Centre Eurasien d’Études pour des percées de Rendements dans les variétés végétales

Publié il y a 2 ans
Par Viktor Dragavtsev
Eurasian Center for the Design of Breakthrough Yields Plant Varieties
Au cours de la période 1984-2012, V. A. Dragovtsev a créé et développé la théorie de l’organisation écologique et génétique d’un caractère quantitatif (TOEGCQ) et en a étudié 24 conséquences, ce qui a révélé des omissions importantes dans les systèmes traditionnels de sélection des plantes pour la productivité et le rendement.

La principale conclusion de la théorie: 

Lorsque le facteur environnemental qui limite la croissance des plantes change, le spectre et le nombre de gènes qui déterminent les mêmes changements de caractère quantitatif changent également. C’est ce mécanisme qui donne lieu au phénomène d’interaction « génotype-environnement », qui s’exprime dans le changement des rangs de productivité dans un ensemble de variétés qui poussent alternativement dans deux environnements ou plus de deux. Il est devenu clair que pour la gestion scientifique de la productivité et du rendement, il est nécessaire de contrôler simultanément la diversité spatiale et la dynamique temporelle des facteurs de limitation environnementaux et la diversité des réponses des systèmes génétiques et physiologiques végétaux au changement des facteurs de limitation dans l’ontogenèse. Cela ne peut se faire que dans un phytotron reproducteur spécialement conçu, où les technologies de reproduction ont des avantages très marqués et une grande efficacité.  

Les conséquences prioritaires suivantes les plus importantes sont obtenues à partir de la théorie de l’organisation écologique et génétique d’un trait quantitatif  (TOEGCQ).

1. Lorsque le facteur environnemental limitant la croissance des plantes change, le spectre et le nombre de gènes déterminant le même changement quantitatif des caractères, change également. Il est prouvé expérimentalement que des caractéristiques quantitatives telles que « l’intensité de la transpiration » et « l’intensité de la photosynthèse » sont déterminées, respectivement, alternativement par deux et trois systèmes génétiques au cours de la journée.

2. Si les variétés ont des caractéristiques de productivité similaires dans un contexte sans limites environnementales, comme par exemple dans un contexte de sécheresse, toutes les caractéristiques de productivité de ces variétés sont déterminées par les polygènes résistants à la sécheresse et « enregistrent» sur elles-mêmes les différences dans les contributions de ces polygènes aux caractéristiques de productivité. Sur fond de froid, ces mêmes signes sont déterminés par des polygènes résistants au froid. 

3. Pour les caractères quantitatifs soumis au phénomène de l’interaction « génotype-environnement », il est impossible d’obtenir un « passeport » stable, une caractéristique génétique pour tous les environnements.

4. Dans le contexte de différents facteurs limitatifs environnementaux, les déterminations génétiques du trait (spectre et nombre de gènes) seront différentes, les qualités des donneurs de variétés changeront, de sorte que les technologies de sélection devraient également être différentes, à commencer par la sélection des couples parentaux pour l’hybridation.

TOEGCQ a révélé les raisons pour lesquelles « la transformation des espèces végétales sauvages en espèces agricoles s’est produite sans aucune application des réalisations de la génétique moderne et des idées de la génétique mendélienne. Les sélectionneurs de plantes modernes appliquent avec succès essentiellement la même stratégie » [Molécules recombinantes : importance pour la science et la pratique (livre). - M.: Mir, 1980, p. 270]. Il est devenu clair pourquoi « aucune corrélation significative n’a été trouvée entre le rendement final et l’efficacité d’une voie biochimique particulière » [ibid, p. 275].

Du point de vue de TOEGCQ, pour une forte augmentation de l’efficacité de la sélection des caractères économiquement importants, il est nécessaire de créer un phytotron reproducteur spécial, qui vous permet de « déduire » les 8 systèmes écologiques et génétiques avec le facteur limitatif nécessaire à n’importe quel stade d’ontogenèse des parents et des hybrides, et d’évaluer la nature de « l’opposition » de cette phase (au niveau du trait) au facteur limitatif de stress. En outre, dans le phytotron, vous pouvez programmer la dynamique des facteurs limitatifs de l’environnement d’une année typique pour n’importe quelle zone de reproduction sur Terre, ce qui vous permettra de créer délibérément les variétés les plus productives pour toutes les zones du Globe.

