Плоды будущего: как биотехнологии меняют фруктовые сады и ягодные плантации
Для начала немного цифр: сегодня в мире плодово‑ягодные насаждения занимают около 55 миллионов гектаров — практически площадь Франции. Из них 9,5 миллионов приходится на цитрусовые: апельсины, лимоны и мандарины. Общий урожай превышает 200 миллионов тонн — это такая масса плодов, что ей можно было бы несколько раз заполнить железнодорожную линию между Москвой и Новосибирском.
Сегодня самые вкусные апельсины приезжают в Россию из солнечной Турции. В долине Финике, где горы спускаются к морю, уже больше 80 лет выращивают тонкокорые и невероятно сладкие плоды. Здесь не используют химические удобрения — плодородные почвы и ласковое средиземноморское солнце делают эту работу лучше любых препаратов. Однако такие идеальные условия — скорее исключение. Большинство современных фруктовых и ягодных плантаций не похожи на идиллические средиземноморские садики.
В XXI веке на полях выходят роботы, сверху кружат агродроны, а в лабораториях редактируют геном и создают клоны растений. Каждая клубника или груша XXI века — почти кибер‑организм. Плоды растут в совершенно неожиданных местах: в аридных полупустынях, где дождя ждут по десять месяцев, и в ледяном царстве вечной мерзлоты, где земля будто камень.
Почему Бразилия стала главным поставщиком манго
Еще полвека назад Бразилию знали как страну кофе, какао и сахарного тростника, а долину Сан‑Франсиску считали полупустыней. Климат здесь жаркий, почвы бедные, и только кактусы чувствовали себя комфортно.
Все изменилось после строительства плотины Собрадинью — одного из крупнейших водохранилищ Южной Америки. Вода из этого озера по системе каналов протяженностью более 700 километров — это почти как расстояние между Санкт‑Петербургом и Москвой — превращает пустыню в десятки тысяч гектаров плодородных полей.
Теперешние манговые сады занимают почти 60 тысяч гектаров — площадь десяти Парижей, а виноградники простираются на 15 тысячах гектаров, что сопоставимо с размером Сочи. Здесь фермеры собирают несколько урожаев манго и по 2–3 урожая винограда в год.
Секрет успеха — союз воды и солнца. В долине Сан‑Франсиску солнце светит по 10 часов в день, а вода доступна круглый год.
Орошение управляется датчиками и компьютером, которые измеряют влажность почвы и температуру, регулируя подачу влаги и питательных веществ прямо к корням. Такой капельный полив и фертигация сводят к минимуму испарение и позволяют доставлять удобрения точно по назначению.
Современные фермы оснащены метеостанциями и камерами. Нейросети анализируют снимки, фиксируют повреждения плодов и предупреждают о вредителях и болезнях. Когда после дождей появляется грибковая инфекция, фермеры применяют препараты с низкой токсичностью, заранее предотвращая вспышку болезней.
Чтобы груши плодоносили в жарком климате, агрономы имитируют короткую весну, подавляя рост побегов ингибиторами и направляя питание в цветочные почки, а затем стимулируют корни органическими препаратами. Благодаря этому груши цветут дважды в год.
Но важны и сами растения: селекционеры отбирают саженцы, стойкие к засухе и болезням, скрещивают их и анализируют геномы. В банках генетических ресурсов Бразилии хранятся десятки тысяч образцов: сотни сортов манго и винограда, а также маракуйя, ананасы, бананы и земляника. Ученые отбирают перспективные генотипы, проводят гибридизацию и секвенируют ДНК, чтобы получить новые сорта, пригодные для жаркого климата и неприхотливые к болезням. За сорок лет страна превратилась из импортера в одного из крупнейших экспортеров фруктов.
Как к Китаю пришла слава яблоневого рая
Китай — чемпион по производству яблок и многих других фруктов. Здесь появились суперинтенсивные сады: на гектарах высаживают по 3500 карликовых деревьев с очень небольшими расстояними друг от друга — 50–100 сантиметров меду деревьями, а между рядами — до двух метров. Деревья закрепляют на шпалере, чтобы ветви росли вверх, а сверху натягивают сетки, защищающие плоды от птиц. Компактные яблони начинают плодоносить уже в первый год, и урожайность в 10 раз выше, чем у традиционных садов.
Управление такими садами тоже высокоточное: капельный полив подает воду и удобрения по каплям, учитывая влажность почвы и фазу роста. Агрономы используют дроны с камерой, которые пролетают над деревьями и измеряют количество света, поглощенного листьями. Если индекс зеленого листа — NDVI — падает, искусственный интеллект сигнализирует о проблеме: недостаче влаги или заболевании. Программа строит карту с координатами и предлагает индивидуальные меры — подкормить одно дерево, обработать другое. Такие сады стали настоящими фабриками под открытым небом, где каждое растение ведут по индивидуальному плану.
Израиль: дроны вместо пчел
Израильские фермы уже используют дроны‑опылители, которые заменяют пчел и точечно распыляют пыльцу. Беспилотники действуют группами, синхронизируя движения, и работают даже тогда, когда насекомые прячутся от ветра и дождя.
