CC BY
71
УДК 635.21: 631.589.2
СОРТ КАРТОФЕЛЯ ЛЮКС: ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ОРИГИНАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА С ВЫСОКИМ КОЛИЧЕСТВЕННЫМ ВЫХОДОМ МИНИ-КЛУБНЕЙ В АЭРОГИДРОПОННОМ МОДУЛЕ
Е. П. Шанина, д-р с.-х. наук;
М. А. Стафеева, канд. с.-х. наук, ст. научный сотрудник; А.Н. Ковалёв, аспирант, мл. научный сотрудник, Уральский НИИСХ - филиал ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН, ул. Главная, 21, пос. Исток, г. Екатеринбург, Россия, 620061 E-mail: shanina08@vandex.ru. stafeeva-mariia@mail.ru
Аннотация. В селекционно-технологическом центре по картофелю Уральского НИИСХ изучали влияние искусственного освещения на количественный выход и качественные показатели мини-клубней картофеля при выращивании в аэрогидропонном модуле. В эксперименте были использованы три варианта искусственного освещения. В качестве контрольного варианта - лампа ДНаТ мощностью 250 Ватт + светодиодная лампа LED мощностью 36 Ватт. Два варианта - с использованием светодиодных ламп мощностью 70 Ватт и 140 Ватт производства г. Екатеринбург. В результате исследований выявлено, что условия искусственного освещения, используемого на установках аэрогидропонного типа, во многом определяют количественный выход получаемых мини-клубней. В связи с этим необходимо проводить подбор источников освещения с целью создания оптимальных условий для роста и развития растений, процесса клубнеобразования. Общий выход и выход клубней с 1 растения были выше при каждом последующем сборе на контрольном варианте. Однако средняя масса одного клубня фракции > 15,0 мм в диаметре была выше при использовании светодиодных ламп мощностью 70 и 140 Ватт. По содержанию крахмала в полученных мини-клубнях между контрольным вариантом и вариантом с использованием светодиодных ламп мощностью 140 Ватт существенных различий не выявлено. При использовании ламп мощностью 70 Ватт содержание крахмала было ниже на 0,1-0,8%. Полученные мини-клубни имели форму, характерную для сорта. Клубней с признаками грибных или бактериальных болезней обнаружено не было.
Ключевые слова: картофель, мини-клубни, аэрогидропонныг! модуль, питательный раствор, суммарное содержание солей (ЕС), уровень рН, световой режим.
Введение. Основным звеном системы семеноводства картофеля в настоящее время по-прежнему остается производство высококачественного исходного материала, которое включает создание и поддержание коллекций здоровых сортов на основе меристемно-тканевой культуры, клональное размножение микрорастений, выращивание мини-клубней и диагностику различных фитопатогенов [3]. Производители мини-клубней проявляют все большую заинтересованность в использовании высокотехнологичных способов производства, основанных на применении гидропонной и
аэропонной культуры. Эффективность любой технологии выращивания растений, как правило, определяется возможностью регулировать этапы их роста и развития.
Аэропоника - высокотехнологичный способ бессубстратного культивирования растений на специально подобранных питательных растворах. Благодаря самым передовым научным разработкам, она становится важным агротехническим средством, позволяющим повысить выход оздоровленного посадочного материала картофеля, а также многих других культур [5]. Коэффициент размножения сель-
скохозяйственных культур в аэрогидропонных установках в 3-4 раза выше, чем урожайность, получаемая традиционными методами [7].
Одним из основных факторов, способствующих увеличению урожайности мини-клубней, является хорошая аэрация корней [15]. В аэропонных комплексах обязательным является посадка здоровых, сертифицированных микрорастений. Важным моментом для получения качественного продукта является отсутствие переносчиков вирусов и субстрата, возможность регулировать этапы роста и развития растений картофеля.
