Междисциплинарные направления, включающие в себя такие науки, как биология, химия, агрономия и математика в современном сельскохозяйственном производстве служат основой создания и освоения наиболее экономически значимых разработок. Научные исследования и практические разработки на их основе позволяют не только увеличить выход конечной продукции, но и ощутимо снизить химическую и экологическую нагрузку, то есть подойти к сельскохозяйственному производству с точки зрения его биологизации и рационального природопользования, а использование современных систем управления, высокоточных роботизированных систем и эффективных технологий выращивания сельскохозяйственных культур и энергосберегающих технологий содержания сельскохозяйственных животных способствуют переходу к высокопродуктивному и экологически безопасному агрохозяйству. В работе представлены возможности использования актуальных междисциплинарных разработок, основанных на различных подходах, методах и системах управления в области агробионаправлений, выполненных на стыке нескольких научных дисциплин, с участием Института проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН – учреждения, ведущего фундаментальные и прикладные исследования в сфере процессов управления для широкого спектра систем: от технических (летательные аппараты, подводные лодки) и производственных (энергетика, логистика, транспорт) до социально-экономических и мультидисциплинарных (активные системы, управление здоровьем, информационная безопасность и др.). Благодаря современным научным разработкам, базирующимся на междисциплинарных комплексных исследованиях, которые объединяют информацию, данные, методы, инструменты, концепции и теории из нескольких научных дисциплин становятся возможными оптимальное использование ресурсов, сокращение затрат и минимизация влияния человеческого фактора при производстве сельскохозяйственной продукции.

Исследования проводили в 2019–2023 гг. с целью оптимизации элементов технологии возделывания ярового ячменя по предшественнику подсолнечник. Изучали следующие элементы технологий выращивания ячменя Беркут: вспашка + гербицид (фон 1) – контроль; фон 1 + N₄₀ + последействие N₁₅P₁₅K₁₅ + фунгицид; прямой посев + гербицид (фон 2); фон 2 + биопрепарат; фон 2 + N₄₀ + последействие N₁₅P₁₅K₁₅; фон 2 + N₄₀ + последействие N₁₅P₁₅K₁₅ + фунгицид; фон 2 + N₄₀ + последействие N₁₅P₁₅K₁₅ + фунгицид + биопрепарат. Работу выполняли в шестипольном зернопаропропашном севообороте в условиях Самарской области на чернозёме обыкновенном. Выявлена перспективность прямого посева с внесением N₄₀, фунгицида и биопрепарата. Урожайность зерна при выращивании культуры по такой технологии находилась на уровне вариантов со вспашкой и прямым посевом с внесением удобрения и фунгицида – 2,94…3,05 т/га, что на 0,34…0,45 т/га (13,1…17,3 %) больше варианта с прямым посевом и внесением N₄₀ и на 0,98…1,43 т/га (50,0…88,3 %) больше контроля и других вариантов. Прямой посев с внесением N₄₀, фунгицида и биопрепарата обеспечил максимальные условный чистый доход и рентабельность – 13796,2 руб./га и 99,7 %, что на 2160,3…2450,6 руб./га и 1,7…25,1 % больше вариантов со вспашкой (удобрения + фунгицид) и прямым посевом с внесением N₄₀. Эффективность энергозатрат в вариантах с прямым посевом, внесением удобрения и фунгицида составила 3,96, что на 0,17…0,62 ед. больше, чем в контроле и остальных изучаемых вариантах. При размещении ярового ячменя после подсолнечника рекомендовано перед прямым посевом культуры вносить N₄₀, в фазе кущения – биопрепарат Бионекс Кеми, в конце трубкования – фунгицид Солигор.

Оптимизация технологии производства удвоенных гаплоидов способствует расширению возможностей фундаментальных исследований и повышению темпов селекции коммерческих конкурентоспособных F₁-гибридов, обеспечивая сокращение сроков получения инбредных линий однолетних овощных культур до 6…8 раз. Цель исследования – изучение факторов, оказывающих влияние на индукцию эмбриогенеза кабачка (Cucurbita pepo L.), с последующей оптимизацией технологии создания удвоенных гаплоидов. На двух предварительно отобранных группах генотипов кабачка (высоко и низко отзывчивых) изучали эффективность воздействия на экспланты повышенных температур (33 °C), регуляторов роста (ауксин – 2 мг/л 2,4-D и цитокинин – 0,2 мг/л TDZ), источников углеводов (сахароза – 5 % и мальтоза – 5 %), а также желирующих агентов (агар – 7 г/л и фитогель – 3 г/л) в культуре неоплодотворенных семязачатков. Семязачатки кабачка изолировали с использованием стандартной технологии и инкубированием на индукционной питательной среде СВМ (pH 5,8) при 16-часовом фотопериоде в течение 2 недель. Каждый из изученных факторов оказывал достоверное влияние на частоту эмбриогенеза высоко отзывчивых генотипов. При культивировании изолированных семязачатков на среде с сахарозой (5 %) она возрастает, в сравнении с мальтозой (5 %), не менее чем в 10 раз; при добавлении 2,4-D (2 мг/л), в сравнении с TDZ (0,2 мг/л), – в 1,9 раза; при температурной обработке семязачатков 33 °C, в сравнении с ее отсутствием, – в 1,7 раз. Низко отзывчивые образцы в основном не реагировали на изменение условий культивирования. При этом добавление в составы питательных сред 2,4-D и агара у большей части изученных растений сопровождалось увеличение частоты эмбриогенеза. На различные источники углеводов и воздействие повышенной температуры реакции были разнонаправленными. Изученные факторы могут быть использованы для оптимизации технологии производства удвоенных гаплоидов кабачка.