Роботы‑сборщики с искусственным интеллектом аккуратно снимают ягоды и фрукты: камеры оценивают спелость, манипуляторы поддевают плод и отправляют его в контейнер. Есть машины, оснащенные шестнадцатью руками, которые могут собирать ягоды двадцать часов в сутки, заменяя целую бригаду. Теплицы, где такие устройства работают круглосуточно, напоминают космические оранжереи: человеку остается посадить семя и наблюдать за графиком сборов.
Земляника в вечной мерзлоте: вы серьезно?
В Якутии уже несколько лет круглогодично собирают ароматную землянику, причем средний вес ягоды достигает двадцати пяти граммов!
Это стало возможно с новым тепличным комплексом, в котором сложная техника поддерживает микроклимат. Толстые стенки с воздушной подушкой защищают от внешнего холода, система климат‑контроля регулирует температуру, влажность и освещение, а четыре контура отопления и газопоршневые установки позволяют выдерживать морозы до - 64 ℃.
Растения растут не в земле, а в кокосовом субстрате: по трубкам подают питательный раствор — это гидропоника.
Управлять светом и теплом можно удаленно через специальное программное обеспечение: достаточно коснуться экрана, и лампы постепенно гаснут или загораются.
Северяне уже пробуют выращивать дыни, папайю и даже лимоны — растения, которые раньше казались невозможными для этих широт. Кроме того, они экспериментируют с добавлением органического йода: на Севере дефицит этого элемента, и обогащенные ягоды могут помочь людям.
Почему болота — это полезно
В России есть еще одна история освоения «непригодных» земель — болота Костромской области. Местные фермеры решили, что обширные торфяники могут стать домом для голубики и клюквы.
Узколистная голубика переносит морозы до - 40 ℃, успевает зацвести и дать урожай в короткое северное лето. Она растет на моховом торфе без удобрений, а грибница образует микоризу: нити гриба оплетают корни и вытягивают влагу и питательные вещества, а ягодный куст делится сахарами.
Голубика — гостья из Эстонии, поэтому местные вредители ее не знают, и химическая обработка не нужна.
Крупноплодная клюква чувствует себя так же прекрасно. Вегетационный период у клюквы короткий, поэтому вредители не успевают развиться, и урожай получается чистым. Осенью поля затопляют, трактор взбалтывает воду, ягоды отрываются и всплывают, их собирают сетями.
На болотах растет еще одна редкость — княженика арктическая, или мамура. Ее вкус похож на смесь ананаса и земляники, а состав богат витаминами C и E, антоцианами и эфирными маслами.
В старину за килограмм княженики могли даровать помилование заключенному — настолько трудно было собрать такое количество дикой ягоды. Современные селекционеры исправили эту несправедливость: они скрестили финские и шведские сорта и вывели костромскую «Галину», которая плодоносит обильно. В Тимирязевской академии разработали метод ускоренного размножения без вирусов. Из нескольких клеток меристемы получают тысячи саженцев, которые высаживают на плантации.
Такой микроклональный метод используют и для оливок, инжира, винограда, а особенно для клубники: размножение в пробирках позволяет избежать вырождения и болезней.
Как техника дополняется генетикой
Человек тысячелетиями влиял на генетику растений, даже не зная о существовании генов. 10 000 лет назад земледельцы отбирали самые стойкие зерна и сажали семена растений с лучшими признаками. Позднее они стали скрещивать близкородственные виды, выводя новые. Этот процесс шел медленно: создание нового сорта занимало десятилетия из‑за необходимых испытаний.
Все изменилось в 2012 году, когда появился CRISPR/Cas9.
Историю этой технологии начали японские ученые еще в 1987‑м, обнаружив в ДНК кишечной палочки необычные повторяющиеся последовательности. Потом, в 2007 году, выяснилось, что они связаны с иммунитетом бактерий против вирусов: микробы запоминают генетический код врага и используют специальный белок Cas9 как ножницы.
Теперь эта система позволяет точно редактировать ДНК растений, животных и человека.
В отличие от ГМО, где добавляют чужие гены, CRISPR корректирует собственные, удаляя или изменяя небольшие участки. Уже созданы ежевики без косточек, ягоды с новыми вкусами, белые яблоки, которые не темнеют, бананы, которые не портятся, и сорта, которые лучше переносят холод и засуху. Такие модификации сокращают сроки селекции до пяти–десяти лет.
Есть и совсем специфические эксперименты. Так, специально для Марса генные инженеры создали новый сорт риса, появился микробный заменитель мяса и карп без опасных для еды костей.
Но за каждым новым чудом стоит вопрос: насколько мы готовы изменить природу? Где проходит граница между улучшением и вмешательством?
Одни восторженно ждут белых яблок и клубники со вкусом персика, другие опасаются потерять уникальные свойства старых сортов.
Однако факт остается фактом: благодаря науке мы можем собирать апельсины в теплых долинах, манго в полупустынях, землянику на вечной мерзлоте, голубику и клюкву на болотах, а яблоки и виноград — на фабриках под открытым небом.
Плоды будущего уже созревают. Они растут на ветвях, которые получают питание по каплям, под бдительным оком нейросетей. Они появляются в банках геноплазмы, в пробирках и в теплицах за Полярным кругом. И они напоминают нам, что будущее сельского хозяйства — это синтез природы и технологий, терпения и любопытства, аккуратной заботы и дерзких экспериментов.
Максим Назаров по материалам проекта канала «Наука» «Накормить планету. Мегаиндустрия»