При развитии картофеля в условиях аэро-поники выделяют пять основных периодов [6]:
1) пересадка адаптированных пробирочных растений в установку и рост до появления 3-4 новых листьев. В корневой зоне появляются свежие разветвленные корневые волоски. Длится обычно 7-8 дней;
2) активное формирование стеблей, листьев и корневой системы, длится обычно 1822 дня. Корни сплетаются друг с другом и образуется сплошной ковер;
3) появление бутонов у растений и формирование столонов, длится 5-7 дней. В это время индуцируется процесс клубнеобразова-ния;
4) от цветения и до прекращения прироста ботвы, практически до начала ее увядания. В это время происходит наиболее интенсивный прирост клубней и формируется до 6575 % конечного урожая;
5) от прекращения периода роста ботвы и начала ее отмирания до полного физиологического созревания клубней. Завершается накопление в клубнях сухих веществ, клубни достигают физиологической спелости и переходят в состояние покоя.
При подборе сортов для выращивания в установках аэропонного типа необходимо учитывать особенности формирования биомассы растений. При этом характеристика по срокам созревания сорта в полевых условиях не является гарантией отражения темпов роста и динамики формирования урожая в условиях аэропоники [10].
Эффективность работы установок в значительной степени определяется режимами минерального питания, техническими и световыми характеристиками ламп для освещения
растений. Для каждого сорта необходимо уточнять состав субстрата и режимы внешней среды [1]. Для получения мини-клубней в условиях аэропоники может использоваться питательный раствор на основе различных модификаций среды Мурасиге-Скуга по составу макро- и микросолей [8]. В условиях постоянного повышения стоимости электроэнергии вопросы эффективного использования растениями световой энергии во многом становятся определяющим фактором. Возможным решением проблемы снижения энергозатрат может быть применение в системах выращивания растений светоизлучающих диодов [4]. Сбор мини-клубней картофеля в аэропонной установке производится не один раз, как в грунтовых условиях, а многократно по мере закладки и роста клубней. В итоге с одного куста, при соблюдении всех условий технологии, можно собрать 50-120 мини-клубней весом по 5-30 граммов в зависимости от сорта [11, 12].
В Международном центре картофеля в Перу урожайность более 100 мини-клубней с одного растения получена с использованием относительно простых материалов [14]. Исследованиями Farran I. и Mingo-Castel М. [13] установлено, что количество клубней на столонах значительно увеличивается при низкой плотности посадки растений.
В плане интенсификации размножения картофеля аэропонные технологии весьма перспективны [9]. В различных странах развернуто серийное производство аэро- и гидропонного оборудования [2].
Цель исследований - выявление оптимального режима освещения на количественный выход и качественные показатели мини-клубней картофеля сорта Люкс при выращивании на аэрогидропонном модуле.
Методика. Исследования выполнены в селекционно-технологическом центре по картофелю Уральский НИИСХ - филиал ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН в рамках Государственного задания по теме №0772-2018-0002 «Разработка, совершенствование новых методов селекционной работы, создание исходного материала и новых сортов яровых и озимых зерновых, зернобобовых, кормовых культур и картофеля». Работа проведена на аэрогидропонном модуле, состоящем из двух секций с 16 посадочными ячейками.
В эксперименте с раннеспелым, перспективным сортом Люкс были использованы три варианта искусственного освещения. В качестве контрольного варианта - лампа ДНаТ мощностью 250 Ватт + светодиодная лампа LED мощностью 36 Ватт. Два варианта - с использованием светодиодных ламп мощностью 70 Ватт и 140 Ватт производства г. Екатеринбург. Установка оснащена одним водяным насосом мембранного типа DP-160 М, ёмкостью для питательного раствора объемом 200 л. Посадка растений in vitro сорта картофеля Люкс проводилась в аэро-гидропонную установку без подращивания. Растения тщательно промывались от остатков агаризован-ной среды.