Исследования проводили с целью изучения и выделения гибридов картофеля с комплексом хозяйственно ценных признаков для создания новых сортов. Работу выполняли в питомнике конкурсного испытания в 2020–2023 гг. в условиях Приморского края. Материалом служили 11 гибридов картофеля, стандарты – Юбиляр, Adretta, Sante, Янтарь. Опытный участок располагался на остаточно-пойменных почвах, с ясно выраженным гумусовым горизонтом 10…20 см. Урожайность сортообразцов варьировала от 31,1 до 44,7 т/га. Наибольшей она была у гибридов При 15-7-16 (44,7 т/га), При 14-36-3 (44,1 т/га), При 14-15-4 (43,7 т/га). В результате оценки адаптивного потенциала урожайности выделены следующие образцы: с высокой пластичностью – При 15-8-16 (b_i=1,30), При 15-15-7 (b_i=1,67), с экологической стабильностью – При 14-36-3, При 15-41-5 (Si²=0,13…0,17). Самое высокое содержание крахмала (18,4 %) выявлено у гибрида При 15-41-8. Низкая массовая доля редуцирующих сахаров (0,37…0,50 %) установлена у сортообразцов При 14-4-2, При 14-52-2, При 15-7-16, При 15-716, При 15-41-5, При 15-41-8, При 15-12-23. Отличные вкусовые качества отмечены у гибридов При 15-41-8 (8,0 балла) и При 15-7-16 (8,2 балла). В результате исследований по комплексу хозяйственно ценных признаков выделены и переданы на госсортоиспытание перспективные сорта Орион (При 14-4-2), Посейдон (При 14-36-3), Аскольд (При 15-7-16), Лотос (При 1541-5). Они характеризуются урожайностью на уровне 40,2…44,7 т/га (превышение над стандартами – 1,7…11,4 т/га), хорошей адаптированностью к условиям региона (b_i=0,92…1,01; S_i²=0,13…6,45), привлекательным внешним видом клубней, высокими потребительскими качествами (вкус 7,3…8,2 балла, устойчивость к потемнению мякоти 7,0…8,8 балла). 

Одна из наиболее важных задач птицеводства – получение пищевого и инкубационного яйца высокого качества. Особое значение в ее решении имеет качество скорлупы, как определяющий фактор при инкубации и транспортировке яиц. Скорлупа дает защиту от патогенных и физических воздействий, одновременно обеспечивая основные метаболические и питательные потребности растущего птичьего эмбриона. На ее прочность влияет большое количество различных факторов, в том числе генетических. Развитие генетических, особенно полногеномных ассоциативных (GWAS), исследований открывает возможности для определения геномных областей, связанных с показателями качества скорлупы. Цель исследований – обобщение литературных данных, посвященных выявлению геномных регионов и SNP, ассоциированных с такими показателями качества скорлупы, как прочность, толщина и жесткость, для определения спектра мутаций, рассматриваемых в качестве потенциальных генетических маркеров перечисленных параметров. Исследования проводили на различных породах и кроссах птицы. Известные 67 SNP, ассоциированные с изучаемыми показателями качества, локализованы на хромосомах 1…9, 11…12, 19…22, 24, 26…28, z. Большая часть идентифицированных мутаций соответствовала интронным вариантам – 43,3 %, на экзонные варианты приходилось 11,9 % мутаций. Наличие эффектов SNP в генах, задействованных в различных метаболических процессах, расширяет знания о новых участках генома, мутации в которых также могут влиять на показатели качества скорлупы. Некоторые гены ассоциированы с различными хозяйственно-полезными признаками сельскохозяйственной птицы: адаптационными способностями, интенсивностью роста, толщиной и прочностью скорлупы, развитием перьев, яйценоскостью, массой яиц, конверсией корма и др. Дальнейшие исследования в этом направлении предоставят новую информацию, которая послужит основой для создания селекционных технологий, способствующих повышению эффективности производства инкубационных и пищевых яиц высокого качества.

