Sergey Banadysev, doktor i jordbruksvetenskap, Doka Gene Technologies LLC
Potatisminiknölar (MK) är den första knölartade avkomman av sterila potatisplantor. Att skaffa miniknölar är det första året av potatisutsädesprogrammet i alla länder med utvecklad potatisproduktion. Potatis miniknölar odlas endast under skyddade markförhållanden, vilket utesluter riskerna för återinfektion av växter med virus-, svamp- och bakteriesjukdomar (om knölar från sterila växter odlas i öppen mark, så erhålls inte miniknölar som en resultat, men den första fältgenerationen).
Det är allmänt accepterat att diametern på en miniknöl bör vara minst 10 mm, allt mindre är en mikroknöl.
Behovet av miniknölar för produktion av 10 tusen ton elit är: med ett femårigt system för OS och ES (original och elitfröproduktion) - 50 tusen stycken; med ett fyraårigt system för OS och ES - 400 tusen stycken; med ett treårigt system - 3 miljoner stycken.
Ryska federationen har sin egen solida vetenskapliga och innovativa bas på detta område. Den storskaliga introduktionen av den modernaste tekniken för att odla miniknölar i Ryska federationen har alltid genomförts före andra länder med utvecklad potatisodling: så substrattekniken introducerades för 40 år sedan, 15 biotekniska centra arbetade med den; hydroponic - för 30 år sedan användes den av Doka - Gene Technologies, Meristematic Cultures; aeroponic - utvecklad vid All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology) i början av 2000-talet, sedan 2010 har denna teknik främjats av International Potato Center och aktivt spridit över världen. I Ryska federationen produceras industriväxter för odling av miniknölar: Potatisträd och Meristem. Samtidigt producerar de flesta inhemska fröodlande företag fortfarande miniknölar i små volymer, inom gränserna för behovet av ett femårigt system för att få eliten. Endast FAT-Agro-företaget har nått nivån på mer än 2 miljoner enheter per år, vilket är tillräckligt för att byta till ett treårigt system.
En allsidig ökning av produktionen av miniknölar för att minska produktionen av utsäde och förbättra produktkvaliteten är ett strategiskt sätt att utveckla potatisproduktionen. Med detta perspektiv i åtanke har många försök gjorts de senaste åren för att förbättra odlingsteknikerna. Huvudmålet med innovationer är att få så många miniknölar som möjligt per planta in vitro och per ytenhet i växthuset. För att uppnå det används många metoder för växtodling, men inte alla lösningar som föreslås baserade på resultaten av vetenskaplig forskning ger resultat i industriell produktion.
Många aspekter av effektiv produktion av miniknöl i stora volymer är know-how. Den ryska produktionen av minipotatisknölar har alltid utförts på den mest effektiva och avancerade vetenskapliga och tekniska grunden. Och nu har landet tillgänglig och tillämpad teknik som är betydligt överlägsen världsnivån.
Det primära villkoret för kvalificerad produktion av miniknölar är att de nuvarande reglerna och förordningarna följs. Ryska federationens regelverk för detta ämne är av rådgivande karaktär, i den nuvarande förordningen om certifiering av jordbruksgrödor, till exempel, finns det inte ett ord om reglerna för produktion och certifiering av minipotatisknölar. I en sådan situation är det nödvändigt att fokusera på internationell erfarenhet. I alla länder med utvecklad potatisfröproduktion har obligatoriska krav för organisation, teknik och kvalitet för producerade miniknölar antagits, officiellt godkänts och strikt följts.