При начальном этапе роста, первые 35 суток развития растений картофеля, применяли питательный раствор с содержанием макросолей (мг/л): N (190), Р (35-42), К (200), Са (150), Mg (45), S (70). После 35 суток и до конца вегетации: N (150), Р (35-42), К (200), Са (150), Mg (45), S (45). Содержание микросолей в растворе в (мг/л) было постоянным: Fe (1,1), В (0,5), Мп (0,4), Zn (0,15), Си (0,1), Мо (0,05).
Подача питательного раствора и световой режим регулировались с помощью таймеров, настроенных на соответствующие режимы. Режим подачи питательного раствора был следующим: 45 сек. - работа, 10 мин. - перерыв. Режим освещения - первые 35 суток по 16 часов, после 35 суток и до конца вегетации по 12 часов.
В контрольном варианте, при использовании натриевых ламп, максимальное количество клубней - более 100 штук - получили с трёх растений (102, 104, 105 шт.). Наблюдается тенденция изменения показателей - большую долю в полученном урожае мини-
Ежедневно проводился контроль за уровнем рН и суммарным содержанием солей (ЕС) питательного раствора. После посадки растений в течение первых 7 суток уровень ЕС поддерживался от 1,15 до 1,25; далее - от 1,65 до 1,90; рН раствора поддерживался на уровне от 5,5 до 6,5.
Замена питательного раствора проводилась со сменой фенологической фазы роста и развития растений, а также по мере его помутнения. Объём питательного раствора в ёмкости поддерживался на постоянном уровне. В течение всего вегетационного периода были проведены фенологические наблюдения за ростом и развитием растений. Оценка степени пораженности растений и полученных мини-клубней такими заболеваниями, как фитофто-роз и парша обыкновенная, проводилась по 9-балльной шкале.
Полный цикл выращивания - 3,5 месяца. Первый сбор проводился по достижении размера клубней в диаметре от 10 мм и выше, далее каждые 10 суток. Режим хранения по традиционной технологии - при температуре +2...+4 °С.
Результаты. При использовании ламп ДНаТ мощностью 250 Ватт в сочетании со светодиодными лампами LED мощностью 36 Ватт общий выход и выход мини-клубней с одного растения был выше, чем при использовании светодиодных ламп 70 и 140 Ватт (табл. 1).
Таблица 1
клубней, независимо от условий искусственного освещения, занимает фракция менее 10,0 мм в диаметре, при средней массе одного клубня 0,9 г. Количественный выход фракции более 15,0 мм был выше на контрольном варианте (табл. 2).
Количественный выход мини-клубней с одного растения
в зависимости от условий искусственного освещения, шт., 2018 г.
Сбор На Т 250 Ватт + LED 36 Ватт (контроль) Лампа 140 Ватт Лампа 70 Ватт
I 10,7 6,7 3,4
II 16,6 18,9 8,6
III 29,1 18,1 10,4
IV 20,6 15,7 8,0
Всего: 77,0 59,4 30,4
Таблица 2
Фракционный состав мини-клубней в зависимости от условий искусственного освещения, 2018 г.
Фракция, мм ДНаТ 250 Ватт + LED 36 Ватт (контроль) Лампа 140 Ватт Лампа 70 Ватт
кол-во, шт. ср. масса 1 клубня, г кол-во, шт. ср. масса 1 клубня, г кол-во, шт. ср. масса 1 клубня, г
>15,0 150 6,4 114 9,3 48 7,4
10,0-15,0 218 2,8 109 2,7 50 2,5
<10,0 302 0,9 193 0,9 115 0,9
В мини-клубнях, полученных на аэро- материала при дальнейшем репродуцирова-
гидропонной установке, определяли содержа- нии. По показателю содержания крахмала из-
ние крахмала, т.к. данный показатель опреде- менения выявлены в пределах от 9,1% до 9,3%
ляет качественные характеристики семенного (табл. 3).
