Инновационные разработки и технологии в выращивании хлопчатника

Специальный выпуск 28 сентября 2020 г. ДАЙДЖЕСТ по прорывным инновационным технологиям и разработкам в хлопководстве Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент-2020

Содержание Content 7 октября – Всемирный день хлопка 3 Технология редактирования генома для улучшения качества 4 хлопчатника 6 7 Технология секвенирования генома хлопчатника 8 Возможности метагеномики в выращивании хлопчатника Петлевая изотермическая амплификация ДНК (LAMP) Нано-биосенсоры: диагностические инструменты нового поколения 9 Климатоустойчивое развитие 10 11 Технология применения эндофитов для защиты хлопчатника 12 Водосберегающие технологии выращивания хлопчатника 14 Технологии сохранения здоровья почвы 16 18 Селективные инсектициды в борьбе с вредителями хлопчатника Технологии искусственного интеллекта 19 21 Возможности виртуальной реальности для сельского хозяйства 23 Возможности смартфонов в сельском хозяйстве Мелкомасштабная механизация 24 Развитие технологий выращивания хлопчатника 29 в Узбекистане Источники 2

7 октября – Всемирный день хлопка World Cotton Day По инициативе стран С-4 (Бенин, Буркина-Фасо, Чад и Мали) 7 октября 2019 г. Всемирной торговой организацией в сотрудничестве с секретариатами Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), Конференции ООН по торговле и развитию (UNCTAD), Международного торгового центра (ITC) и Международного консультативного комитета по хлопку (ICAC) впервые было организовано проведение Всемирного дня хлопка. Наряду с представителями 40 стран, делегация Узбекистана во главе с Заместителем министра инвестиций и внешней торговли Бадриддином Абидовым приняла участие в праздновании данного мероприятия, где представила кластерную модель развития легкой промышленности Узбекистана, предусматривающую интегрирование производства начиная с этапа выращивания хлопка-сырца, его переработки на хлопкоочистительных предприятиях и выпуска конечной текстильной продукции с высокой добавленной стоимостью. В 2020 году, в связи с текущей эпидемиологической ситуацией в мире, мероприятия посвященные Всемирному дню хлопка будут проходить в дистанционном формате. Крупными участниками мирового хлопкового рынка 7 октября т.г. планируются проведение различных мероприятий и публикации информационных материалов по темам тенденций развития хлопковой индустрии. В этой связи Центром научно-технической информации при Министерстве инновационного развития был подготовлен дайджест по разработкам инновационных технологий создания и выращивания хлопка. В данном дайджесте представлены последние мировые тенденции развития технологий выращивания, сбора, переработки хлопка, в т.ч. технологий редактирования и секвенирования геномов хлопчатника, нанотехнологий применяемых для диагностирования заболеваний растений, технологий искусственного интеллекта и виртуальной реальности для прогнозирования урожая, ресурсосберегающих технологий, технологий сохранения почвы и использования селективных инсектицидов, мелкомасштабной механизации и других технологий применяемых в различных странах, в том числе и в Узбекистане. 3

Технология редактирования генома для улучшения качества хлопчатника Genome editing technology to improve cotton quality Редактирование генома является одним из видов генной инженерии, в котором может быть проведено включение, удаление или перемещение фрагментов ДНК в геноме с использованием специфически спроектированных эндонуклеаз, или \"молекулярных ножниц\". Одним из новейших технологий редактирования геномов является CRISPR/Cas9, базирующаяся на иммунной системе бактерий. Ученые показывают, что CRISPR/Cas-системы дают возможность исправлять \"неправильные\" последовательности генов и таким образом лечить заболевания растений, или улучшать их качество, тем самым достигнуть желаемых результатов [1]. Группа исследователей из Китая представила простой и высокоэффективный метод определения целевой мутации гена в геноме аллотетраплоидного хлопчатника с применением системы CRISPR/Cas9. В исследовании были использованы GhMYB25- подобные гены, полученные из A и D геномов хлопчатника (Gossypium hirsutum), соответственно, для создания эффективных мутаций в геноме хлопчатника на основе CRISPR/Cas9. По заключении исследования ученые пришли к выводу, что метод CRISPR/Cas9 может быть эффективным подходом для целевого мутагенеза в геноме хлопчатника. Учеными Центра перспективных исследований в области сельского хозяйства и продовольственной безопасности (CAS-AFS) Сельскохозяйственного университета Пакистана был разработан эффективный и быстрый метод временной оценки направляющих РНК в хлопке, а также отредактирован геном хлопчатника для целевого мутагенеза с помощью технологии CRISPR/Cas. Целенаправленное нарушение нежелательных генов или метаболических путей может быть достигнуто для повышения качества хлопчатника. Нежелательные метаболиты, такие как госсипол в семенах хлопчатника, могут быть эффективно нацелены с помощью сконструированных нуклеаз для хлопчатника с низким содержанием госсипола, специфичного для семян [2]. 4

Технология редактирования генома для улучшения качества хлопчатника Genome editing technology to improve cotton quality Еще одним из наиболее часто используемых подходов модификации генома является РНК-интерференция (РНКи), исторически сложившаяся благодаря технологии в открытии генных структур и функций организмов. РНК-интерференция (РНКи) - это новый развивающийся метод, основанный на гомологически зависимом посттранскрипционном молчании генов, индуцированном двухцепочечной РНК (дцРНК). Ассоциации многих важных генов с развитием волокон были обнаружены с помощью РНКи. В последнее время была проделана значительная работа, подчеркивающая пригодность этого метода для улучшения хлопчатника [3]. Например, изменение или регулирование времени цветения является сложной задачей в программе улучшения растений, но необходимой для создания новых сортов с высоким урожаем, которые лучше приспособлены к конкретной среде. В совместном проекте ученые из Узбекистана и США, такие как Абдурахмонов И.Ю., Буриев З.Т., Пэппер А., Дженкинс Дж. и др., вывели скороспелые растения хлопчатника с ранним цветением, более высокой урожайностью и улучшенными качествами волокон путем регуляции гена фитохрома А хлопчатника с помощью технологии РНКи [4]. Учитывая потенциал этого исследования, ученые запатентовали эту технологию. Ряд новых сортов иРНК успешно прошел испытания на площади более 60 000 га в Узбекистане. Это первый случай, когда крупный урожай выращивается с помощью новой технологии РНКи и высаживается на такой большой площади [5]. 5

