За матеріалами на тему «Цукровий буряк — інновації в конкуренції» («Sugar beet — competitive innovation») французького видання Quae, 2020 р.

За останні десять років було досягнуто значного поліпшення врожайності буряків при зменшенні негативного впливу на навколишнє середовище, завдяки значному скороченню використання азотних добрив.  

Досягнення у галузі виробництва сільськогосподарської техніки також неабиякі: не тільки збиральна техніка, але й лазерне механічне прополювання з розпізнаванням бур’янів — технології, які незабаром можуть бути задіяними у вирощуванні інших сільськогосподарських культур.

Програма АКЕР, відкрита в 2012 році в рамках французьких програм інвестицій в майбутнє, зробила великий внесок у ці інновації. Нові гібриди, створені в рамках цієї програми, більш продуктивні та стійкіші до хвороб, відкривають великі перспективи для всього сектору. Використовуючи технології генотипування та фенотипування з високою пропускною здатністю та досліджуючи генетичне різноманіття, програма АКЕР визнає головну роль біорізноманіття, яке є основою агроекології.

Інновації є одним із основних елементів агроекологічного переходу Франції. Програма АКЕР нагадує, що інновації та цей перехід засновані на спільних діях у галузі інновацій для прискорення прогресу та його впровадження.

Цілі програми АКЕР

Із запуском у 2012 році програма АКЕР відповідала бажанням поставити буряк у центр вирощування сільськогосподарських культур.

Перша частина програми АКЕР спрямована на виявлення генетичного різноманіття, створення алельної референтної колекції та схрещування з елітним матеріалом (матеріал з агротехнічними показниками, що відповідає очікуванням ринку) для розширення різноманітності генетики, прискорення генетичного прогресу та виведення нових сортів із високим потенціалом.

Друга частина програми полягає в аналізі всього набутого різноманіття, контролі та оцінці нових методів фенотипування та генотипування, заснованих на високопродуктивних засобах.

Чотири кроки

Що стосується біологічного матеріалу, програма АКЕР була розділена на чотири етапи і зараз наближається до виробництва вдосконалених сортів, які можуть бути зареєстрованими в Офіційному каталозі сортів та культурних рослин:

• перший етап (2012 та 2013 роки) полягав у визначенні шістнадцяти еталонних рослин із 10 000 генетичних ресурсів, що узагальнювали різноманітність, доступну для всіх найбільш поширених алелів;
• на другому етапі (2013-2016 роки) проводилося схрещування еталонної колекції з елітною ідіоплазмою для отримання змінних вихідних популяцій;
• третій етап (2017 рік) був зосереджений на отриманні та примноженні цих вихідних популяцій;
• четвертий крок (2018 та 2019 роки) складався з оцінки та аналізу вихідних популяцій з урахуванням впливу року та місця вирощування;
• нарешті, програма АКЕР призвела до виведення нових сортів та відповідних нових знань з 2020 року.

Виробництво цукрових буряків у Франції

Цукровий буряк — культурна рослина, яка з’явилася на початку XIX століття в результаті Континентальної блокади. Із тих пір урожайність та якість буряків постійно покращувалися, тоді як різні вхідні матеріали, необхідні для вирощування, з часом зменшувалися.

Зміна врожайності буряків з урахуванням технічного розвитку (тонн цукру/га)

Зміна норм мінерального азоту (кг/га) та виходу цукру (т/га)

Джерело: CGB, 1977-1996; ITB, 1997-2018

У Франції вихід цукру з буряків збільшився більше ніж у двадцять разів — від 700 кг/га цукру-сирцю із 7% вмістом цукру до 14,8 тис. кг/га білого цукру із 18% вмістом цукру за найкращі останні роки. Також необхідно згадати про вдосконалення промислового процесу, що зрештою дозволило отримати набагато якісніший цукор. Нарешті, за останні 40 років споживання енергії під час переробки тонни буряків вдвічі зменшилося.

Але генетичний прогрес не вимірюється лише з огляду на "простий" характер продуктивності. Зменшення впливу цукрових буряків на навколишнє середовище стало особливо помітним. Починаючи з 1983 року кількість використовуваних фітосанітарних продуктів (фунгіцидів, інсектицидів, гербіцидів) зменшилася на 50%, що частково пов'язано з розробкою нових діючих речовин наприкінці 1990-х. Ця тенденція продовжується завдяки значним інвестиціям виробників у напрямку раціональних агротехнічних прийомів. За останні 40 років кількість азоту, що використовується для підживлення цукрових буряків, зменшилася на 68% на тонну виробленого цукру, що є результатом взаємопов’язаного вдосконалення агротехнічних прийомів, агротехніки та сортової селекції. 

