Сохранить уникальный генофонд растений: в Якутии создается резервное хранилище

В Якутии планируется построить Всероссийское резервное хранилище семян растений для продовольственной безопасности в условиях западных санкций. Расширение сети хранилищ позволит хранить до миллиона образцов семян различных культур и диких растений, что позволит накопить уникальный генофонд растений страны.

Резервное хранилище

В настоящее время в Якутском криохранилище, построенном в 2012 году в одной из старых шахт Института мерзлотоведения, хранится более 12 тысяч образцов семян бобовых, злаковых, дикоросов, древесных и сельскохозяйственных культур. К слову, его мощности позволяют собрать до 100 тысяч образцов.

Вопрос о расширении хранилища якутскими учёными был поставлен ещё в 2013-2014 годах. В результате большой предварительной работы и, прежде всего, при участии академика РАН Александра Сергеева, лично посетившего якутское криохранилище, был издан Указ Президента РФ Владимира Путина о создании Национального центра генетических ресурсов растений. Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) назначен головным в этой новой структуре.

В указе президента есть два пункта, которые напрямую касаются предложений якутских учёных по развитию проекта.

– Это пункт, где указано, что в рамках развития инфраструктуры Национального центра должен быть создан криобанк. И второй, в котором говорится, что на территории России должно быть создано резервное хранилище семян ценных образцов генетических ресурсов растений на случай возникновения чрезвычайной ситуации.

Ещё в 2020 году при разработке проекта Научно-образовательного центра мирового уровня «Север – территория устойчивого развития» мы добились того, что в качестве одного из инфраструктурных проектов был включен как раз проект создания криохранилища семян растений в толще многолетнемёрзлых пород.

Благодаря тому, что в 2021 году наша республика и четыре дальневосточных региона выиграли федеральный грант по проекту НОЦ «Север», осенью прошлого года была открыта новая молодёжная лаборатория «Генетических ресурсов растений криолитозоны». Эта лаборатория является первичной структурой, с участием которой в рамках работы якутской опытной станции (филиал) ВИР им. Н.И.Вавилова в системе «Национального центра генетических ресурсов растений» и должны будут реализовываться эти два пункта Указа Президента России, – рассказал вице-президент Академии наук РС(Я), доктор биологических наук Борис Кершенгольц.

Опыт удался

По словам учёного, идея создания криохранилища семян растений в толще многолетнемёрзлых пород возникла в середине 70-х годов ХХ века. Отцами-основателями этого проекта в научном сообществе Якутии были выдающиеся учёные Василий Дохунаев, Никита Соломонов, Борис Иванов и Василий Алексеев.

Впервые в Якутии семена растений были заложены на хранение в подземную шахту Института мерзлотоведения СО АН СССР как раз в конце 1970-х годов. Это были образцы из коллекции Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И.Вавилова. Эксперимент заключался именно в долговременном хранении семян растений, срок которого составляет не менее 30 лет, причём без пересевов. Спустя 30 лет учёные изучили посевные, физиологические свойства семян, сохранность генетического аппарата растений.

– Оказалось, они сохранились на 85-90%. При этом хранение семян в толще многолетнемёрзлых пород на глубине от 9 до 12 метров не требовало никаких затрат на электроэнергию благодаря технологии, разработанной сотрудниками Института мерзлотоведения СО РАН под руководством доктора технических наук Георгия Кузьмина по запасанию природного зимнего холода для создания круглогодично стабильных отрицательных температур в условиях подземных шахт в мерзлоте. Благодаря этой технологии в хранилище круглогодично поддерживаются оптимальные для хранения семян отрицательные температуры от -8 до -10°С. Помимо автономности и энергонезависимости такое хранилище полностью защищено от любых природных и техногенных аварий и катастроф на дневной поверхности, – говорит Борис Моисеевич.

В конце 2021– начале 2022 годов учёные провели очередную проверку сохранности семян бобовых, помещённых в Якутское криохранилище.

– Мы посадили семена, хранившиеся более 40 лет, вырастили из них растения, получили плоды и новые семена, а потом проверили дочерние семена на весь комплекс свойств. Таким образом, установили, что все свойства семян, хранившихся в криохранилище более 40 лет, сохранены на уровне 80-85%. А это значит, что по своим характеристикам они ни в чем не уступают свежим семенам, – уверен профессор.

Энергонезависимый объект

В 2014 году было разработано финансово-экономическое обоснование строительства второй очереди криохранилища, включая небольшой надземный лабораторный корпус. Стоимость проекта по ценам 2014 года составляла порядка 500 млн рублей, по сегодняшним ценам это немного более 1 млрд рублей. В том же 2014 году было определено несколько площадок, пригодных для строительства нового криохранилища, все они расположены в окрестностях Якутска, потому что именно здесь, в единственном месте на планете, имеется наиболее устойчивая и низкотемпературная мерзлота.

Борис Моисеевич подчеркнул, что криохранилище проектировалось с таким расчётом, чтобы обеспечить сохранность семян растений даже на случай ядерного удара.

