Мини-клубни методом аэрогидропоники

УДК 635.21:631.589.2

О.С. Хутинаев, Б.В. Анисимов, С.М. Юрлова, А.А. Мелешин

Выявлены особенности роста и развития растений и клубнеобразования в аэрогидропонной культуре в естественных условиях освещенности, проведен количественный и структурный анализ урожая мини-клубней. Среднее число стандартных мини-клубней в расчете на растение составило 57 штук. Общее число клубней с 60 растений – 3467 шт. Из них более 75% – клубни оптимальной фракции (от 20 до 30 мм).

Ключевые слова: картофель, мини-клубни, аэрогидропоника.

Современные инновации в системе клонального микроразмножения меристемного материала и новые технологические решения позволили существенно усовершенствовать способы получения пробирочных микроклубней и успешно использовать их для выращивания мини-клубней в условиях вегетационных сооружений различных типов и конструкций [1, 2, 3, 4].

Развитие традиционных (базовых) технологий выращивания миниклубней было долго ориентировано на использование стеклянных грунтовых зимних теплиц. Однако сегодня многие предприятия стали переходить на использование весенне-летних каркасных теплиц (тоннелей) с применением синтетических легких укрывных материалов (антимоскитная сетка, ультрасил, лутрасил, спанбонд). Около 80% мини-клубней получают на основе тепличных технологий, но в последние годы заметно повысилась заинтересованность производителей в использовании усовершенствованных технологий, основанных на применении гидропонной (водной) и аэропонной (воздушной) культуры. Эти технологии становятся все более востребованными, особенно для ускоренного размножения новых и дефицитных сортов [5, 6, 7]. В последние годы значительное развитие также получили комбинированные аэрогидропонные технологии, где периодическая активная аэрация корневой системы (аэропоника) сочетается с погружением ее в питательный раствор (гидропоника).

Цель работы – оптимизация условий для формирования вегетативной массы, развития корневой системы и клубнеобразования, что позволило бы при использовании аэрогидропонного способа выращивания мини-клубней значительно упростить технологический процесс, снизить затраты и существенно снизить себестоимость конечной продукции.

В ходе исследований был разработан аэрогидропонный способ выращивания мини-клубней на специально изготовленном для этих целей опытном образце аэрогидропонного модуля АГМ.

Особенности технологического процесса получения мини-клубней на аэрогидропонном модуле:

• растения культивируют на дифференцированных средах в биотехнологическом устройстве с активно-пассивной системой питания;
• устройство позволяет увеличить плотность размещения растений на единице площади и значительно повысить количественный выход мини-клубней с квадратного метра;
• технология позволяет провести целенаправленные мероприятия по инициации и стимулированию репродуктивных процессов в определенные фазы роста и развития растений, а также применить дифференцированный метод поэтапной уборки при визуальном контроле развития клубней;
• схема размещения растений на модуле 190×190 мм с общим количеством посадочных мест 60. Общая площадь модуля под высадку – 3000×760мм (2,28 м²);
• модуль снабжен устройством фиксирования растений, для удержания растений в вертикальном положении в процессе их онтогенеза;
• модуль компактен, универсален, мобилен и разработан с учетом работы в любых условиях окружающей среды, при естественном или искусственном освещении. Модули могут комплектоваться друг с другом в один комплексный узел в любом количестве;
• техническим решением конструкции модуля предусмотрено дооснащение источником света для реализации способа выращивания в закрытых помещениях;
• техническим решением конструкции модуля предусмотрено дооснащение собственным энергоисточником (солнечные батареи) для реализации способа в автономном режиме в любых условиях.
• Опытный образец аэрогидропонного модуля АГМ оборудован активной и пассивной системами питания, одним водяным насосом высокого давления мощностью 100Вт с напряжением 12/24В, развивающим давление воды до 0,7МПа. Модуль размещен на опытной площадке ВНИИКХ в незащищенных условиях среды. На рис. 1, 2 и 3 представлены общий вид модуля в процессе вегетации и фрагменты развития корневой части растений с клубнеобразованием и размером собираемых миниклубней.
• Картофель выращивали в естественных условиях освещенности и применяли дифференцированную схему подачи сбалансированного питательного раствора. Достаточно просторный объем прикорневого пространства обеспечивал полный визуальный мониторинг и легкий доступ к корневой системе, бережное обращение с корнями при многократном сборе миниклубней. Ограничение доступа света к корневой системе позволяет избежать нежелательной засветки корней.

Цикл операций на аэрогидропонной установке начинался с высадки пробирочных растений непосредственно в модуль, без их предварительного подращивания. Перед высадкой, растения аккуратно и тщательно отмывали от остатков агаризованной среды, для предотвращения попадания остатков агар-агара в систему активного питания.

