Сергей Банадысев, доктор сельскохозяйственных наук, ООО «Дока – Генные Технологии»
Мини-клубни картофеля (МК) – это первое клубневое потомство стерильных растений картофеля. Получение мини-клубней – первый год схемы семеноводства картофеля во всех странах с развитым картофелеводством. Мини-клубни картофеля выращиваются только в условиях защищенного грунта, исключающих риски повторного заражения растений вирусными, грибными и бактериальными болезнями (если клубни от стерильных растений выращивают в открытом грунте, то получают в результате не мини-клубни, а первое полевое поколение).
Принято считать, что диаметр мини-клубня должен составлять не менее 10 мм, все, что меньше – это микроклубни.
Потребность в мини-клубнях на производство 10 тысяч тонн элиты составляет: при пятилетней схеме ОС и ЭС (оригинального и элитного семеноводства) – 50 тыс. штук; при четырехлетней схеме ОС и ЭС – 400 тыс. штук; при трехлетней схеме – 3 млн штук.
Российская Федерация располагает собственной основательной научно-инновационной базой в этой сфере. Широкомасштабное внедрение самых современных технологий выращивания мини-клубней в РФ всегда велось с опережением по отношению к другим странам с развитым картофелеводством: так субстратная технология была внедрена 40 лет назад, по ней работали 15 биотехнологических центров; гидропонная – 30 лет назад, ее используют компании «Дока – Генные Технологии», «Меристемные культуры»; аэропонная – разработана во ВНИИСХБ (Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии) в начале 2000-х, с 2010 года эта технология начала пропагандироваться Международным центром по картофелю и активно распространяться по всему миру. В РФ производятся промышленные установки для выращивания мини-клубней: «Картофельное дерево» и Мeristem. В то же время большинство отечественных семеноводческих предприятий пока производят мини-клубни в небольших объемах, в пределах потребности пятилетней схемы получения элиты. Только компания «ФАТ-Агро» вышла на уровень более 2 миллионов штук в год, этого достаточно для перехода на трехлетнюю схему.
Всемерное наращивание производства мини-клубней с целью сокращения схемы семеноводства и повышения качества продукции – стратегический путь развития семеноводства картофеля. С учетом этой перспективы за последние годы предпринято много попыток усовершенствовать технологии выращивания. Основная цель новаций – получение как можно большего количества мини-клубней на одно растение in vitro и на единицу площади теплицы. Для ее достижения используются многие приемы растениеводства, но не все решения, предлагаемые по результатам научных исследований, дают результат в промышленном производстве.
Многие аспекты эффективного крупнотоварного производства мини-клубней относятся к сфере ноу-хау. Российское производство мини-клубней картофеля всегда велось на самой эффективной и передовой научно-технологической основе. И в настоящее время в стране доступны и применяются технологии, существенно превосходящие мировой уровень.
Первоочередным условием квалифицированного производства мини-клубней является соблюдение действующих правил и регламентов. Нормативная база Российской Федерации по данной тематике носит рекомендательный характер, в действующем положении о сертификации сельскохозяйственных культур, например, нет ни слова о правилах производства и сертификации мини-клубней картофеля. В такой ситуации нужно ориентироваться на международный опыт. Во всех странах развитого семеноводства картофеля приняты, официально утверждены и неукоснительно соблюдаются обязательные требования к организации, технологиям и качеству производимых мини-клубней.
Эти требования должны взять за основу отечественные предприятия, специализирующиеся на производстве мини-клубней, в формате стандартов предприятия, для самоконтроля, пока официальная нормативная база в этой сфере государством не сформирована. К примеру, в РФ действуют нормы технологического проектирования селекционных комплексов и репродукционных теплиц НТП-АПК 1.10.09.001-02. Однако разработчики НТП не включили в документ раздел об обязательных особенностях конструкций, предназначенных для выращивания мини-клубней. А таких особенностей много, например: теплица должна иметь двойную дверь с раздевалкой для переодевания. Зона переодевания должна быть оборудована подушечками для дезинфекции ног и моющим средством для мытья и дезинфекции рук. Входные двери и все вентиляционные отверстия должны быть закрыты сеткой, защищающей от тли (размер ячейки – максимум 0,5 на 0,9 мм). В помещении должен вестись надлежащий контроль температуры и влажности (применимо для стеклянного дома). Следует использовать среду без почвы для адаптации стерильных растений. Если используется почва / почвенная смесь, ее необходимо соответствующим образом обработать /стерилизовать, чтобы обеспечить отсутствие почвенных патогенов.
Урожай мини-клубней должен быть получен из официально сертифицированных микрорастений или микроклубней, выращенных в асептической среде из меристематической ткани исходного материала, проверенного на отсутствие вирусов, вироидов и бактерий, поражающих картофель, в аккредитованной должным образом испытательной лаборатории.
