Ген хлеба. Как в Беларуси сохраняют старые культуры и выводят новые

Источник материала:

«Чтобы по-настоящему понять, как рождается хлеб, нужно понаблюдать за беспрерывной и невероятно сложной работой селекционера», — уверены наши ученые. В продолжении совместного с КУП «Минскхлебпром» проекта «Путь хлеба» TUT.BY отправился в Жодино, чтобы с сотрудниками Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси по земледелию увидеть современный Ноев ковчег — благодаря ему не только сохраняются уникальные растения, но и появляются новые сорта зерновых для приготовления вкуснейшего хлеба.

Ген будущей пшеницы

В научно-практическом центре нас встречает руководитель отдела генетических ресурсов растений, кандидат сельскохозяйственных наук Ирина Матыс и сразу же отвечает на еще не заданный вопрос:

— Меня все время спрашивают, какие успехи у наших селекционеров. Сравните: в советское время на белорусских полях на одном гектаре получали 10 центнеров пшеницы. Проще говоря, с такого участка можно было собрать 1000 килограммов зерна. Наши ученые уже создали сорта, урожайность которых в десять раз выше!

Селекционеры изучают генетическое строение зерновых культур. При этом используются ДНК-методы: благодаря им можно найти необходимый ген, который отвечает за искомый признак растения. Ученый может работать над устойчивостью пшеницы к болезням, ее морозостойкостью и так далее. Найденные гены он целенаправленно будет вводить новому сорту. Чем полнее информация по предложенному образцу, тем больше шансов на успех, чтобы в итоге получить продукт с необходимыми показателями.

— Обижает, когда люди недооценивают важность работы ученых, — говорит собеседница. — Мы делаем всё, чтобы на столах у белорусов всегда был хлеб. К примеру, последние три года в стране наблюдается засуха, что не характерно для климатической зоны Беларуси. Система искусственного орошения полей — удовольствие дорогое и у нас не применяется. А селекционеры уже работают над созданием сортов, которые будут давать стабильный урожай в условиях засушливой погоды.

Чтобы селекционер мог создать высокоурожайный сорт, ему нужны образцы — источники необходимых признаков. Эффективнее всего использовать материал из генетического банка растений — не зря ученые называют его началом селекционного процесса.

Растениеводческий Ноев ковчег

В белорусском генетическом банке растений находится 38 тысяч коллекционных образцов, среди которых около восьми тысяч зерновых культур. Одной только пшеницы — и яровой, и озимой — можно насчитать более четырех тысяч образцов. Научно-практический центр в Жодино руководит республиканской программой «Генофонд растений», в которой участвуют 13 научных учреждений по всей стране.

— В советское время белорусские селекционеры все свои сорта передавали на хранение в ленинградский Всесоюзный институт растениеводства имени Вавилова, — рассказывает Ирина Матыс. — После обретения самостоятельности многие контакты в этой сфере были потеряны, и селекционеры ощутили определенный голод в генетических ресурсах.

Программа «Генофонд растений» заработала в стране в 2000 году, наш генбанк и его базовая коллекция были сформированы к 2015 году. Недавно в Беларусь с визитом приезжала международный эксперт ФАО (Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН) по генным банкам Ева Тхорн. Она публично сказала, что белорусские ученые добились выдающихся результатов: за такое короткое время не только собрали полноценную коллекцию, но и в соответствии с мировыми стандартами систематизировали ее.

Белорусский генбанк вошел в состав интегрированных генных банков Европы. Это позволяет нашим ученым получать от заграничных коллег уникальный материал для селекции. Отечественные сорта также очень востребованы. К примеру, европейские ученые признали 19 образцов белорусской озимой пшеницы уникальными по своему происхождению.

А в Норвегии на островах архипелага Шпицберген во всемирном хранилище генных ресурсов находится 500 белорусских образцов ячменя и пшеницы.

Минус 18 градусов — плюс сорок лет хранения

Сохранение всего этого богатства — особая наука. Образцы, предназначенные для текущей работы, долго не залеживаются. Рассортированные и промаркированные, они хранятся в стеклянных банках при комнатной температуре и постоянно выдаются селекционерам. Активная коллекция, необходимая для передачи отечественным и зарубежным ученым, сохраняется в специальной камере при температуре +3 градуса. Ирина Станиславовна объясняет:

— Эти материалы сохраняются в течение 15 лет. Каждые пять лет мы контролируем их жизнеспособность. Если они утрачивают былую лабораторную всхожесть (соотношение количества проросших зерен к количеству высеянных в чашку Петри семян. — Прим. TUT.BY), то зерна приходится изымать, высеивать в поле, а урожай заново готовить к закладке.

Кроме этого, здесь есть долгосрочная базовая коллекция. Это золотой фонд коллекции, где образцы готовятся к путешествию во времени. Некоторые из них будут извлечены и посеяны через сорок лет.

Перед тем как коллекционные образцы заложить на хранение, их необходимо поместить в сорбционную камеру. В ней поддерживается температура воздуха +20 °С, но при этом минимальная влажность — 3−5%. После этой процедуры образцы готовят к закладке. Их расфасовывают в специальные упаковки. В маленькие помещается 500 зерен, в большие — до 2000. Маркируют номером, в котором зашифрованы данные о стране происхождения, культуре, ее виде и разновидности. В вакуумной машине пакет запаивают, а после — помещают в камеру, где при температуре минус 18 градусов он будет храниться до 40 лет. Эти условия позволяют реже проводить контрольные проверки — всего лишь раз в 10 лет.