Dessa krav bör tas som grund av inhemska företag som är specialiserade på produktion av miniknölar, i formatet av företagsstandarder, för egenkontroll, tills staten har bildat ett officiellt regelverk på detta område. Till exempel, i Ryska federationen finns det normer för teknisk design av avelskomplex och reproduktionsväxthus NTP-APK 1.10.09.001-02. Utvecklarna av NTP inkluderade dock inte i dokumentet ett avsnitt om de obligatoriska funktionerna i strukturer avsedda för odling av miniknölar. Och det finns många sådana funktioner, till exempel: ett växthus ska ha en dubbeldörr med ett omklädningsrum för att byta kläder. Skötområdet ska vara försett med fotkuddar och tvättmedel för att tvätta och desinficera händerna. Entrédörrar och alla ventilationsöppningar ska täckas med bladlössskyddsnät (maskstorlek max 0,5 gånger 0,9 mm). Rummet måste vara ordentligt kontrollerat för temperatur och luftfuktighet (gäller för ett glashus). Ett jordfritt medium bör användas för anpassning av sterila växter. Om en jord/jord-blandning används måste den behandlas/steriliseras på lämpligt sätt för att säkerställa frånvaron av jordpatogener.
Miniknölsgrödan måste erhållas från officiellt certifierade mikroväxter eller mikroknölar som odlats i en aseptisk miljö från källmaterialets meristematiska vävnad, testade för frånvaro av virus, viroider och bakterier som infekterar potatis i ett korrekt ackrediterat testlaboratorium.
Metoder, förfarande, frekvens för att testa materialets kvalitet i alla stadier av produktionen av miniknölar är strikt reglerade.
Mycket praktiskt betydelsefull information har samlats om optimering av mikroförökningsprotokoll för potatis. Forskning inom detta område visar på stora möjligheter att förbättra växternas tillväxt och utveckling baserat på förändringar i koncentrationen och förhållandet av näringsämnen. Det har fastställts att användningen av tillväxtregulatorer i odlingen av potatismeristem inte är nödvändig, men tillsatsen av vissa ämnen, även vid låga koncentrationer, ökar och påskyndar produktionen av materialet. Det är viktigt att optimera inkubationsförhållandena för mikroförökade potatisväxter med hjälp av olika ljuskällor, ljuslägen och rumsventilation. Med tillkomsten av LED-lampor började deras kapacitet aktivt studeras i förhållande till mikroförökning av potatis. Rött och långt rött ljusspektrum ökar tillväxtegenskaperna; kombinationen av rött + blått + långt rött/vitt ljus har dock en bättre effekt på knölbildning och ackumulering av primära metaboliter.
Teknologier för att odla miniknölar är indelade i två huvudgrupper: substrat (stor variation) och icke-substrat (vattenkultur och aeroponik). De viktigaste teknologierna för produktion av miniknölar: på naturliga substrat (80% av volymen), hydroponiska och aeroponiska. Att skaffa mikroknölar är också relaterat till ämnet MC och används alltmer för massreproduktion av källmaterialet. Skillnaden mellan mikroknölar och miniknölar ligger i mediets form (mikrotnölar odlas endast under sterila in vitro-förhållanden och miniknölar endast under skyddade ex vitro-förhållanden) och knölstorlek. Resultaten och slutsatserna som erhållits i praktiska experiment motsvarar i många fall inte teoretiska postulat om möjligheterna att stimulera tuberisering i in vitro-odling. Det gäller både dieter, användning av tillväxtreglerande medel, samt växtförhållanden och användning av stressfaktorer. Om allmänt tillgänglig information om de tekniska reglerna för produktion av mikroknölar i de flesta fall gör det möjligt att få ganska mediokra resultat - ungefär eller något mer än en mikroknöl som väger 200-400 mg per planta, då professionell anpassning av tekniken i förhållande till specifika produktionsförhållanden ökar effektiviteten i processen ibland. I Ryska federationen finns det know-how inom detta område med produktion av minst tre mikroknölar som väger mer än 0,5 g från en växt i ett standardprovrör.
