М.Васин
Эта беседа началась среди буйных зарослей томатов, но не в теплице и не в оранжерее, а в помещении без окон. Полная изоляция растений от дневного света, как мне сказали,— главное условие получения 180 килограммов томатов с квадратного метра в год (в пересчете на гектар это 1800 тонн!).
Ряды широких железных этажерок. Вместо полок — гидропонные грядки, густо засаженные растениями. Над каждой грядкой — свое небо: плоское прозрачное корытце, заполненное водой, через которую льют свет зеркальные лампы. Прибавьте к этому журчание растворов в трубах, шум вентиляторов и каких-то моторов, вздохи насосов, и вы представите обстановку лаборатории светофизиологии и светокультуры Агрофизического института. Наш собеседник — руководитель лаборатории член-корреспондент ВАСХНИЛ профессор Б. С. Мошков.
— Борис Сергеевич, объясните, пожалуйста, эту странную ситуацию: огород спрятан от солнца. Ведь трудно поверить, что зеленые растения, биологическое назначение которых как раз в.том и состоит, чтобы улавливать и консервировать энергию солнечного света, оказываются намного продуктивнее при искусственном освещении. Что навело вас на мысль начать столь парадоксальные эксперименты!
— Когда начинались эти исследования, в них не было ничего парадоксального. Перед нами стояла — она стоит и сейчас —-сугубо теоретическая проблема: выяснить, каковы потенциальные возможности растений, на что они способны в самых лучших условиях. Природа, как известно, полна случайностей и неожиданностей, многие ее факторы трудно учесть, не говоря уж о том, чтобы их изменить по желанию экспериментатора. В природных условиях невозможно провести даже двух опытов, которые можно было бы сравнить между собой: их ход и результаты всегда будут отличаться друг от друга. Поэтому с самого начала было ясно, что растения надо изолировать от природы, даже от солнца, и вести эксперименты в искусственных условиях. Только так можно было выяснить, какие резервы продуктивности имеет то или иное растение.
— А для чего, кстати, это нужно?
— Некоторые ученые полагают, что человечеству грозит голод: население Земли растет, а урожаи (так считается) на пределе. Сельскохозяйственные площади уходят под строительство. Какой выход? Осваивать новые земли? Но и эти площади ограниченны, когда-то будут заняты все. Да и неинтересно жить на планете, сплошь покрытой грядками и полями.
— Может быть, надо использовать водную среду: выращивать хлореллу, морскую капусту и тому подобное?
— Это давно надо делать. Однако водные растения не заменят сухопутных. И потом, почему такое предпочтение водным обитателям в сравнении с наземными? Только потому, что мы как следует не знаем ни тех, ни других?
— Еще путь — химический синтез...
— Но синтетические продукты не совсем то же самое, что растительные. Возьмите историю с хинным деревом. Одно время считали, что акрихин настолько хорош, что вполне может .заменить хину. А потом выяснилось: он не все формы болезни лечит, приводит к осложнениям. Вернулись к хине... Химия — интересный путь, но путь длинный и пока не изученный как следует. Вот и решено было поискать резервы на том старом пути, по которому человечество идет тысячелетия. И уже сегодня можно утверждать, что никакой голод нам не грозит. Что же касается урожаев, то мы теперь имеем прямые доказательства, что продуктивность растений может быть значительно повышена. Вот факты. Мы получаем на этих «этажерках» шесть урожаев томатов в год— 180 килограммов с квадратного метра.
— А какова обычная урожайность на плантациях?
— До 3-4 килограммов в год. В лучших теплицах получают 20—25 килограммов, снимая два урожая...
А вон на тех установках растет наш гибрид капусты и редиса. От посева до уборки проходит лишь 17—18 дней. Так что за год собираем 21 урожай. Листья гибрида чрезвычайно богаты витамином С. Съедобны и вершки и корешки. Попробуйте. Из вежливости откусываю кусок сочного листа. Непривычно, но вкусно.
— И корешок попробуйте. Пробую и корешок. Хорош!
