Заседание Президиума РАН под председательством президента РАН академика Геннадия Красникова, посвящённое вопросам агробиофотоники в сельскохозяйственном производстве, состоялось 6 октября 2026 года. Участники заседания обсудили световое программирование растений и технологии создания специальных световых режимов, использование управляемого растительного сырья для преодоления антибиотикорезистентности, а также создание федеральной программы «Агробиофотоника» и другие вопросы.
Потенциал агробиофотоники
Вице-президент РАН академик Юрий Кульчин напомнил, что Россия занимает 10 % мировых пахотных земель, однако более 70 % территории страны находится в зоне рискованного земледелия, где вегетационный период составляет всего 2–4 месяца. По его словам, климат России более чувствителен к глобальному потеплению, чем климат многих других регионов, а потепление происходит быстрее, чем в среднем на планете. В этих условиях адаптация становится ключевым фактором стабилизации производства сельскохозяйственной продукции. Один из методов — агробиофотоника — новое научное направление на стыке физики и биологии, которое позволяет управлять жизненными циклами растений с помощью искусственного света. «Для каждой растительной культуры нужно своё освещение, и это освещение нужно ещё на разных стадиях развития растения, — подчеркнул докладчик. — Изменяя спектральный состав и интенсивность освещения, можно понять, как различные длины волн и другие параметры света воздействуют на метаболические процессы в растениях». Это позволяет создавать специальные световые режимы и адаптировать освещение под конкретные виды культур.
Ключевой аспект агробиофотоники, по словам Юрия Кульчина, заключается в понимании влияния спектрального состава, интенсивности, динамики и поляризации света на фотосинтетическую активность растений, их развитие, адаптацию и рост. Исследования подтверждают, что различные спектральные характеристики света могут значительно влиять на содержание полезных веществ. «Свет для растения — это не только источник энергии, но и важный сигнальный фактор, — пояснил учёный. — Он регулирует фотоморфогенез растений, то, как растение строит себя: вытягивается ли стебель, формируется ли корневая система, зацветает ли. Поэтому ключ к успеху — в тонком понимании, какой именно световой сигнал нужен конкретному виду растения на конкретном этапе развития».
Докладчик также рассказал о развитии умных теплиц, которые включают мониторинг освещения, полива, микроклимата и дренажа, а также обратную связь на основе полученных данных.
Завершая выступление, академик Юрий Кульчин предложил, чтобы Российская академия наук стала инициатором создания федеральной научно-технологической программы технологий искусственного солнечного света в сельском хозяйстве и природопользовании. Программа, получившая название «Агробиофотоника», должна войти в национальный проект «Биоэкономика». Среди её задач — предложить инженерные системы для стандартизации, автоматизации и модульного масштабирования воспроизводства целевых культур, разработать единую IT-платформу для дистанционного мониторинга и управления культивированием растений, организовать сеть пилотных зон, разработать методики для индустриального воспроизводства культур и организовать производство высокотехнологичного оборудования для тепличных хозяйств полного цикла с фотонным управлением.
В свою очередь, академик РАН Алексей Дорохов отметил, что с появлением электроники значительно расширились возможности использования лазерных и спектральных технологий в сельском хозяйстве, в том числе для диагностики состояния почвы, растений и животных, управления продуктивностью, ускорения селекции, борьбы с болезнями и вредителями, обеззараживания и контроля качества продукции. «Безусловно, это требует проведения комплексных междисциплинарных фундаментальных и прикладных исследований», — подчеркнул он.
По словам учёного, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ совместно с Институтом автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН разрабатывает умный фитосветильник, позволяющий обеспечивать освещение растений как под солнцем, имитируя восход, день и закат, а также состав спектров в зависимости от географии произрастания и потребностей самих растений. «В результате мы научились ускоренно выращивать любые растения, — заявил учёный. — Мы сократили в три раза срок выращивания до получения плодов кофе и теперь уже освоили технологию обработки и пьём кофе, полученный в искусственных условиях». Он предложил объединить усилия учёных отделений РАН над созданием наукоёмкого фитотрона с искусственным интеллектом, комплексом энергоэффективных светильников солнечного света, приборами для измерения параметров растений и роботизированными механизмами ухода.