Le résultat des travaux de TOEGCQ a été la création de plusieurs savoir-faire de technologies innovantes de haut niveau pour l’amélioration écologique et génétique (champ et phytotronique) des propriétés de productivité des plantes, ainsi que la nécessité d’une sélection phytotronique.

 Savoir-faire

 1. Typification de la dynamique des facteurs limitatifs de l’environnement pour chaque zone de reproduction et espèces végétales sur la base d’algorithmes prioritaires.

 2. Prévisions de l’apparition de transgressions et de méthodes de sélection des meilleures paires de parents en fonction de la nature déchiffrée des transgressions. 

3. Méthodes d’évaluation expresse de l’additivité de l’action des systèmes génétiques et physiologiques pour la création de pré-variétés et de variétés. 

4. Méthodes de prévision de l’héterose dépendante de l’environnement et sélection scientifique des couples parent pour la reproduction de l’héterose. 

5. Méthodes de prévision des effets de l’interaction « génotype-environnement » à l’aide d’algorithmes pour analyser la dynamique typique des facteurs limitatifs dans l’ontogenèse. 

6. Méthodes de prévision des corrélations génotypiques, génétiques (additifs) et environnementales et méthodes optimales pour choisir les meilleurs génotypes basés sur ces prédictions. 

7. Théorie et nouveaux principes de construction d’indices de sélection (du point de vue de TEGOQT), et nouvelles méthodes de sélection par indices, en tenant compte de la dynamique typique des facteurs limitatifs de l’environnement dans différents emplacements géographiques. 

8. Méthodes d’identification des génotypes par leurs phénotypes en utilisant le principe des traits de fond et des algorithmes pour l’identification « orthogonale » par les signes finaux (résultant) de la productivité et par les signes des composants à différentes phases de l’ontogenèse. 

9. Méthodes pour créer des collections de travail de démarrage de centres de reproduction pour chaque zone de reproduction du monde.

10. Méthodes de création de collections de base dans les banques de ressources génétiques végétales. 

L’élevage phytotron et ses avantages.


Dans le phytotron, l’efficacité de l’identification (reconnaissance) des génotypes les plus précieux dans le fractionnement des populations peut être augmentée des centaines de fois.

Le système mondial d’organisation de la sélection végétale pour l’amélioration génétique de caractères complexes économiquement précieux, place les centres de reproduction dans les zones de reproduction – des régions où les conditions environnementales (comme prévu) sont en moyenne suffisamment uniformes - de sorte qu’une nouvelle variété est capable de dépasser la précédente en termes de productivité et de rendement sur le territoire de cette zone en moyenne variété standard. Toutefois, le programme DIAS (croisement diallèle) a montré que les changements dans les paramètres génétiques de la population de DIAS sont beaucoup plus élevés à chaque point géographique d’une année à l’autre que leurs différences entre les différents points en un an. Cela signifie que si l’année de sélection en F2 n’était pas une année typique pour cette zone de reproduction, alors tout le travail de l’éleveur sur la sélection des couples pour le croisement, les croisements de volume à forte intensité de main-d’œuvre et la croissance de la F1 (la première génération hybride) est effectivement perdu. La structure traditionnelle du système de placement des centres de reproduction dans les zones de production agricole est apparue parce que la génétique ne pouvait pas expliquer aux éleveurs le mécanisme du génotype - interaction avec l’environnement - le phénomène le plus important d’augmentation du rendement dans une zone de reproduction particulière. Le manque de connaissances fondamentales sur la nature du génotype - interaction de l’environnement et l’absence de méthodes pour sa prédiction et sa gestion ont conduit à une situation où même les éleveurs très expérimentés et bien mérités, en essayant de maximiser la contribution du génotype - effet d’interaction de l’environnement à la croissance des cultures, utilisent aujourd’hui la même technologie de sélection visuelle par le niveau phénotypique du trait , qui a été utilisé il y a 10 000 ans par une femme primitive, sortant d’une grotte et sélectionnant des épis de maïs dans un champ adjacent de millet ou de blé. La technologie d’augmentation de la contribution du génotype - interaction de l’environnement à la productivité et au rendement n’a subi aucune modernisation par la génétique, l’écologie, la physiologie et d’autres sciences au cours des 147 dernières années (c’est l’âge de la génétique moderne).