Борис Сергеевич между тем продолжает:
— Кстати, мы пытаемся решить и такую проблему. Биологи, агрономы всегда говорят о двух видах урожая — биологическом и хозяйственном. Часто они очень отличаются друг от друга. И вот задача: свести разрыв до минимума. С томатами нам это удалось: 80 процентов веса растений приходится на долю плодов, остальное — корни, стебли, листья. Всюду же соотношение обратное.
У гибридного редиса вообще почти никаких отходов нет, все идет в пищу. Сейчас мы выращиваем около 150 килограммов этой продукции на квадратном метре. А вот гибридный редис, скрещенный еще и с китайской редькой, приносит 200 килограммов.
— Во сколько же обходятся эти сверхурожаи?
— Когда мы начинали свои исследования, затрачивали на килограмм томатов 2000 киловатт-часов электроэнергии. Тогда наши помидоры были, видимо, дороже любых плодов, которые встречаются на земном шаре. Сейчас благодаря тому, что продуктивность растений в десять и более раз повысилась, томаты обходятся нам примерно рубль за килограмм. Дороговато, конечно. Но все же теперь этот метод выращивания овощей уже можно использовать в северных промышленных центрах, располагающих большим количеством электроэнергии и нуждающихся в свежих помидорах, редисе и тому подобном.
— Борис Сергеевич, но ведь, наверное, ваши томаты, выращенные в искусственных условиях, по качеству приближаются к продукции... химического синтеза?
— Наоборот! В привозимых (с юга, из-за границы) томатах много разных кислот и мало сухого вещества и Сахаров. Их ведь срывают едва побуревшими, они дозревают в пути. Помидоры же хороши, когда они зреют на кусте. А «искусственные», несмотря на форсированные режимы произрастания, по качеству и вкусу первоклассные: они сравнимы с кубанскими и украинскими помидорами, покрасневшими на грядке.
— Скоро ли такими фантастическими урожаями овладеет практика?
— Боюсь, что в естественных, природных условиях очень нескоро. И все потому, что нельзя управлять космическими факторами: продолжительностью дня и ночи, интенсивностью освещения, температурой воздуха и почвы. Лишь поместив растения в полностью контролируемые человеком условия, мы приобретаем возможность добиваться сверхвысоких—по нынешним понятиям— урожаев. Но для этого сначала
-надо узнать, что представляют собой те или иные сельскохозяйственные культуры, каковы их вкусы, требования и способности.
— Разве это не известно?
— Как ни удивительно, но за многие века земледелия мы не успели как следует изучить растения, которые нас кормят. Да и не могли: не было необходимой техники. Вот вам для наглядности несколько Примеров. До сих пор во всем мире в парниках и теплицах за 60 дней выращивают рассаду, а не зрелые помидоры, как это можно и как это делается в нашей лаборатории. Согласно устоявшимся сельскохозяйственным канонам, при выращивании овощей в закрытом грунте на ночь снижают температуру до 15—18 и даже 12 градусов, а на свету поднимают до двадцати пяти. Что же получается? Днем растениям жарко, а ночью они вынуждены нагревать помещение! Новейшие исследования показали: тепловой комфорт обитателей теплиц определяется двумя факторами — температурой окружающего воздуха и количеством поглощенной лучистой энергии. При интенсивном освещении растения неплохо себя чувствуют, даже если в помещении мороз 5—6 градусов. Были бы в тепле корни.
Или взять роль суточных ритмов в жизни сельскохозяйственных культур. Еще недавно случались такие казусы: прекрасную северную пшеницу везли на юг, сеяли там и потом удивлялись, почему она мало родит, а порой даже отказывается колоситься.
— Она приспособилась к длинному северному дню и короткий ее не устраивает?
— Вот именно. А за этим объяснением просматривается важная проблема. Когда ею серьезно занялась наша лаборатория, открылись любопытнейшие явления. С помощью точных и строгих экспериментов было установлено, что для большинства растений самым благоприятным является 14—18-часовой день с последующей 10—б-'чаоов'ой ночью. Но некоторые из них, оказывается, могут жить и при столь неестественно коротком дне, как шестичасовой. А абиссинская капуста не только безболезненно выдерживает смену света и тьмы через каждый час, но даже увеличивает прирост зеленой массы.
