Sergey Banadysev, doktor nauk rolniczych, Doka Gene Technologies LLC
Minibulwy ziemniaka (MK) to pierwsze bulwiaste potomstwo sterylnych roślin ziemniaka. Uzyskanie minibulw jest pierwszym rokiem programu sadzenia ziemniaków we wszystkich krajach o rozwiniętej produkcji ziemniaka. Minibulwy ziemniaka hoduje się wyłącznie w warunkach gruntu chronionego, co wyklucza ryzyko ponownego zakażenia roślin chorobami wirusowymi, grzybiczymi i bakteryjnymi (jeżeli bulwy z roślin sterylnych są uprawiane na otwartym terenie, wówczas nie uzyskuje się minibulw jako wynik, ale pierwsza generacja pola).
Ogólnie przyjmuje się, że średnica minibulwy powinna wynosić co najmniej 10 mm, wszystko mniej to mikrobulwa.
Zapotrzebowanie na minibulwy do produkcji 10 tysięcy ton elity to: z pięcioletnim schematem OS i ES (produkcja nasion oryginalnych i elitarnych) - 50 tysięcy sztuk; z czteroletnim schematem OS i ES - 400 tysięcy sztuk; z programem trzyletnim - 3 miliony sztuk.
Federacja Rosyjska ma w tym zakresie własną solidną bazę naukową i innowacyjną. Wprowadzanie na dużą skalę najnowocześniejszych technologii uprawy minibulw w Federacji Rosyjskiej zawsze odbywało się przed innymi krajami o rozwiniętej uprawie ziemniaków: tak więc technologia podłoża została wprowadzona 40 lat temu, pracowało nad nią 15 ośrodków biotechnologicznych; hydroponiczny - 30 lat temu używany przez Doka - Gene Technologies, Meristematic Cultures; aeroponiczny - opracowany w Ogólnorosyjskim Instytucie Badawczym Biotechnologii Rolniczej (Ogólnorosyjski Instytut Biotechnologii Rolniczej) na początku 2000 roku, od 2010 roku technologia ta jest promowana przez Międzynarodowe Centrum Ziemniaka i aktywnie rozpowszechniana na całym świecie. W Federacji Rosyjskiej produkowane są zakłady przemysłowe do uprawy minibulw: Potato Tree i Meristem. Jednocześnie większość krajowych przedsiębiorstw zajmujących się uprawą nasion nadal produkuje minibulwy w niewielkich ilościach, w granicach potrzeby pięcioletniego programu pozyskiwania elity. Tylko firma FAT-Agro osiągnęła poziom ponad 2 mln sztuk rocznie, co wystarczy, aby przejść na system trzyletni.
Całkowity wzrost produkcji minibulw w celu ograniczenia systemu produkcji nasion i poprawy jakości produktu jest strategicznym sposobem rozwoju produkcji nasion ziemniaka. Mając to na uwadze, w ostatnich latach podjęto wiele prób udoskonalenia technik uprawy. Głównym celem innowacji jest uzyskanie jak największej liczby minibulw na roślinę in vitro i na jednostkę powierzchni szklarni. Aby to osiągnąć stosuje się wiele metod produkcji roślinnej, jednak nie wszystkie rozwiązania proponowane na podstawie wyników badań naukowych dają rezultaty w produkcji przemysłowej.
Wiele aspektów wydajnej wielkoseryjnej produkcji minibulw to know-how. Rosyjska produkcja bulw mini ziemniaka zawsze była prowadzona na najbardziej wydajnych i zaawansowanych podstawach naukowych i technologicznych. A teraz kraj ma dostępne i stosowane technologie, które znacznie przewyższają światowy poziom.
Podstawowym warunkiem kwalifikowanej produkcji minibulw jest przestrzeganie obowiązujących zasad i przepisów. Ramy regulacyjne Federacji Rosyjskiej w tym temacie mają charakter doradczy, na przykład w obecnym rozporządzeniu w sprawie certyfikacji upraw rolnych nie ma ani słowa o zasadach produkcji i certyfikacji bulw mini ziemniaków. W takiej sytuacji konieczne jest skupienie się na doświadczeniach międzynarodowych. We wszystkich krajach o rozwiniętej produkcji nasion ziemniaka przyjęto, oficjalnie zatwierdzone i ściśle przestrzegane wymagania dotyczące organizacji, technologii i jakości produkowanych minibulw.