Метод шоковой заморозки используется и для хранения уже готового хлеба. Например, КУП «Минскхлебпром» благодаря охлаждению продукции до -30 градусов и хранению при −18…−20 градусах может поставлять хлеб в Китай, ОАЭ и даже на Сахалин.

Ирина Станиславовна подчеркивает, что длительное сохранение образцов в условиях генного банка выгодно экономически: оно позволяет избежать многочисленных затрат. Без минусовых температур культуры приходилось бы каждый год пересевать и тратить деньги на поддержание сорта.

Кстати, стеллажи камер уже заполнены под завязку. Ученые надеются, что в ближайшее время получат новую холодильную установку, а в перспективе — новое здание, в котором необходимое для хранения оборудование будет запланировано на стадии проектирования. Коллекция, признанная объектом национального достояния, этого заслуживает.

В тренде — староместное

Коллекционные образцы из генбанка передаются в отделы научно-практического центра на изучение. Селекционеру предстоит описать более сорока признаков по каждому образцу, а потом еще три года изучать их в полевых условиях. Руководитель лаборатории озимой пшеницы, кандидат биологических наук Станислав Гордей рассказывает, что на создание сорта с нуля нужно потратить не менее 10−12 лет. Все начинается с изучения образцов мировой коллекции, выделения ценных генотипов в качестве исходного материала, продолжается проведением гибридизации и многолетним отбором лучших из созданных в течение многих лет образцов, а завершается передачей наиболее высокоурожайных сортов на государственные испытания.

Особое внимание ученые уделяют поиску генов, которые отвечают за устойчивость растений к болезням. Белорусский климат с высокой влажностью и резкими перепадами температур провоцирует заболевания у зерновых культур. Чем устойчивее будут растения, тем меньше пестицидов придется использовать для их обеззараживания. Следовательно, чем меньше химикатов применят аграрии, тем более экологически чистыми будут продукты на полках магазинов.

Чистота продукта зависит также от добавок, которые используют при его выпечке. Так, КУП «Минскхлебпром» во время приготовления хлеба по «старым» рецептурам («Водар», «Маг») минимизирует применение пищевых добавок и разрыхлителя.

— Мировые тренды в изучении генресурсов направлены на сохранение староместных сортов, то есть тех растений, что испокон веков произрастали на тех или иных землях. К примеру, для Беларуси актуальна полба — предок пшеницы, который некогда произрастал у нас. Подобные растения хорошо адаптированы, неприхотливы к погодным условиям, меньше страдают от вредителей. Сейчас полбой интересуются приверженцы здорового питания. Несмотря на низкую урожайность, оказалось, что полба — абсолютный чемпион среди пшеницы по содержанию белков, витаминов и аминокислот. Такой образец может стать для коллекционера кладезем уникальных признаков, которые хотелось бы передать современным зерновым культурам.

Все оттенки мучного

Но бывают случаи, когда определенные процессы невозможно провести непосредственно в поле. С этой целью в научно-практическом центре был создан отдел биохимии и биотехнологии. Например, группа генетики и биотехнологии под руководством кандидата сельскохозяйственных наук Елены Кулинкович создает новый селекционный материал, отбирает наиболее перспективные генотипы и доращивает нужные селекционеру растения на искусственных питательных средах.

— В лабораториях отдела оценивают качество зерна, — рассказывает собеседница. —  Делается это по параметрам, которые важны для производства, в том числе и для выпечки хлеба. После наших анализов становится понятно, какие сорта лучше подходят для хлебопечения, а какие эффективнее использовать в других отраслях, например в животноводстве.

Сотрудники определяют стекловидность зерна (его консистенцию на разрезе или разломе. — Прим. TUT.BY), содержание белка, клейковины, жира, клетчатки, цвет получающейся муки и прочие характеристики, по которым можно судить о качестве будущего продукта. Каждый из показателей важен для дальнейшего продвижения сорта.

В отделе воспроизводят заводской процесс выпечки хлеба, чтобы досконально определить свойства муки и теста. Изучив зерно, его перемалывают. Получившуюся муку исследуют. Например, на фаринографе проверяется ее водопоглотительная способность, чтобы знать, сколько воды в дальнейшем потребуется для замеса теста.

— Упругость и деформацию теста можно зафиксировать на альвео-консистографе, — рассказывает Елена Кулинкович. — Аппарат в течение 26 минут замешивает тесто, раскатывает его в блинчики, а потом под давлением раздувает тесто в шар, чтобы определить его растяжимость, упругость и хлебопекарную силу. В дальнейшем из каждого образца выпекают хлеб, чтобы определить качество готового продукта.

Для ученого важна полная информация об условиях, в которых происходит рост и развитие растений, поэтому в отделе биохимии и биотехнологии проводят и агрохимические анализы, в том числе анализы почвы. Выясняют, сколько азота, калия и фосфора в ней содержится. Какая кислотность у образца, ведь при низких показателях культуры будут плохо расти. Результаты всех исследований передаются другим ученым центра. И пока очередной опытный образец еще набирает силу в поле, селекционер уже знает, насколько хороший хлеб получится из этого сорта.

О следующем этапе пути хлеба мы расскажем в продолжении нашего проекта.

Партнер проекта:

Главным достоинством выпускаемой продукции являются натуральное сырье и ингредиенты, современные технологии, стабильное качество, доступная цена и индивидуальный подход к каждому покупателю. Продукция «Минскхлебпрома» произведена с душой.