Сельское хозяйство – довольно широкая отрасль. Ее можно подразделить на две основных подотрасли – растениеводство и животноводство. Биотехнология имеет достижения, помогающие обеим этим отраслям. Начнем с животноводства. Животных, как и человека, надо лечить (ветеринария) и кормить. Есть поэтому много аналогий с биотехнологией для нужд человека.

Вакцины. Возбудители заболеваний у животных иные, чем у людей, особенно с учетом разнообразия видов и пород животных. Требования к вакцинам не такие жесткие, как в медицине, но это не исключает необходимости разрабатывать и выпускать большой ассортимент вакцин для животноводства и птицеводства. Под Москвой расположен биокомбинат, занимающийся таким производством.

Антибиотики. Часто медицинские антибиотики действуют и как ветеринарные препараты. Но государственные органы стараются не использовать медицинские антибиотики для животных. Во- первых, применение медицинских антибиотиков для лечения животных создает риск действия остаточных концентраций их в мясе на «привыкание» (точнее – резистентность) болезнетворных микроорганизмов к этим антибиотикам у человека и в дальнейшем – неэффективность их действия при заболеваниях человека. Поэтому только антибиотики-ветераны, в прошлом бывшие медицинскими (такие, как хлортетрациклин или биомицин), входят в ассортимент кормовых антибиотиков.

Кормовые витамины используют для некоторых видов животных. Здесь аналогия с медициной полная.

Ростовые гормоны в животноводстве играют гораздо большую роль, чем в медицине. Если в применении к человеку они направлены на немногочисленную популяцию лилипутов, то у животных они ускоряют нарастание мышечной массы при откорме. Это не стероидные гормоны, которые сейчас ограничены в применении, а природные белковые, биосинтез которых налажен с помощью генно-инженерных микроорганизмов-продуцентов.

Примерно 50 лет тому назад вещества, ускоряющие рост животных, относились к области фантастики. Например, в книге «Патент АВ» рассказывается об ученом, который ввел подобный препарат новорожденному котенку. Этот котенок рос так быстро, что съел сначала своих братьев и сестер, потом маму, потом охотился за собаками и, превратившись по размерам почти в тигра, стал опасным и для всего населения города.

Современные ростовые гормоны ускоряют рост до размеров нормальной взрослой особи, не более.

Кормовой белок. При откорме животных, особенно свиней и кур, наряду с обычным углеводным питанием (которое поставляется в основном зерном), важно иметь белковое питание (обычно это рыбная мука, мясо-костная мука, бобы или шрот сои, гороха, рапса). Всего этого в стране не хватает. Поэтому наша страна выступила пионером в использовании в качестве кормовых белков микробной биомассы, содержащей от 40 до 80 % белка и выращиваемой обычно на разных отходах.

Белок, применяемый для кормовых целей, не имеет ограничений по содержанию нуклеиновых кислот (как пищевой). Эти кислоты благополучно усваиваются животными и не вызывают проблем.

Наиболее известен кормовой белок из дрожжей Candida maltosa, выращиваемый на отходах переработки нефти – жидких парафинах. В СССР до 1990 г. ежегодно производилось 1,4 млн т в год такого продукта под названием БВК (белково-витаминный концентрат).

Разработана и реализована вблизи Волгограда в промышленных условиях технология кормового белка на основе метаноокисляющих микроорганизмов, использующих в качестве сырья природный газ и имеющих высокое содержание белка в биомассе (до 75 %). Аналогичным образом создана технология кормового белка на основе водородных бактерий.

Существует несколько заводов по производству кормовых гидролизных дрожжей, где в качестве сырья применяют получаемый после высокотемпературной кислотной обработки гидролизат древесины. Имеются также технологии получения белка на основе технических метанола и этанола.

Все эти виды сырья оказались после повышения цен на нефть, газ и электроэнергию экономически невыгодными. Поэтому разработана и реализована технология получения кормового белка на основе отходов производства зерна (под названиями «Биокорн», «Белотин», «Биотрин»), которая пока еще может конкурировать с дешевой соей из-за рубежа. В других странах для изготовления кормовых дрожжей используют отходы сахарной свеклы и тростника, фруктов, отходы спиртового производства, сельскохозяйственные крахмалосодержащие отходы.

Кормовые аминокислоты. Из 20 аминокислот незаменимыми для человека являются 8: изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин. Для сельскохозяйственных животных к незаменимым относятся также гистидин и аргинин, а для молодняка птицы – пролин.