Технология секвенирования генома хлопчатника Cotton genome sequencing technology Секвенирование генома – метод, позволяющий установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде, а также последовательность генов, тотальной мРНК или полных геномов организмов Полногеномное секвенирование дает максимально полный набор данных о структуре генетического материала и позволяет детально оценить все индивидуальные генетические вариации. За последнее десятилетие достижения в секвенировании генома хлопчатника значительно расширили существующие знания в данной области. Доступная полная последовательность геномов хлопчатника должна обеспечить лучшее понимание малекулярных основ развития волокна. Первоначальные усилия по секвенированию генома хлопчатника были начаты с ближайших диплоидных видов- предшественников, G. raimondii (D5) и G. arboreum (A2), а затем были распространены на другие тетраплоидные виды хлопчатника, G. hirsutum (AD)1 и G. barbadense (AD)2. В настоящее время полное изучение генома диплоидных видов-предшественников G.herbaceum (A1) осуществляется Университетом Алабамы в сотрудничестве с Техасским университетом A&M и Службой сельскохозяйственных исследований США (USDA ARS). Информация о секвенировании генома диплоидных и тетраплоидных видов может помочь в разработке генетически модифицированных линий хлопчатника с превосходными агрономическими характеристиками [6]. 6

Возможности метагеномики в выращивании хлопчатника Metagenomics in cotton growing Метагеномика – относительно молодое научное направление, но за свою более чем 20-летнюю историю она успела приобрести известность во многих странах. Этот раздел молекулярной генетики изучает извлекаемые из экосистемы нуклеиновые кислоты, содержащие всю информацию о микробном сообществе того или иного местообитания. Учеными из Университета Каид-и-Азам в Пакистане был проведен метагеномный анализ относительной численности и разнообразия бактериальной микробиоты Bemisia tabaci (белокрылка), заражающей хлопчатник в Пакистане [7]. Комплекс видов Bemisia tabaci является одним из самых разрушительных сельскохозяйственных вредителей, вызывающих экономические потери в результате поедания растительности, и, что более важно, передачи вирусных заболеваний, таких как курчавость листьев хлопчатника (CLCuD). Таксономическое разнообразие сообществ бактерий, ассоциированных с Bemisia tabaci, использующих методы NGS, обнаружено у насекомых, выращенных на искусственном кормлении в лабораторных условиях. В данном исследовании секвенирование метагенома 16S рДНК был использован для характеристики бактериальных составов диких взрослых особей Bemisia tabaci, заражающих культурный хлопчатник в восьми основных хлопководческих районах южного Пенджаба, Пакистан. Учеными было идентифицировано 50 известных и 7 неизвестных родов бактерий, принадлежащих к 10 типам, 20 классам, 30 порядкам и 40 семействам. Анализ бета- разнообразия наборов данных показывает, что белокрылки, заражающие хлопчатник в географически разных местах, имели сходное бактериальное разнообразие. Эти результаты впервые дают представление о разнообразии микробиома белокрылки дикого типа, поражающих культивируемые растения. 7

Петлевая изотермическая амплификация ДНК (LAMP) Loop-mediated isothermal amplification of DNA В последнее десятилетие развитие методов молекулярной диагностики привело к появлению различных передовых инструментов, в том числе петлевой изотермической амплификации (LAMP). В настоящее время это хорошо зарекомендовавший себя метод, применяемый в различных областях, таких как медицина, сельское хозяйство и пищевая промышленность, благодаря своей простоте, специфичности, скорости и малозатратности. В попытке ускорить процесс скрининга трансгенных растений хлопка (G. hirsutum L.) иранскими учеными из университетов Урмии и Зенджана был произведен анализ визуальной и быстрой петлевой изотермической амплификации (LAMP) [8]. Геномную ДНК экстрагировали из свежих тканей листьев трансгенного хлопка Т2, содержащего гены хитиназы (chi) и cry1A (b). Обнаружение представляющих интерес генов выполняли методами полимеразной цепной реакции (ПЦР) и LAMP в реальном времени. В анализе LAMP амплификацию проводили через 30 минут при 65°C с участием в реакции праймеров петли. Вовлечение праймеров петли уменьшило время, необходимое для амплификации. При тестировании серийных десятикратных разведений (от 10–1 до 10–8) интересующих генов было обнаружено, что чувствительность определения LAMP в 100 раз выше, чем у ПЦР. Метод быстрой экстракции ДНК и анализ LAMP могут быть выполнены в течение 30 минут, и полученные продукты LAMP можно непосредственно наблюдать визуально обнаруживаемые на основе мутности в реакционной пробирке. Разработанный метод оказался эффективным, быстрым и чувствительным при скрининге трансгенных растений хлопчатника. 8

Нано-биосенсоры: диагностические инструменты нового поколения Nano-biosensors: new generation diagnostic tools Нанобиосенсоры занимают важное место в сельском хозяйстве за счет разработки диагностических инструментов и методов нового поколения. В последнее время наблюдается заметный рост разработок различных биосенсоров, таких как электрохимические наносенсоры, оптические наносенсоры, технология наноштрих-кода, электронный нос и язык, беспроводные наносенсоры и сенсорные сети. Эти нанобиосенсоры надежны, эффективны и экономичны при решении различных вопросов, связанных с сельскохозяйственным производством. Уникальность нанобиосенсоров заключается в их малом размере, портативности, специфичности, сверхчувствительности и относительно недорогой стоимости. Кроме того, в диагностических компаниях и исследовательских учреждениях проводятся исследования по разработке и совершенствованию биосенсорных технологий для пищевого и сельскохозяйственного секторов. Это позволило разработать нанобиосенсоры, которые могут оказаться очень эффективным инструментом для интеллектуальных систем доставки препаратов в почву. Нанобиосенсоры также способны определять жизнеспособность семян, их срок хранения и количество питательных веществ, необходимых растениям. Ученые из Каталонского института нанонауки и нанотехнологий в Испании предложили новые способы диагностирования патогенов растений с помощью биосенсерных систем на основе антител и рецепторов ДНК. В исследовании также показано использование различных наноматериалов, таких как наноканалы и металлические наночастицы, для разработки инновационных и сверхчувствительных биосенсорных систем для обнаружения патогенов у растений [9]. 9

