Фитотронный комплекс: «искусственное лето» для высокого урожая круглый год

Компания «Щёлково Агрохим» совместно с «КлимБиоТех» открыла в Орловской области на базе научно-производственного объединения «Бетагран Семена» уникальный фитотронный комплекс. Проект позволяет получать до шести поколений пшеницы в год, что в несколько раз превышает показатели стандартных методов селекции.

Искусственный климат как инструмент управления временем

В основе работы фитотронного комплекса, построенного «Щёлково Агрохим» на базе НПО «Бетагран Семена», лежит технология спидбридинга (speed breeding) – метода, который позволяет радикально сократить селекционный цикл за счёт оптимизации светового, температурного и питательного режимов.

«Суть в создании идеального «искусственного лета», – поясняет Александр Фрейманс, технический директор компании «КлимБиоТех», выступившей подрядчиком проекта. – Мы не провоцируем мутации растений, не используем ГМО. Мы оптимизируем условия (свет, температуру, влажность, питание), чтобы растение проходило цикл развития максимально быстро и без стресса».

Ключевой элемент технологии – светодиодное освещение нового поколения. В климатических камерах установлены разработки компании Just Grow – светодиодные решения с рекордной плотностью фотосинтетического фотонного потока. Интенсивность достигает 2500 микромоль/м² в секунду – это аналог яркого солнечного излучения. Используются специфические спектры (красный 660 нм, синий 450 нм), которые управляют фотоморфогенезом: «командуют» растению, когда переходить к цветению, а когда наращивать вегетативную массу. Отметим, это полностью отечественное производство и собственные российские разработки.

«Основной момент – освещение, – подчёркивает директор Департамента селекции и семеноводства «Щёлково Агрохим», д. с.-х. н., член-корреспондент РАН Александр Прянишников. – В наших камерах освещение полностью имитирует солнечный световой поток, и мы можем моделировать даже его определённый спектр. А это, как мы знаем, самый важный фактор ускорения процесса роста растений».

Но комплекс, созданный «Щёлково Агрохим», – это не только про ускорение. Он позволяет моделировать любые погодные сценарии, включая экстремальные. «Сейчас нам нет необходимости ждать, когда у нас будет бесснежная холодная зима, – продолжает Прянишников. – Пожалуйста, в соседней комнате, в кабинете номер 40, мы получаем зиму с температурой до -17–22 °С. Подобные возможности позволяют оценивать сорта на морозостойкость, проверять в контролируемых условиях их устойчивость к засухе и к другим стрессовым факторам, не дожидаясь подходящего сезона в поле».

Спидбридинг: вместо 5 лет – 1 год

Главная проблема классической селекции – длительность цикла. Создание новых сортов и гибридов традиционными методами обычно занимает 10–12 лет. При классической схеме требуется до 6 лет, чтобы надёжно выделить растения для их первичного отбора в полевых условиях. Такой подход уже не отвечает вызовам времени: климат меняется, появляются новые патогены, требуются более пластичные и адаптивные сорта.

Фитотронный комплекс «Щёлково Агрохим» в Орле предлагает системное решение этой проблемы. «Ускорение селекционного процесса было освоено российскими учёными ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ), а сейчас этот опыт перешёл к нам, – отметил на открытии генеральный директор «Щёлково Агрохим», д. х. н., академик РАН Салис Каракотов. – Мы ускоримся в создании новых селекционных материалов, в усовершенствовании уже известных наших сортов и гибридов, которые здесь разрабатываются».

Конкретные цифры озвучивает Александр Прянишников: «Получение сортов орловской пшеницы ускоряется в 2 раза. Теперь вместо 10–12 лет за 6 лет можно получить новый сорт. С применением технологии спидбридинг здесь можно будет получать до шести поколений пшеницы в год, а с использованием биотехнологических подходов селекции (дигаплоидов) можно добиваться константности селекционных форм за год. Ускорение селекции превышает стандартные методы в разы».

