CC BY
221
УДК 582.951.4
Е.П. Мякишева, И.Д. Бородулина, К.Ю. Гусева, О.К. Таварткиладзе Производство семенных мини-клубней картофеля (Solanum tuberosum L.)
E.P. Myakisheva, I.D. Borodulina, K.Yu. Guseva, O.K. Tavartkiladze Production of the Potato Seed Mini-tubers (Solanum tuberosum L.)
Рассмотрены основные проблемы, связанные с качеством семенного материала картофеля и его обеспеченностью в масштабах страны. Несмотря на высокие объемы производства картофеля в России, более чем 1,5% от его общего потребления импортируется из других стран. В связи с тенденцией увеличения сельскохозяйственных площадей для посадок картофеля до 2020 г., встает вопрос о необходимости обеспечения качественным семенным материалом. Использование качественного семенного материала картофеля гарантирует максимальную реализацию его генетического потенциала, обеспечивая тем самым высокий урожай. Для эффективного возделывания картофеля необходимо замещение семенного материала через каждые 3-4 года, так как от репродукции к репродукции происходит накопление вирусов и фитопатогенов. Также необходимо учитывать районирование сортов картофеля по регионам для наиболее полной реализации биологического потенциала. Технология производства элитного семенного материала картофеля включает в себя создание коллекции оздоровленных сортов в культуре in vitro, размножение пробирочных растений в необходимом количестве и непосредственно получение элитного семенного материала. Для получения мини-клубней использовались гидропонные установки «Минивит» и КД-10, благодаря которым возможно получать урожай в течение всего года. Производство оздоровленных семенных мини-клубней является основой для получения высококачественного семенного материала картофеля.
Ключевые слова картофель, культура in vitro, безвирус-
ное семеноводство, мини-клубни, гидропоника.
DOI 10.14258/izvasu(2014)3.1-07
The main problems related with the quality of the potato seeds, and their provisions in the country scale are discussed in the article. Despite the high volume of potato production in Russia, more than 1.5% of the total consumption is imported from the other countries. Taking into account the increasing trend of the areas of agricultural land for potato crops till 2020, the question of the good quality seed’s provision is raised. Using the high-quality potato seeds ensures maximum realization of its genetic potential, thus providing a high yield. For the efficient cultivation of potatoes it is important to replace seed material every 3-4 years, because from reproduction to reproduction the accumulation of plant pathogens and viruses increase. It is also necessary to consider zoning of the potato variety from one region to another for the full implementation of the biological potential. The technology of the elite potato seeds production involves creation the collections of the improved cultivars in vitro, reproduction of plants in the required quantity in vitro and actually getting the elite seeds. For minituber’s production hydroponics installations «Minivit» and KD-10 have been used, so it is possible to get the crop all the year round. Production of the improved minituber seeds is the background for high-quality potato seed material.
Key words: potato, culture in vitro, virus free seed, minitubers, hydroponic.
Картофель — одна из основных сельскохозяйственных культур, наиболее широко используемая для продовольственных и кормовых целей. Мировое сельскохозяйственное производство картофеля по своей масштабности стоит на четвертом месте после пшеницы, риса и кукурузы. Возделывается картофель более чем в 40 странах мира, и с каждым годом наблюдается тенденция увеличения объемов производства.
В России среднегодовая емкость рынка картофеля оценивается в 29-31 млн т, внутреннее потребление составляет около 23 млн т. Но этого все равно недостаточно, так как в страну импортируется около 500 тыс. т картофеля, что составляет более чем 1,5% от его общего потребления. Кроме этого, в масштабах Российской Федерации на период до 2020 г. прогнозируется ежегодное увеличение сельскохозяй-
ственных площадей посадок картофеля до 27 тыс. га [1, с. 12, 13].
Нарастающие объемы производства обусловливают увеличение потребности в качественном семенном материале. Согласно программе развития селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур в Российской Федерации от 2010 г. ежегодное производство элитного посадочного материала картофеля на период до 2020 г. для каждого региона должно составлять более 500 т [1, с. 13].