Климатоустойчивое развитие Climate-resistant development Продовольственная безопасность и защита окружающей среды являются неотложными проблемами для глобального общества, особенно с учетом неопределенности изменения климата. Согласно прогнозам, изменение климата окажет широкий спектр негативных воздействий на физиологический метаболизм растений, плодородие почвы и связывание углерода, микробную активность и разнообразие, что ограничит рост и продуктивность растений и, в конечном итоге, производство продуктов питания. В настоящее время предпринимаются интенсивные усилия по повышению урожайности сельскохозяйственных культур при меньших потребностях в ресурсах и повышению урожая за счет улучшения характеристик устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам. Одним из самых ярких примеров климатоустойчивого возделывания хлопчатника является проект, осуществленный узбекскими учеными Научно-исследовательского института селекции, семеноводства и агротехнологии выращивания хлопчатника с целью адаптации хлопчатника к изменению климата путем внедрения технологии выращивания засухоустойчивых и солеустойчивых сортов [10]. Изучение проводилось в условиях водного дефицита с одним поливом в период массового цветения в обычных условиях при залегании грунтовых вод на глубине 15-20 метров; и при засолении грунтовых вод 1,5-2 м. при этой же схеме полива. Использовалась серия новых сортов \"Гулистон\", созданные с разной генетической основой и признанные перспективными: С-5706, С-5707, С-5709, С-5710, СП-7701, СП-7702, Тош ДАУ-100. При неблагоприятных климатических условиях посев семян полученных сортов дал хорошие результаты и выдерживал поливы дренажной водой и водой с зауров с сохранением качеств волокна. 10

Технология применения эндофитов для защиты хлопчатника Endophyte technology for cotton protection Интенсивное сельское хозяйство, применяемое в неустойчивых погодных условиях и использующее агрохимикаты, является экологически вредным и нецелесообразным при расширении данного метода для удовлетворения будущих потребностей. Одним из эффективных технологий, не причиняющих вред растительности, является применение эндофитов для защиты растений. Эндофиты получают питательные вещества из почвы и передают их растениям в цикле ризофагии и других симбиозах, кроме того они увеличивают рост и ускоряют развитие растений, снижают окислительный стресс у растений. Однако основными функциями эндофитов являются защита растений от болезней, препятствование нападению насекомых и подавление роста конкурирующих видов растений. Исследователями Великобритании было предложено новое определение статуса микробных эндофитов, потенциальные стратегии применения эндофитов в сельскохозяйственных системах и обоснована необходимость синергизма между исследованиями грибковых и бактериальных эндофитов [11]. Согласно данному исследованию, при правильном управлении эндофиты обладают потенциалом для борьбы с текущими и возникающими патогенами, а также с биотическими стрессами, поскольку многие фермеры сталкиваются с частыми изменениями климата. Положительный результат при выращивании хлопчатника будет достигнуто за счет лучшего понимания передачи сигналов между растением-хозяином и микробиомом, неотъемлемой частью которого является эндосфера. Другие исследователи так же утверждают [12], что микробные эндофиты могут использоваться для улучшения здоровья растений и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. В результате достигается уменьшение количества патогенов эндофитами, снижается вред от насекомых и сорных растений. 11

Водосберегающие технологии выращивания хлопчатника Water-saving cotton growing technologies Северо-западный регион Китая в настоящее время является наиболее доминирующим регионом выращивания хлопчатника в стране. Увеличение производства хлопка и высокая урожайность в значительной степени объясняется применением ряда ключевых методов выращивания. Эти методы, включая культивирование, стимулирующее раннее выращивание для полного использования накопленного тепла, близкую посадку для рационального использования световой энергии, капельное орошение под пластиковым мульчированием для экономии воды и повышения урожайности, были разработаны относительно недавно и интенсивно применяются на северо-западе Китая. Низкая равнина у Бохайского моря на Северном Китае является важным регионом для производства хлопка, и зерновых культур в стране. Из-за нехватки пресной воды для поливов земель в области сельского хозяйства в течение длительного времени использовались водные ресурсы, добываемые из глубоких подземных вод. Чтобы проверить осуществимость и устойчивость капельного орошения соленой водой на Низкой равнине у Бохайского моря, исследовательской группой из Шаньдунского сельского-хозяйственного университета, Академии сельского хозяйства в г.Хэбэй и др. было изучено влияние данного способа орошения на степень засоленности почвы, а также на рост, урожайность и качество волокна хлопчатника. Исследования, проведенные в течение 2х лет, показали, что, учитывая засоленность почвы, скорость приживаемости всходов, урожайности семян хлопчатника и т. д., водой с засолением ≤8.8 dS m¹ можно орошать капельным способом в данном регионе, чтобы избежать риска вторичного засоления [13]. 12

Водосберегающие технологии выращивания хлопчатника Water-saving cotton growing technologies Китайской компанией Xinjiang Tianye была разработана водосберегающая технология капельного орошения с применением мульчирующей пленки. Данная технология позволяет осуществлять полив с ограниченным количеством воды гораздо эффективнее. Данная технология была завезена в Республику Узбекистан в начале 2020 г. и опробована на хлопковых плантациях общей площадью 406,7 га в Сырдарьинской области Узбекистана в рамках китайско-узбекского центра демонстрации технологий в области современного водосберегающего сельского хозяйства [14]. Утверждается, что применение данной технологии позволяет сохранить 50% воды и 30% удобрений, а также увеличить урожайность на 50% по сравнению с урожайностью при традиционном поливе. Стоит отметить, что технология капельного орошения в засушливых местах, разработанная корпорацией Tianye на основе израильской, применяется на 4 000 000 гектаров земли на территории Китая, а также успешно распространяется за рубежом более чем в 30 странах в мира, включая страны Центральной Азии. 13