Спидбридинг и цифровое фенотипирование в селекции
Академик РАН Геннадий Карлов посвятил выступление спидбридингу и генетическим технологиям в селекции растений. Он отметил, что технология спидбридинга начала развиваться в 2018 году и позволяет в очень короткий промежуток времени получать семенные поколения сельскохозяйственных культур. «Если раньше с использованием обычных теплиц можно было получить максимум три семенных поколения растений, то сейчас наши разработки позволяют это сделать в течение двух месяцев на одно поколение, соответственно, минимум шесть поколений семенных», — пояснил докладчик. Для этого потребовались специализированные климатические камеры, позволяющие управлять интенсивностью и спектром света, температурой, фотопериодом и влажностью с высокой точностью.
Геннадий Карлов рассказал, что такие технологии уже применены на злаках, кукурузе, сое, подсолнечнике, яровом рапсе, горохе и сахарной свёкле. «В течение семнадцати с половиной месяцев нами была проведена работа по созданию аналога исходных линий для восковидной кукурузы, — привёл пример учёный. — Такая работа обычно требует от шести лет». Он также отметил, что цифровое фенотипирование позволяет без повреждения растений проводить анализ в динамике от всходов до получения урожая, что даёт огромный массив данных для дальнейшего анализа. Докладчик обратил внимание на перспективы фитотронов для биоэкопоселений на Северном морском пути, где такие системы позволят выращивать растительную пищу и обеспечивать базовые потребности жителей в течение долгой зимы. «К сожалению, в настоящее время специализированных сортов для таких климатических камер практически нет, — констатировал он. — Здесь требуется обратить на это внимание и заняться созданием линейки сортов для таких климатических камер».
Свет как информационный сигнал
Академик РАН Владимир Кузнецов в своём докладе остановился на световом программировании растений. Он подчеркнул, что современная наука рассматривает луч света не только как источник энергии, но и как информационный сигнал, который воспринимается фоторецепторами. «Растения зачастую рассматривают как пассивный объект, — отметил Владимир Кузнецов. — На самом деле у них есть датчики, которые в постоянном режиме сканируют окружающую среду». По его словам, спектр света позволяет растениям определить сезон, время суток, наличие конкурентов и возможные угрозы. Роль таких датчиков выполняют фоторецепторы.
«С помощью светового сигнала можно изменять архитектуру растений, переносить сроки цветения или вовсе отменять этот этап развития, изменять биохимический состав, индуцировать накопление нужных целевых соединений, — перечислил академик. — Мы можем генерировать нужный световой сигнал, чтобы определять развитие растений в определённом направлении. К примеру, если требуется ускорить цветение на две недели, для этого надо увеличивать долю дальнего красного света. Если предстоит получить компактные растения для последующей роботизированной уборки урожая, для этого добавляется синий свет». Владимир Кузнецов подчеркнул, что управление жизнью растений с помощью света — междисциплинарная задача, и для её решения критически необходимы новые узкополосные светодиодные технологии, математическое моделирование многофакторного отклика биосистем и новые сенсоры.
От светокультуры к замкнутому контуру селекции
Советник президента РАН, профессор РАН Екатерина Журавлёва рассказала о развитии агробиофотоники от светокультуры до спидбридинга. Она отметила, что фотонные датчики позволяют отслеживать состояние растений, почвы и воздуха, а также прогнозировать сроки хранения. «Светокультура позволяет не только выращивать растения в заданных условиях, но и контролировать появление тех или иных необходимых нам метаболитов, — сказала Екатерина Журавлёва. — Динамическое освещение, прежде всего, сейчас используется для синтеза биологически активных соединений в лекарственных и овощных растениях, а также для получения безвирусного материала: управляя светильниками, получается ускорить микроклональное размножение в полтора-два раза».
Она сообщила, что анализ в рамках трёх национальных проектов — «Биоэкономика», «Продовольственная безопасность» и «Космические технологии» — выявил, что спектр, близкий к солнечному, повышает продуктивность культур. «Наша основная задача на основе междисциплинарного поля — соединить фотобиологию, физиологию растений, инженерную светотехнику, климатический контроль и анализ данных», — заявила Екатерина Журавлёва. По её словам, сегодня уже доказано, что, выращивая огурцы, томаты и салат, можно не только увеличить урожайность, но и повысить чистую прибыль за счёт снижения энергопотребления. «Следующий шаг, к которому мы движемся, — это замкнутый контур от фотона до селекционного решения», — добавила докладчик. Она привела данные анализа Государственного реестра селекционных достижений: по такой культуре, как томат, в реестре находится 3500 сортов и гибридов, и только три из них действительно возможно выращивать в полностью замкнутой системе. «Сейчас перед селекционерами стоит задача создавать программы, нацеленные не только на создание сортов для открытого и защищённого грунта, но и для совершенно иных, специальных, полностью автономных систем», — подчеркнула она.