Après être allées dans les profondeurs de la biologie moléculaire, ces sciences se sont éloignées de l’étude de la nature du génotype - interaction de l’environnement, transgressions, génotypiques et autres corrélations, c’est-à-dire de travailler sur des problèmes dont les solutions sont urgentes pour l’humanité. Je ne peux que citer le célèbre généticien agricole J. L. Brubaker : «  Plus de la moitié de la population de notre terre fertile a trop peu de nourriture, et même une connaissance très profonde du gène ne rassure guère les personnes affamées, tant qu’elle ne s’exprime pas en calories Du point de vue de TEGOQT, des lacunes importantes de la structure traditionnelle des systèmes modernes de sélection végétale sont clairement visibles.

1. L’année de sélection de la population F2 (ou M2) pour chaque éleveur peut être soit typique (selon la dynamique des facteurs limitatifs de l’environnement) pour une zone de sélection donnée, soit atypique. Dans une année atypique, les meilleurs phénotypes seront formés par ces génotypes qui « s’adaptent » dans une année typique. En sélectionnant les meilleurs phénotypes d’une année atypique et en rejetant les plantes restantes dans les parcelles F2, l’éleveur perdra tous les meilleurs génotypes qui peuvent donner le meilleur rendement d’une année typique. Tout le travail sur le choix des paires pour le croisement, les croisements les plus laborieux (des milliers de combinaisons), la croissance de la F1 et de la F2 sera gaspillée.

L’écart entre l’année de sélection et l’année type de cette zone de reproduction réduit l’efficacité du processus de sélection de 3 à 4 fois, car au cours d’une année atypique, d’autres génotypes montreront la productivité maximale (les produits d’autres gènes « sortiront » sur le trait), et non ceux qui, au cours d’une année typique, donneront l’effet maximal du génotype - interaction de l’environnement dans la productivité.  Les années typiques, qui sont généralement de 4 à 6 par décennie, permettent à l’éleveur d’utiliser en moyenne seulement 5 étés sur 10. L’hiver n’est pas utilisé, c’est une saison perdue, ce qui signifie que l’éleveur ne travaille que 5 saisons sur 20. 

Si les sélections du champ sont transférées au phytotron, où, littéralement en tournant les manivelles, vous pouvez créer une année typique pour n’importe quel point sur Terre et n’importe quelle zone de reproduction, et appliquer notre principe de traits de fond pour identifier les génotypes lors de la sélection (ce qui augmente la fiabilité de « reconnaître » les génotypes des plantes individuelles jusqu’à 1000 fois), et le processus de sélection lui-même est accéléré par 4 fois en créant une dynamique typique des facteurs limitatifs de l’environnement pour le phases d’ontogenèse pour une zone de sélection spécifique, alors vous pouvez augmenter l’efficacité finale de la sélection à plusieurs reprises.

2. A. S. Serebrovsky a souligné : « Pour le généticien-analyste, l’intérêt principal est les caractéristiques du cadre génotypique de la population, et tous ses efforts devraient être dirigés vers l’exposition de ce cadre à partir du manteau paratypique qui le recouvre. » Lorsqu’il est sélectionné sur le terrain, le « cadre génotypique » de la population F2 est couvert non seulement par le « manteau paratypique », c’est-à-dire le bruit environnemental (BE), qui représente habituellement 70 à 80 % de la variabilité phénotypique (la variabilité génotypique est généralement d’environ 10 à 30 %). Dans les parcelles de F2, il y a aussi le bruit concurrentiel génotypique (BCG) et le bruit concurrentiel environnemental (NCE). Leurs valeurs dépassent 4 à 10 fois la variabilité génotypique que l’éleveur doit « voir » lors de la sélection. P. P. Litun a fait des estimations de la résolution des sélections visuelles sur le terrain. En moyenne, c’est 0,01%, c’est-à-dire que l’éleveur, ayant sélectionné 10 000 plantes selon le phénotype, en aura une seule génétiquement vraiment précieuse. 

Notre école scientifique a créé des principes prioritaires pour l’identification fiable des génotypes par phénotypes dans le fractionnement des populations :

1. Le principe des caractéristiques de base (inclus dans l’Encyclopédie des sciences fondamentales de la vie, New York, Londres, Boston), qui peut augmenter la fiabilité de l’identification jusqu’à 1000 fois.

2. Le principe de l’identification « orthogonale », qui fonctionne avec encore plus d’efficacité, et le principe de l’identification métamérique pour les monopodes conifères.

