Роль агрохімії у забезпеченні світового населення рослинним білком

Світовий дефіцит білка та завдання рослинництва

Проблема нестачі харчового білка у світі з кожним роком загострюється, переростаючи з економічної у соціальну. Близько половини населення Землі відчуває білкову недостатність. Оскільки продукти тваринного походження доступні далеко не всім, ключовим способом вирішення проблеми залишається підвищення продуктивності рослинництва.

• Світовий дефіцит білка — 10–25 млн т на рік
• Середнє споживання на людину — 60 г на добу (при нормі 70 г)
• Населення з дефіцитом білка — близько 1/2 від 6 млрд жителів планети

Фізіологічна потреба людини в білку залежить від віку, фізичного навантаження та стану здоров'я. У середньому вона становить 60–100 г на добу, або 12–15% від загальної калорійності раціону (при цьому на білки тваринного і рослинного походження має припадати по 6–8% енергії). Добові норми споживання білка для різних груп населення та при різних станах організму наведені в таблиці.

Для дорослої людини середня добова потреба становить 1 г білка на 1 кг маси тіла. Дітям потрібно більше — від 1,05 до 4,00 г на 1 кг ваги залежно від віку. Для 30-річного чоловіка необхідний рівень споживання в перерахунку на азот дорівнює 9,0–9,2 г на добу на 1 кг маси тіла.

Найбільший збір білка та цінного лізину забезпечують бобові культури. У сівозміні для цих цілей найбільш ефективні такі культури:

• соя;
• нут;
• чечевиця;
• горох;
• люпин.

Однак бобові не для всіх народів є традиційними, а ґрунтово-кліматичні умови часто заважають розширенню їх посівів. Тому агроному необхідно працювати над збільшенням вмісту білка в усіх культурах, що вирощуються, включаючи злакові та олійні.

Управління якістю урожаю через систему мінерального живлення

Мінеральне живлення рослин безпосередньо впливає як на кількість білка в урожаї, так і на його якісні показники. Під дією добрив змінюється амінокислотний склад і вміст вільних амінокислот. Потреба в елементах живлення змінюється залежно від фази вегетації, що потрібно враховувати при плануванні обробок.

Фосфор необхідний рослинам одразу після появи сходів. При його низькому вмісті в ґрунті потрібне внесення гранульованого суперфосфату у рядки, що прискорює розвиток коренів. Другий пік потреби у фосфорі припадає на фазу цвітіння і формування товарного урожаю, коли елемент бере участь у синтезі білка.

Калій поглинається рослинами практично весь період вегетації, але найбільш інтенсивно — до цвітіння. Цей елемент активізує ключові життєві процеси в рослинному організмі. Своєчасне калійне живлення справляє позитивний вплив на кінцевий вміст білка в продукції.

Сира клейковина являє собою білковий згусток, який залишається після відмивання тіста водою. Вона складається на 2/3 з води і на 1/3 із сухої речовини, представленої переважно важкорозчинними білками. За якістю клейковину ділять на три групи: I (хороша), II (задовільна) та III (незадовільна).

Залежно від вмісту білка та клейковини м'яку пшеницю ділять на три основні групи якості.

Крім азоту, фосфору та калію, для формування білкового комплексу рослинам потрібні інші мезо- та мікроелементи. У систему живлення культур необхідно включати кремній, кальцій, магній, сірку, залізо, а також мікро- та ультрамікроелементи. Їх збалансоване надходження визначає якість майбутнього білка.

Традиційна селекція і злиття протопластів потребують занадто багато часу і не завжди призводять до покращення господарсько-цінних ознак. Вони не встигають за ростом населення Землі, яке до 2050 року досягне 11 мільярдів людей. Швидко вирішити проблему дефіциту рослинного білка дозволяють методи генної інженерії. В їх основі лежить тотипотентність рослин — здатність рослинних клітин і протопластів розвиватися в повноцінний організм після впровадження цільових генів із заданими властивостями.

Практичне застосування трансгенних технологій у рослинництві

За останні два десятиліття генна інженерія стала найважливішим інструментом поліпшення якості врожаю. Перенесення генетичного матеріалу виконують двома основними способами: векторним (з використанням агробактерій і вірусів) або прямим перенесенням ДНК.

Весь процес трансформації проходить у три послідовні етапи:

1. Виділення цільового гена з донорської ДНК.
2. Отримання рекомбінантних (гібридних) молекул ДНК.
3. Введення їх у живі клітини модифікованої рослини для отримання нових ознак.

Сьогодні технології найбільш активно застосовують на сої, пшениці, кукурудзі, томатах, цукровому буряку, бавовнику та ріпаку. Модифікація дозволяє точково коригувати амінокислотний склад зерна. Наприклад, білки в ендоспермі злаків бідні на лізин, триптофан і метіонін, а запасні білки бобових культур — на метіонін. Введення додаткових кодонів лізину в гени запасних білків (проламінів) повністю вирішує цю проблему.

У дослідах уже охарактеризовано десятки генів запасних білків і клоновано:

• гордеїни ячменю;
• гліадини та глютенін пшениці;
• зеїни кукурудзи;
• оризеніни рису.

Трансформація пшениці модифікованим геном однієї з субодиниць глютеніну активує синтез цього білка, що значно покращує хлібопекарські властивості борошна. Практичні розробки вже впроваджені в багатьох країнах: зростають площі під трансгенною соєю, рисом, картоплею, малиною та полуницею. У США з використанням генетично зміненої сої випускають близько 3000 харчових продуктів — від дитячих каш і соусів до супів і консервів.