För helårsodling av mikroknölar och förbättring av deras kvalitet tillverkas flera olika konstruktioner av bioreaktorer kommersiellt i världen. Dessa halvautomatiska system låter dig minska intensiv manuell bearbetning och därmed öka produktiviteten och minska produktionskostnaderna. Mikroknölar som erhålls i bioreaktorer har en mycket större massa och större diameter. Den senaste tekniken inom detta område är utvecklingen av japanska forskare och designers.
Det storskaliga mikroknölproduktionssystemet som använder plastodlingspåsar producerar framgångsrikt mellan 100 och 300 mikroknölar per påse, beroende på sort. Att ändra koncentrationen av näringsämnen i form av ett lägre innehåll av sackaros, kväve, öka halten av kaliumfosfat i mediet gjorde det möjligt att öka det totala antalet och genomsnittliga vikten av mikroknölar. Japansk teknologi gör det möjligt att producera 250 000 mikroknölar per år (i tre skördecykler) i ett 66 m odlingsrum2. och 80% av mikroknölarna som erhålls med denna teknik har en massa på mer än 1 g, dvs. lämplig för plantering direkt på fältet.
Över hela världen råder produktion av miniknölar på naturliga substrat. Denna teknik, även om den är väletablerad, kan fortfarande förbättras avsevärt. Genotyp, varaktighet och förhållanden för in vitro-odling, växtstorlek, exponering för näringsämnen och tillväxtregulatorer påverkar markant miniknölproduktionen. Åldern och förbehandlingen av plantor under plantering, förhållanden och period för härdning, säsong för plantering och växt, jordmiljöns sammansättning, sättet att plantera, tätheten av plantans placering, gödningsdoser och belysning påverkar också intensiteten i produktionen av miniknölar.
Många naturliga ämnen och material är lämpliga som medium för att odla minipotatisknölar. Huvudkomponenten i växthussubstrat är traditionellt torv. Alternativa ingredienser - såsom perlit, vermikulit och vermikompost - har också vunnit popularitet nyligen på grund av deras acceptabla luftnings- och vattenhållande förmåga.
I de flesta fall, när man odlar miniknölar i en substratkultur, är det nödvändigt att applicera makro- och mikrogödselmedel. Bland specialister kallas tekniken som använder periodisk vattning och gödsling av infertila substrat med näringsämnen hydroponics. Hydroponiska teknologier för att odla minipotatisknölar har sorter som använder inerta substrat (sand, bark, kokos, etc.) och ren vattenkultur (tunn näringsfilm).
Alla bestämmelser i teorin om potatisnäring i förhållande till möjligheten att kontrollera tuberisering kan också tillämpas i hydroponisk odling, men det finns en förståelse för behovet av en betydande förändring av koncentrationen och förhållandet av näringsämnen för varje sort och i olika stadier av vegetativ tillväxt, initiering av tuberisering och tillväxt av växtknölar. Näringslösningskompositioner anges i de flesta publikationer. Samtidigt skiljer sig antalet knölar som erhålls från en växt och från en enhetsyta flera gånger. När det gäller de riktade justeringarna av näringslösningen för att radikalt öka antalet knölar (och detta är just fördelen med hydrokultur) finns det väldigt lite öppen information. Under de senaste åren har endast ett fåtal publikationer publicerats, inte med referenser till tidigare års välkända kompositioner, utan med originalmaterial.
Den modernaste - aeroponiska - tekniken för att odla miniknölar har ett antal grundläggande egenskaper. Hittills har alla på varandra följande stadier av implementeringen utarbetats, men den utforskande forskningen fortsätter. Det speciella värdet av teknisk information om aeroponik är att den visar riktningen för utvecklingen av miniknölar runt om i världen idag. Dessa utvecklingar är tillämpliga eller kan anpassas till andra teknologier för odling av miniknölar.