Lors de l’identification des meilleurs génotypes et de leur sélection parmi les populations de F2 dans le phytotron, il est facile d’éliminer le bruit du BCG et de l’BCE en ensemencer les grains F2 dans des cassettes avec des tubes verticaux qui isolent les racines des plantes les unes des autres et réduisent l’BE en mélangeant et en nivelant soigneusement le substrat. Cela augmentera considérablement l’efficacité du principe des traits de fond. Sur le terrain, en utilisant des traits de fond, P. P. Litun [Litun P.P. Report at the 4th All-Union Congress of VOGIS. Le 2 février 1982, Chisinau] a augmenté l’efficacité de la sélection de génotypes uniques de 0,01 à 15 %. Dans le phytotron, l’efficacité de l’identification du génotype basée sur le principe des traits de fond peut être portée à 80-90%. Dans les cassettes, vous pouvez évaluer la tolérance génétique à l’épaississement de l’agrocénose pour les plantes individuelles F2, sur le terrain, ce travail ne peut être fait que dans F5-F6, quand il devient possible d’organiser des parcelles avec un gradient de densité, ce qui nécessite un grand nombre de graines dans chaque famille et une perte de temps jusqu’à F6 (4 ans). Dans le phytotron, vous pouvez facilement organiser un seul facteur limitatif de l’environnement externe (agissant pour la période désirée) dans n’importe quelle phase de l’ontogenèse, et dans son arrière-plan choisir un trait de fond avec la résolution la plus efficace pour identifier les systèmes génétiques qui « s’opposent » à ce facteur limitatif.

Ainsi, une « bibliothèque » de traits de fond sera progressivement formée pour l’identification précise des systèmes génétiques les plus précieux qui augmentent le rendement. Sur le terrain, il est impossible d’organiser un tel travail en principe.

3. Dans la production moderne de cultures à ciel ouvert, il n’existe toujours pas de méthodes d’identification stricte des facteurs limitatifs de l’environnement agissant à différentes phases de l’ontogenèse végétale. Pour les systèmes fermés, y compris les fermenteurs et pour les sols fermés dans les chambres de croissance, A. G. Degermendzhi, N. S. Pechurkin et A. N. Shkidchenko ont développé une bonne théorie et algorithmes formalisés pour identifier le facteur liitatif en « balançant » alternativement chacun des facteurs environnementaux dans un système fermé. En principe, cela permet de sélectionner les systèmes écologiques et génétiques nécessaires pour chaque phase d’ontogenèse en contexte de la dynamique typique des facteurs limitatifs dans une zone de reproduction particulière. La sélection « phase » vous permettra de créer des variétés qui dépassent le rendement standard non pas de 3 à 4 t/ha, mais de 8 à 12 t/ha ou plus.

4. Chaque éleveur, par exemple, travaillant avec le blé, organise chaque année 1000 croisements et plus encore. Cela est dû au fait que jusqu’à récemment, la structure écologique et génétique des transgressions n’était pas déchiffrée et qu’il n’y avait pas de théorie stricte de la sélection des couples parentaux pour l’hybridation

Maintenant, le mécanisme des transgressions est déchiffré, la théorie de l’appariement des paires est essentiellement créée, il suffit donc maintenant d’obtenir de manière fiable des transgressions pour traverser non pas 1000 variétés, mais seulement 5 parents qui ont passé une sélection écologique et génétique stricte. Cela signifie qu’il est possible de réduire le volume d’hybridation de 200 fois par rapport à la sélection traditionnelle sur le terrain.

5. Sur le terrain, lors de la reproduction de la précocité, les courtes phases d’ontogenèse (par exemple, les phases « sortie dans le tube » et « écoute ») se déroulent si rapidement qu’il est presque impossible de mesurer leur polymorphisme génétique et de sélectionner de manière fiable les paires à croiser : un parent - avec la phase la plus courte de « sortie dans le tube », l’autre - avec la phase d’écoute la plus courte. Œuvres de G. A. Makarova [Makarova G.A. Héritage de la durée des périodes interphases d’ontogenèse du blé de printemps dans le cadre de la sélection pour la maturité précoce // Biologie agricole. - 1996. - No 1. - P. 23-31] a montré la capacité de « étirer » ces phases dans des conditions de sol clos, de les voir clairement et de créer des génotypes qui sont 10-12 jours plus précoces que les variétés parentes de blé dur.

6. Dans le phytotron, vous pouvez créer tous les types et niveaux de salinité et d’acidité du sol, ce qui est très difficile à mettre en œuvre dans les expériences sur le terrain. Par exemple, le Centre international du Groupe consultatif sur la recherche agricole « ICARDA » (Syrie), en collaboration avec KazagroInnovation JSC, a récemment organisé un projet pour la sélection de l’orge pour la résistance au sel, la résistance à la sécheresse et la résistance aux gelées printanières près de Kzyl-Orda. La méthode principale est le diagnostic de la résistance au sel et à la sécheresse aux premiers stades de croissance et de développement dans les chambres phytotroniques à l’aide de marqueurs de produc-tivité élevée.

