ИЦиГ, Новосибирск) сорт многолетнего растения мискантус позволит отказаться от вырубки лесов и обеспечить потребности России в целлюлозе, считает научный руководитель ИЦиГ Николай Колчанов.
«Это растение было окультурено у нас в ИЦиГ. Эта работа началась более 25 лет назад — в природе на Дальнем Востоке была найдена популяция мискантуса, его окультурили. В результате удалось создать первую в постсоветской России техническую культуру, зарегистрированную в Реестре сельскохозяйственных растений», — отметил он.
«При правильном выращивании мискантус содержит до 15 тонн целлюлозы на гектар. В нем отмечено низкое содержание лигнина, то есть, он не требует применения «тяжелой» химии», — рассказал ученый.
По его словам, в настоящее время у ИЦиГ есть плантация мискантуса площадью около 40 га, которая может играть роль питомника.
«Два миллиона гектаров (мискантуса — ИФ) хватит, чтобы закрыть все наши потребности, причем, эти площадки могут располагаться там, где есть большие массивы неиспользуемых земель», — сообщил Н.Колчанов.
Он добавил, что мискантус произрастает на почвах, которые не пригодны для других культур, в том числе на солонцовых. Это многолетнее растение, которое может расти на одном месте 20 лет.
Со своей стороны, замдиректора ИЦиГ Петр Куценогий отметил, что в мире в настоящее время наблюдается тенденция отказа от древесины и хлопка в качестве базовых источников целлюлозы, которая нужна, помимо производства бумаги и тканей, для производства современных композитных материалов и порохов (нитроцеллюлоза).
Поэтому, если площади под мискантусом увеличить до 20 млн гектаров, можно получить дополнительную статью доходов — в этом случае 90% целлюлозы можно отправлять на экспорт, сказал П.Куценогий.
«Спрос не целлюлозу в мире растет, это может быть очень хорошей экспортной позицией», — добавил он.
ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИСКАНТУСА, ПЕРСПЕКТИВНОЙ КУЛЬТУРЫ ДЛЯ БИОЭКОНОМИКИ
И.Г. Тараканов, Н.Ф. Хохлов, М.Н. Чижова
РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва
Биоэкономика сегодня уже занимает важное место в формировании ВНП в ведущих западноевропейских странах, чего пока нельзя сказать о России. Тем острее встает необходимость проведения научных исследований в данном направлении, в том числе и по поиску и селекции новых перспективных культур. Возрастающий дефицит ископаемого углеводородного топлива диктует необходимость поиска и развития альтернативных источников энергии, включая биомассу растений. С позиций глобальной экологии приоритетную значимость приобретают культуры, снижающие парниковый эффект и тормозящие эрозию почвы. Комплексные сравнительные исследования европейских ученых с рядом древесных, кустарниковых и многолетних травянистых растений показали, что одной из перспективных биоэнергетических культур на сегодняшний день является мискантус, Miscanthus spp. Мискантус – многолетнее травянистое корневищное растение, происходящее из Восточной Азии. Генотипы тропических и субтропических видов в теплых и влажных климатических условиях достигают в высоту 5 м и более. Стебель устойчив к полеганию и может достигать в толщину до 2 см. Благодаря специфической организации фотосинтетической деятельности по С4-пути мискантус отличается высокой эффективностью использования воды и колоссальной продуктивностью – урожайность сухой биомассы достигает 40 т с гектара [1]. Изучаемые формы мискантуса могут за небольшой период занять достаточно большие пространства благодаря далеко распространяющейся корневой системе и корневищам. Это свойство является преимуществом при его посадке на эрозионноопасных склонах и в засушливых местах.
Сегодня мискантус рассматривают как одну из наиболее перспективных культур для производства лигнино-целлюлозной биомассы для использования в качестве возобновляемого источника топлива и производства композитных материалов (заменителей дерева и пластмасс) [2, 3]. Это связано как с ценными химическими свойствами его биомассы, так и с характерными для этого растения высокими темпами роста и колоссальной биологической продуктивностью, в том числе – в условиях умеренного климата. Последнее свойство связано с повышенной холодоустойчивостью растений и способностью поддерживать в этих условиях высокую интенсивность фотосинтеза за счет термолабильности ключевых ферментов фотосинтеза – Рубиско и пируватортофосфатдикиназы [4]. В этом отношении мискантус выгодно отличается от большинства других С4-растений, включая кукурузу, – у них активность ферментов при понижении температуры падает. Повышенная холодоустойчивость мискантуса делает его перспективным кандидатом для интродукции в континентальные районы России.
Важно подчеркнуть, что плантации мискантуса существенно превосходят по эффективности накопления биомассы лучшие леса умеренной зоны Евроазии [5]. Урожайность биомассы высокая: в оптимальных условиях при выращивании отдельных генотипов можно получить в среднем 18-20 т/га сухого вещества, при менее благоприятных условиях — 15-18 т сухого вещества/га. Для целей биоэнергетики интерес представляют ряд генотипов мискантуса, особенно Мискантус гигантский – триплоидный видовой гибрид с 57 хромосомами, появившийся в естественной флоре Японии при случайном скрещивании тетраплоидной формы Mискантус сахароцветковый с 76 хромосомами и диплоидной формой Mискантус китайский с 36 хромосомами.