Wymagania te powinny być traktowane jako podstawa przez krajowe przedsiębiorstwa specjalizujące się w produkcji minibulw, w formie standardów korporacyjnych, do samokontroli, dopóki państwo nie utworzy oficjalnych ram regulacyjnych w tej dziedzinie. Na przykład w Federacji Rosyjskiej istnieją normy dotyczące projektowania technologicznego kompleksów hodowlanych i szklarni reprodukcyjnych NTP-APK 1.10.09.001-02. Jednak twórcy NTP nie zawarli w dokumencie sekcji dotyczącej obowiązkowych cech struktur przeznaczonych do uprawy minibulw. A takich cech jest wiele, na przykład: szklarnia powinna mieć podwójne drzwi z garderobą do przebierania się. Przebieralnia powinna być wyposażona w podkładki pod stopy i środek do mycia i dezynfekcji rąk. Drzwi wejściowe oraz wszystkie otwory wentylacyjne należy zakryć siatką chroniącą przed mszycami (rozmiar oczek maksymalnie 0,5 x 0,9 mm). Pomieszczenie musi być odpowiednio kontrolowane pod kątem temperatury i wilgotności (dotyczy szklarni). Do adaptacji roślin jałowych należy stosować podłoże bezglebowe. Jeśli używana jest mieszanka gleby/gleby, należy ją odpowiednio poddać obróbce/sterylizacji, aby zapewnić brak patogenów glebowych.
Uprawa minibulw musi pochodzić z urzędowo certyfikowanych mikroroślin lub mikrobulw wyhodowanych w aseptycznym środowisku z tkanki merystematycznej materiału źródłowego, przebadanych pod kątem braku wirusów, wiroidów i bakterii zakażających ziemniaki w odpowiednio akredytowanym laboratorium badawczym.
Metody, procedura, częstotliwość badania jakości materiału na wszystkich etapach produkcji minibulw są ściśle regulowane.
Na temat optymalizacji protokołów mikropropagacji ziemniaka zgromadzono wiele praktycznie istotnych informacji. Badania w tej dziedzinie pokazują duże możliwości poprawy wzrostu i rozwoju roślin w oparciu o zmiany stężenia i proporcji składników odżywczych. Ustalono, że stosowanie regulatorów wzrostu w hodowli merystemów ziemniaka nie jest konieczne, ale dodatek niektórych substancji, nawet w niskich stężeniach, zwiększa i przyspiesza produkcję materiału. Ważna jest optymalizacja warunków inkubacji mikrorozmnażania roślin ziemniaka przy użyciu różnych źródeł światła, trybów oświetlenia i wentylacji pomieszczeń. Wraz z pojawieniem się lamp LED zaczęto aktywnie badać ich możliwości w odniesieniu do mikrorozmnażania ziemniaków. Widmo czerwonego i dalekiej czerwieni zwiększa charakterystykę wzrostu; jednak połączenie światła czerwonego + niebieskiego + dalekiej czerwieni/białego ma lepszy wpływ na tworzenie bulw i akumulację pierwotnych metabolitów.
Technologie uprawy minibulw dzielą się na dwie główne grupy: podłoża (duża odmiana) i bez podłoża (hodowla wodna i aeroponika). Główne technologie produkcji minibulw: na podłożach naturalnych (80% objętości), hydroponicznych i aeroponicznych. Pozyskiwanie mikrobulw jest również związane z tematem MC i jest coraz częściej wykorzystywane do masowej reprodukcji materiału źródłowego. Różnica między mikrobulwami a minibulwami leży w rodzaju podłoża (mikrobulwy hoduje się tylko w sterylnych warunkach in vitro, a minibulwy tylko w chronionych warunkach ex vitro) i wielkości bulw. Wyniki i wnioski uzyskane w praktycznych doświadczeniach w wielu przypadkach nie odpowiadają teoretycznym postulatom dotyczącym możliwości stymulowania powstawania bulw w hodowli in vitro. Dotyczy to zarówno diet, stosowania regulatorów wzrostu, jak i warunków wzrostu oraz stosowania czynników stresowych. Jeżeli ogólnodostępna informacja o przepisach technologicznych dotyczących produkcji mikrobulw pozwala w większości przypadków na uzyskanie raczej przeciętnych wyników - około lub nieco więcej niż jednej mikrobulwy o wadze 200-400 mg na roślinę, to profesjonalne dostosowanie technologii w odniesieniu do konkretnych warunki produkcji czasami zwiększają wydajność procesu. W Federacji Rosyjskiej istnieje know-how w tej dziedzinie z produkcją co najmniej trzech mikrobulw o wadze ponad 0,5 g z jednej rośliny w standardowej probówce.
