Эффективность производства безвирусного материала картофеля сортов Антонина и Солнечный на аэропонных условиях

DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10708 УДК 633.491/631.53/581.143.6.

Эффективность производства безвирусного материала картофеля сортов Антонина и Солнечный на аэропонных условиях

М. С. РОМАНОВА1, Е. В. ХАКСАР1, Н. И. ЛЕОНОВА1, О. О. НОВИКОВ1, А. Г. СЕМЕНОВ2

Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа - филиал Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН, ул. Гагарина, 3, Томск, 634050, Российская Федерация

2Сибирский государственный медицинский университет, Московский тракт, 2, Томск, Томская обл., 634050 Российская Федерация

Резюме. Цель исследования - создание оздоровленных миниклубней картофеля сортов Антонина и Солнечный в лабораторных условиях. Работу проводили в Сибирском научно-исследовательском институте сельского хозяйства и торфа (г. Томск) в 2017 г. Объектом исследований служили оздоровленные меристемным способом в сочетании с термотерапией материнские микроклоны картофеля Solanum tuberosum L. сортов Антонина и Солнечный. Пробирочные растения культивировали на стандартной питательной среде Мурасиге-Скуга. Перед закладкой опыта все микрорастения диагностировали методом полимеразной цепной реакции в реальном времени для определения вирусной и бактериальной нагрузки. В возрасте 28 суток 16 растений высадили на адаптационные аэропонные установки, контроль - торфяной грунт. Площадь питания 1 растения на аэропонной установке - 0,045 м2, в контроле - 0,042 м2, повторность - 3-х кратная. Пересадку на основную аэропонную установку осуществляли в возрасте 42 суток. Через 100 дней выращивания на аэропонной установке и в грунте проводили сбор миниклубней. Их количественный выход на аэропонной установке для сорта Антонина составил 15,3 шт./раст., в торфяном субстрате - 9,4 шт./раст., для сорта Солнечный - 35,9 и 5,6 шт./раст. соответственно. Доля миниклубней массой более 4 г, выращенных с использованием аэропоники, для сорта Антонина составила 35,9 %, в торфяном грунте - 19,7 %; для сорта Солнечный - 50,4 % и 21,2 % соответственно. Средняя масса миниклубней, произведенных на аэропонной установке оказалась больше, чем у выращенных в торфяном грунте (для сорта Антонина - 4,4 г и 2,6 г, сорта Солнечный 7,7 г и 3,0 г соответственно). Различия статистически значимы (р<0,001).

Ключевые слова: картофель (Solanum tuberosum L.), семеноводство, продуктивность, аэропонный способ выращивания.

Сведения об авторах: М. С. Романова, кандидат биологических наук, зам. директора (e-mail: estrel@yandex.ru); Е. В. Хаксар, младший научный сотрудник; Н. И. Леонова, научный сотрудник; О. О. Новиков, младший научный сотрудник; А. Г. Семенов, старший преподаватель.

Для цитирования: Эффективность производства безвирусного материала картофеля сортов Антонина и Солнечный на аэропонных установках / М. С. Романова, Е. В. Хаксар, Н. И. Леонова и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 7. С. 33-36. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10708.

Production Efficiency of Virus-Free Material of Antonina and Solnechny Potato Varieties on Aeroponic Installations

M. S. Romanova1, E. V. Khaksar1, N. I. Leonova1, O. O. Novikov1, A. G. Semenov2

'Siberian Research Institute of Agriculture and Peat - the branch of the Siberian Federal Agrobiotechnology Research Center of

the Russian Academy of Sciences, ul. Gagarina, 3, Tomsk, 634050, Russian Federation

2Siberian State Medical University, Moskovskii trakt, 2, Tomsk, Tomskaya obl., 634050, Russian Federation