Технологии сохранения здоровья почвы Soil health preservation technologies Обработка почвы отвальным способом с помощью вспашки, является одной из причин, вызывающих потепление климата на планете, связанного с мощными выбросами углекислого газа в атмосферу, прямым последствием которого, является регулярное и постоянное истощение содержания углеводов (органической материи) в почвах, обрабатываемых отвальным способом, даже при регулярном внесении удобрений. Чтобы благоприятствовать быстрому и хорошему укоренению выращиваемых сельскохозяйственных культур, необходимо обеспечить пористость почвы, без опрокидывая её верхних слоёв, тем самым избежав разрушения ее структуры и утраты, накопившихся органических веществ. Так, Французская компания AGRISEM International предлагает безотвальные почвосберегающие технологии различных видов. Запатентованная технология AGRISEM заключается в создании перемещающейся \"волны\" перегибаемого слоя почвы. Смещенный режущий элемент лапы способствует образованию вертикальной грузоподъемной силы, позволяющей осуществлять однородное поднятие слоя почвы, возвращающегося на свою изначальную позицию после прохождения \"волны\" при продвижении агрегата вперед. Данный процесс обеспечивает полное разрыхление почвы, сохраняя целостность ее структуры, улучшение капиллярного обмена влаги в почве и проникновение атмосферных газов. 14

Технологии сохранения здоровья почвы Soil health preservation technologies Группа ученых из Казахстанского НИИ почвоведения и агрохимии предложила новый способ обработки почвы с применением нулевой технологии [15]. Нулевая технология предполагает отказ от перепахивания земли. Главный принцип ее состоит в использовании естественных природных процессов, которые происходят в почве. Непаханое поле на 1-2 метра вглубь пронизано миллиардами капилляров, оставшихся после корней однолетних растений или образовавшихся в результате жизнедеятельности почвенных организмов. По этим тонким глубоким каналам влага насыщает землю, а зимой, замерзая, разрывает каналы. Так происходит природное рыхление почвы. Посев по стерне позволяет накапливать углерод в почве, который в классической технологии улетучивается в атмосферу в процессе вспашки и культивации. Правила возделывания сельскохозяйственных культур в системе целостного сберегающего земледелия (нулевой обработке почвы) следующие: 1. Уборка урожая проводится комбайнами с измельчителями, которые измельчают и разбрасывают растительные остатки от обмолота на всю ширину рабочего захвата жатки. 2. Почва после уборки не обрабатывается никакими механическими орудиями. Заделка мульчи в почву запрещается. Почва должна иметь постоянное покрытие мульчей. 3. Перед посевом поле обрабатывается гербицидами – глифосатами против сорняков. 4. Посев производится в узкую полоску двухсантиметровой ширины анкерными или дисковыми сошниками в зависимости от механического состава почвы. 15

Селективные инсектициды в борьбе с вредителями хлопчатника Selective insecticides for cotton pest control Хлопок является местом обитания множества членистоногих вредителей, требующих интенсивной борьбы, в основном с помощью инсектицидов, которые, в свою очередь, могут оказывать воздействие на полезных насекомых и окружающую среду. Таким образом, борьба с насекомыми на хлопковых полях предусматривает использование селективных инсектицидов, которые обеспечивают борьбу с вредителями, при этом сохраняют естественных врагов. Так, ученые из США провели исследование по выведению селективных инсектицидов с целью защиты хлопчатника от вредных насекомых и сохранения полезных [16]. В ходе испытаний выявили, что смертность вредных насекомых, вызванная полезными насекомыми, была выше на участках, обработанных селективными инсектицидами, по сравнению с неселективными. Выживаемость полезных насекомых, подвергшихся воздействию селективных инсектицидов пиметрозина, хлорантранилипрола, пирипроксифена и циантранилипрола, была выше, чем при воздействии неселективного лямбда- цигалотрина, малатиона, диметоата и тиаметоксама. Среди неселективных инсектицидов малатион и диметоат показали более короткое остаточное время по сравнению с тиаметоксамом и лямбда- цигалотрин + тиаметоксам [16]. 16

Селективные инсектициды в борьбе 2с вредителями хлопчатника Selective insecticides for cotton pest control Хлопковая тля Aphis gossypii Glover (Homoptera: Aphididae) является основным вредителем хлопковых растений в Египте. Для устранения данной проблемы египетскими учеными Ассиутского университета было проведено полевое исследование в течение двух вегетационных периодов для определения эффективности ацетамиприда, имидаклоприда, тиаметоксама, динотефурана, пиримикарба и малатиона в отношении хлопковой тли и селективного воздействия этих инсектицидов на Coccinella undecimpunctata L. и Chrysoperla carnea (Stephens). Результаты показали, что тиаметоксам, динотефуран, ацетамиприд и имидаклоприд оказались наиболее эффективными инсектицидами в сокращении популяции хлопковой тли в течение 21 дня после обработки и вызвали средний процент сокращения в диапазоне от 73,58 до 96,42%. Также малатион и пиримикарб показали самое высокое сокращение в популяции, в среднем от 67,15 до 96,57%. Эти результаты свидетельствуют о том, что выбор подходящего инсектицида для борьбы с хлопковой тлей зависит не только от его эффективности против тли, но также от его токсичности для естественных врагов (хищников и паразитоидов) и его устойчивости [17]. 17