На сегодняшний день высококачественный семенной картофель в связи с отсутствием массового собственного производства востребован в Алтайском крае, Томской, Новосибирской, Кемеровской и других областях Западно-Сибирского региона. Недостаток необходимых объемов посадочного материала надлежащего качества ведет к резкому снижению урожайности, уменьшению лежкости картофеля при хранении. Без эффективного сортообновления и сортосмены нарушается технология производства товарного картофеля [1, с. 14]. Семенами высоких посевных качеств в масштабах Российской Федерации засевается только около 60% сельскохозяйственных площадей, а в частном секторе в основном используется со-ртосмесь без обновления семян [1, с. 12].
Биологический потенциал существующих сортов картофеля позволяет получить урожай в оптимальных условиях более 100 т/га, но реализуется от только на 15-20% [2, с. 185]. Так, в среднем по России урожайность картофеля составляет 14 т/га, что ниже среднего мирового уровня (17 т/га) [1, с. 13]. Одним из главных факторов, гарантирующих максимальную реализацию генетического потенциала и достижение максимально возможного урожая картофеля в любых почвенно-климатических условиях, является высококачественный посадочный материал [3, с. 86; 4, с. 35].
Кроме использования качественного материала, необходимо его обновление через каждые 3-4 генерации, так как в процессе длительного реплиду-цирования поколений происходит ухудшение показателей основных хозяйственно-ценных признаков. От репродукции к репродукции происходит накопление различных заболеваний, фитопатогенов и целого ряда вирусных инфекций, что проявляется в ухудшении развития растений, снижении качества и объемов урожая, а также лежкости картофеля при хранении [5, с. 31; 6, с. 16].
Предлагаемый потребителю семенной материал даже при соответствии фитосанитарным требованиям зачастую бывает не районирован к конкретному региону. Использование таких семян нецелесообразно, так как биологический потенциал этих сортов в данных почвенно-климатических условиях не может реализовываться в полной мере. Для возделывания в Алтайском крае применимы сорта, районированные по Западно-Сибирскому региону. Так, наиболее
оптимальными из ранних считаются сорта: Любава, Ред Скарлетт, Жуковский ранний, Алена; из среднеранних: Адретта, Кузнечанка, Невский, Лина; из среднеспелых: Тулеевский, Луговской, Удалец и др. Из среднепоздних оптимальными будут только сорта Гибридный ВК-1 и Никулинский, а использование поздних сортов в Западно-Сибирском регионе в связи с коротким летним периодом не рекомендовано [7, с. 28-129].
Радикальное решение проблемы деградации качества селекционного материала возможно при переходе на собственное безвирусное семеноводство, производство картофеля категории супер-супер элита с помощью семеноводческих приемов и современных методов биотехнологии. Одним из таких приемов является технология производства элитного семенного материала картофеля, включающая в себя создание коллекции оздоровленных сортов в культуре in vitro, размножение пробирочных растений в необходимом количестве и непосредственно получение элитного семенного материала.
Оздоровление картофеля — составная часть системы первичного семеноводства — осуществляется путем проведения химиотерапии или термотерапии клубней с последующим вычленением апикальных меристем и регенерации из них растений. Полученные растения анализируются методом ПЦР или иммуноферментным анализом на отсутствие зараженности. Из здоровых растений формируется коллекция, которая поддерживается в активно растущем состоянии in vitro (рис. 1). Созданная коллекция может быть многократно использована, растения могут быть размножены микрочеренкованием до необходимого количества. Коэффициент размножения пробирочных растений достаточно высок, так что лимитирующим фактором при проведении работ становится только их материальное обеспечение.
Получение семенного материала от пробирочных растений достигается различными технологическими приемами. Одним из них, позволяющим внедрять наукоемкие технологии в производство, является выращивание растений на гидропонной установке, которая представляет собой замкнутую систему, состоящую из баков с питательным раствором и лотков с высаженными в них растениями, в которые этот питательный раствор поступает в соответствии со схемой подачи. Растения освещаются источниками света, обеспечивающими их необходимой физиологически активной радиацией, режимы освещения меняются в зависимости от фазы развития растений.