Александр Фрейманс детализирует, как меняется логистика селекционной работы: «В первую очередь это непрерывность селекционного процесса. Между гибридной парой и началом отбора раньше проходило 5 лет, сейчас эти 5 лет можно сжать в один год. Мы не отдыхаем осенью, зимой и весной, мы здесь работаем, получаем четыре дополнительных поколения, а на пятое поколение, на следующий год в поле, мы можем уже отбирать то, что подойдёт».

Двойное назначение: селекция и испытание агрохимикатов

Фитотронный комплекс «Щёлково Агрохим» имеет не только селекционное, но и важнейшее агрохимическое значение. Для компании как крупнейшего отечественного производителя средств защиты растений фитотрон становится мощнейшим инструментом R&D (процесс создания новых продуктов, услуг или технологий, а также улучшения уже существующих).

Александр Фрейманс обращает внимание на это крайне важное направление. «В контролируемых условиях можно с беспрецедентной скоростью и точностью тестировать эффективность новых препаратов, их комбинаций и дозировок против различных патогенов на разных культурах и сортах. Это ускоряет не только скорость селекции, но и разработку комплексных агротехнологий “сорт + препарат”».

Это означает, что теперь исследователи компании в сжатые сроки могут проверять, как новые химические соединения работают на конкретных генетических линиях, оптимизировать дозировки и схемы применения, не дожидаясь полевого сезона. Такой подход сокращает путь от лабораторной разработки до внедрения в сельхозпроизводство и позволяет создавать не просто сорта или препараты по отдельности, а целые агротехнологические пакеты, где генетика и химия работают в синергии.

Международное измерение: выход на африканские рынки

Один из наиболее интересных аспектов работы нового комплекса «Щёлково Агрохим» – международное сотрудничество. «Здесь посеяна египетская пшеница, потому что у нас очень большой проект по вхождению на африканский материк, – рассказывает Александр Прянишников. – Мы работаем с нашими египетскими друзьями, коллегами. Они прислали нам образцы. За эту зиму мы проверили, как они себя ведут».

Почему египетская пшеница представляет особый интерес для селекционеров? «Они обладают генами нечувствительности к фотопериоду, которые позволяют им не обращать внимания на длину дня, – поясняет Александр Иванович. – Они даже вегетируют быстрее в условиях укороченного дня, что позволяет им в естественных полевых условиях ускоряться ещё во время вегетации. В полевых условиях текущего года мы получили подтверждение, что все образцы египетской пшеницы выколосились раньше, чем наша российская пшеница, а один образец в этом вопросе показал ещё более незаурядные свойства».

Это свойство крайне ценно: гены, позволяющие растению не зависеть от длины светового дня, открывают возможности для дальнейшего ускорения селекционных циклов и создания сортов, адаптированных к различным фотопериодическим условиям – от южных регионов России до африканских широт. Таким образом, фитотрон «Щёлково Агрохим» становится не только инструментом укрепления внутреннего продовольственного суверенитета, но и платформой для продвижения российских селекционных достижений на международные рынки.

Цифровые технологии и ИИ в селекционном процессе

Современный фитотрон «Щёлково Агрохим» – это не просто климатические камеры. «Благодаря такому комплексу, который сегодня построил нам «КлимБиоТех», мы имеем большие возможности для развития селекционных программ «Щёлково Агрохим», – подчёркивает Александр Прянишников. – Это цифровое фенотипирование, использование искусственного интеллекта, который позволяет контролировать водный и питательный режимы растений».

Цифровое фенотипирование – это автоматизированный сбор и анализ данных о внешних признаках растений (высота, форма листа, скорость роста, количество зёрен в колосе и т.д.) на протяжении всего цикла развития. Искусственный интеллект обрабатывает эти данные в реальном времени, выявляя корреляции между генотипом и фенотипом, что позволяет селекционерам принимать обоснованные решения о том, какие линии оставлять для дальнейшей работы, а какие отбраковывать.