Технологии искусственного интеллекта Artificial intelligence technologies Всё большее число задач в сельском хозяйстве делегируется “умным” системам. С помощью искусственного интеллекта агропроизводители могут повысить экономическую эффективность, снижая расходную часть производства и повышая урожайность. SureFire QuickDraw - это полностью автоматизированная система для опрыскивания с элементами искусственного интеллекта. Данное устройство способно самостоятельно рассчитать количество каждого химического вещества в партии для опрыскивания. Можно также вводить вручную размер площади или общее количество галлонов, норму химикатов на один акр и др. Уникальность устройства в том, что этот быстродействующий контроллер смешивает партию для опрыскивания, считывая показания расходомеров носителя и химикатов. Таким образом, он на ходу регулирует объем распыления и отдельно контролирует клапаны от емкостей, предназначенных для различных видов химических веществ. В данное устройство встроен Wi-Fi и с его помощью можно подключать смартфоны или планшеты через специальное приложение [18]. Adama Eagle Eye на базе Agremo предлагает расширенный анализ аэрофотоснимков и изображений, который помогает производителям более эффективно защищать урожай с помощью удобных карт, графиков и других инструментов [19]. Информация, полученная с помощью этого веб- инструмента, ведет к снижению производственных затрат и повышению урожайности для производителей, которые хотят превратить изображения, полученные с помощью дронов, в действенные и точные данные. В аналитических отчетах Eagle Eye используются снимки с воздуха, чтобы упростить разведку полей. Технология была успешно применена в более чем 100 странах на более чем 100 типах сельскохозяйственных культур для различных подсчетов растений и анализа состояния растений. 18

Возможности виртуальной реальности для сельского хозяйства Virtual reality capabilities for agriculture Инновационные решения и научные разработки постоянно открывают перед нами новые возможности. Технология виртуальной реальности (VR) одна из быстрораспространяющихся технологий визуализации, применяемая в различных отраслях, таких как медицина, образование, космонавтика и др. В сфере сельского хозяйства система VR позволяет облегчить работу фермера с помощью специальных сельскохозяйственных оборудований, программных обеспечений и мобильных приложений. Эта технология может стать тем, чем когда-то стал интернет для бизнеса. Ниже приведены примеры использования VR-технологий. 1. Виртуальный мониторинг урожая. Созревание урожая — не быстрый процесс. Контролировать процесс выращивания хлопчатника было бы проще в виртуальном мире. Технология помогает визуализировать структуру урожая, показывая рост виртуальной культуры на основе погодных условий и технологии производства, собирать данные, тестировать и наблюдать за эффективностью выбранного метода выращивания хлопчатника. Пользователи могут собирать все эти данные, используя VR-контент для Android или iOS, чтобы затем проверить их и прогнозировать нежелательные изменения. Это поможет вовремя применить меры для сохранения урожая. VR мониторинг урожая также помогает следить за повреждениями сельскохозяйственных культур. Такой мониторинг можно осуществлять с помощью дронов. Дроны, оснащенные 360- градусной камерой, позволяют фермеру совершить виртуальный тур по своим полям. Наблюдать за процессом съемки можно с помощью шлема или очков VR. 19

Возможности виртуальной реальности для сельского хозяйства Virtual reality capabilities for agriculture Как итог, фермер может спроектировать, как следует культивировать определенное поле, и увидеть результаты в VR. Это позволяет попробовать разные подходы, пока аграрий не найдет идеальный для своих потребностей. 2. Мониторинг оборудования. Фермеры используют много специальных инструментов для работы на полях. Они должны знать, как правильно их эксплуатировать, чтобы не навредить себе. Используя шлем VR и программное обеспечение, фермеры смогут узнать, как функционирует тот или иной инструмент, из каких частей он состоит, и протестировать его в виртуальном мире без каких-либо опасностей. Таким образом, специалист сможет погрузиться в процесс для детального исследования и улучшить уже имеющиеся у него знания. Помимо этого, процесс обучения использованию новых машин с VR может происходить значительно быстрее. 3. Виртуальная реальность для прогноза погоды - помогает фермерам узнать, какую погоду им ожидать в ближайшие дни. Виртуальная реальность, в свою очередь, может моделировать последствия различных погодных условий для сельскохозяйственных культур. Интерфейс приложения VR для прогноза погоды должен быть удобен и обязательно иметь соединение Wi-Fi, чтобы использовать актуальные данные. 20

Возможности смартфонов в сельском хозяйстве Smartphone capabilities for agriculture В последнее десятилетие с появлением смартфонов были разработаны новые агрономические приложения для создания более эффективных, экономичных, более точных и портативных систем диагностики. Обычные смартфоны оснащены несколькими датчиками, которые могут быть полезны для поддержки обычных и сложных сельскохозяйственных работ в режиме реального времени. Так, ученые из Института систем и компьютерной инженерии, технологий и науки США провели систематический обзор, где были проанализированы несколько самых перспективных на сегодняшний день мобильных приложений для фермеров [20]. 1. AgriApp - это приложение, разработанное компанией AgriApp (Бангалор, Индия), предоставляющее полную информацию о производстве и защите сельскохозяйственных культур. Основными функциями приложения являются: - предоставление фермерам доступ ко всей общей информации и методам, относящимся к 78 различным культурам; - прямая связь с высококвалифицированными специалистами сельского хозяйства. С помощью этой функции пользователь может отправлять фотографии, видео или аудио, чтобы помочь экспертам выявить проблемы и дать соответствующие рекомендации; - ознакомление с передовыми методами выращивания культур [21, 22]. 2. BioLeaf - программа, разработанная в Федеральном университете Мату- Гросу-ду-Сул (Кампу-Гранди, Бразилия). Представляет собой мобильное приложение, которое с помощью изображений, снятых на смартфон или загруженных из фотогалереи, позволяет автоматически определять участки листьев с поражениями, вызванные насекомыми или заболеваниями. Кроме того, приложение оценивает процент дефолиации по отношению к общей площади листьев [23, 24]. 21