Таблица 3
Содержание крахмала в мини-клубнях в зависимости от условий искусственного освещения, %, 2018 г.
Сбор ДНаТ 250 Ватт + LED 36 Ватт (контроль) Лампа 140 Ватт Лампа 70 Ватт
I 9,1 9,2 8,6
II 9,1 9,3 8,3
III 9,1 9,1 9,1
IV 9,2 9,3 8,8
Независимо от условий искусственного освещения были сформированы нормальные по фенотипу растения, с утолщенным стеблем, с хорошо сформированной листовой массой. Полученные мини-клубни имели форму характерную для сорта.
Выводы. Условия искусственного освещения, используемые на установках аэрогидропонного типа, во многом определяют количественный выход получаемых мини-клубней сорта картофеля Люкс. Максималь-
ный выход мини-клубней (100 шт. на одно растение) на контрольном варианте был получен при показателях освещённости: 11563 Lx LUX и 168,0 nm PPFD. Необходимо проводить подбор источников освещения с целью создания оптимальных условий для роста и развития растений, процесса клубнеобразования для каждого сорта картофеля, в зависимости от группы спелости и физиологических особенностей.
Литература
1. Технология производства исходного семенного материала картофеля / А. И. Адамова [и др.] // Сб. науч. тр. (Картофелеводство) / РУП «Белорусский НИИ картофелеводства»; редкол.: С. А. Банадысев (гл. ред.) и др. Минск: Мерлит, 2002. Вып. 11. С. 187-225.'
2. Банадысев С. А. Технологии производства мини-клубней картофеля: что предпочесть? // Аграрное обозрение. 2012. №6 (34). С. 20-21.
3. Приемы повышения продуктивности картофеля в питомниках оригинального семеноводства / И. А. Курей-чик [и др.] // Сб. науч. тр. (Картофелеводство). Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовогцеводству», 2013. Т. 21. Ч. 2. С. 72-80.
4. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля при дополнительном облучении низкоэнергетическим светом X 625 нм / Ю. Ц. Мартиросян [и др.]. // Сб. науч. тр. (Картофелеводство). Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовогцеводству», 2007. Т. 13. С. 65-72.
5. Мартиросян Ю. Ц. Аэропонные технологии: перспективы производства оздоровленного семенного картофеля // Картофельная система. 2014. № 1. С. 30-32.
6. Мартиросян Ю. Ц. Аэропонные технологии в первичном семеноводстве картофеля - преимущества и перспективы // Сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. (Методы биотехнологии в селекции и семеноводстве. Картофелеводство). М.: ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии, 2014. С. 175-179.
7. Перспективы использования аэропоники в производстве оздоровленного семенного материала картофеля / В. Г. Реуцкий [и др.] // Сб. науч. тр. (Картофелеводство). Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовогцеводству», 2007. Т. 13. С. 107-113.
8. Семенова 3. А., Хадыко О. Н., Подобед Н. И. Особенности выращивания мини-клубней картофеля в условиях аэропоники с применением питательных растворов на основе среды Мурасиге-Скуга // Сб. науч. тр. (Картофелеводство). Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству», 2013. Т. 21. 4.2. С. 152-159.
9. Симаков Е А. Новые технологии производства оздоровленного исходного материала в элитном семеноводстве картофеля. М., 2000. 80 с.
10. Терентьева Е. В., Ткаченко О. В., Гревцева Е. С. Динамика формирования биомассы растений картофеля в аэропонной установке // Евразийский союз ученых. 2015. № 7-6 (16). С. 120-122.
11. Ткаченко О. В. Аэропоника - новая технология в семеноводстве картофеля // Губернские вести. 2015. № 49.
С. 4.
12. Хутинаев О. С., Анисимов Б. В., Юрлова С. М. Гидропонное выращивание мини- и микроклубней с применением различного спектра освещения // Материалы науч.-практ. конф. «Состояние и перспективы инновационного развития современной индустрии картофеля». Чебоксары, 2013. С. 92-96.