7. Dans le phytotron, il est facile d’influencer les plantes avec la lumière ultraviolette, simulant l’effet des « trous d’ozone », ce qui ne peut pas être fait sur le terrain. La sélection pour la résistance des plantes à la lumière ultraviolette est déclarée un problème urgent dans le monde entier par l’ONU.

8. Dans le phytotron, la sélection peut être strictement quantifiée pour augmenter la libération de substances allopathiques par les racines du blé, de l’orge et d’autres céréales, qui inhibent et même tuent les plantes dans les champs. Cette nouvelle orientation de l’élevage est maintenant mise en œuvre avec succès au Japon et en Chine dans des chambres phytotron spécialement conçues.

9. Dans le phytotron, les expériences peuvent être strictement organisées sur l’interaction des gradients des facteurs limitatifs du sol avec les facteurs météorologiques, les gradients des agents de protection chimique et biologique, les gradients d’infection par les maladies et les ravageurs, etc.

10. En raison de l’alignement artificiel des facteurs limitatifs  (sol et météorologie) dans le phytotron, le nombre de plantes peut être considérablement réduit dans les répétitions et le nombre de répétitions elles-mêmes dans l’organisation de l’expérience, ce qui réduira le coût du processus de sélection. 

11. Aujourd’hui, de nombreuses personnes sur Terre, en particulier les femmes et les enfants, souffrent d’un manque d’oligo-éléments dans leur nourriture. Selon l’Académie de nutrition du Kazakhstan, plus d’un million et demi de personnes au Kazakhstan sont touchées par l’anémie de fer. Les suppléments d’oligo-éléments ne résolvent pas le problème; il est nécessaire d’augmenter la teneur naturelle en oligo-éléments dans le grain. Récemment, une approche biologique (sélection-génétique) de l’augmentation naturelle de la teneur en oligo-éléments dans les plantes a été formulée. On l’appelait « biofortification ». Le programme international Harvest Plus a été lancé sous les auspices des Nations Unies, de la Banque mondiale et du Groupe consultatif sur la recherche agricole internationale (CGIAR). 

Il s’agit d’une alliance de 40 organisations scientifiques impliquées dans la génétique et la sélection des cultures agricoles (principalement des céréales) pour augmenter la teneur en oligo-éléments. L’International Wheat and Maize Center (CIMMYT, Mexique) est l’un des leaders de cet important programme. La première étape est l’étude de la variabilité génétique de la teneur en fer, zinc et bêta-carotène dans le blé, le riz, le maïs, le millet, le sorgho, les pommes de terre, etc., l’évaluation de la stabilité génétique de la teneur accrue en oligo-éléments, l’évaluation de l’interaction de l'«environnement génotype » par rapport aux caractéristiques de la teneur en grains de fer et de zinc, l’évaluation de l’interaction « génotype-technologie » - basée sur les mêmes caractéristiques. Ces travaux ne peuvent être réalisés sans un phytotron d’une conception spéciale avec la possibilité de compiler avec précision la composition des oligo-éléments du substrat.

12. Ce n’est que dans le phytotron, que la sélection est possible pour la capacité du génotype à produire beaucoup de produits de haute qualité en sol fermé avec un manque de lumière (économies d’énergie) et à basse température (économies de carburant).

13. Ce n’est que dans le phytotron qu’il est possible d’étudier strictement quantitativement la génétique de la nutrition minérale des plantes et de procéder à une sélection pour un « paiement » élevé par la récolte de petites doses d’azote, de phosphore, de potassium et d’autres éléments de la nutrition minérale. On sait que dans le coût total de la production agricole, le coût des engrais azotés contribue à environ 50-60%. 

14. Ce n’est que dans le phytotron, lorsque tous les facteurs limitatifs de l’environnement extérieur sont enlevés, on peut voir des différences purement morphologiques dans les caractéristiques quantitatives des variétés. En comparant le niveau d’un trait agrono-miquement important d’une variété donnée à un certain niveau du facteur limitatif avec le niveau de référence d’un même trait sur un fond illimité, il est possible d’obtenir des estimations quantitatives strictes de la diminution du niveau de trait, c’est-à-dire de quantifier le degré d’adaptabilité de la variété à une intensité donnée du facteur limitatif.