Эти незаменимые аминокислоты не синтезируются организмом, а вносятся с кормом. При этом соотношение разных аминокислот должно примерно соответствовать соотношению их в белке мяса, яиц, молока животных (в зависимости от направления животноводства), а для человека – в белке женского молока. Если какая-то аминокислота имеет концентрацию гораздо большую, чем нужно по соотношению, прирост массы животного не изменится при кормлении такой смесью. Избыток оказывается «лишним». И наоборот, если концентрация какой-то одной аминокислоты будет меньше нужной по соотношению, то рост животного будет определяться именно этой аминокислотой. В биологии это называют «принципом Либиха» по имени немецкого ученого, сформулировавшего этот принцип.

Вернемся к кормам. В белке зерна пшеницы (глютене) много различных аминокислот, но одна из них имеет концентрацию, на 30–40% меньше нужной по соотношению Либиха. Эта аминокислота – лизин. Если ее добавить к корму, состоящему из зерна пшеницы, в относительно небольшом количестве, то белок станет почти в полтора раза более полноценным, и на таком сбалансированном корме соответственно будет в полтора раза больший рост животного без изменения количества самой пшеницы. Чтобы получить тот же эффект без добавок лизина, нужно впустую израсходовать в полтора раза больше зерна.

В связи с этим существует довольно большое производство кормовой аминокислоты лизина, которая продуцируется в больших количествах специальными штаммами микроорганизмов. Производство лизина в США, Японии и других странах достигает 300 тыс. т.

Имеется, в меньшей степени, потребность в аминокислотах триптофан (для кормов на основе зерна кукурузы) и треонин (для кормов на основе пшеницы).

Силосные закваски. Для сохранения скошенной травы и увеличения ее питательной ценности в силосные ямы наряду с травой вводят специальные закваски – смесь микроорганизмов, создающую возможность в зимнее время кормить животных даже более ценным, чем исходный, растительным кормом.

Пробиотики. Это полезные микроорганизмы пищеварительного тракта животных, которые в некоторых случаях (для молодняка) добавляют в виде живого биопрепарата в корм. Имеются также попытки в качестве микроорганизмов-пробиотиков добавлять в корм курам, свиньям микрофлору, выделенную из желудка грызунов, лосей, бобров, умеющих перерабатывать древесину как питательный субстрат. Это позволяет повысить усвояемость грубых кормов животным с односегментным желудком.

Теперь назовем основные виды продуктов, получаемых в процессах биотехнологий для нужд растениеводства.

Антибиотики для растений. Выпускают специальные антибиотики, позволяющие «лечить» различные виды заболеваний растений (таких, как головня, спорынья и т. д.).

Ростовые вещества для растений. Подобно ростовым гормонам для животных, биотехнологические методы позволяют получать аналогичные по действию вещества и для растений (гиб- берелины).

Энтомопатогенные препараты. Вакцин для растений не существует. Зато есть оригинальные способы борьбы с насекомыми – вредителями растений. Для этой цели биотехнологическим путем выращивают специальные микроорганизмы, которые заражают и убивают насекомых, но не вредят человеку, животным и самому растению. Это гораздо полезнее, чем химические инсектициды, которые загрязняют окружающую среду и часто остаются на сельскохозяйственных продуктах, воздействуя, таким образом, на человека.

Феромоны. Еще один способ борьбы с насекомыми – обработка участков поля феромонами (половыми аттрактантами насекомых). Такие феромоны получают микробиологическим путем с использованием также химических стадий. Привлеченных феромонами насекомых собирают на обработанных участках и уничтожают.

Бактериальные удобрения. Имеются некоторые виды микроорганизмов, способных потреблять азот из воздуха и переводить его в аммонийную и органическую форму. Особенно эффективно обрабатывать этими микроорганизмами семена, которые при прорастании в симбиозе обеспечивают накопление азотного питания.

Безвирусная рассада. Сельские жители знают, как трудно получить урожай картофеля, не зараженного вирусом. Биотехнология предлагает для этой цели метод культивирования изолированных клеток клубней картофеля. Клетки при этом размножаются в суспензии, как дрожжи. Затем выращенные клетки «пересаживают» в искусственный грунт и из каждой клетки вырастает «клубенек» размером не более горошины. Эти горошины высевают в поле как рассаду, из которой нормальным путем вырастает растение картофеля с множеством клубней. Мешком такой рассады можно засеять целое поле. Действительно, получается растение «из пробирки».

Корм для рыб. Кроме обычных белковых кормов микробиологического типа, хорошо показавших себя при разведении рыб, можно упомянуть специальный корм из оранжево-красных микроорганизмов рода Phaffia, который позволяет получать оранжевый или розовый цвет мяса лосося и форели при их искусственном разведении (без таких добавок мясо лосося получается водянистое, бело-серое). Это связано с тем, что Phaffia синтезирует ка- ротиноид астаксантин.