Abstract. The purpose of the research was to develop improved minitubers of Antonina and Solnechny potato varieties. The work was carried out at the Siberian Research Institute of Agriculture and Peat in 2017. The research object was the maternal microclones of Solanum tuberosum L. of Antonina and Solnechny varieties improved by the meristem method combined with thermotherapy. The test-tube plants were cultivated on the standard Murashige and Skoog growing medium. Before the experiments all the microplants were examined by the polymerase chain reaction method to determine the viral and bacterial load. At the age of 28 days 16 plants were planted in adaptative aeroponics installations; the control was peat soil. The feeding area of 1 plant in the aeroponics installation was 0.045 m2; in the control it was 0.042 m2. The experiment was repeated 3 times. The transfer to the main aeroponic installation was carried out at the age of 42 days. The minitubers were collected after 100 days of cultivation in the aeroponics installation and in the soil. Their quantitative output in the case of using the aeroponics installation for Antonina variety was 15.3 pcs/plant; in the case of using peat substrate it was 9.4 pcs/plant; for Solnechny variety it was 35.9 pcs/plant and 5.6 pcs/plant, respectively. For Antonina variety the share of minitubers weighing more than 4 g grown using aeroponics was 35.9%; in the peat soil it was 19.7%; for Solnechny variety it amounted to 50.4% and 21.2%, respectively. In average the minitubers produced using the aeroponics installation weighed more than that grown in the peat soil (for Antonina variety it was 4.4 g and 2.6 g; for Solnechny variety it was 7.7 g and 3.0 g, respectively). The differences were statistically significant (p was less than 0.001). Keywords: potato (Solanum tuberosum L.); seed production; productivity; aeroponics method of cultivation. Author Details: M. S. Romanova, Cand. Sc. (Biol.), deputy director (e-mail: estrel@yandex.ru); E. V. Khaksar, junior research fellow; N. I. Leonova, research fellow; O. O. Novikov, junior research fellow; A. G. Semenov, senior lecturer. For citation: Romanova M. S., Khaksar E. V., Leonova N. I., Novikov O. O., Semenov A. G. Production Efficiency of Virus-Free Material of Antonina and Solnechny Potato Varieties on Aeroponic Installations. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 7. Pp. 33-36 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10708.

Картофель - одна из основных сельскохозяйственных культур, наиболее широко используемых для продовольственных целей. Современный процесс ее семеноводства предполагает сочетание биотехнологических методов оздоровления растений на основе технологии

культивирования in vitro апикальных меристем и стерильных растений с последующим выращиванием миниклубней в защищенных условиях. При традиционном способе производства оригинальных миниклубней в поле или тепличных условиях существует вероятность повторного инфицирования растений

грибной, вирусной и бактериальной инфекцией. В связи с чем необходимо освоение новых технологий производства высших репродукций семенного картофеля, обеспечивающих высокие темпы размножения оригинального материала в сочетании с гарантированным сохранением фитосанитарной чистоты.

Способ круглогодичного выращивания в защищенных условиях в изолированном помещении при искусственном освещении в водной культуре (гидропоника) известен давно. Он относится к бессубстратным. По сравнению с традиционным способом, предусматривающим использование почвенного субстрата, гидропоника обладает рядом преимуществ: отсутствуют трудоемкие и затратные операции с субстратом (замена или обеззараживание, защита от почвенных инфекций и вредителей); растения сбалансированно обеспечиваются питательными элементами и водой; контролируется развитие клубней для производства однородных по размеру стандартных миниклубней семенного картофеля [1, 2, 3].

Еще один бессубстратный способ выращивания миниклубней картофеля - аэропоника. В отличие от гидропоники, в аэропонных установках питательный раствор распыляется непосредственно на корни растений. Периоды впрыскивания раствора чередуются с периодами аэрации корневой системы. Конструкция аэропонной установки обеспечивает свободный доступ к корневой системе и формирующимся мини-клубням растений [4, 5, 6].