W celu całorocznej uprawy mikrobulw i poprawy ich jakości na świecie produkuje się komercyjnie kilka różnych konstrukcji bioreaktorów. Te półautomatyczne systemy pozwalają zmniejszyć intensywną obróbkę ręczną, a tym samym zwiększyć produktywność i obniżyć koszty produkcji. Mikrobulwy otrzymywane w bioreaktorach mają znacznie większą masę i większą średnicę. Najnowszą technologią w tej dziedzinie jest rozwój japońskich naukowców i projektantów.
System produkcji mikrobulw na dużą skalę przy użyciu plastikowych torebek hodowlanych z powodzeniem wytwarza od 100 do 300 mikrobulw na torebkę, w zależności od odmiany. Zmiana stężenia składników pokarmowych pod kątem mniejszej zawartości sacharozy, azotu, zwiększenie poziomu fosforanu potasu w pożywce pozwoliła na zwiększenie ogólnej liczby i średniej masy mikrobulw. Japońska technologia pozwala wyprodukować 250 000 mikrobulw rocznie (w trzech cyklach zbiorów) w hali upraw o powierzchni 66 m2. a 80% mikrobulw uzyskanych tą technologią ma masę większą niż 1 g, tj. nadaje się do sadzenia bezpośrednio w polu.
Na całym świecie dominuje produkcja minibulw na podłożach naturalnych. Ta technologia, choć dobrze ugruntowana, wciąż może być znacznie ulepszona. Genotyp, czas trwania i warunki hodowli in vitro, wielkość roślin, ekspozycja na składniki odżywcze i regulatory wzrostu mają istotny wpływ na produkcję minibulw. Na wiek i wstępne przygotowanie sadzonek podczas sadzenia, warunki i okres twardnienia, sezon sadzenia i wegetacji, skład środowiska glebowego, sposób sadzenia, zagęszczenie sadzonek, dawki nawozów, oświetlenie intensywność produkcji minibulw.
Wiele naturalnych substancji i materiałów nadaje się jako podłoże do uprawy bulw mini ziemniaków. Głównym składnikiem podłoży szklarniowych jest tradycyjnie torf. Alternatywne składniki - takie jak perlit, wermikulit i wermikompost - również zyskały ostatnio popularność ze względu na ich akceptowalną zdolność napowietrzania i zatrzymywania wody.
W większości przypadków przy uprawie minibulw w kulturze podłoża konieczne jest zastosowanie makro- i mikronawozów. Wśród specjalistów technologia polegająca na okresowym podlewaniu i nawożeniu niepłodnych podłoży składnikami pokarmowymi nazywana jest hydroponiką. Technologie hydroponiczne do uprawy bulw mini ziemniaków obejmują odmiany wykorzystujące obojętne podłoża (piasek, kora drzewna, orzech kokosowy itp.) i czystą kulturę wodną (cienki film odżywczy).
Wszystkie zapisy teorii żywienia ziemniaka w odniesieniu do możliwości kontrolowania bulwowania można zastosować również w uprawie hydroponicznej, ale istnieje zrozumienie potrzeby znaczącej zmiany stężenia i proporcji składników pokarmowych dla każdej odmiany i na różnych etapach wzrostu wegetatywnego, inicjacji tuberyzacji i wzrostu bulw roślin. Składy roztworów odżywczych są podawane w większości publikacji. Jednocześnie liczba bulw uzyskanych z rośliny iz jednostki powierzchni różni się kilkakrotnie. Jeśli chodzi o ukierunkowane dostosowania pożywki, aby radykalnie zwiększyć liczbę bulw (i to jest właśnie zaleta hydroponiki), jest bardzo mało otwartych informacji. W ostatnich latach ukazało się tylko kilka publikacji nie z odwołaniami do znanych kompozycji z lat ubiegłych, ale z oryginalnymi materiałami.
Najnowocześniejsza - aeroponiczna - technologia uprawy minibulw ma szereg podstawowych cech. Do tej pory zostały opracowane wszystkie kolejne etapy jego realizacji, ale badania odkrywcze trwają. Szczególną wartością informacji technologicznej o aeroponice jest to, że wskazuje ona kierunek rozwoju minibulw na całym świecie. Te zmiany mają zastosowanie lub można je dostosować do innych technologii uprawy minibulw.
