Сергей Банадисев, доктор на селскостопанските науки, Doka Gene Technologies LLC
Картофените миниклубени (МК) са първото грудково потомство на стерилните картофени растения. Получаването на мини-клубени е първата година от схемата за семена от картофи във всички страни с развито картофопроизводство. Картофените мини-клубени се отглеждат само в защитени земни условия, които изключват рисковете от повторно заразяване на растенията с вирусни, гъбични и бактериални заболявания (ако клубените от стерилни растения се отглеждат в открита земя, тогава не се получават мини-клубени като резултат, но първото полево поколение).
Общоприето е, че диаметърът на мини грудка трябва да бъде най-малко 10 mm, всичко по-малко е микроклубка.
Нуждата от мини-клубени за производство на 10 хил. тона елит е: с петгодишна схема на ОС и ES (оригинално и елитно семепроизводство) - 50 хил. бр.; с четиригодишна схема на ОС и ЕС - 400 хил. бр.; с тригодишна схема - 3 милиона бр.
Руската федерация има собствена солидна научна и иновативна база в тази област. Мащабното въвеждане на най-модерните технологии за отглеждане на мини-клубени в Руската федерация винаги се е извършвало пред други страни с развито картофенопроизводство: така субстратната технология беше въведена преди 40 години, 15 биотехнологични центъра работеха по нея; хидропонна - преди 30 години, използва се от Doka - Gene Technologies, Meristematic Cultures; aeroponic - разработена във Всеруския изследователски институт по селскостопанска биотехнология (Всеруски изследователски институт по селскостопанска биотехнология) в началото на 2000-те, от 2010 г. тази технология се популяризира от Международния център за картофи и активно се разпространява по света. В Руската федерация се произвеждат промишлени растения за отглеждане на мини-клубени: Potato Tree и Meristem. В същото време повечето местни предприятия за отглеждане на семена все още произвеждат мини-клубени в малки обеми, в рамките на необходимостта от петгодишна схема за получаване на елита. Само компанията FAT-Agro е достигнала ниво от над 2 милиона бройки годишно, което е достатъчно за преминаване към тригодишна схема.
Цялостното увеличаване на производството на мини-клубени с цел намаляване на схемата за производство на семена и подобряване на качеството на продукта е стратегически начин за развитие на производството на картофено семе. Имайки предвид тази гледна точка, през последните години бяха направени много опити за подобряване на техниките на култивиране. Основната цел на иновациите е да се получат възможно най-много мини-клубени на растение in vitro и на единица площ от оранжерията. За постигането му се използват много методи на растениевъдство, но не всички решения, предложени въз основа на резултатите от научни изследвания, дават резултати в промишленото производство.
Много аспекти на ефективното производство на миниклубени с голям обем са ноу-хау. Руското производство на мини-картофени клубени винаги се е извършвало на най-ефективната и модерна научна и технологична основа. И сега страната разполага с налични и прилагани технологии, които значително превъзхождат световното ниво.
Основното условие за квалифицирано производство на мини-клубени е спазването на действащите правила и разпоредби. Нормативната рамка на Руската федерация по тази тема има препоръчителен характер, в сегашния регламент за сертифициране на селскостопански култури, например, няма нито дума за правилата за производство и сертифициране на мини-картофени клубени. В такава ситуация е необходимо да се съсредоточим върху международния опит. Във всички страни с развито картофено семепроизводство са приети, официално одобрени и стриктно спазвани задължителни изисквания за организация, технология и качество на произвежданите мини-клубени.
Тези изисквания трябва да бъдат взети за основа от местни предприятия, специализирани в производството на мини-клубени, под формата на стандарти на предприятието, за самоконтрол, докато държавата изгради официална регулаторна рамка в тази област. Например, в Руската федерация има норми за технологично проектиране на развъдни комплекси и оранжерии за размножаване NTP-APK 1.10.09.001-02. Въпреки това, разработчиците на NTP не са включили в документа раздел за задължителните характеристики на конструкциите, предназначени за отглеждане на мини-клубени. И има много такива функции, например: оранжерия трябва да има двойна врата със съблекалня за преобличане. Зоната за преобличане трябва да бъде оборудвана с подложки за крака и препарат за измиване и дезинфекция на ръцете. Входните врати и всички вентилационни отвори трябва да бъдат покрити с мрежа за защита от листни въшки (размер на окото максимум 0,5 на 0,9 mm). Помещението трябва да бъде правилно контролирано за температура и влажност (приложимо за стъклена къща). За адаптирането на стерилните растения трябва да се използва среда без почва. Ако се използва почвена/почвена смес, тя трябва да се третира/стерилизира по подходящ начин, за да се гарантира отсъствието на почвени патогени.
Реколтата от миниклубени трябва да бъде получена от официално сертифицирани микрорастения или микроклубени, отглеждани в асептична среда от меристематичната тъкан на изходния материал, тествани за отсъствие на вируси, вироиди и бактерии, които заразяват картофите в надлежно акредитирана лаборатория за изпитване.