Цель исследования - определение возможности использования аэропонных установок для производства оздоровленных миниклубней картофеля сортов Антонина и Солнечный.

Условия, материалы и методы. Работу проводили в Сибирском научно-исследовательском институте сельского хозяйства и торфа - филиале Сибирского федерального научного центра агробио-технологий РАН в 2017 г.

Объекты иследований - сорта Антонина и Солнечный.

Материнские растения получали из апикальных меристем путем культивирования на стандартной питательной среде Мурасиге-Скуга с модификациями в течение 28 суток. По результатам диагностики методом ПЦР в реальном времени перед закладкой опытов для дальнейшей работы были отобраны растения свободные от вирусной и бактериальной нагрузки.

Цикл операций на аэрогидропонной установке начинали с высадки пробирочных растений в адаптационный модуль для предварительного доращивания. Перед высадкой их аккуратно и тщательно отмывали от остатков агаризованной среды для предотвращения попадания ее остатков в систему активного питания. Одновременно по такой же технологии проводили высадку растений в полиэтиленовые (овощные) ящики. Этот способ посадки использовали в качестве контроля. В каждом варианте было высажено по 16 растений в трех повторностях. Такое количество растений выбрано для того, чтобы уровнять площадь их питания в ящиках и на аэропонных установках. Высадку растений в субстрат проводили на глубину 2-го листочка (5 см). Площадь, занимаемая 1 растением на аэропонной установке, - 0,045 м2, в контроле -0,042 м2. Размеры овощных ящиков 75^45^30 см (рис. 1). Все высаженные растения имели темно-зеленую окраску, 5...6 развернутых листьев и полноценную корневую систему. Перед высадкой определяли высоту (см) растений и количество листьев (шт.).

Таблица 1. Дополнительные компоненты субстрата для выращивания растений картофеля

Добавка 1 Доза

Зола, кг 0,42

Мел, кг 0,30

Аммофос, г 30,00

Нитрат аммония, г 6,00

Сульфат калия, г 36,00

Сульфат магния, г 18,00

Сульфат марганца, г 0,30

Сульфат цинка, г 0,90

Сульфат меди, г 4,80

Борная кислота, г 0,42

Молибдат аммония, г 0,18

Сернокислое железо, г 4,80

Вермикулит, л 17,00

В качестве субстрата для выращивания картофеля в контрольном варианте использовали верховой торф с низкой степенью разложения и зольностью 11.20 %. Для укоренения и хорошего роста в торф вносили ряд дополнительных компонентов (табл. 1). Перед внесением добавок субстрат в ящиках проливали одним литром слабо-розового раствора марганцовокислого калия. Нейтрализацию торфа и смешивание его с минеральными добавками проводили очень тщательно, чтобы обеспечить равномерное распределение. Кислотность готового торфа составляла 5,5.5,8 ед. рН. Затем торф смачивали

Рис. 1. Растения картофеля в торфяном субстрате (а) и адаптационной аэропонной установке (б). 34 _ Достижения науки и техники АПК. 2019. Т 33. № 7

Таблица 2. Состав раствора Кнопа с дополнительными компонентами

Добавка Доза, г

Кальций азотнокислый 50,00

Калий азотнокислый 12,50

Калий фосфорнокислый однозамещенный 12,50

Магний сернокислый 12,50

Калий хлористый 6,25

Сульфат марганца 0,10

Сульфат цинка 0,05

Сульфат меди 0,05

Железный купорос 5,00

Лимонная кислота 1,70

ляли источники фосфора в виде КН2Р04. Контроль и корректировку рН осуществляли ежедневно, раствор меняли раз в неделю. В период вегетации проводили лабораторное тестирование листовых проб растений на вирусную инфекцию. Продолжительность выращивания - 100 дней.

Таблица 3. Характеристика растений картофеля по морфологическим показателям перед высадкой в аэропонные установки и торфяной субстрат

водой и укрывали полиэтиленовой пленкой на 3...5 суток на «дозревание», после чего использовали для посадки.