Исследования проводили с целью оценки выживаемости ассоциаций микроорганизмов на основе молочнокислых и спорообразующих бактерий в условиях in vitro, аналогичных для различных отделов пищеварительного тракта сельскохозяйственной птицы для последующего создания поливидовых пробиотиков. Объектами исследований служили подобранные по принципу биосовместимости 4 ассоциации микроорганизмов, а именно L. acidophilus и B. subtilis, L. plantarum и B. subtilis, L. rhamnosus и B. subtilis, P. acidactici и B. subtilis. Имитацию их транзита через желудочно-кишечный тракт птицы проводили в модифицированной среде MRS при значениях рН 5,0, 3,0 и 7,0 (соответствует зобу, желудку и кишечнику) и длительности инкубации от 60 до 150 мин при температуре 40 °С. После культивирования вегетативных клеток штамма B. subtilis совместно с L. acidophilus, L. plantarum, L. rhamnosus или P. acidilactici в указанных условиях их количество относительно контроля составило соответственно 71,4, 68,2, 65,2 и 60,8 %, а микроорганизмов штаммов L. acidophilus, L. plantarum, L. rhamnosus или P. acidilactici − 87,9, 82,5, 97,9 и 52,9 %. В среде с 1,0 % желчи цыплят-бройлеров численность L. acidophilus, L. plantarum или L. rhamnosus при совместной инкубации со штаммом B. subtilis была равна соответственно 24,9, 21,8 и 47,2 %, а B. subtilis – в среднем 46…49 % относительно контроля. Для изученных ассоциаций отмечено увеличение индекса формирования биопленок, по сравнению с монокультурами, на 15,6…24,7 %. 

Один из перспективных технологических приемов, направленных на повышение эффективности использования коровдоноров для получения ооцитов посредством трансвагинальной УЗИ-ассистированной пункции фолликулов (OPU) – проведение серии повторяющихся сеансов OPU с периодичностью один или два раза в неделю. Однако такой режим использования доноров может потенциально оказывать негативное воздействие на воспроизводительные способности. Один из индикаторов состояния репродуктивной системы – содержание в крови коров-доноров половых гормонов. Цель исследований – анализ влияния повторяющихся процедур прижизненной УЗИ-ассистированной пункции фолликулов на содержание в крови половых гормонов у лактирующих коров тагильской породы для оптимизации режима их использования в качестве доноров ооцитов. Концентрацию половых гормонов – прогестерона (ПГ), фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), лютеинизирующего гормона (ЛГ) и эстрадиола-17β (ЭД) – в контрольной и опытной группах определяли в день прихода коров в охоту (день 0), на 1-, 4-, 8-, 11-, 15-, 18- и 22-й дни полового цикла. В опытной группе на 4-, 8-, 11-, 15-, 18- и 22-й дни выполняли шесть последовательных процедур OPU. Средние концентрации половых гормонов в дни проведения OPU между контрольной и опытной группами не различались и составили соответственно 5,93±1,59 и 6,52±1,01 нмоль/л для ПГ, 23,83±0,71 и 23,39±0,66 нг/мл – для ФСГ, 4,97±0,55 и 4,59±0,40 нг/мл – для ЛГ и 0,264±0,024 и 0,235±0,015 нмоль/л – для ЭД. Выявлены сильные положительные корреляции между группами по содержанию ПГ (r_S=0,79, p<0,001), ФСГ (r_S=0,72, p<0,001) и ЛГ (r_S=0,84, p<0,001). Проведение шести повторяющихся процедур OPU не приводило к достоверным изменениям в гормональном профиле коров-доноров в отношении изучаемых половых гормонов. Это позволяет рекомендовать использование установленного режима для получения ооцитов у лактирующих коров-доноров тагильской породы без существенного нарушения репродуктивной функции.