Растения мискантуса способны произрастать на одном месте свыше 20 лет, что существенно снижает потребность в оборотных средствах. Они слабо поражаются вредителями и болезнями и могут возделываться без химических средств защиты. Кроме того, мискантус успешно выполняет экологические и средоулучшающие функции: защищает ландшафты от эрозии, способствует накоплению органического вещества в почве, значительно уменьшая эмиссию СО2. Длительный вегетационный период, почвы с хорошей увлажненностью, но не затапливаемые, а также почвы с низкой плотностью обеспечивают получение высоких урожаев биомассы. Анализ агроклиматических условий показывает, что в западном и северо-западном регионах России возможно без орошения в значительной мере реализовать генетический потенциал этой культуры. К факторам, ограничивающим на сегодня возделывание мискантуса в умеренно-континентальном климате, является риск плохой перезимовка в первый год после закладки плантаций. Опасность возрастает, когда, к примеру, после вспашки наблюдается избыток азота в пахотном слое, способствующий активизации ростовых процессов [6].
В контексте оценки перспективности возделывания мискантуса в России необходимо осуществить комплексное исследование эффективности производства биомассы растений в разных природно-климатических зонах РФ и выделить перспективные сорта и гибриды культуры, отличающиеся повышенной урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным факторам среды. Параллельно с этим необходимо вести разработку ресурсосберегающей технологии выращивания мискантуса, опираясь на уже существующий западноевропейский опыт. Важным этапом селекционно-генетической и интродукционной работы является расширение генетического разнообразия культуры путем оценки имеющегося и вновь полученного селекционного материала в разных регионах с различающимися почвенно-климатическими условиями. Использование новых генетических форм должно позволить расширить зону возделывания мискантуса.
Основные конкурентные преимущества инновационной продукции для получения биотоплива на основе биомассы мискантуса связаны с его более высокой продуктивностью по сравнению с другими видами многолетних трав (например, канареечником), устойчивостью к неблагоприятным условиям среды, повышенной эффективностью использования воды и почвенных питательных веществ, повышенным содержанием лигнина в биомассе и, как следствие, ее повышенной теплотворной способностью. Как показывают экспериментальные исследования, M. sinensis более пластичен в отношении засухи, поэтому созданные на его основе сорта представляют особый интерес для возделывания в отсутствие искусственного орошения в районах, где наблюдаются кратковременные и средние по продолжительности засухи [1]. В условиях Сибири установлена высокая зимостойкость популяций мискантуса китайского [5]. M. sacchariflorus, обладающий наиболее высокой эффективностью использования воды, может быть использован в гибридных комбинациях с другими видами мискантуса [5]. Сегодня, в том числе – благодаря работам селекционеров, уже создан богатый исходный материал для интродукции и акклиматизации мискантуса.
Основные проблемы при интродукции мискантуса в России связаны, на наш взгляд, с пониженной зимостойкостью отдельных видов. В связи с этим одной из задач нашей работы является отбор по результатам сравнительно-физиологического изучения генотипов мискантуса, пригодных для выращивания в условиях континентального климата.
Работа выполняется в ходе проекта “OPTIMISC” FP7-KBBE-2011-5 7-й Рамочной Программы Европейского Союза, грант № 289159.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Clifton-Brown, J.C., Lewandowski, I. Water use efficiency and biomass partitioning of three different Miscanthus genotypes with limited and unlimited water supply// Annals of Botany. – 2000. – V. 86. — P. 191-200.
2. Lewandowski, I., Scurlock, J.M.O., Lindvall, E., Christou, M. The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe // Biomass and Bioenergy. – 2003. V. 25. — P. 335-361.
3. Heaton, E.A., Flavell, R.B., Mascia, P.N., Thomas, S.R., Dohleman, R.G., Long, S.P. Herbaceous energy crop development: recent progress and future prospects // Current Opinion in Biotechnology. – 2008. V. 19. — P. 202-209.
4. Naidu, S.L., Moose, S.P., Al-Shoaibi, A.K., Raines, C.A., Long, S.P. Cold tolerance in Miscanthus x giganteus: adaptation in amounts and sequence of C4 photosynthetic enzymes // Plant Physiology. – 2003. V. 132. — P. 1688-1697.
5. Шумный, В.К., Вепрев, С.Г., Нечипоренко, Н.Н., Горячковская, Т.Н., Слынько, Н.М., Колчанов, Н.А., Пельтек, С.Е. Новая форма Мискантуса китайского (Веерника китайского Miscanthus sinensis Anders.) как перспективный источник целлюлозосодержащего сырья // Вестник ВОГиС. – 2010. – Т.14, № 1. — С. 122-126.
6. Pude, R., Franken, H., Diepenbrock, W., Greef, J.M. Ursachen der Auswinterung von einjährigen Miscanthus-Beständen // Pflanzenbauwiss. — 1997. V. 4/97. — S. 171-176.
Еще подробнее о коммерциализации ЗДЕСЬ