Що змінилося після запуску програми АКЕР

Із моменту запуску програми АКЕР у 2012 році бурякоцукрова галузь зазнала значних змін, підписавшись на процес постійного прогресу як із точки зору продуктивності, так і економічної та екологічної ефективності.

Ці зміни стосуються всього виробничого ланцюга, від бурякового насіння до збуту цукру, включаючи вирощування й переробку буряків на цукор та етанол, що має прямий вплив на економіку галузі та агрономічні прийоми.

Скасування системи квот на виробництво цукру в ЄС

Перша з трансформацій, і, безумовно, найважливіша для організації цукрової галузі — це скасування системи квот на цукор. Система, яка регулювала виробництво цукру в ЄС, припинила своє існування 1 жовтня 2017 року. З того часу вироблені обсяги цукру більше не контролюються, а лібералізація ринку дозволяє кожному гравцю виробляти стільки цукру, скільки він забажає, з метою, серед іншого, його експорту.

Таким чином, наступного маркетингового року, навіть коли треті країни продовжували збільшувати обсяги виробництва в безпрецедентних пропорціях, європейське виробництво цукру також почало збільшуватися.  

Заборона використання неонікотиноїдів

На додаток до цього, споживачі почали вимагати від сільського господарства використовувати менше фітосанітарної продукції та обмежити негативний вплив на навколишнє середовище та біорізноманіття, наскільки це можливо. Ці очікування відображаються у посиленні нормативного регулювання сільськогосподарського виробництва. Нещодавній приклад — використання неонікотиноїдів у Франції — інсектицидів, які використовувалися для обробки насіння для боротьби із зеленою попелицею, яка є переносником вірусної жовтухи. У 2019 році їх використання на відкритому повітрі було повністю заборонено, хоча галузь не мала альтернативних рішень, настільки ж ефективних та нешкідливих для живої природи.  Слід зазначити, що неонікотиноїдні обробки насіння довелося замінити повітряним обприскуванням інсектицидами, які можуть бути менш селективними та значно дорожчими для галузі. Під цим тиском та в один і той же час в Європі, на відміну від решти світу, можливості збільшення продуктивності за допомогою нових методів редагування генів (NBT) не були дозволені.

У цьому безпрецедентному контексті програма АКЕР має на меті забезпечити фермерів сортами цукрових буряків, які відповідатимуть суспільним та екологічним очікуванням, продуктивності та прибутковості, шляхом використання всіх сучасних технологічних досягнень, а іноді недостатньо відомих або досліджуваних у 2012 році (геноміка, фенотипування тощо).

Посилення конкурентоспроможності

У довгостроковому плані часові вимоги спрямовані на адаптацію до кліматичних змін, скорочення використання енергетичних ресурсів або економію енергії та води, які, в цілому, є нагальними пріоритетами світової цукрової галузі.

Таким чином, програма АКЕР має на меті максимально використовувати цукровий буряк, щоб:

• забезпечити частку Франції у зростанні світового попиту на цукор;
• дозволити сектору підтримувати попит на біоетанол (+11% у Франції лише в 2018 році), чистіше та дешевше паливо, відоме споживачам;

• вирішити екологічні проблеми, зменшити використання енергетичних ресурсів та адаптуватися до кліматичних змін та глобального потепління.

Французький буряковий сектор не може залишатися без змін, і програма АКЕР дозволить йому перевищити поточний розвиток на 2% річного виходу продукції для збільшення конкурентоспроможності та розширення можливостей виробників та переробників цукрових буряків.

Зміни виробництва цукру в 2010-2020 рр.

Джерело: FoLicht

Зміни світового споживання цукру в 2010-2020-2030 рр.

Джерело: FoLicht

Вже в 2012 році програма АКЕР оголосила свою мету: «збільшити конкурентоспроможність цукрових буряків до 2020 року шляхом подвоєння щорічних темпів приросту виходу цукру з гектару».