Методите, процедурата, честотата на тестване на качеството на материала на всички етапи от производството на мини-клубени са строго регламентирани.
Натрупана е много практически значима информация за оптимизирането на протоколите за микроразмножаване на картофи. Изследванията в тази област показват широки възможности за подобряване на растежа и развитието на растенията въз основа на промените в концентрацията и съотношението на хранителните вещества. Установено е, че използването на растежни регулатори в културата на картофени меристеми не е необходимо, но добавянето на определени вещества, дори в ниски концентрации, увеличава и ускорява производството на материала. Важно е да се оптимизират условията на инкубация на микроразмножените картофени растения, като се използват различни източници на светлина, режими на осветление и вентилация на помещението. С появата на LED лампи, техните възможности започнаха активно да се изучават във връзка с микроразмножаването на картофи. Червеният и далечният червен светлинен спектър увеличават характеристиките на растеж; обаче, комбинацията от червено + синьо + далечна червена/бяла светлина има по-добър ефект върху образуването на грудки и натрупването на първични метаболити.
Технологиите за отглеждане на мини-клубени са разделени на две основни групи: субстратни (голямо разнообразие) и несубстратни (водна култура и аеропоника). Основните технологии за производство на мини-клубени: върху естествени субстрати (80% от обема), хидропонни и аеропонни. Получаването на микроклубени също е свързано с темата за МК и все по-често се използва за масово възпроизвеждане на изходния материал. Разликата между микроклубените и миниклубените се състои в режима на средата (микроклубените се отглеждат само при стерилни in vitro условия, а миниклубените само при защитени ex vitro условия) и размера на клубените. Резултатите и заключенията, получени при практически експерименти, в много случаи не отговарят на теоретичните постулати относно възможностите за стимулиране на клубенообразуването при in vitro култура. Това важи както за диетите, използването на регулатори на растежа, така и за условията на отглеждане и използването на стресови фактори. Ако публично достъпната информация за технологичните разпоредби за производство на микроклубени позволява в повечето случаи да се получат доста посредствени резултати - около или малко повече от една микроклубка с тегло 200-400 mg на растение, тогава професионална настройка на технологията спрямо конкретни производствените условия повишават ефективността на процеса в пъти. В Руската федерация има ноу-хау в тази област с производството на най-малко три микроклубени с тегло над 0,5 g от едно растение в стандартна епруветка.
За целогодишно отглеждане на микроклубени и подобряване на тяхното качество в света се произвеждат в търговската мрежа няколко различни дизайна на биореактори. Тези полуавтоматични системи ви позволяват да намалите интензивната ръчна обработка и следователно да увеличите производителността и да намалите производствените разходи. Микротрубките, получени в биореактори, имат много по-голяма маса и по-голям диаметър. Най-новата технология в тази област е разработка на японски учени и дизайнери.
Широкомащабната система за производство на микроклубени, използваща пластмасови торбички за култура, успешно произвежда от 100 до 300 микроклубени на торба, в зависимост от сорта. Промяната на концентрацията на хранителните вещества по отношение на по-ниско съдържание на захароза, азот, повишаване на нивото на калиевия фосфат в средата направи възможно увеличаването на общия брой и средното тегло на микроклубените. Японската технология позволява да се произвеждат 250 000 микроклубени годишно (в три цикъла на прибиране на реколтата) в 66 м помещение за култивиране2. и 80% от микроклубените, получени по тази технология, имат маса над 1 g, т.е. подходящ за засаждане директно на полето.
В целия свят преобладава производството на мини-клубени върху естествени субстрати. Тази технология, макар и добре установена, все още може да бъде значително подобрена. Генотипът, продължителността и условията на ин витро култивиране, размерът на растенията, излагането на хранителни вещества и регулатори на растежа значително влияят върху производството на миниклубени. Възрастта и предварителната обработка на разсада по време на засаждане, условията и периода на закаляване, сезона на засаждане и отглеждане, състава на почвената среда, метода на засаждане, плътността на поставяне на растенията, дозите на тор и осветлението също влияят интензивността на производството на мини грудки.
Много естествени вещества и материали са подходящи като среда за отглеждане на мини-картофени клубени. Основният компонент на оранжерийните субстрати традиционно е торфът. Алтернативните съставки - като перлит, вермикулит и вермикомпост - също придобиха популярност напоследък поради приемливия им капацитет за аериране и задържане на вода.
В повечето случаи при отглеждане на мини-клубени в субстратна култура е необходимо да се прилагат макро- и микроторове. Сред специалистите технологията, използваща периодично поливане и наторяване на неплодородни субстрати с хранителни вещества, се нарича хидропоника. Хидропонните технологии за отглеждане на мини-картофени клубени имат разновидности, използващи инертни субстрати (пясък, дървесна кора, кокос и др.) и култура с чиста вода (тънък хранителен филм).