Нами использован комплекс из двух гидропонных установок: «Минивит» для адаптации и доращивания пробирочных растений, полученных в условия in vitro, и КД-10 для получения мини-клубней. Гидропонные установки размещены в помещении с контролируемыми условиями поддержания температуры и влажно-
сти, что также обеспечивает защищенность выращиваемых растений от повторного заражения патогенами. На установке «Минивит» растения выращивались в течение 20-30 суток, в течение которых они проходили адаптацию от условий in vitro к условиям выращивания на питательном растворе (рис. 2). На протя-
жении этого времени у растений хорошо развивалась корневая система и формировалась надземная часть, обеспечивающая эффективный процесс фотосинтеза и полный переход к автотрофному типу питания. Процент приживаемости растений, прошедших адаптацию на установке «Минивит», составлял 90%.
Рис. 1. Растения картофеля в культуре in vitro
Рис. 2. Растения картофеля на гидропонной установке «Минивит»
Растения с хорошо развившейся мочковатой корневой системой и имеющие 6-8 полностью развернутых листьев высаживают в основную гидропонную установку КД-10, на которой растения выращивают в течение 3-4 месяцев до получения семенных миниклубней (рис. 3, 4). Полученные мини-клубни — это нулевая репродукция, которую используют в дальней-
шем для получения семенного материала категории элита. Продуктивность растений картофеля на гидропонной установке достаточно велика: за один период вегетации с 300 пробирочных растений можно собрать до 10000 мини-клубней весом 5-7 грамм, за год на одной установке возможно вырастить до четырех поколений растений.
Рис. 3. Растения картофеля на гидропонной установке КД-10
Рис. 4. Мини-клубни картофеля, полученные на гидропонной установке
Гидропонная установка, несмотря на необходимость регулярного обслуживания, обладает несомненными преимуществами. Использование установки в изолированном помещении с поддержанием и контролем фитосанитарного состояния обеспечивает отсутствие различных инфекций и вредителей. Постоянный контроль физических факторов (освещения, температуры, влажности воздуха, уровня СО2 ) и показателей питательного раствора (уровень солей, кислотности на всех этапах выращивания) позволяет добиться реализации максимального сортового потенциала, определяя таким образом наибольший возможный выход мини-клубней. В связи с этим возможно проведение работ в течение всего года и планирование выпуска мини-клубней к определенному сроку. Следует также отметить, что экономическая эффективность и окупаемость при производстве мини-клубней картофеля с использованием гидропонных систем возможна только при больших объемах производства.
Производство оздоровленных семенных мини-клубней является основой для получения высококачественного семенного материала картофеля. Технология производства безвирусного посадочного материала на основе коллекции in vitro за короткий срок позволяет решить важные задачи: обеспечить быстрое введение в промышленный оборот новых, перспективных для конкретного региона сортов картофеля; увеличить продуктивность и снизить себестоимость посадочного материала; расширить рынки его возможного использования. Качественный семенной материал позволит увеличить прибыль фермерских хозяйств и прирост урожайности на личных подсобных хозяйствах граждан.
Таким образом, получение семенного материала картофеля с использованием современных биотехнологических подходов способно обеспечить продовольственную безопасность региона по данному продукту.
Библиографический список
1. Стратегия развития селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур в Российской Федерации на период до 2020 года. — М., 2010.
2. Марданшин И.С., Пусенкова Л.И. Новые способы ускоренного размножения — основа повышения рентабельности семеноводства картофеля // Сборник научных трудов, посвященный 75-летию со дня основания ГНУ ЮУНИИПОК «Селекция, семеноводство и технология плодово-ягодных культур и картофеля». — Т. VIII. — Челябинск, 2006.
3. Семчук Н.Н., Шишов А.Д., Сердюк А.С. Модульная технология ускоренного размножения новых перспективных сортов картофеля // Вестник Новгород. гос. ун-та. — 2012. — № 67.
4. Симаков Е.А., Анисимов Б.В., Усков А.И. Размножение перспективных гибридов и новых сортов в системе оригинального семеноводства картофеля // Достижения науки и техники АПК. — 2009. — № 7.
5. Лапшинов Н.А., Куликова В.И., Ходаева В.П. Эффективность использования модифицированной среды кемеровского НИИСХ при оздоровлении картофеля // Достижения науки и техники АПК. — 2010. — № 7.
6. Куликова В.И. Особенности производства исходного оздоровленного материала картофеля в условиях Кемеровской области // Достижения науки и техники АПК. — 2006. — № 6.
7. Анисимов Б.В., Еланский Н.С. Сорта картофеля, возделываемые в России: 2013. — М., 2013.