Это радикально повышает точность и скорость отбора, превращая селекцию из искусства в высокотехнологичный инженерный процесс. Как отмечает Александр Фрейманс, «мы создаём хорошие условия для учёных, которые могут посвящать больше времени своим экспериментам. И мы этому очень рады».

Кооперация науки и производства

Открытие фитотрона «Щёлково Агрохим» – это не изолированный проект, а часть масштабной кооперации научных и производственных структур. «Орловщина возрождает свои традиции, – говорит Александр Прянишников. – Неслучайно здесь в конце ХIХ века появилась Шатиловская опытная станция, предопределившая начало в развитии сельскохозяйственной науки в России. Сегодня идёт виток по спирали. Орловская область становится именно тем регионом, который притягивает к себе важные предприятия и научные организации Российской Федерации».

В рамках научного консорциума сегодня тесно работают ВНИИ сельхозбиотехнологий, Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН, Всероссийский НИИ кормов имени В. Р. Вильямса и Орловский аграрный университет. «Именно эта совместная работа стала основой для создания Национального центра по семеноводству, идею по созданию которого одобрил Президент РФ, – подчёркивает Прянишников. – Я уверен, что именно такая консолидация научных сил на территории Орловской области даст большой виток развитию аграрной науки не только в Российской Федерации, но и в мире в целом».

География масштабирования и перспективы технологии

Технология спидбридинга, реализованная в фитотронном комплексе «Бетагран Семена» компании «Щёлково Агрохим», уже имеет значительный опыт внедрения в России. По данным Александра Фрейманса, на сегодняшний день в разных регионах страны построен 31 фитотрон. Среди них не только научные центры в Москве и Санкт-Петербурге, но и предприятия в ключевых аграрных регионах: в Краснодарском крае, Воронежской, Белгородской, Брянской, Калужской, Костромской областях. Эта география показывает растущий интерес к технологии со стороны не только науки, но и бизнеса: коммерческие компании видят в спидбридинге реальное конкурентное преимущество.

«Если технология перестаёт быть экспериментом и становится стандартной практикой для лидера отрасли, это главный показатель её ценности и зрелости», – резюмирует Фрейманс.

Для «Щёлково Агрохим» фитотрон в Орловской области становится частью большого R&D-цикла. «Ускорение селекционного процесса было освоено российскими учёными, а сейчас этот опыт перешёл к нам, – напомнил Салис Каракотов. – Орловская область ускоряется по селекции с участием «Щёлково Агрохим» не первый год. Именно здесь появился новый биотип пшеницы, который мы называем орловским биотипом, и он уже распространяется по всей стране. Семена разных культур нашей селекции мы видим не только в Центральной России, но и в Поволжье, на Урале, в Беларуси и даже южнее – в Ростовской области, в Ставропольском крае».

Ускорение как стратегический императив

«Страна должна ускоряться. Технологического суверенитета медленными темпами достичь невозможно», – эти слова Салиса Каракотова, произнесённые на открытии фитотронного комплекса, точно отражают суть произошедшего события. Открытие фитотрона на базе НПО «Бетагран Семена», реализованное компанией «Щёлково Агрохим», – это не установка очередного научного оборудования. Это создание инфраструктурной основы для новой парадигмы селекции, где время перестаёт быть непреодолимым ограничением.

Комплекс даёт исследователям «Щёлково Агрохим» возможность активно управлять селекционным процессом: сжимать годы в месяцы, моделировать любые климатические сценарии, тестировать гипотезы с беспрецедентной скоростью. Цифровое фенотипирование, искусственный интеллект, передовые биотехнологии – всё это объединено в единую систему, работающую на главный результат: создание конкурентоспособных отечественных сортов и гибридов, способных обеспечить продовольственную безопасность страны в условиях быстро меняющегося мира.

Как подытожил Александр Прянишников: «Наконец-то исполнилось желание Мичурина, который говорил, что нам не надо ждать милостей от природы. Теперь мы можем взять у природы лучшее, смоделировать и усовершенствовать».