Возможности смартфонов в сельском хозяйстве Smartphone capabilities for agriculture 3. Plantix – мобильное приложение от компании PEAT GmbH (Берлин, Германия). Представляет собой диагностическое приложение, которое выявляет болезни, вредителей и дефицит питательных веществ с помощью изображения анализируемого растения. Приложение использует алгоритмы распознавания изображений и глубокого обучения (DL) для обнаружения около 400 повреждений на 30 типах культур. Он также предлагает список, разделенный по регионам, с наиболее распространенными заболеваниями. Изображение отправляется в облако, где оно обрабатывается, а затем генерируется результат. Помимо получения индивидуального диагноза, пользователь также может просматривать информацию о традиционных и альтернативных методах лечения и профилактических мерах. Вся эта информация доступна в автономном режиме, поэтому к ней можно получить доступ в местах без покрытия сети [25, 26]. 4. Farmlogs — мобильное приложение для создания многофункциональных карт планирования посевов. Приложение показывает карты почвы, чтобы узнать куда добавить удобрения, составляет отчет о количестве осадков и температуре, а также делает карту урожайности и ведет историю выращивания культуры. 22

Мелкомасштабная механизация Small-scale mechanization Хлопководство является высокоинтенсивной отраслью сельского хозяйства, требующая ускорить темпы внедрения в производство научно обоснованной системы машин с высокими технико-экономическими показателями как основного звена последовательной интенсификации производства, перевод на прогрессивную технологию. В процесс механизации сельского хозяйства можно отнести внедрение энергосберегающих комбайнов, тракторов с различными агрегатами и плугами. Одним из ярких примеров такой технологии является мелкомасштабная ресурсосберегающая хлопкоуборочная машина CP20 от компании Deere. Небольшой однорядный механический хлопкоуборочный комбайн CP20 разработан с целью замены ручного сбора хлопка в мелких фермерских хозяйствах, где ручной труд является преобладающим методом сбора урожая. CP20 может собрать за один час столько хлопка, сколько 250 рабочих часов при ручном сборе [27]. Джон Дир, генеральный директор компании, утверждает, что это первая в отрасли полуинтегрированная конструкция с тягово- сцепным устройством, позволяющая легко маневрировать на небольших полях и легко устанавливаемая на тракторы. 23

Развитие технологий выращивания хлопчатника в Узбекистане Development of cotton growing technologies in Uzbekistan Президент Республики Узбекистан Шавкат Мирзиёев 19 сентября 2017 года выступил на 72-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН, где отметил, что в сотрудничестве с Международной организацией труда (МОТ) приняты действенные меры по искоренению детского и принудительного труда. Согласно отчетам МОТ за 2019 год, систематическому и системному использованию детского и принудительного труда в хлопковой отрасли Узбекистана положен конец [28]. В республике достигнут значительный прогресс в сфере прав трудящихся на хлопковых полях. Систематический детский труд искоренен и больше не представляет серьезную проблему. Более 94% работников, занятых на сборе хлопка в 2019 году, работали свободно, а систематическое привлечение студентов, преподавателей, врачей и медсестер полностью прекратилось. За последнее время принято 15 нормативно-правовых актов, обеспечивающих право на достойный труд гражданам страны. Создана профильная Национальная комиссия во главе с председателем Сената Олий Мажлиса. В Республике Узбекистан в последние годы проводятся широкомасштабные работы по реализации инновационной модели сельского хозяйства. Проводимые работы по диверсификации сельского хозяйства, эффективному использованию земельно-водных ресурсов, применению современных и интенсивных технологий дают хорошие результаты. Рациональное использование посевных площадей, в том числе применение повторных и промежуточных посевов, кластеризация предприятий сельскохозяйственной сферы, укрепление материально-технической инфраструктуры сельхозпроизводителей, внедрение передовых и инновационных технологий в агропромышленном комплексе позволяют сельхозпроизводителям республики обеспечивать своей продукцией не только внутренний рынок, но и реализовать часть получаемой продукции на экспорт. 24

Развитие технологий выращивания хлопчатника в Узбекистане Development of cotton growing technologies in Uzbekistan Традиционно большое значение в агропромышленном комплексе занимает хлопковая отрасль. В республике ежегодно производится около 3 млн. тонн хлопка-сырца, из которого вырабатывается порядка 1 млн. тонн хлопкового волокна. Ввиду дальнейшей оптимизации посевных площадей, направленной на сокращение площадей под хлопчатник, весьма важно сохранение существующих объёмов производства хлопкового волокна, столь необходимых для обеспечения сырьём текстильную промышленность. Мероприятия по совершенствованию селекционной работы, районированию исключительно востребованных на мировом рынке сортов хлопчатника в совокупности с совершенствованием технологии подготовки посевных семян и первичной переработки хлопка способствовали улучшению показателей качества и ассортимента хлопкового волокна. Большинство селекционных сортов хлопчатника пользуются устойчивым спросом на мировом рынке, отличаются длинным волокном, оптимальным показателем микронейр и прочностью. Особо следует отметить, такие сорта хлопка, как Порлок, Бухара-6, Бухара-8, Бухара-102, Омад, которые являются эталонами узбекского хлопчатника, обладают высокими параметрами верхней средней длины, удельной разрывной нагрузки и белизны. В Узбекистане в течение многих лет ведутся научно-исследовательские работы по созданию новых сортов сельхозкультур методами генной инженерии. Так, учеными Центра геномики и биоинформатики под руководством академика Абдурахмонова И.Ю., нынешнего Министра инновационного развития Республики Узбекистан, впервые в мире была разработана инновационная технология ген-нокаута (\"выключения генов\") хлопчатника. В такой технологии не используется перенос генов из других организмов, что делает продукт экологически чистым и безопасным [29]. 25

