10. Определено оптимальное сочетание экстенсивных и интенсивных признаков фотосинтетической деятельности. Установлен возможный диапазон варьирования различных признаков структуры и функции оптимального фотосинтетического аппарата и вероятные типы сочетания этих признаков для формирования высокой продуктивности.

11. Подтвержден относительно независимый характер проявления и наследуемости (дискретность) фотосинтетических признаков, определяющий различные варианты их взаимосвязи и взаимообусловленности. При этом активность фотосинтетических процессов на “низком” уровне организации: фотосистема, хлоропласт, - может оказаться не реализованной на более высоких уровнях организации фотосинтетического аппарата: лист, растение.

12. Установлено, что высокая фотосинтетическая продуктивность определяется, с одной стороны, высокой автономностью фотосинтетических структур низших порядков (хлоропласт, лист) и, с другой стороны, сложной системой интеграции фотосинтетических признаков в системе целого растения.

Концептуальная модель оптимального фотосинтетического типа растения пшеницы характеризуется следующими признаками:

на уровне фотосистем - увеличением активности “гипотетического” реакционного центра фотосистемы II;

на уровне хлоропласта – активацией первичных процессов преобразования световой энергии, высокой степенью сопряженности восстановительных процессов с синтезом АТФ, возрастанием скорости циклического и, в значительной мере – нециклического фотофосфорилирования, повышением функциональной активности единичного хлоропласта;

на уровне листа – активацией первичных систем ассимиляции углекислоты - РБФКО, - и интенсивности поглощения углекислоты листом на фоне усиленного оттока, осуществлении фотосинтетической деятельности как основы высокой продуктивности у оптимального фотосинтетического типа растения пшеницы.

Концептуальная модель оптимального фотосинтетического типа растения пшеницы с высокой продуктивностью позволила подойти к включению фотосинтетических технологий в селекционный процесс и созданию сортов с высокоактивным фотосинтетическим аппаратом. Разработанная модель также может являться средством для разработки программ молекулярных и генетических манипуляций фотосинтезом, создания трансгенных растений и С3-С4 интермедиатов с повышенной эффективностью фотосинтетического аппарата и устойчивостью к абиотическим стрессам.

Использование гаметоцидов в гетерозисной селекции.

С созданием эффективных химических гаметоцидов начался новый этап в их селекции и производственном использовании. В США компанией Rohm and Haas и в Великобритании компанией Shell синтезированы химические гаметоциды (WL 84811 и PH 0007), подавляющие развитие только мужских гамет. С их помощью в США, Великобритании, Франции, Италии и ряде других стран получено большое количество гибридов пшеницы, дающих устойчивую прибавку урожая (15—20%) по сравнению с современными высокопродуктивными сортами. При биологической стерилизации пыльцы на основе ЦМС период создания гибридов пшеницы сокращается с 10—12 до 3—4 лет. Гаметоциды перспективны также для ячменя, риса, ржи и других культур (Федин, Кузнецова, 1977)

Исследования, проведенные по данной проблеме, позволили установить изменения метаболических процессов, происходящих в растительном организме в результате воздействия растворов химических соединений, обладающих гаметоцидной активностью. Было показано, что эффект гаметоцидов по своему действию на проницаемость клеточных мембран аналогичен эффекту стерилизующей цитоплазмы при перемещении в нее ядра. Иными словами, применение этих препаратов вызывает мужскую, а порой и частично женскую стерильность.

Для создания мужских стерильных растений пшеницы и других культур в нашей стране были испытаны некоторые химические соединения — этрел, гидразид малеиновой кислоты, нафтилуксусная кислота и др. (Федин, Кузнецова, 1977). В реализации эффекта гетерозиса у зерновых, особенно пшеницы и других культур, важным является поиск эффективных гаметоцидов, обеспечивающих 100%-ю стерильность мужского гаметофита при обработке посевов и не проявляющих отрицательных побочных действий (задержка прохождения фенологических фаз у растений и др.). Применение гаметоцидов позволяет снизить затраты, сократить сроки, упростить схемы производства семян гибридов и в конечном счете обеспечивает рост продуктивности и стабильности урожая зерновых культур (благодаря более широкому использованию гетерозиса).

Во ВНИИСБ ведутся исследования цитоплазматической мужской стерильности с помощью методов генной инженерии. Генетически обусловленная мужская стерильность позволяет исключить ручную кастрацию при скрещивании, что значительно облегчает и удешевляет селекционную работу и массовое производство гетерозисных гибридных семян. Изучаются молекулярные основы ЦМС кукурузы S(M) — типа, широко используемого селекционерами России, Украины, Молдавии. Показано, что стерильность обусловлена экспрессией плазмы — автономного генетического элемента митохондрий кукурузы S-типа. Установлено строение участка ДНК, ключевого для развития ЦМС. Исследуется особенность экспрессии этого фрагмента и его взаимодействие с другими элементами, необходимыми для ЦМС. Полагают, что генно-инженерную мужскую стерильность можно будет вызывать не только у растений кукурузы, но и у представителей многих других сельскохозяйственных культур, для которых актуальна задача получения гетерозисных гибридов.

Методы биотехнологии в селекции на продуктивность.

За последние 20 лет биотехнология, используя рекомбинантные (полученные за счет объединения вместе не встречающихся в природе фрагментов) ДНК, превратилась в неоценимый новый научный метод исследования и производства продукции сельского хозяйства. Рекомбинантная ДНК позволяет селекционерам отбирать и вводить в растения гены «поодиночке», что не только резко сокращает время исследований по сравнению с традиционной селекцией, избавляя от необходимости тратить его на «ненужные» гены, но и дает возможность получать «полезные» гены из самых разных видов растений. Эта генетическая трансформация сулит огромную пользу для производителей сельскохозяйственной продукции, в частности, повышая устойчивость растений к насекомым-вредителям, болезням и гербицидам. Дополнительные выгоды связаны с выведением сортов, более устойчивых к недостатку или избытку влаги в почве, а также к жаре или холоду — основным характеристикам современных прогнозов грядущих климатических катаклизмов. Наконец, немалую выгоду может получить от биотехнологии и непосредственно потребитель, поскольку новые сорта обладают более высокими питательными свойствами и другими характеристиками, сказывающимися на здоровье (Борлауг, 2001).

Новые сорта трансгенных растений достаточно быстро завоевывают популярность в среде производителей. Это — пример наиболее быстрого распространения (как результатов, так и методов) во всей многовековой истории сельского хозяйства. В период с 1996 по 1999 год площади, засеянные трансгенными сортами основных продовольственных культур, увеличились почти в 25 раз (с 1,7 до 40 млн га).