Valet av teknik för produktion av miniknölar för specifika förhållanden bör baseras på en analys av produktionsindikatorer, risknivån, behovet av arbetskraftsresurser, en jämförelse av investeringskostnader, kostnad och lönsamhet. Varje teknik har implementeringsmöjligheter och betydande fluktuationer i produktionseffektivitet beroende på många faktorer. All teknik använder och är baserad på initialt växtmaterial från en steril kultur eller mikroknölar. Detta steg är nästan universellt, det kan betraktas som standard. I själva tekniken för att odla miniknölar måste du välja bland ett stort antal variabler.
De allra flesta stora fröföretag odlar för närvarande miniknölar i glas- eller filmjordväxthus på naturliga organo-mineraliska substrat med omfattande användning av torv. Denna teknik har den lägsta kostnaden för en miniknöl. Som regel odlas en gröda per år. I Europa anses det normalt att få 4-5 knölar från en planta. Differentierad applicering av mikrogödselmedel, biologiskt aktiva ämnen, PPP gör det möjligt att öka multiplikationsfaktorn upp till 8-10.
Argument för bioreaktorn är sterilitet, det maximala utbytet av mikroknölar per ytenhet. Nackdelarna med en bioreaktor är behovet av ett stort antal växter, den lilla storleken på knölarna, problemet med mognad och mekaniserad plantering på fältet.
Fördelarna med hydroponics är tillverkningsbarhet, en verklig möjlighet att stimulera tuberisering, industriell utrustning; nackdelar - dålig utveckling av rotsystemet, risken för infektionsspridning genom näringslösningen, mödosamma. Aeroponics kräver mer utrymme och fullständig skugga för rotsystemet, på grund av bättre utveckling och lufttillförsel kan fler knölar bildas jämfört med hydroponics. Men aeroponisk teknik är den mest krävande, strömförsörjningen bör inte avbrytas i mer än en halvtimme.
Denna korta genomgång visar att utvecklingen av ett treårigt system för produktion av potatisellit med ett stort antal miniknölar redan är en realitet. Ökningen av volymer och intensifiering av produktionen uppnås genom att erhålla det maximala antalet miniknölar per ytenhet med ett minsta antal initiala plantor. Täckt jord och källmaterial är dyra, så att få bara 2-3 knölar från en växt är ett föga lovande alternativ, även om huvudvolymerna av miniknölar i världen fortfarande produceras på detta sätt. Med substratteknologi uppskattas den faktiska produktionsnivån enligt följande parametrar: normal - 100 stycken / m2, bra - 200 stycken/m2; hög - 300 stycken/m2 för växtsäsongen. Hydroponisk teknologi har potential att producera 500 miniknölar, aeroponic - 1000 miniknölar per kvm. m. installationsområde för växtsäsongen. Som referens: kostnaden för odlingsanläggningar för substratteknik 2021 var 50 tusen rubel. per kvadratmeter, för hydroponisk - 100 tusen rubel, för aeroponic - 150 tusen rubel.
Huvudproblemet med att odla miniknölar inomhus är att uppnå en kombination av aktiv vegetativ utveckling med intensiv knölbildning. Det är möjligt att öka tuberiseringens intensitet genom att optimera mikroklimatet (temperatur, luftfuktighet, fotoperiod), optimera mineralnäring; användningen av tuberiseringsstimulerande medel, restriktioner för vegetativ tillväxt. Samtidigt är det en komplex organisatorisk och teknisk uppgift att skaffa miniknölar i stora volymer. Nyanserna av intensiv odling av miniknölar har varit kommersiell information i mer än 20 år. Det finns inga yrkesföreskrifter i det offentliga rummet, detta är kunskapen hos varje enskilt företag.
Under andra kvartalet 2022 kommer boken "Mini Potatisknölar" att publiceras, som presenterar och analyserar tillgänglig vetenskaplig och kommersiell information om ämnet, och med tonvikt på effektiva metoder för att öka intensiteten i produktionen av miniknölar. Informationsvolymen är mer än 400 sidor. Boken kommer endast att finnas tillgänglig genom prenumeration. Skicka ansökningar till: s.banadysev@dokagene.ru