Зміна парадигми

Програма АКЕР відповідає зміні парадигми в галузі дослідження та селекції цукрових буряків, підкріпленої двома твердженнями: АКЕР робить прогнози та управляє генетичною мінливістю.

У ході програми генотипування відбувається фактично перед фенотипуванням. Раніше рослини оцінювалися в польових умовах, а потім використовувалася генетика. Тепер програма АКЕР починає з використання генетики та послідовно оцінює її результати. У результаті цього, працюючи з моделями, виконується прогнозування.

Програма управляє мінливістю шляхом пошуку різноманітності через 10 000 наявних генетичних ресурсів, щоб відібрати шістнадцять еталонних рослин, що представляють цю різноманітність. Мова йде про підтримку цієї різноманітності шляхом використання всіх сучасних методів, доступних для дослідників. Таким чином, програма АКЕР пропонує потенціал для різноманітності.

Скорочення тривалості селекції

Надалі необхідно буде якомога швидше реагувати на нові виклики (поява нової хвороби, нова нормативна база, нові торгові точки тощо). Метою програми АКЕР є скорочення цього часу. З одного боку, АКЕР виграв від методів, що дозволяють прискорити процес селекції. Таким чином, методика «насіння до насіння», яка захищає короткий цикл в контрольованих умовах теплиці (яровизація, індукція, схрещування), дозволила застосувати селекційну програму через п’ять років замість десяти. З іншого боку, сама АКЕР пропонує засоби для скорочення схем селекції, зокрема за допомогою геномної селекції, яка повинна скоротити цикл селекції на один рік із п'яти необхідних у даний час, тобто на 20%, для отримання нового сорту буряків.

Відповідні фактори

Подвоєння річного темпу приросту виходу цукру з гектару є результатом ряду факторів, серед яких можна виокремити варіативність, яка дозволяє виявити нові гени, швидкість відбору, покращену завдяки геномній селекції, та оптимізацію фенотипування.

Можна виділити декілька гіпотез щодо внеску цих факторів, що призводять до подвоєння річного темпу приросту виходу цукру з гектару, схематично від 2 до 4%:

• геномна селекція дозволяє скоротити цикл селекції на один рік або на 20%, збільшуючи річний приріст врожайності з 2 до 2,4%;
• геномна селекція збільшує «економічний потенціал» відбору: прогнозування дає можливість збільшити на 75% кількість матеріалу, який слід відібрати для тієї ж ефективності. Наприклад, якщо відібрано на 50% більше матеріалу, це призводить до підвищення ефективності на 30%, а річний приріст врожайності збільшується на 0,6%;
• нарешті, генетичне різноманіття в цілому подвоюється (16/40). Загальна різноманітність буряків зосереджена в 40 еталонних рослинах, які в генетиці позначаються терміном ефективного розміру.

Загальна схема програми АКЕР

Спочатку програма АКЕР визначила 46 генних банків із генетичним матеріалом для сортів буряків з усього світу. Було проаналізовано 10 000 зразків, 3 000 склали еталонну колекцію, і в результаті було виокремлено 16 рослин.

Географічний розподіл 3000 відібраних рослин

За оцінками, 20 000 зразків (пакетиків із різним насінням із задовільною здатністю до проростання) є потенційно корисними ресурсами. Першим завданням програми АКЕР було ідентифікувати ці зразки, доступні по всьому світі, визначити їх реєстраційні дані та якість проростання, щоб охарактеризувати потенційно доступне природне різноманіття. Врешті-решт було відібрано 10 000 зразків.

Аналіз цих 10 000 зразків дозволив відібрати 3000 на основі вибірки, проведеної за географічним представництвом для диких/екзотичних буряків та пропорційним представництвом для культурних буряків (цукрового, кормового, столового). Ці 3000 відібраних зразків склали еталонну колекцію.

Після генетичного аналізу референтної колекції програма АКЕР відібрала шістнадцять еталонних рослин. Відповідно до вище описаних гіпотез, ці шістнадцять еталонних рослин охоплюють 100% алельної мінливості, доступної в межах роду Beta, та доповнюють генетичні ресурси, що вже використовуються в селекції. Таким чином, набір еталонних рослин представляє репрезентативну вибірку загального генетичного багатства.

Географічний розподіл шістнадцяти еталонних рослин

Колекція шістнадцяти еталонних рослин