Всички положения на теорията за храненето на картофи във връзка с възможността за контролиране на клубените могат да се прилагат и при хидропонно отглеждане, но има разбиране за необходимостта от значителна промяна в концентрацията и съотношението на хранителните вещества за всеки сорт и на различни етапи на вегетативен растеж, започване на клубене и растеж на растителните грудки. Съставите на хранителни разтвори са дадени в повечето публикации. В същото време броят на клубените, получени от растение и от единица площ, се различава няколко пъти. Що се отнася до целенасочените корекции на хранителния разтвор за радикално увеличаване на броя на клубените (а това е точно предимството на хидропониката) има много малко открита информация. През последните години са публикувани само няколко публикации не с препратки към добре познатите композиции от минали години, а с оригинални материали.
Най-модерната - аеропонна - технология за отглеждане на мини-клубени има редица основни характеристики. Към днешна дата са отработени всички последователни етапи от прилагането му, но проучвателните проучвания продължават. Специалната стойност на технологичната информация за аеропониката е, че тя показва посоката на развитие на мини-клубените по света днес. Тези разработки са приложими или могат да бъдат адаптирани към други технологии за отглеждане на мини-клубени.
Изборът на технология за производство на мини-клубени за специфични условия трябва да се основава на анализ на производствените показатели, нивото на рисковете, необходимостта от трудови ресурси, сравнение на инвестиционните разходи, разходите и рентабилността. Всяка технология има възможности за внедряване и значителни колебания в ефективността на производството в зависимост от много фактори. Всички технологии използват и се основават на изходен растителен материал от стерилна култура или микроклубени. Този етап е почти универсален, може да се счита за стандартен. В самата технология на отглеждане на мини-клубени трябва да избирате от голям брой променливи.
Огромното мнозинство от големите компании за семена в момента отглеждат мини-клубени в стъклени или филмови почвени оранжерии върху естествени органо-минерални субстрати с широко използване на торф. Тази технология има най-ниската цена на мини грудка. По правило се отглежда една реколта годишно. В Европа се счита за нормално да се получат 4-5 грудки от едно растение. Диференцираното приложение на микроторове, биологично активни вещества, ПРЗ позволяват увеличаване на коефициента на размножаване до 8-10.
Аргументи в полза на биореактора са стерилност, максимален добив на микроклубени от единица площ. Недостатъците на биореактора са необходимостта от голям брой растения, малкия размер на клубените, проблемът с узряването и механизираното засаждане на полето.
Предимствата на хидропониката са технологичност, реална възможност за стимулиране на туберизацията, промишлено оборудване; минуси - лошо развитие на кореновата система, риск от разпространение на инфекция чрез хранителния разтвор, трудоемкост. Аеропониката изисква повече пространство и пълна сянка за кореновата система, поради по-доброто развитие и снабдяването с въздух могат да се образуват повече грудки в сравнение с хидропониката. Аеропонната технология обаче е най-взискателна, захранването не трябва да се прекъсва за повече от половин час.
Този кратък преглед показва, че разработването на тригодишна схема за производство на картофен елит с голям брой мини-клубени вече е реалност. Увеличаването на обемите и интензификацията на производството се постига чрез получаване на максимален брой мини-клубени на единица площ при минимален брой изходни растения. Покритата почва и изходният материал са скъпи, така че получаването само на 2-3 грудки от едно растение е безперспективна възможност, въпреки че основните обеми мини-клубени в света все още се произвеждат по този начин. При технологията на субстрата действителното ниво на производство се оценява според следните параметри: нормално - 100 броя / m2, добър - 200 бр./м2; висока - 300 бр./м2 за вегетационния период. Хидропонната технология има потенциал да произведе 500 мини клубена, аеропонната - 1000 мини клубена на кв. м. монтажна площ за вегетационния период. За справка: цената на съоръженията за отглеждане на субстратна технология през 2021 г. беше 50 хиляди рубли. на квадратен метър, за хидропонни - 100 хиляди рубли, за аеропонни - 150 хиляди рубли.
Основният проблем при отглеждането на мини-клубени на закрито е да се постигне комбинация от активно вегетативно развитие с интензивно образуване на грудки. Възможно е да се увеличи интензивността на туберизация чрез оптимизиране на микроклимата (температура, влажност, фотопериод), оптимизиране на минералното хранене; използването на стимуланти за туберизация, ограничения върху вегетативния растеж. В същото време получаването на мини-клубени в големи обеми е сложна организационна и технологична задача. Нюансите на интензивното отглеждане на мини-клубени са търговска информация от повече от 20 години. Няма професионални регулации в публичното пространство, това е ноу-хау на всяко отделно предприятие.
През второто тримесечие на 2022 г. ще бъде издадена книгата „Мини картофени клубени“, която представя и анализира наличната научна и търговска информация по темата и с акцент върху ефективни методи за повишаване на интензивността на производството на мини грудки. Обемът на информацията е над 400 стр. Книгата ще се предлага само с абонамент. Изпращайте заявления на: s.banadysev@dokagene.ru