В нашем эксперименте использовали составы макро- и микросолей, которые, по результатам ранее проведенных исследований наиболее полно отвечают требованиям технологического процесса получения миниклубней. Для первой фазы роста и развития растений применяли питательный раствор со следующим содержанием макросолей в растворе в (мг/л): N (85), P (45), K (180), Ca (60), Mg (35), pH (5,8–6,0), ЕС (0,8); для второй фазы N (45), P (30), K (90), Ca (35), Mg (20), pH (5,8–6,0), ЕС (0,7); для третьей фазы N (70), P (45), K (200), Ca (60), Mg (35), pH (5,8–6,0), ЕС (1,2). Содержание микросолей в растворе в (мг/л) представлено в следующем составе Fe-ЭДТА (8), B (0,5), Mn (0,5), Zn (0,1), Cu (0,05), I (0,63), Co (0,006), Mo (0,1). ЕС среды варьировала в зависимости от фаз и сроков вегетации, в целом ее поддерживали в пределах 0,7–1,3. Контроль и корректировку рН проводили раз в 2–3 дня. Раствор меняли ежемесячно. В процессе эксплуатации объем питательного раствора восполняли по мере выноса минеральных элементов и транспирационных потерь.

Технологический режим подачи питательного раствора в дневное и ночное время по периодам вегетации был следующим. Первый режим: 60 дней с 6–00 ч до 22–00 ч цикл 1 мин. – работа и 9 мин. – перерыв; ночью с 22–00 ч до 6–00 ч цикл 1 мин. – работа и 29 мин. – перерыв. За 30 дней насос работает 3360 мин. или 56 ч (56 ч×100 Вт = 5,6 КВт). Второй режим: 30 дней с 6–00 ч до 22–00 ч цикл 1 мин. – работа и 19 мин. – перерыв; ночью с 22–00 ч до 6–00 ч цикл 1 мин. работа и 29 мин. перерыв. За 30 дней насос работает 1980 мин. или 33 ч (33 ч×100 КВт = 3,3 КВт). Третий режим: 30 дней и до конца вегетации с 6–00 ч до 22–00 ч цикл 1 мин. – работа и 29 мин. – перерыв; ночью с 22–00 ч до 6–00 ч цикл 1 мин. – работа и 59 мин. – перерыв. За 30 дней насос работает 1080 мин. или 18 час (18 ч ×100 КВт = 1,8 КВт).

Первые два месяца применяли первый раствор. После раствор сменили на второй, стимулирующий, и держали в течение двух недель. После этого растения перевели на третий раствор до конца вегетации. По мере расходования жидкости для ее восполнения на всех этапах добавляли необходимое количество воды. Концентрацию макро-, мезо- и микроэлементов корректировали еженедельно. В период вегетации проводили лабораторное тестирование листовых проб растений на вирусную инфекцию методом ИФА.

Клубни снимали после достижения ими 20–30 мм в диаметре через каждые 7 дней. После сбора клубни обрабатывали 0,1% раствором гипохлорита натрия с последующим ополаскиванием в воде в профилактических целях, чтобы избежать бактериального загрязнения. Собранные мини-клубни просушивали при высокой относительной влажности воздуха в течение недели, после чего их выдерживали при комнатной температуре в течение 3–5 сут. Далее мини-клубни хранили по традиционной технологии при температуре 3–4 °C.

В результате учетов и наблюдений при выращивании мини-клубней в аэрогидропонной культуре на сорте Жуковский ранний выявлено, что с одного квадратного метра полезной площади можно получить более 1500 мини-клубней. От 60 растений, высаженных на площади 2,28 м², было получено 3467 мини-клубней.

Количественный выход мини-клубней в расчете на растение составил в среднем 57 шт. В расчет брали клубни размером от 10 мм и выше. Вследствие вынужденного прекращения вегетации растений мелкие клубни размером менее 10 мм не собирали и не учитывали, хотя, теоретически, они могли дать существенный прирост количества полноценных мини-клубней.

На основе анализа структуры урожая клубней выявлено, что количественный выход миниклубней оптимального размера от 20 до 30 мм в диаметре был более 75%. Количество клубней более крупной фракции (>30мм) составило около 7%. Фракция клубней от 15 до 20 мм) составляла около 9%. Фракция мелких клубней (от 10 до 15 мм) не превышала 7% (табл. ).

За 90 дней эксплуатации установки, на производство 3467 мини-клубней расход электроэнергии составил 10,7 КВт, расход воды 2600 л. При среднем количестве полученных мини-клубней в расчете на одно растение 57 штук, более 82% составили клубни оптимальной фракции для высадки в открытый грунт и 18% – клубни более мелкой фракции, которые можно высаживать в защищенном грунте.

В денежном выражении, материальные затраты на производство 3467 шт. мини-клубней составили 200 р., из них около 56 р. за электричество, 73 р. за воду и примерно 71 р. на химические препараты.