13. Farraii I., Mingo-Castel М. Angel. Potato Minituber Production Using Aeroponics: Effect of Plant Density and Harvesting Intervals // American Journal of Potato Research, 2006. Volume 83. P. 47-53.
14. Otazu V. Manual on quality seed potato production using aeroponics // International Potato Center (CIP). Lima, Peru, 2010. 44 p.
15. Softer H., Burger D. W. Effects of dissolved oxygen concentration in aerohydroponics on the formation and growth of adventitiousroots // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 1988. Vol. ПЗ. P. 218-221.
LUX POTATO VARIETY: PROSPECTS
OF OBTAINING THE QUALITATIVE ORIGINAL MATERIAL WITH A HIGH QUANTITATIVE YIELD OF MINI-TUBERS IN AERO-HYDROPONIC MODULE
E.P. Shanina. Dr. Agr. Sci.
MA. Stafeeva, Cand. Agr. Sci., Senior Researcher
A.N. Kovalev, Post-Graduate Student, Junior Researcher
Ural Scientific and Research Institute of Agriculture - division of Ural Federal Agrarian Scientific and Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences 21, Glavnaya St., Poselok Istok, Yekaterinburg, 620061 E-mail: shanina08@yandex.ru , stafeeva-mariia@mail.ru
ABSTRACT
The influence of artificial lighting on quantitative yield and qualitative indicators of potato mini-tubers cultivated on an aero-hydroponic module was studied in Potato Selective and Technological Center of the Ural Scientific and Research Institute of Agriculture. The experiment included three variants of artificial lighting. 250 Watt DNaT (sodium arc) lamp and 36 Watt LED lamp were taken as a control variant. Two variants involved application of LED lamps produced in Yekaterinburg with a power of 70 W and 140 W. The research results revealed that the conditions of artificial lighting used in aero-hydroponic installations had a strong impact on quantitative yield of mini-tubers. In this regard, it is necessary to select lighting sources in order to create optimal conditions for growth and development of plants, process of tuber formation. In the control variant, the total yield and yield of tubers from one plant were higher for each subsequent harvest. However, the average mass of one tuber fraction > 15.0 mm in diameter was higher when LED lamps with a power of 70 W and 140 W were used. Significant differences on starch content in obtained mini-tubers were not found between the control variant and the variants with 70 W and 140 W LED lamps. With an application of 70 W lamps, the starch content was lower by 0.1-0.8%. The obtained mini-tubers had typical for the variety shape. Tubers with signs of fungal or bacterial diseases were not detected.
Key words: potatoes, mini-tubers, aero-hvdroponic module, nutrient solution, total salt content (EC), pH level, light regime.
References
1. Tekhnologiya proizvodstva iskhodnogo sememiogo materiala kartofelya (Technology of production of initial seed material of potatoes), A. I. Adamova [i dr.], Sb. nauch. tr. (Kartofelevodstvo), Minsk, Merlit, 2002, Vyp. 11, pp. 187-225.
2. Banadysev S. A. Tekhnologii proizvodstva mini-klubnej kartofelya: chto predpochest'? (Production technologies of potato mini-tubers: what to prefer?), Agramoe obozrenie, 2012, № 6 (34), pp. 20-21.
3. Priemy povysheniya produktivnosti kartofelya v pitomnikah original'nogo semenovodstva (Methods to increase the productivity of potatoes in the nurseries of original seed production), N. A. Kurejchik [i dr.], Sb. nauch. tr. (Kartofelevodstvo), Minsk, RUP «Nauch.-prakt. centr NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshchevodstvu», 2013, T. 21, Ch. 2, pp. 72-80.