А вот опыты, которые мы проводили с периллой масличной. Она при 12-часовом освещении быстро зацветает. Когда же ночью давали ей свет всего на пять минут, «будили» ее, она цвести отказывалась. Однако если после этого включали инфракрасную радиацию, перилла успокаивалась и своевременно зацветала. Вскоре оказалось, что сходным образом ведут себя и многие короткодневные растения. Скажем, при сокращении «сна» на пять минут они сильно запаздывают с образованием бутонов. Пятнадцатиминутное освещение среди ночи дает тот же результат, а часовое полностью исключает плодоношение.
Но нередко подобная аритмия, совершенно неземные и нереальные варианты продолжительности дня и ночи приходились растениям по вкусу. Например, хорошие урожаи томатов мы получаем даже в таких суточных режимах: 8 часов свет — 4 часа тьма — 4 часа свет — 8 часов тьма...
— Борис Сергеевич, откуда у растений эта склонность к таким противоестественным суткам! Ведь принято считать, что любые особенности живых организмов имеют биолого-исторический смысл и объясняются либо нынешними условиями существования, либо состоянием природных факторов в далеком прошлом. Условий, в которые вы помещаете растения, в природе нет и не было. Следовательно, или растения успели (не слишком ли быстро!) «приспособиться» к экстремальным условиям существования в лаборатории, или, наконец, химические процессы, которые протекают в их организме, используются природой далеко не лучшим образом, и вы запускаете их с помощью небывалого светового режима на полную мощность?
— Я склоняюсь принять последнее объяснение. Однако с одной непременной оговоркой: нам удается заставлять растения использовать химические процессы гораздо более эффективно, но далеко не на полную мощность. Резервов еще много, и ввести их в действие — задача науки.
Надо подчеркнуть, что дело это непростое. До сих пор мы говорили о том, насколько важна в жизни растений продолжительность дня и ночи — фотопериодизм. С помощью воздействия светом и темнотой в различных комбинациях мь\ подавляем ростовые процессы и поощряем процессы, создающие нужную нам продукцию. Ведь в процессе фотосинтеза в организме растений происходит много темновых реакций, очень важных для продуктивности, много сочетаний между световыми и тем новыми реакциями.
Очень важную роль играет интенсивность освещения. Возьмите, к примеру, редис. Все учебники относят это растение, как и другие крестоцветные, к длинно-дневным: при непрерывном освещении они, минуя корнеплод, должны давать стрелку. А мы установили для редиса именно непрерывное освещение и получаем прекрасный урожай корнеплодов. Потому что мы выяснили, какая должна быть интенсивность света. Вовсе не всякий длинный день вызывает эту стрелку. Секрет здесь в следующем: непрерывный день приводит к тому, что в растении быстро закладываются бутоны. И, если свет слабый, происходит энергичное развитие стрелки, все питательные вещества идут на семена. А корнеплод не образуется. Если же мы знаем критическую интенсивность света и умышленно ее превышаем, рост бутонов задерживается и питательные вещества направляются в корнеплод. Именно так мы за 17 дней получаем полноценный редис. Если же дать растению короткий день, как это рекомендуют учебники, процесс растянется еще на 20—30 дней, а урожай будет меньшим.
Все это и многое другое надо учитывать, если мы претендуем на то, чтобы уметь управлять растениями. А уметь следовало бы: потенциал растений чрезвычайно велик. Я уверен, что любая культура может дать фантастическую продуктивность. У нас велась работа даже с виноградом. Брали маленький черенок—с одной почкой—и через пять месяцев получали 5—6 листьев и... две кисти весом до 500 граммов. Я даже думаю, что недалеко время, когда в подобных нашим светоустановках, без солнца и земли, в сугубо промышленных условиях, станут выращивать пшеницу.
Наша лаборатория в последние годы много занимается злаками и получила очень интересные результаты... Началось все с того, что мы решили вырастить . в светоустановках пшеницу и посмотреть, каковы ее потенции. Взяли озимый сорт Аврора. И тут начались чудеса. Во-первых, на яровизацию она никак не откликнулась. Во-вторых, выяснилось, что ее развитие задерживается на столько же дней, сколько она подвергалась выдерживанию на холоде. Так же повели себя и некоторые другие сорта озимых. Единственная пшеница, почему-то прореагировавшая на яровизацию и улучшившая урожай,-—это Мироновская-808.