Резервное хранилище семян в составе Национального центра генетических ресурсов растений будет, как и существующее сейчас криохранилище, полностью автономным. Оно не будет нуждаться ни в водоснабжении, ни в электроэнергии.

– Сохраняемые в криохранилище семена будут использоваться, во-первых, для обеспечения продовольственной безопасности, включая семена сельскохозяйственных видов растений, заложенных сотрудниками Якутского научно-исследовательского института сельского хозяйства, так как закупаемые Россией в настоящее время за рубежом семена сельскохозяйственных видов растений во многих случаях не обладают жизнеспособностью, т.е. не способны прорастать на следующий год. Кроме того, развитие санкционного режима может вообще поставить под вопрос их приобретение. Во-вторых, для обеспечения экологической безопасности Якутии. Как известно, целый ряд дикорастущих видов растений в результате изменения климата, антропогенного воздействия и других факторов с течением времени просто исчезает. На территории России, в том числе и у нас в республике, ведутся масштабные промышленные разработки, производится добыча полезных ресурсов. Нарушенный в ходе промышленного воздействия почвенный покров нуждается в рекультивации, включающей в себя воссоздание почвенного слоя и посев растений. Семена для такого посева необходимо готовить заранее, хранить их. Благодаря нашим коллегам из Института биологических проблем криолитозоны и других научных институтов Сибири и Дальнего Востока с 2014 года в имеющемся сейчас в Якутске криохранилище закладываются семена не только сельскохозяйственных видов растений, но и дикоросов. В те же годы Новосибирский филиал Института леса предоставил семена древесных растений, которые сейчас оказываются чрезвычайно востребованными для посевов на территориях, пострадавших от лесных пожаров, – говорит профессор.

На глубине 12 метров

Якутское криохранилище – единственный в мире полностью автономный, энергонезависимый объект. Здесь на глубине 12 метров и хранится уникальный генофонд растений.

Якутские учёные доказали, что температура для сохранения всех полезных свойств семян составляет от -6 до -10 градусов.

– Это даёт возможность для использования естественного холода. Но температура грунтов достаточно высокая, всего -1,5 градуса. Для установления оптимальной температуры в рабочих камерах зимой через массив грунтов криохранилища прогоняется холодный воздух, аккумулируя холод для охлаждения летом.

Для этого нами и была придумана система естественного вентилирования всего горного массива с поверхности до самого криохранилища без применения охладительных установок. Мы используем только естественный холод, – рассказывает главный научный сотрудник Института мерзлотоведения имени Мельникова Георгий Кузьмин.

Разработчиками ноу-хау было создано две системы охлаждения. Так, зимой холод загоняется в грунты за рабочие камеры, закрепленные деревянными креплениями. Здесь дерево играет роль теплопроводного материала. Как рассказал ученый, оно обладает малой теплопроводностью, что позволяет сохранить холод. Но его также недостаточно в летнее время. Для этого созданы охлаждающие каналы для замораживания верхней поверхности грунтов. Далее охлажденный воздух спускается вниз до криохранилища, где и поддерживает нужную температуру в течение лета. Так происходит естественная циркуляция холода.

Криохранилище находится недалеко от Института мерзлотоведения. Здесь находится два дома, соединённых между собой на глубине 12 метров.

Младший научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии Института мерзлотоведения СО РАН имени Мельникова Василий Куваев провел для газеты «Якутия» небольшую экскурсию.

Расположенные ровными рядами стеллажи заполнены баночками с семенами сельскохозяйственных культур. Вот одни из первых – образцы нута, фасоли, привезённые в 1977 году из Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова. Есть и современные культуры. За температурой в криохранилище специалисты следят при помощи специальных датчиков, которые передают все данные в лабораторию.

По словам Василия Куваева, сбоев практически не бывает, криохранилище надёжно защищено.

– Здесь, кроме освещения помещения, нет других дополнительных установок. Раньше все семена хранились в основной подземной лаборатории Института мерзлотоведения, а в 2012 году вся коллекция была перенесена сюда. Время от времени учёные кладут новые образцы, берут пробы на пересев семян и так далее. Глубина в 12 метров тоже подобрана неслучайно. Температура здесь стабильна в течение всего года, а для семян важно, чтобы не было её перепадов, – говорит он.

Сейчас основное хранилище семян растений России находится на Кубани, там они хранятся в морозильных установках, которые требуют колоссальных затрат на электроэнергию. К тому же сроки такого хранения ограничены максимум 15 годами, что влечёт за собой огромные трудовые затраты на пересевы семян.

***

Как объяснил Борис Кершенгольц, при создании Всероссийского резервного криохранилища в Якутии будут использованы две технологии, разработанные якутскими учёными. Первая – это запатентованная Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН технология запасания зимнего холода для круглогодичного стабильного поддержания оптимальных отрицательных температур, необходимых для хранения семян растений (патент РФ).

Вторая – технология длительного хранения семян растений с использованием природного холода многолетнемёрзлых пород, разработанная и запатентованная Институтом биологических проблем криолитозоны.