Развитие технологий выращивания хлопчатника в Узбекистане Development of cotton growing technologies in Uzbekistan На технологию ген-нокаута были получены патенты в США, Египте, России и Китае. Кроме того, получен патент PCT, которая защищает технологию в более чем 140 странах мира. В настоящее время проводятся работы по получению патента в Индии. В 2014 году впервые в истории науки Узбекистана, в престижном международном журнале Nature Communications [30] была опубликована статья с деталями указанной технологии. Она вызвала огромную заинтересованность мировых производителей хлопчатника и была освещена в 17 мировых научных новостях. Наши ученые, используя эту технологию, смогли выключить функции ряда генов, отвечающих за регуляцию длины волокна, а также генов, препятствующих цветению хлопчатника. В результате на основе ряда отечественных сортов была получена первая генерация новых ген-нокаутных сортов хлопчатника Порлок-1 (АН-Баяут-2), Порлок-2 (С-6424), Порлок-3 (Тошкент-6) и Порлок-4 (Наманган-77) c высокими агрономическими показателями [31, 32]. Новые сорта хлопчатника серии \"Порлок\" являются первыми в мире биотехнологическими сортами хлопчатника, у которых одновременно улучшены качество волокна и другие агрономически важные признаки. Это также первый в мире пример успешных полевых испытаний сортов хлопчатника, полученных с помощью технологии ген-нокаута. Кроме того, о превосходстве свидетельствует адаптация к суровым условиям окружающей среды Узбекистана (засуха, засоление и стресс), скороспелость (на 5-10 дней раньше) и увеличение урожая хлопка-сырца (по крайней мере на 10-18%) или хлопкового волокна (более 1000 кг с гектара против 800 кг/га у обычных сортов). 26

Развитие технологий выращивания хлопчатника в Узбекистане Development of cotton growing technologies in Uzbekistan В 2014 году сорта хлопчатника серии “Порлок” внесены в реестр перспективных сельскохозяйственных культур Узбекистана и рекомендованы к районированию в Республике. Представленный Узбекистаном хлопчатник сортов \"Порлок\" был назван \"Королем-хлопчатником\", сулящим производителям высокие доходы [33, 34]. Следует особо отметить, что патентом защищен приоритет использования технологии нокаута также и на других важных сельхозкультурах. Поэтому, из-за высокой эффективности концепции ген-нокаута, она широко применяется для создания новых сортов хлопчатника, пшеницы, картофеля, и других сельхозкультур. Так путем нокаута гена ESKIMO1 были созданы новые ген-нокаутные сорта хлопчатника, устойчивые одновременно к засухе, засолению почвы и низкой температуре. Учитывая проблемы ограниченности водных ресурсов и засоление почвы в нашем регионе, эти сорта хлопчатника имеют огромную перспективу для дальнейшей коммерциализации. Кроме того, под руководством Абдурахмонова И.Ю. из возбудителя фузариозного вилта был клонирован уникальный ген FosTUA, который управляет механизмом проникновения гриба в растение. На основе данного гена была создана генетическая конструкция, которая введена в хлопчатник. В результате был получен «бронированный» хлопчатник, который не заражается фузариозным вилтом. Также учеными Центра геномики и биоинформатики Республики Узбекистан в хлопчатник была внедрена технология маркер- ассоциированной селекции (МАС), с помощью которой за короткий срок были разработаны новые высококачественные сорта хлопчатника Равнак-1, Равнак-2 и Барака. Это первые сорта хлопчатника в мире, разработанные с помощью технологии МАС. 27

Развитие технологий выращивания хлопчатника в Узбекистане Development of cotton growing technologies in Uzbekistan В нашем регионе, где ограничены водные ресурсы, трудно заниматься земледелием и получить качественный обильный урожай. Для этого в фермерских хозяйствах Узбекистана активно проводится работа по широкому внедрению водосберегаюших технологий, таких как капельное орошение, мобильные поливные лотки и др. Несмотря на то, что водосберегающие технологии требуют дополнительных и иногда больших капиталовложений, анализ эффективности их применения показал, что данные инновации являются самоокупаемыми и рентабельными. Преимущества водосберегающих технологий не только в том, что они позволяют снизить расход оросительной воды до 65 %, но и приводят к повышению урожайности сельскохозяйственных культур и производительности труда, существенно сокращают расходы горюче- смазочных материалов, минеральных удобрений и в конечном итоге повышают доход фермеров. В настоящее время водосберегающие технологии внедрены на площади около 240 тысяч гектар, в том числе на 28 тысячах гектарах земли внедрена технология капельного орошения. В целях стимулирования внедрения систем капельного орошения и других водосберегающих технологий фермерским хозяйствам со стороны государства предоставляются налоговые льготы. В частности, они освобождаются от уплаты земельного и других видов налогов сроком на пять лет. При посеве семян хлопчатника все шире применяются сеялки точного высева. При посеве семян сеялками точного высева будут обеспечены ровные всходы хлопчатника, в результате не нужно будет прореживать ростки хлопчатника, в следствии этого резко сокращается ручная работа и затраты на горюче-смазочные материалы и повышается рабочая производительность техники. Таким образом, инновационная модель ведения хлопкового хозяйства призвана обеспечивать условия для производства необходимых объемов хлопковой продукции, конкурентоспособной на отечественном и мировом рынках. Только создание благоприятных институциональных условий для интенсификации инновационного процесса и активизации хозяйственной деятельности сельскохозяйственных предприятий, позволит поднять качество и конкурентоспособность отечественной сельхозпродукции, вывести аграрный сектор экономики на путь устойчивого и эффективного развития. 28