Методики, порядок, периодичность тестирования качества материала на всех этапах производства мини-клубней жестко регламентированы.
Накоплено много практически значимой информации по оптимизации протоколов микроразмножения картофеля. Исследования в этой сфере показывают широкие возможности для улучшения роста и развития растений на основе изменения концентрации и соотношения питательных элементов. Установлено, что использование регуляторов роста в культуре меристем картофеля необязательно, но добавление некоторых веществ даже в низких концентрациях увеличивает и ускоряет производство материала. Важно оптимизировать условия инкубации микроразмноженных растений картофеля с помощью различных источников света, режимов освещения и вентиляции помещений. С появлением светодиодных светильников их возможности стали активно изучаться применительно к микроразмножению картофеля. Красный и дальний красный спектр света увеличивают характеристики роста; однако комбинация красного + синего + дальнего красного/белого света лучше влияет на образование клубней и накопление первичных метаболитов.
Технологии выращивания мини-клубней подразделяются на две основные группы: субстратные (большое разнообразие) и бессубстратные (водная культура и аэропоника). Основные технологии производства мини-клубней: на природных субстратах (80% объемов), гидропонная и аэропонная. Получение микроклубней тоже примыкает к тематике МК и все более широко используется для массового размножения исходного материала. Разница между микроклубнями и мини-клубнями заключается в режиме среды (микроклубни выращивают только в стерильных условиях in vitro, а мини-клубни – только в защищенных условиях ex vitro) и в размере клубня. Полученные в практических экспериментах результаты и выводы во многих случаях не соответствуют теоретическим постулатам в отношении возможностей стимулирования клубнеобразования в культуре in vitro. Это касается как режимов питания, применения регуляторов роста, так и условий выращивания и применения стрессовых факторов. Если общедоступная информация по технологическим регламентам производства микроклубней позволяет, в большинстве случаев, получать довольно посредственные результаты – около или чуть больше одного микроклубня массой 200-400 мг на одно растение, то профессиональная корректировка технологии применительно к конкретным условиям производства повышает эффективность процесса в разы. В РФ есть ноу-хау в этой сфере с получением не менее трех микроклубней массой более 0,5 г от одного растения в стандартной пробирке.
Для круглогодичного выращивания микроклубней и улучшения их качества в мире серийно производится несколько различных конструкций биореакторов. Эти полуавтоматические системы позволяют сократить интенсивную ручную обработку и, следовательно, повысить производительность и снизить затраты на производство. Микроклубни, полученные в биореакторах, имеют гораздо большую массу и больший диаметр. Последним словом техники в этой сфере является разработка японских ученых и конструкторов.
Система крупномасштабного производства микроклубней с использованием пластиковых пакетов для культивирования успешно производит от 100 до 300 микроклубней на пакет, в зависимости от сорта. Изменение концентрации питательных веществ в части более низкого содержания сахарозы, азота, повышения уровня фосфата калия в среде позволили увеличить общее количество и среднюю массу микроклубней. Японская технология позволяет производить 250 000 микроклубней в год (за три урожая-цикла) в помещении для культивирования площадью 66 м2. и 80% микроклубней, полученных по этой технологии, имеют массу более 1 г, т.е. пригодны для посадки непосредственно в поле.
Во всем мире преобладает производство мини-клубней на природных субстратах. Такая технология хотя и хорошо налажена, но все же может быть значительно улучшена. Генотип, продолжительность и условия культивирования in vitro, размер растения, воздействие питательных веществ и регуляторов роста заметно влияют на производство мини-клубней. Возраст и предварительная обработка саженцев при посадке, условия и период закаливания, сезон посадки и выращивания, состав почвенной среды, способ посадки, плотность размещения растений, дозы удобрений, освещение также влияют на интенсивность производства мини-клубней.
Множество природных веществ и материалов пригодны в качестве среды для выращивания картофельных мини-клубней. Основным компонентом тепличных субстратов традиционно является торф. Альтернативные компоненты – такие как перлит, вермикулит и вермикомпост – в последнее время тоже получили большое распространение из-за их приемлемой аэрации и водоудерживающей способности.
В большинстве случаев при выращивании мини-клубней в субстратной культуре необходимо применять макро- и микроудобрения. В среде специалистов технология с использованием периодического полива и удобрения питательными веществами неплодородных субстратов называется гидропоникой. Гидропонные технологии выращивания мини-клубней картофеля имеют разновидности с использованием инертных субстратов (песок, кора деревьев, кокоса и т.п.) и чистой водной культурой (тонкая питательная пленка).