Для разработки эффективной системы защиты растений культуры от возбудителей экономически значимых болезней важен постоянный и точный мониторинг заспоренности посевов. Один из методов решения этой задачи, предусматривает использование спороулавливателей различных конструкций. Цель исследований – создание базы данных разметки спор грибных болезней пшеницы (жёлтая ржавчина, жёлтая пятнистость листьев, мучнистая роса) на изображениях для разработки автоматизированной системы их подсчета и идентификации на основе методов глубокого обучения. Для проведения исследований были выбраны сорта озимой пшеницы, характеризующиеся разной степенью устойчивости к листовым болезням. Отбор проб воздуха над посевами осуществляли устройством для определения заспоренности растений в период максимального развития и разнообразия болезней (мая – июнь): со стадии флаг листа пшеницы (Z 47) до цветения (Z 61-69). Всего было отобрано около 200 проб воздуха со спорами грибных фитопатогенов. В результате количественного учёта и идентификации полученного материала были обнаружены споры возбудителей таких экономически значимых болезней пшеницы, как мучнистая роса (Blumeria graminis), желтая пятнистость листьев (Pyrenophora tritici-repentis) и желтая ржавчина (Puccinia striiformis). Наработана база данных фотоизображений спор, содержащих как отдельные виды спор, так и смешанные разновидовые наборы, проведена разметка фотоизображений. В результате получилось 8830 размеченных объектов, из них 1487 – желтой ржавчины, 1202 – мучнистой росы, 562 – желтой пятнистости и 5578 – «мусора». Использование изображений из этой базы данных для обучения глубокой нейронной сети показало, что она может выделять характерные признаки, хорошо разделяющие объекты на классы. На валидационных данных точность идентификации достигала 98 %, на тестовых изображениях для мучнистой росы – 87 %, для жёлтой ржавчины – 85 %, для жёлтой пятнистости – 72 %. 

Исследование проводили с целью получения «активных» пленочных материалов на основе композиции амилопектинового крахмала (АпК) и низкомолекулярного хитозана (НМХ). АпК/НМХ пленки изготавливали из растворов с концентрацией полимеров 5 масс%. Содержание НМХ в смеси варьировали от 0 до 20 масс%. В качестве пластификатора использовали глицерин (30 масс% по отношению к массе полимеров). Анализ морфологии поперечных сколов образцов пленок методом сканирующей электронной микроскопии показал отсутствие на них дефектов типа трещин и пустот. Исследование деформационно-прочностных свойств пленок выполняли в соответствии с международным стандартом ASTM D882-18. Образцы, содержащие НМХ в количестве от 0 до 15 масс%, имели высокий модуль упругости, были жесткими и хрупкими. При концентрации НМХ 20 масс% на кривой растяжения пленки присутствовали участки вынужденно-эластической деформации. Разрывное удлинение этого образца находилось на уровне пленки на основе чистого АпК. Оценка способности исследованных материалов пропускать УФ-излучение, выполненная в соответствии со стандартом AS/NZS 4399:1996, показала, что пленки с содержанием НМХ 15…20 масс% характеризовались наибольшим коэффициентом защиты от ультрафиолетового излучения. Образцы для биологических испытаний готовили в соответствии с ГОСТ 2666985. Анализировали антимикробную активность пленочных покрытий, нанесенных на томаты, в условиях хранения при температуре 22 °С в течение 3 суток. Наличие НМХ в составе пленок на основе АпК существенно замедлило размножение патогенов. Пленка с содержанием НМХ 20 масс% обладала антимикробными свойствами, полностью предотвращая рост микроорганизмов внутри томата.

Свекловичная меласса представляет собой комплекс природных компонентов сахарной свеклы, дополненный образовавшимися в процессе переработки корнеплодов органическими и минеральными соединениями. Каждое направление промышленного использования мелассы, например, бродильное производство или производство лимонной кислоты, предполагает наличие определенных показателей ее качества. При этом информация об их достоверных пределах содержания и варьирования как нормируемых стандартом, так и предъявляемых потребителями отсутствует. Отмеченная ситуация препятствует возможности выбора потребителями мелассы нужного качества. Цель исследования состояла в установлении обоснованных на вероятностной основе референтных значений для основных показателей качества мелассы. Объектом исследования служили промышленные образцы мелассы 35 российских свеклосахарных заводов производственных сезонов 2019-2023 гг., характеризуемые на основе 10 показателей качества. Полученные мониторинговые данные были преобразованы в интервальные вариационные ряды с последующей проверкой гипотезы о соответствии нормальному распределению. Расчет доверительных интервалов показателей качества мелассы выполнен согласно классической интервальной оценке генеральной средней. Подтвержденные нулевые гипотезы непараметрических тестов Колмогорова-Смирнова (λ) и Пирсона (χ²), а также близкие по значениям средние арифметические, медианы и моды свидетельствуют о соответствии показателей качества нормальному закону распределения. Не выявлено значимой корреляции (по Чеддоку) между показателями, кроме содержания сахарозы и сбраживаемых сахаров (r=0,848). Верхний предел референтного значения содержания кальция, равный 0,83 % СаО, выходил за пороговый уровень для бродильного производства и производства лимонной кислоты (соответственно 0,8 и 0,7 % СаО); верхнее референтное значение содержания редуцирующих веществ – 0,65 % превышало пороговый уровень для бродильных производств (0,5 %). Полученные референтные значения могут обеспечить более эффективное использование свекловичной мелассы в разных сферах экономики.