За последние 20 лет биотехнология, используя рекомбинантные (полученные за счет объединения вместе не встречающихся в природе фрагментов) ДНК, превратилась в неоценимый новый научный метод исследования и производства продукции сельского хозяйства. Рекомбинантная ДНК позволяет селекционерам отбирать и вводить в растения гены «поодиночке», что не только резко сокращает время исследований по сравнению с традиционной селекцией, избавляя от необходимости тратить его на «ненужные» гены, но и дает возможность получать «полезные» гены из самых разных видов растений. Эта генетическая трансформация сулит огромную пользу для производителей сельскохозяйственной продукции, в частности, повышая устойчивость растений к насекомым-вредителям, болезням и гербицидам. Дополнительные выгоды связаны с выведением сортов, более устойчивых к недостатку или избытку влаги в почве, а также к жаре или холоду — основным характеристикам современных прогнозов грядущих климатических катаклизмов. Наконец, немалую выгоду может получить от биотехнологии и непосредственно потребитель, поскольку новые сорта обладают более высокими питательными свойствами и другими характеристиками, сказывающимися на здоровье (Борлауг, 2001).
Новые сорта трансгенных растений достаточно быстро завоевывают популярность в среде производителей. Это — пример наиболее быстрого распространения (как результатов, так и методов) во всей многовековой истории сельского хозяйства. В период с 1996 по 1999 год площади, засеянные трансгенными сортами основных продовольственных культур, увеличились почти в 25 раз (с 1,7 до 40 млн га).
В ряде стран (США, Япония, Канада, Великобритания, Франция, Китай и др.) уже нашли широкое практическое применение методы клеточной селекции при создании новых форм растений путем выделения мутантных клеток и сомаклональных вариаций в селективных условиях. Полученные с использованием этих методов сорта характеризуются улучшенным качеством, повышенной устойчивостью к неблагоприятным условиям внешней среды и вредным организмам. В нашей стране с помощью методов культуры клеток, тканей и органов созданы первые отечественные сорта ячменя: Исток, Одесский 115, Прерия, Степной дар (бывш. ВСГИ), Биос 1, Рамос, Рахат (НИИСХ ЦРНЗ совместно с другими НИИ); риса Биориза (ВНИИ риса); озимой пшеницы Смуглянка (ПНИИЖБ). Срок выведения этих сортов был сокращен на 4—6 лет.
Зерновые и злаковые кормовые культуры являются еще трудным объектом для генной инженерии, прежде всего, в связи с отсутствием надежных векторных систем для введения генов в геном их клеток. Поэтому одновременно ведется разработка методов прямого переноса генов в клетки растений для получения устойчивых форм к стрессовым факторам, болезням и вредителям (США, ФРГ, Испания, Франция и др.).
Одной из важнейших областей применения методов генной инженерии в растениеводстве является биологическая фиксация азота как бобовых, так и небобовых культур (рис, кукуруза, пшеница, сорго). Эти исследования ведутся в США, Великобритании, Индии и других странах. Учитывая, что система фиксации азота требует больших энергетических затрат, в перспективе предусматривается возможность соединения у растений молекулярных механизмов азотфиксации и фотосинтеза в единую сопряженную систему, способную использовать для восстановительных реакций непосредственно лучистую энергию.
В ряде стран (США, Япония, Канада, Великобритания, Франция, Китай и др.) уже нашли широкое практическое применение методы клеточной селекции при создании новых форм растений путем выделения мутантных клеток и сомаклональных вариаций в селективных условиях. Полученные с использованием этих методов сорта характеризуются улучшенным качеством, повышенной устойчивостью к неблагоприятным условиям внешней среды и вредным организмам. В нашей стране с помощью методов культуры клеток, тканей и органов созданы первые отечественные сорта ячменя: Исток, Одесский 115, Прерия, Степной дар (бывш. ВСГИ), Биос 1, Рамос, Рахат (НИИСХ ЦРНЗ совместно с другими НИИ); риса Биориза (ВНИИ риса); озимой пшеницы Смуглянка (ПНИИЖБ). Срок выведения этих сортов был сокращен на 4—6 лет. Получены также формы ячменя и пшеницы (ИФР, MCXA, ВНИИСБ), люцерны и клевера лугового (ВНИИ кормов), сахарной свеклы (ВНИИСС), льна (ВНИИЛ), устойчивые к стрессовым факторам и болезням.
В 1993 году были проведены совместные исследования Россия - США по созданию высокопродуктивных гибридов кукурузы, способных размножаться по механизму апомиксиса, то есть давать семена бесполым путем. Сейчас передовые исследования в этой области ведут ученые из лаборатории цитологии и апомиксиса растений Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН в Новосибирске.
Первый в мире проект по созданию апомиктичного коммерческого сорта у культурных растений был объявлен и начат в СССР в 1958 году. Его автор - профессор Д. Ф. Петров, создавший для выполнения данного исследования лабораторию цитологии и апомиксиса растений в только что организованном Институте цитологии и генетики Сибирского отделения Академии наук. Однако идея закрепления гетерозиса через размножение, исключающее сегрегацию генов, принадлежит М. С. Навашину и Г. Д. Карпеченко. Получение апомиктов планировалось на важнейшей сельскохозяйственной культуре - кукурузе. В работе, начатой Д. Ф. Петровым, использовали несколько подходов. Один из них оказался продуктивным и продолжается в России, а также в США, во Франции, в Мексике до настоящего времени. В этом исследовании передачу Zea mays L.-Zm апомиктического способа репродукции осуществляли от ее дикого сородича - трипсакума (Tripsacum dactyloides L.-Td) путем гибридизации. Сравнительный анализ традиционных сортов кукурузы и апомиктов выявил следующие признаки превосходства апомиктичных гибридов: урожай зеленой массы, высокое содержание в ней протеина и других переваримых компонентов, содержание в семенах полиненасыщенных жирных кислот, устойчивость растений к засухе, переувлажнению и засолению почвы. Эти несомненные преимущества позволили бы уже сейчас использовать гибриды в качестве фуражной культуры. Однако пока они не могут давать семян из-за полной мужской стерильности (апомиктам необходимо оплодотворение центральной клетки, иначе зерновки не развиваются). Чтобы получить потомство от гибридов, приходится рядом высевать кукурузу в качестве опылителя. Подбором опылителей и других факторов удалось добиться 50-процентной фертильности, что с учетом большого числа початков на растениях-гибридах позволяет им конкурировать по семенной продуктивности с кукурузой. Российская апомиктичная кукуруза уже запатентована в США и в 11 других странах (Соколов, 1999).
По прогнозам экспертов, дальнейшее развитие производства зерна в наибольшей мере будет связано с повышением стабильности урожаев возделываемых сортов. Например, в Канаде фунгициды на посевах пшеницы практически не используются, поскольку возделываемые сорта устойчивы к наиболее вредоносным грибам (различные виды ржавчины, головня). Селекция здесь в большей степени ориентирована на болезнеустойчивость, чем на урожайность (Касаева, Ковалев, 1989). В Белоруссии вклад сорта в увеличение производства зерна неуклонно возрастает. Если в настоящее время прибавка урожая от селекции и семеноводства оценивается в 15— 20%, то в перспективе, по прогнозам ученых, она достигнет 50—80% (Гриб, 1998). Академик H.И. Вавилов (1987) отмечал, что новые проблемы будут ставить перед селекцией и новые цели