Все положения теории питания картофеля по отношению к возможности управления клубнеобразованием можно применить и при гидропонном выращивании, но есть понимание необходимости существенного изменения концентрации и соотношения питательных веществ по каждому сорту и на разных стадиях вегетативного роста, инициации клубнеобразования и роста клубней растений. Составы питательного раствора приведены в большинстве публикаций. При этом количество клубней, полученных с растения и с единицы площади различаются в несколько раз. Что касается целенаправленного внесения корректировок в состав питательного раствора с целью радикального увеличения количества клубней (а именно в этом и состоит преимущество гидропоники), то открытой информации очень мало. За последние годы вышло всего несколько публикаций не со ссылками на общеизвестные составы прошлых лет, а с оригинальными материалами.
Самая современная – аэропонная – технология выращивания мини-клубней имеет ряд принципиальных особенностей. На сегодняшний день проработаны все последовательные этапы ее реализации, но поисковые исследования продолжаются. Особая ценность технологической информации по аэропонике состоит в том, что она показывает направления разработок по мини-клубням во всем мире на сегодняшний день. Эти разработки применимы или их можно адаптировать к другим технологиям выращивания мини-клубней.
Выбор технологии производства мини-клубней для конкретных условий должен основываться на анализе производственных показателей, уровня рисков, потребности в трудовых ресурсах, сравнении инвестиционных затрат, себестоимости и рентабельности. У каждой технологии есть варианты исполнения и существенные колебания эффективности производства в зависимости от многих факторов. Все технологии используют и основаны на исходном растительном материале из стерильной культуры или микроклубнях. Этот этап практически универсален, его можно признать стандартным. В самой технологии выращивания мини-клубней приходится выбирать из большого числа переменных.
Подавляющее большинство крупных семеноводческих фирм в настоящее время выращивают мини-клубни в стеклянных или пленочных грунтовых теплицах на натуральных органо-минеральных субстратах с широким использованием торфа. Эта технология имеет самую низкую себестоимость мини-клубня. Как правило, выращивается один урожай в год. В Европе считается нормальным получить 4-5 клубней от одного растения. Дифференцированное применение микроудобрений, БАВ, РРР позволяют увеличить коэффициент размножения до 8-10.
Аргументы в пользу биореактора – стерильность, максимальный выход микро-клубней с единицы площади. Минусы биореактора – потребность в большом количестве растений, малый размер клубней, проблема дозревания и механизированной посадки в поле.
Плюсы гидропоники – технологичность, реальная возможность стимулирования клубнеобразования, промышленное оборудование; минусы – слабое развитие корневой системы, опасность распространения инфекции через питательный раствор, трудоемкость. Аэропоника требует больше пространства и полного затемнения для корневой системы, за счет лучшего ее развития и воздушного питания может формироваться больше клубней по сравнению с гидропоникой. Однако аэропонная технология самая требовательная, подача электроэнергии не должна прерываться больше чем на полчаса.
Приведенный краткий обзор показывает, что освоение трехлетней схемы производства элиты картофеля с помощью большого количества мини-клубней – уже реальность. Наращивание объемов и интенсификация производства достигается получением максимального количества мини-клубней с единицы площади при минимальном количестве исходных растений. Закрытый грунт и исходный материал имеют высокую стоимость, поэтому получение с одного растения всего 2-3 клубней – бесперспективный вариант, хотя основные объемы мини-клубней в мире производятся пока именно так. При субстратной технологии фактический уровень производства оценивается по следующим параметрам: обычный – 100 шт./м2, хороший – 200 шт./м2; высокий – 300 шт./м2 за вегетацию. Гидропонная технология имеет потенциал получения 500 мини-клубней, аэропонная – 1000 мини-клубней с кв. м. площади установок за вегетацию. Справочно: стоимость культивационных сооружений для субстратной технологии в 2021 году составляла 50 тыс. руб. за квадратный метр, для гидропонной – 100 тыс. руб., для аэропонной – 150 тыс. руб.
Основная проблема выращивания мини-клубней в закрытом грунте – добиться сочетания активного вегетативного развития с интенсивным формированием клубней. Повысить интенсивность клубнеобразования можно за счет оптимизации микроклимата (температура, влажность, фотопериод), оптимизации минерального питания; применения стимуляторов клубнеобразования, ограничения вегетативного роста. При этом получение мини-клубней в больших объемах представляет собой сложную организационную и технологическую задачу. Нюансы интенсивного выращивания мини-клубней уже более 20 лет относятся к коммерческой информации. В открытом доступе профессиональных регламентов нет, это ноу-хау каждого отдельного предприятия.
Во втором квартале 2022 года будет издана книга «Мини-клубни картофеля» с изложением и анализом доступной научной и коммерческой информации по тематике и с акцентом на эффективные приемы повышения интенсивности производства мини-клубней. Объем информации – более 400 стр. Книга будет доступна только по подписке. Заявки направлять по адресу: s.banadysev@dokagene.ru