В-третьих. В посеве озимой Авроры обнаружены растения яровой разновидности. Дальше — больше. Потомки этих растений, происшедшие из одного колоса, оказывались двух типов — и яровые и озимые. Та же неразбериха происходила и с Другими пшеницами: в посеве озимых всегда обнаруживались яровые растения, в посеве яровых обязательно присутствовали озимые. Как все это прикажете понимать?
Пшеницу сеют не одну тысячу лет, и я считал, что о ней все известно. Увы, далеко не все. Пшеницу делят на озимую и яровую разновидности только на севере. На юге такого деления нет, там называют их позднеспелыми и раннеспелыми и нередко высевают все сорта примерно в одно и то же время. Значит, озимая — не озимая?
Но Карл Линней в 1752 году разбил род пшениц на пять видов и два из них описал как озимые. И снова сомнения: ведь Линней—северянин!
Далее выясняется, что эта проблема интересовала и Чарльза Дарвина: он считал, что пшеница быстро приспосабливается к новому образу жизни, и описывал опыт, когда в весеннем посеве озимых часть растений принесла зрелые семена. Высеивая их снова и снова, удалось получить растения, полностью вызревающие при весеннем посеве, то есть так называемые яровые. И наоборот, за три года оказав лось возможным яровую разновидность «превратить» в озимую. Природа выступала в качестве селекционера, и каждый раз выживали именно те растения, которые более всего подходили для жизни в данных условиях, в новом режиме. Следовательно, осуществляемая в наше время «переделка» яровых пшениц в озимые и наоборот — прием старый, известный еще Дарвину.
В результате выполненных нами экспериментов приходится делать вывод, что многие, если не все, разновидности пшениц могут жить как при яровом, так и при озимом посеве. То, что принято называть сортом пшеницы, на самом деле очень сложная смесь разных растений. И с каждым посевом под воздействием разнообразнейших природных факторов эта популяция все более и более меняет свой состав — сорт «рассыпается». Вот почему сорта пшеницы так недолговечны, они живут после введения в практику, как правило, три-четыре года.
Считается, что озимые пшеницы более урожайны, чем яровые. Поэтому понятно стремление селекционеров работать именно с ними, понятна и мечта вывести зимостойкую пшеницу. Но мечта эта трудно осуществима: все озимые — южане по происхождению, они теплолюбивы. Кроме того, длительный период вегетации увеличивает число опасностей, с которыми может столкнуться такая пшеница. Значит, возрастает и риск остаться без хлеба. На мой взгляд, более перспективна работа над яровыми сортами. Они по природе своей более устойчивы к температурам в диапазоне от 8 до 15 градусов, чем озимые. В средних широтах они успевают за короткое лето завершить цикл своего развития, а в южных областях — и это вполне реально — могут дать два и даже более урожаев в год.
Такие сорта уже начали появляться в нашей стране, за рубежом, и я не сомневаюсь, что за ними будущее.
Заслуживают внимания и среднеспелые сорта, созревающие в искусственных условиях за 80—90 суток и дающие урожаи зерна столь же высокие, как и типично озимые. Именно таким сортам следует открыть дорогу на поля, высевая их ранней весной или под зиму. Это разгрузит напряженность весенних сельскохозяйственных работ.
Выращивание злаков под искусственным солнцем наводит и на другие размышления. Попав в благоприятные условия, известная в течение многих веков пшеница обернулась вдруг прекрасной незнакомкой. Например, всегда считалось, что вегетационный период озимых занимает от 240 до 360 дней, а у нас они сразу же стали вызревать за 120—170 суток. Яровые же вместо трех-четырех месяцев требовали полтора-два.
Каждое зерно в естественных полевых условиях дает 18—20, максимум 25 зерен. А вот каковы способности пшеницы на самом деле. Одно семя Авроры, помещенное в светоустановку, дает 4000—5000 зерен (зерно дает 50—90 продуктивных стеблей). На квадратном метре хорошо растут 20—25 растений. Три урожая в год приносят в общем итоге 300 тысяч зерен, или 15 килограммов, в пересчете на гектар— 1500 центнеров. В 15 раз больше самого высокого хозяйственного урожая!