15. Ce n’est qu’avec l’aide du phytotron de sélection qu’il est possible d’organiser la rétroaction des procédures d’essai des variétés avec l’éleveur. Par exemple, la nouvelle variété de l’éleveur a dépassé la norme de 5 t/ha. Dans le phytotron, dans le contexte de la dynamique typique des facteurs limitatifs de l’environnement de cette zone de reproduction, 7 systèmes de productivité (attraction, micro-distribution des substances plastiques, adaptabilité, stabilité horizontale, absorption des coûts reliés aux facteurs limitatifs de nutrition du sol, tolérance à l’épaississement et à la variabilité des longueurs des phases d’ontogenèse) sont rapidement étudiés, et le semencier est informé, par exemple: « Cher sélectionneur de graines la résistance au froid de votre nouvelle variété dans la phase de remplissage, la phase a augmenté, mais la résistance à la sécheresse dans la phase de tallage a diminué. La phase de tallage est la plus importante car à cette phase, la composante du rendement - «le nombre de grains par plante» commence à se former. Nous avons augmenté la résistance à la sécheresse de la phase de tallage, et maintenant votre nouvelle variété a présenté un rendement de 30 décitonnes / ha au lieur de 21 dc/ tonnes"

16. Ce n’est que dans le phytotron de sélection que la collection de N. I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR) peut être effectivement « pelletée » pour détecter le maximum d’effets du génotype - interaction de l’environnement pour chaque zone de reproduction de n’importe quel pays et pour chaque phase d’ontogenèse de toute culture. Aujourd’hui, dans VIR (ainsi que dans la Fédération de Russie en général), il n’existe pas de technologie de convoyeur pour évaluer les qualités spécifiques des donneurs de variétés par des caractéristiques agronomiquement importantes pour les années typiques dans différentes zones de reproduction.

17. Aujourd’hui, il est bien connu que le réchauffement climatique mondial se produit sur Terre non pas uniformément sur toute la surface de la Terre, mais dans des « taches », par exemple, en Europe, le « réchauffement » le plus rapide est dans le nord de la France et dans l’ouest de la région de Leningrad de la Fédération de Russie. Personne ne peut prévoir l’image de « spotting » dans 40-50 ans. Si un phytotron reproducteur spécialement conçu serait construit aujourd’hui, il serait possible sans délai, avec précision et rapidité, de créer la variété optimale de tout type de plantes agricoles ou d’espèces forestières pour n’importe quel « spot » climatique.

18. En plus d’une forte augmentation de l’efficacité de la reproduction, qui peut être fournie par TEGOQT, l’humanité a un besoin urgent de technologies alimentaires de la 3ème génération, c’est-à-dire une nutrition directe avec des protéines de plantes, mais pas de protéines animales. Si la récolte de graines de soja récoltée à partir de 1 ha est suffisante pour nourrir une personne pendant 5560 jours, alors une personne ne peut vivre que 193 jours en raison de la viande produite par la vache qui a mangé cette récolte de graines. Le gaspillage d’énergie de l’élevage est évident. 

La transition des gens vers un régime alimentaire direct de protéines végétales augmentera la production alimentaire sur Terre de 3 fois, réduisant la consommation d’énergie de 6 fois. Les cultures vivrières traditionnelles - blé et maïs (céréales) - donnent 350 et 390 kg de protéines de 1 ha, respectivement, trèfle - 1000 kg, luzerne et sainfoin – 1300-1500 kg. Les protéines de ces herbes sont très précieuses. La norme - la protéine de soja - est presque égale en propriétés nutritionnelles à la protéine du lait humain, et les graines de soja contiennent presque deux fois plus de protéines que la viande. Il est très important que le prix des engrais azotés contribue de 50 à 60 % au coût des cultures de blé et de maïs, et qu’ils ne soient pas nécessaires pour les légumineuses. L’amélioration des protéines de légumineuses ne peut être réalisée avec succès que dans le phytotron, en étudiant l’effet des facteurs limitatifs individuels sur la quantité et la qualité des protéines et leurs différentes combinaisons pour déterminer avec précision les zones optimales de production de protéines végétales.

Grâce aux deux leviers décrits (nouvelles technologies phytotrons de reproduction et technologies alimentaires de la 3ème génération), il est possible de fournir des aliments de haute qualité à plus de 10 milliards de personnes, qui apparaîtront définitivement sur Terre d’ici 2050.

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