Влияние спектрального состава на динамику растений
Член-корреспондент РАН Мурат Гинс рассказал о влиянии спектрального состава света на динамику биометрических и физиологических показателей растений. Он отметил, что Федеральный научный центр овощеводства создаёт сорта зелёных овощных культур и разрабатывает технологии для них. «Агробиофотоника представляет двойной интерес, — сказал Мурат Гинс. — Во-первых, это управление метаболизмом растений светом, а во-вторых, измерение состояния культур оптическими методами». Он напомнил, что сорта капусты центра, такие как «Веснянка» и «Ласточка», давно летают в космос, а перец и томаты изучаются после возвращения на Землю. «Нельзя дать общий рецепт для каждого сорта и каждой культуры, должны быть свои определённые диапазоны, — предупредил учёный. — Нельзя сводить свет чисто к энергетике. Оптимальное отношение красного и синего спектра света, доза ультрафиолета действительны для конкретного сорта, возраста, типа светильника, температуры, раствора. При переносе на другой сорт необходимо проводить новое исследование доза-ответ».
Агробиофотоника и персонализированная медицина
Член-корреспондент РАН Кирилл Зыков посвятил выступление мультидисциплинарным аспектам агробиофотоники в контексте персонализированной медицины. Он напомнил о двойном вызове — респираторных заболеваниях и кризисе антибиотикорезистентности. «Пневмония — инфекционное заболевание, которое имеет смертность номер один среди инфекционных заболеваний в мире, — заявил Кирилл Зыков. — Прогноз смертей от антибиотикорезистентности к 2050 году — десять миллионов человек в год». По его словам, фармацевтика создала узкоспециализированные антибиотики с единичными мишенями, и возможным решением является возврат к мультитаргетным природным соединениям через управляемое растительное сырьё. «Есть клинические данные, которые говорят об эффективности применения эфирных масел в лечении внебольничной пневмонии: это снижение интоксикации, ускорение рентгенологического разрешения и снижение продолжительности дней госпитализации. Таким образом, мы можем сформировать тактику воздействия на возбудителя с применением эфирных масел», — сообщил он.
Кирилл Зыков отметил, что существенным барьером является значительный морфологический и химический полиморфизм растений родов Thymus, Monarda и Origanum, что приводит к трудностям в точной ботанической идентификации и невоспроизводимости химического состава и фармакологической активности препаратов. «Без использования агробиофотоники мы не можем двинуться дальше, — подчеркнул учёный. — Существует критический разрыв между лабораторными исследованиями и клинической практикой». Он также затронул тему старения, отметив, что основной механизм, который сейчас рассматривается, — это Inflamm-aging, воспалительное старение. «Именно агробиофотоника через световую модуляцию биосинтеза сенолитиков и сеноморфиков может дать нам перспективы в увеличении эффективности и количества этих веществ в сырье», — заключил Кирилл Зыков. Он подчеркнул, что, объединив усилия медиков и представителей сельскохозяйственных наук, можно использовать достижения агробиофотоники для преодоления кризиса антибиотикорезистентности и достижения активного долголетия.
Вертикальные фермы как универсальная контролируемая среда
Александр Селянский, представляющий проект «Фитопирамида» и Ассоциацию «Теплицы России», рассказал о практическом опыте выращивания плодоносящих растений в условиях закрытых помещений с контролируемой средой. Он отметил, что вертикальные фермы — это направление сельскохозяйственного производства, которое позволяет снизить риски потери урожая, получить более высокий урожай на единицу площади, экономить воду и удобрения и производить экологически чистую продукцию. «Мы предлагаем технологию бессубстратного выращивания растений на вертикальных вегетационных установках „Фитопирамида“ аэроводным способом, — рассказал Александр Селянский. — Количество ярусов на установках в зависимости от типа выращиваемых растений может быть от одного до восьми». По его словам, основа технологии — корневое питание: по определённой программе организуется периодическое затопление корневого объёма вегетационных труб, происходит прилив-отлив питательного раствора, и растения получают сбалансированное минеральное и воздушное корневое питание. «Корневая система растений находится в перфорированных стаканчиках-контейнерах и имеет возможность свободно развиваться в идеальных условиях аэрации, — пояснил он. — Какой-либо субстрат в нашей технологии отсутствует». Многоярусные вегетационные установки «Фитопирамида», по его словам, показали высокую эффективность при выращивании различных овощей в закрытых помещениях на электрическом свете.
Фото: РАН