— Но Аврора — сорт-рекордсмен. И на среднем поле она дает 60 центнеров с гектара, а в иные годы восемьдесят...
— Верно. Обычная продуктивность озимых — 50 центнеров. А в светоустановке они дают 2000 зерен из одного. В два раза меньше Авроры. И все же вот что говорит расчет: если иметь светоустановки общей площадью сто квадратных метров, то в течение года можно получить 8—10 миллионов зерен. Этого количества хватит на то, чтобы засеять 20 гектаров.
Мировой практике такие урожаи неизвестны. Пока они невозможны там даже теоретически, и одна из причин — загущенный посев: 600—800 растений на квадратном метре. В такой тесноте растения страдают от недостатка света, слабеют, подвергаются нападению вредителей и болезней, легче ложатся. В поле растет вовсе не тот сорт, который выпестовал селекционер на своих опытных грядках. Там выживают лишь те растения, которые способны существовать в тени, на полуголодном пайке.
Так сеют во всем мире. Зачем мы мучаем растения, портим сорта? Все это дань древним методам растениеводства, когда бороться с сорняками заставляло само хлебное поле. Восемьсот растений на квадратном метре — это такая теснота, что действительно не всякий сорняк выдержит... А вот если посеять по разуму — 20—25—36 зерен на квадратный метр, за чистоту поля придется бороться нам самим. Мы же, считается, даже в наш атомный век сделать это не в состоянии.
Да, агрономическая культура еще низка. Но пора ее повысить. Чтобы растения давали мало-мальски заметную часть продуктивности, на которую они фактически способны, надо отказаться от инерции, от научно не обоснованных привычек и канонов.
— Но ведь говорят в народе: «Густо — не будет пусто»...
— Это лозунг устаревший, негодный к нынешнему употреблению. То, что надо сеять редко, утверждает и практика. Следовало бы прислушаться к ее голосу. Поглядите на любое хлебное поле. Окраинная часть посева всегда состоит из мощных, крепких, продуктивных стеблей. Растения наиболее эффективно используют утренний и особенно вечерний свет. Это я проверил и в эксперименте: боковой свет дает сухой массы в два раза больше, чем свет сверху. Сходные результаты получены на пшенице, ржи, ячмене, кукурузе.
Надо еще и еще раз подчеркнуть: свет не только поставщик энергии, но и главный регулятор роста, развития растительного организма. Все имеет значение: спектр, интенсивность, продолжительность дня и ночи. Именно свет переключает молекулярный аппарат с покоя на активность, вегетацию на репродукцию. При недостатке освещенности нельзя рассчитывать на высокий урожай.
Но потребуется время, чтобы мы привыкли к мысли: многое в сельскохозяйственной практике еще неверно, неразумно. Нужны годы и годы, чтобы агрономическая культура была поднята на уровень, достойный тех огромных возможностей, которыми обладают хлебные злаки и другие растения.
Тем не менее результаты работы нашей лаборатории уже сегодня имеют не только теоретический смысл. Дело в следующем. Изменяя длину дня и ночи, нам удалось нащупать такую их продолжительность, которая в большой степени удовлетворяет запросам, в частности колосовых. По сути дела, найден инструмент управления процессами развития растений, их продуктивностью. Например, ячмень у нас начинает колоситься на 19-й день после посева и за год дает семь урожаев. Яровые пшеницы успевают вызревать пять раз в году, озимые — трижды.
Что все это значит? Я не хочу сейчас говорить о том, что открываются принципиальные возможности промышленного (в светоустановках) производства товарного зерна: ведь чтобы обеспечить потребности человека в хлебе, надо высеять лишь 800—1000 зерен! Это опять-таки далекая перспектива.