Wybór technologii produkcji minibulw dla określonych warunków powinien opierać się na analizie wskaźników produkcyjnych, poziomu ryzyka, zapotrzebowania na zasoby pracy, porównaniu kosztów inwestycji, kosztów i opłacalności. Każda technologia ma możliwości wdrożenia i znaczne wahania wydajności produkcji zależne od wielu czynników. Wszystkie technologie wykorzystują i bazują na wyjściowym materiale roślinnym ze sterylnej kultury lub mikrobulw. Ten etap jest prawie uniwersalny, można go uznać za standardowy. W samej technologii uprawy minibulw trzeba wybierać spośród wielu zmiennych.
Zdecydowana większość dużych firm nasiennych hoduje obecnie minibulwy w szklarniach szklanych lub foliowych na naturalnych podłożach organiczno-mineralnych z intensywnym wykorzystaniem torfu. Ta technologia ma najniższy koszt minibulwy. Z reguły uprawia się jedną uprawę rocznie. W Europie uważa się za normalne uzyskanie 4-5 bulw z jednej rośliny. Zróżnicowane stosowanie mikronawozów, substancji biologicznie czynnych, środków ochrony roślin pozwala na zwiększenie mnożnika do 8-10.
Argumenty przemawiające za bioreaktorem to sterylność, czyli maksymalna wydajność mikrobulw na jednostkę powierzchni. Wady bioreaktora to konieczność dużej ilości roślin, mały rozmiar bulw, problem dojrzewania i zmechanizowanego sadzenia w polu.
Zaletami hydroponiki są możliwości produkcyjne, realna możliwość stymulacji tuberyzacji, wyposażenie przemysłowe; wady - słaby rozwój systemu korzeniowego, ryzyko rozprzestrzeniania się infekcji przez pożywkę, pracochłonność. Aeroponika wymaga więcej miejsca i pełnego cienia dla systemu korzeniowego, ze względu na lepszy rozwój i dopływ powietrza, można wytworzyć więcej bulw w porównaniu z hydroponiką. Jednak technologia aeroponiczna jest najbardziej wymagająca, zasilanie nie powinno być przerywane dłużej niż pół godziny.
Ten krótki przegląd pokazuje, że opracowanie trzyletniego programu produkcji elitarnych ziemniaków przy użyciu dużej liczby minibulw jest już rzeczywistością. Wzrost wielkości i intensyfikację produkcji uzyskuje się poprzez uzyskanie maksymalnej liczby minibulw na jednostkę powierzchni przy minimalnej liczbie roślin początkowych. Zasypana gleba i materiał źródłowy są drogie, więc uzyskanie tylko 2-3 bulw z jednej rośliny jest mało obiecującą opcją, chociaż główne ilości minibulw na świecie są nadal produkowane w ten sposób. Przy technologii podłoża rzeczywisty poziom produkcji szacowany jest według następujących parametrów: normalny - 100 szt/m²2, dobry - 200 szt/m2; wysoka - 300 szt/m2 na sezon wegetacyjny. Technologia hydroponiczna może wyprodukować 500 minibulw, aeroponiczna - 1000 minibulw na m2021. m. powierzchni instalacji na sezon wegetacyjny. Dla porównania: koszt urządzeń uprawowych do technologii podłoża w 50 r. Wyniósł 100 tysięcy rubli. za metr kwadratowy, hydroponiczny - 150 tysięcy rubli, aeroponiczny - XNUMX tysięcy rubli.
Głównym problemem uprawy minibulw w pomieszczeniach jest połączenie aktywnego rozwoju wegetatywnego z intensywnym formowaniem bulw. Możliwe jest zwiększenie intensywności tuberyzacji poprzez optymalizację mikroklimatu (temperatura, wilgotność, fotoperiod), optymalizację odżywiania mineralnego; stosowanie stymulatorów tuberyzacji, ograniczenia wzrostu wegetatywnego. Jednocześnie pozyskiwanie minibulw w dużych ilościach jest złożonym zadaniem organizacyjnym i technologicznym. Niuanse intensywnej uprawy minibulw są informacją handlową od ponad 20 lat. Nie ma regulacji zawodowych w domenie publicznej, jest to know-how każdego indywidualnego przedsiębiorstwa.
W II kwartale 2022 r. ukaże się książka „Mini Bulwy Ziemniaka”, prezentująca i analizująca dostępne informacje naukowe i handlowe na ten temat oraz z naciskiem na skuteczne metody zwiększania intensywności produkcji minibulw. Objętość informacji to ponad 400 stron.Książka będzie dostępna tylko w prenumeracie. Wyślij aplikacje do: s.banadysev @dokagene.ru