4. Fotosintez i produktivnost' rastenij kartofelya pri dopolnitel'nom obluchenii nizkoenergeticheskim svetom X 625 mil (Photosynthesis and productivity of potato plants under additional low-energy light irradiation of X 625 mil), Yu. C. Martirosyan [i dr.], Sb. nauch. tr. (Kartofelevodstvo), Minsk, RUP «Nauch.-prakt. centr NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshchevodstvu», 2007, T. 13, pp. 65-72.
5. Martirosyan Yu. C. Aeroponnye tekhnologii: perspektivy proizvodstva ozdorovlennogo semennogo kartofelya (Aeroponic technologies: prospects for the production of healthy seed potatoes), Kartofel'naya Sistema, 2014, No. 1, pp. 3032.
6. Martirosyan Yu. C. Aeroponnye tekhnologii v perviclinom semenovodstve kartofelya - preimushchestva i perspektivy (Aeroponic technology in a primary seed production of potatoes - benefits and prospects), Sb. nauch. tr. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Metody bioteklinologii v selekcii i semenovodstve. Kartofelevodstvo), M., GNU VNIIKKH Ros-serhozakademii, 2014, pp. 175-179.
7. Perspektivy ispol'zovaniya aeroponiki v proizvodstve ozdorovlennogo semennogo materiala kartofelya (Prospects of Aeroponics in the production of healthy seed potatos), Reuckij V. G. [i dr.], Sb. nauch. tr. (Kartofelevodstvo), Minsk, RUP «Nauch.-prakt. centr NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshchevodstvu», 2007, T. 13, pp. 107-113.
8. Semenova Z. A., Hadyko O. N, Podobed N. I. Osobennosti vyrashchivaniya mini-klubnej kartofelya v usloviyah aeroponiki s prinieneniem pitatel'nyh rastvorov na osnove sredy Murasige-Skuga (Features of cultivation of potato mini-tubers under conditions of Aeroponics with application of nutrient solutions based on the Murashige and Skoog medium), Sb. nauch. tr. (Kartofelevodstvo), Minsk, RUP «Nauch.-prakt. centr NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshchevodstvu», 2013, T. 21, Ch. 2, pp. 152-159.
9. Simakov E. A. Novye tekhnologii proizvodstva ozdorovlennogo iskhodnogo materiala v elitnom semenovodstve kartofelya (New technologies for the production of improved initial material in elite seed production of potatoes), M., 2000, 80 p.
10. Terent'eva E. V., Tkachenko O. V., Grevceva E. S. Dinamika fonnirovaniya biomassy rastenij kartofelya v aero-ponnoj ustanovke (The dynamics of biomass of potato plants in aeroponic installation), Evrazijskij soyuz uchenyh, 2015, № 7-6 (16), pp. 120-122.
11. Tkachenko O. V. Aeroponika - novaya tekhnologiya v semenovodstve kartofelya (Aeroponics - new technology in seed production of potatoes), Gubemskie vesti, 2015, № 49, pp. 4.
12. Hutinaev O. S., Anisimov B. V., Yurlova S. M. Gidroponnoe vyrashchivanie mini- imikroklubnej s prinienenieni razliclinogo spectra osveshcheniya (Hydroponic cultivation of mini- and micro-tubers with an application of different lighting spectrum), Materialy nauch.-prakt. konf. «Sostoyanie i perspektivy innovaciomiogo razvitiya sovremennoj industrii kartofelya», Cheboksary, 2013, pp. 92-96.
13. Farran I., Mingo-Castel M. Angel. Potato Minituber Production Using Aeroponics: Effect of Plant Density and Harvesting Intervals, American Journal of Potato Research, 2006, Vol. 83, pp. 47-53.
14. Otazu V. Manual on quality seed potato production using aeroponics, International Potato Center (CIP), Lima, Peru, 2010,44 p.
15. Softer H., Burger D. W. Effects of dissolved oxygen concentration in aerohydroponics on the formation and growth ofadventitiousroots, J. Am Soc. Hortic, Sci. 1988, Vol. 113, pp. 218-221.