А вот близкая перспектива. В нашей лаборатории из озимой Авроры получена новая разновидность — скороспелая яровая Аврора. Низкорослая, с прочной соломой, высокопродуктивная, она дает в светоуста-новках примерно столько же, сколько обычная озимая. Получена она за три года! Ежегодно выращивалось пять поколений. На четырнадцатом мы остановились и перенесли опыты на делянки. Первые результаты выращивания яровой Авроры в трудных полевых условиях неплохие, в среднем она может давать уверенно 70 центнеров.
Надеемся, что новая яровая оправдает наши надежды и пойдет в практику. Но даже если это не случится, мы не очень огорчимся. Гораздо важнее то, что разработан и проверен на растениях разных видов и семейств эффективный и высокоскоростной способ селекции, способ получения новых сортов, который без особого труда может быть введен в широкий научный и практический обиход. А в этом сельское хозяйство остро нуждается. Ведь на получение сорта селекционер затрачивает 10, 12, а порой и 15 лет. Еще 5—8 сезонов уходит на испытания и размножение семян. Итого, путь нового сорта от замысла до товарного поля — 15—20 лет. А как мы уже говорили, пшеницы в основном растения гибридные, и сорта, полученные с таким трудом и за столь длительное время, быстро распадаются. Чтобы удовлетворить требования практики, нужно наладить настоящий научно-промышленный селекционный конвейер, который бы готовил все новые и новые сорта злаков взамен вышедшим из употребления.
Такую возможность дают светоустановки. С их помощью для создания сорта достаточно двух-трех лет. На размножение хватит одного-полутора лет. Итого, не двадцать, а три-четыре года. Есть ведь разница?
■ ■ ■ ■ ■
Результаты, полученные профессором Б. С. Мошковым и его коллегами, кажутся невероятными. Но вот они, многократно выверенные таблицы, графики, расчеты. И сами растения, неистовствующие под лучами зеркальных ламп. Однако особенно важно, что исследования агрофизиков доведены до той стадии, когда их выводы, приемы и методы могут без труда быть использованы другими учеными, селекционерами, агрономами.
С помощью светоустановок легко определять требования растений к продолжительности дня, а значит, и подбирать подходящие сорта для того или иного географического района.
Светоустановки-этажерки просты, надежны, недороги, смонтировать их можно в любом помещении, где есть вода и электрическая энергия. Для сложных и тонких научно-исследовательских или селекционных работ в Агрофизическом институте созданы другие, более совершенные обиталища для растений. Это вегетационный климатический шкаф, вегетационно-климатическая камера и, наконец, вегетационная камера низких температур. В них можно скопировать климат тропиков и Заполярья, воспроизвести не только смену дня и ночи всех широт нашей планеты, но й внеземные сутки. С помощью простого программного устройства легко «заказать» нужную погоду на сутки вперед. Автоматика выполнит любые требования экспериментатора и запишет на ленте, какие именно агрометеорологические режимы были осуществлены в действительности. Эти установки или уже освоены, или осваиваются производством. Идет разработка новых агрегатов, в том числе суховейная камера и физиологическая камера для особо тонких экспериментов. Арсенал селекционера пополняется высокопроизводительной техникой и методикой, возможности привести в действие могучие скрытые способности растений расширяются.
Основная осветительная установка лаборатории, состоящая из 16 зеркальных ламп накаливания по 300 Вт каждая, водного фильтра и подъемного стола (на этом столе, который при помощи червячного механизма и ручки перемещается в вертикальном направлении, расположены сосуды с растениями). Полезная площадь показанной на фотографии установки — один квадратный метр.
Одно из 36 томатных растений в возрасте 20 дней от всходов. Оно выращено в осветительной установке при длине дня в 14 часов.
Китайская листовая капуста (ее возраст — 20 дней), выращенная в лучистом потоке люминесцентных ламп. Первые два цветущих растения росли при длине дня в 16 часов, а два других, нецветущих,— при длине дня в 15 часов. Один лишь час определяет, перейдет или не перейдет растение от роста
к воспроизведению.
Озимая пшеница Аврора в возрасте 90 суток, выращенная в осветительной установке при температуре 30° (без яровизации)» Слева направо представлены растения, развившиеся при разной длине дня: при непрерывном освещении, при 16-часовом дне и при 8-часовом дне. В каждый сосуд было посеяно лишь по одному зерну.