Источники References 1. Редактирование генома с CRISPR/Cas9 // https://postnauka.ru/faq/59807 2. Z. Khan, S. Habibullah Khan, et all. Targeted Genome Editing for Cotton Improvement. // DOI: 10.5772/intechopen.73600, May, 2018. // https://www.intechopen.com/books/past-present-and-future-trends-in-cotton- breeding/targeted-genome-editing-for-cotton-improvement 3. Hao J, Tu L, Hu H, Tan J, Deng F, Tang W, Nie Y, Zhang X. GbTCP, a cotton TCP transcription factor, confers fibre elongation and root hair development by a complex regulating system. Journal of Experimental Botany. 63:6267-6281. https://doi.org/10.1093/jxb/ers278 4. Abdurakhmonov IY, Buriev ZT, Saha S, Jenkins JN, Abdukarimov A, Pepper AE. Phytochrome RNAi enhances major fibre quality and agronomic traits of the cotton Gossypium hirsutum L. Nature Communications. 2014;5:3062. https://doi.org/10.1038/ncomms4062 5. Abdurakhmonov IY, Ayubov MS, Ubaydullaeva KA, Buriev ZT, Shermatov SE, Ruziboev HS, Shapulatov UM, et al. RNA interference for functional genomics and improvement of cotton (Gossypium sp.). Frontiers in Plant Science. 2016;7:202. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00202 6. Ayubov M. S., Abdurakhmonov I.Y., Venkateswara R. Sripathi, et al. Recent Developments in Fiber Genomics of Tetraploid Cotton Species // December 20th 2017 DOI: 10.5772/intechopen.72922 // https://www.intechopen.com/ books/past-present-and-future-trends-in-cotton-breeding/recent-developments-in- fiber-genomics-of-tetraploid-cotton-species 7. Syed Hamid, JalalShah et all. Metagenomic analysis of relative abundance and diversity of bacterial microbiota in Bemisia tabaci infesting cotton crop in Pakistan. // Infection, Genetics and Evolution, Volume 84, October 2020. 8. Rostamkhani N., Haghnazari A., Tohidfar M., Moradi A. (2011): Rapid identification of transgenic cotton (Gossypium hirsutum L.) plants by loop-mediated isothermal amplification. Czech J. Genet. Plant Breed., 47: 140-148. 9. Khater, Mohga & de la Escosura-Muñiz, Alfredo & Merkoçi, Arben. (2016). Biosensors for plant pathogen detection. Biosensors and Bioelectronics. https://doi.org/93. 10.1016/j.bios.2016.09.091 29

Источники References 10. Интерактивная карта лучших практик по использованию водных, земельных и энергетических ресурсов,а также окружающей среды Центральной Азии // http://www.cawater-info.net/best-practices/ru/base/marker/170 11. Kate Le Cocq, Sarah J. Gurr, Penny R. Hirsch,Tim H. Mauchline. Exploitation of endophytes for sustainable agricultural intensification. // Mol Plant Pathol. 2017 Apr; 18(3): 469–473. https://doi.org/10.1111/mpp.12483 12. James F White, Kathryn L at all. Review: Endophytic microbes and their potential applications in crop management. // https://doi.org/10.1002/ps.5527, 22 June 2019. // https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ps.5527 13. Anqi Zhang, Chunlian Zheng et all. Responses of soil water‐salt variation and cotton growth to drip irrigation with saline water in the low plain near the Bohai sea // Irrigation and Drainage Volume69, Issue3, July 2020, Pages 448-459, https://doi.org/10.1002/ird.2428 // https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ird.2428 14. Китай поставил в Узбекистан новые технологии для выращивания хлопка // https://forbes.uz/massmedia/kitay_postavil_v_uzbekistan_novyie_tehnologii_dlya _vyiraschivaniya_hlopka/ 15. Интерактивная карта лучших практик по использованию водных, земельных и энергетических ресурсов, а также окружающей среды Центральной Азии - Применение нулевой технологии обработки почвы // http://www.cawater- info.net/best-practices/ru/base/marker/51 16. Anderson V.A. Machado, Denner M. Potin, Jorge B. Torres, Christian S.A. Silva Torres. Selective insecticides secure natural enemies action in cotton pest management // Ecotoxicology and Environmental Safety, Volume 184, 2019, 109669, ISSN 0147-6513, https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109669. // https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0147651319310000 17. Gaber, Ayman & Abd-Ella, Aly & Abou-Elhagag, G. & Abdel-Rahman, Y.. (2015). Field efficiency and selectivity effects of selected insecticides on cotton aphid, Aphis gossypii Glover (Homoptera: Aphididea) and its predators. Journal of Phytopathology and Pest Management. 2. 22-35. 18. SureFire Ag Systems // www.surefireag.com 19. Adama Eagle Eye // www.adamaeagleeye.com 30

Источники References 20. Smartphone Applications Targeting Precision Agriculture Practices—A Systematic Review // Agronomy 2020, 10(6), 855; https://doi.org/10.3390/ agronomy10060855 21. AgriApp Technologies. AgriApp - connection of farmers. // http://agriapp.co.in/ 22. Haris Zargar. AgriApp: An app for farmers to help them improve crop output // https://www.livemint.com/Technology/btn0QkaCI3rBtdotyiQdfL/AgriApp-An-app- for-farmers-to-help-them-improve-crop-output.html 23. BioLeaf. Foliar Analysis™ // http://bioleaf.icmc.usp.br/ 24. Machado, B.B.; Orue, J.P.; Arruda, M.S.; Santos, C.V.; Sarath, D.S.; Goncalves, W.N.; Silva, G.G.; Pistori, H.; Roel, A.R.; Rodrigues, J.F., Jr. BioLeaf: A professional mobile application to measure foliar damage caused by insect herbivory. Comput. Electron. Agric. 2016, 129, 44–55. 25. Plantix. The Smart Crop Assistant on Your Smartphone. https://plantix.net/ 26. International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics. Mobile App to Help Farmers Overcome Crop Damage// http://www.icrisat.org/mobile-app-to-help- farmers-overcome-crop-damage/ 27. Deere Со. // www.deere.com 28. Third-party monitoring of child labour and forced labour during the 2019 cotton harvest in Uzbekistan https://www.ilo.org/wcmsp5/groups/public/---ed_norm/--- ipec/documents/publication/wcms_735873.pdf 29. Центр геномики и биоинформатики. // http://genomics.uz/ 30. Nature communication – Latest research // http://www.nature.com/ncomms/index.html 31. Министерство сельского хозяйства Республики Узбекистан. // http://agro.uz/ru/news/ 32. Новости Узбекистана. // https://nuz.uz/nauka-i-tehnika/ 33. http://givingblog.tamu.edu/college-of-science/king-cotton 34. Researchers develop longer, stronger cotton fiber // https://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140116144647.htm 31

Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент-2020