Энергозатраты на получение одного мини-клубня составили 3,08 Вт. Сравнение результатов выращивания мини-клубней в искусственных условиях с комбинированным освещением с применением натриевых ламп ДНАТ-400 и светодиодных светильников показало, что в себестоимости одного мини-клубня при искусственном освещении затраты на электричество составляли от 6 до 9 р., а в условиях естественного освещения на модуле АГМ – менее 1 р.

Таким образом, аэрогидропонный способ выращивания мини-клубней в естественных условиях освещения на модуле АГМ имеет неоспоримые преимущества в сравнении с другими, альтернативными способами производства мини-клубней.

Подбор оптимальных питательных сред, в зависимости от фенологических фаз роста и развития растений и условий освещенности при эксплуатации установок в закрытых помещениях, также представляется весьма актуальным и перспективным направлением дальнейших исследований в целях обеспечения возможности регулировать процесс клубнеобразования и создания наиболее благоприятных условий выращивания миниклубней.

Использование аэрогидропонного метода в естественных условиях освещения с весны до ранней осени позволяет избежать высоких энергозатрат и других ресурсов, требующихся при искусственном освещении в закрытых помещениях или осенне-зимнем обороте в условиях теплиц.

Библиографический список

1. Технологический процесс производства оригинального, элитного и репродукционного семенного картофеля / ФГБУ «Россельхозцентр», ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии. М. 2011. 32 с.
2. Анисимов Б.В., Смолеговец Д.В. Инновации в системе клонального микроразмножения картофеля // Картофель и овощи. 2008. № 4. С. 26–27.
3. Анисимов Б.В., Смолеговец Д.В., Шатилова О.Н. Рекомендации по технологии выращивания in vitro микроклубней и их использования в процессе оригинального семеноводства. М.: Россельхозакадемия, ВНИИКХ; 2009. 21 с.
4. Овэс Е.В., Колесова О.С., Фенина Н.А. Выращивание in vitro микроклубней с применением контейнерной технологии // Современная индустрия картофеля: Состояние и перспективы развития: Материалы VI межрегиональной научно-практической конференции. Чебоксары, 2014. С. 111–115.
5. Мартиросян Ю.Ц. Аэропонные технологии в первичном семеноводстве картофеля – преимущества и перспективы. Картофелеводство. Материалы научно-практической конференции «Методы биотехнологии в селекции и семеноводстве». ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии; М. 2014. С.175–179.
6. Морданшин И.С., Лобастова Е.Ю. Эффективный метод ускоренного размножения оздоровленного картофеля. // Картофель и овощи, 2014, № 5. С. 23–24.
7. Хутинаев О.С., Юрлова С.М., Анисимов Б.В. Особенности гидропонного выращивания мини- и микроклубней на установках КД-10 и «Минивит». Картофелеводство. Сб. научных трудов. Всероссийского НИИ картоф. хоз-ва; М., 2012. С. 125–131.

Об авторах

Хутинаев Олег Сосланбекович, канд. с. – х. наук, в. н.с. Тел.: 8 (903) 240–10–50. E–mail: okosk@mail.ru.

Анисимов Борис Васильевич, канд. биол. наук, зав. отделом стандартов и сертификации. Тел.: 8 (905) 744–04–94, 8 (495) 557–10–18.
E–mail: anisimov.bv@gmail.com.

Юрлова Светлана Михайловна, канд. с. – х. наук, зав. лабораторией семеноведения. Тел.: 8 (903) 216–62–51. E–mail: s.jurlova@mail.ru.

Мелешин Алексей Алексеевич, канд. с. – х. наук, зав. отделом генетики. Тел.: 8 (916) 138–74–35. E–mail: aleksej-meleshin@yandex.ru.
Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха.
E–mail: coordinazia@mail.ru

Mini-tubers by aero- and hydroponic method

Department of seed growing, Leading researcher, E-mail: okosk@gmail.com

O.S. Khutinaev, PhD, leading research fellow. Phone: 8 (903) 240–10–50,
E–mail: okosk@mail.ru.

B.V. Anisimov, PhD, head of the Department of standards and certification.
Phone: 8 (905) 744–04–94.
E–mail: anisimov.bv@gmail.com

S.M. Yurlova, PhD, head of the laboratory of seed. Phone: 8 (903) 216–62–51.
E–mail: s.jurlova@mail.ru

A.A. Meleshin, PhD, head of the Department of genetics. Phone: 8 (916) 138–74–35,
E-mail: aleksej-meleshin@yandex.ru

All-Russian Research Institute of Potato Industry after A.G. Lorkh.
E-mail: coordinazia@mail.ru.

Summary. Features of growth and development of potato plants and tuber formation in aero and hydroponic culture under natural light conditions are presented, results of quantitative and structural analyses of the mini-tubers harvest are given. The average number of standard mini-tubers per plant was 57 pieces. The total number of tubers with 60 plants was 3467 EA. More than 75% of these tubers belong to optimal fraction (20 to 30 mm).

Keywords: potato, mini-tuber, aero and hydroponics.