Выращивание бессубстратным способом осуществляли на универсальных аэропонных установках [7]. Использовали два типа установок - адаптационные для подготовки растений и основные для производства миниклубней.

В адаптационных установках (см. рис. 1) растения находились в течение 14 дней в условиях длинного дня на разбавленном (1/2) питательном растворе Кнопа, режим впрыска раствора 2 мин, аэрация 2 мин, при температуре 20.22 °С.

Сорт Высота растений, см Количество листьев, шт.

Антонина 8,24±0,24 5,80±0,15 Солнечный 11,78±0,31 5,94±0,14

Через 100 дней собирали миниклубни, которые сортировали по фракциям: самые мелкие - до 1,5 г, мелкие - 1,5.4,0 г, средние - 4,0.10,0 г, крупные -более 10 г [9].

Таблица 4. Количественный выход миниклубней картофеля с одного растения при выращивании в торфяном грунте и на аэропонных установках

Сорт Способ получения миниклубней картофеля

торфяной грунт аэропонные установки

Антонина 9,40±0,82 15,3±0,99* Солнечный 5,6±0,40 35,9±1,00*

* - отличия от контроля достоверны на уровне значимости р<0,001.

Полученные результаты обрабатывали при помощи пакетов программ 8.0. Для сравнения данных использовался критерий Манна-Уитни.

Результаты и обсуждение. Перед высадкой на аэропонные установки высота пробирочных растений сорта Антонина составляла 8,24 см, Солнечный -11,78 см (табл. 3), количество листьев на растении 5,80 и 5,94 шт. соответственно.

Рис. 2. Растения картофеля сорта Солнечный на аэро-понной установке.

Выращивание на основных аэропонных установках (рис. 2) проводили в два этапа [8]: сначала в условиях длинного дня (16-и часовой фотопериод) на питательном растворе Кнопа с добавлением макро- и микрокомпонентов (табл. 2), режим впрыска раствора 2 мин, аэрация 3 мин., при температуре 20.22 °С, затем в условиях короткого дня (10.12-и часовой фотопериод), режим впрыска раствора 5 мин, аэрация 10 мин, при температуре 16.18 °С. Концентрацию раствора увеличивали на этапе смыкания корней, на этапе закладки столонов из него исключали аммонийные источники азота и добав- * - отличия от контроля достоверны на уровне значимости р<0,001.

Рис. 3. Фракционный состав миниклубней сорта Антонина, полученных при выращивании в аэропонных установках (а) и в торфяном грунте (б): - фракция до 1,5 г;  - фракция 1,5.4 г;  - фракция 4.10 г; [23 - фракция более 10 г.

В торфяном субстрате и на аэропонных установках приживаемость растений картофеля сортов Антонина и Солнечный составила 100 %.

Таблица 5. Характеристики миниклубней, полученных при выращивании оздоровленных растений картофеля сортов Антонина и Солнечный на аэропонных установках и в торфяном субстрате

Сорт Торфяной субстрат (контроль) Аэропонные установки

средняя масса 1 миниклубня, г наибольшая масса 1 мини-клубня, г средняя масса 1 мини-клубня, г наибольшая масса 1 мини-клубня, г

Антонина 2,6±0,35 30,0 4,4±0,36* 51,6 Солнечный 3,0±0,46 19,0 7,7±0,48* 145,1

Рис. 4. Фракционный состав миниклубней сорта Солнечный, полученных при выращивании в аэропонных установках (а) и в торфяном грунте (б): - фракция 0.1,5 г;  - фракция 1,5.4 г;  - фракция 4.10 г; [3 - фракция более 10 г.

Количественный выход миниклубней с 1 растения обоих сортов при использовании аэропонных установок был выше, чем в контроле, на 5,9...30,3 шт. (табл. 4).

В то же время, требуются дальнейшие исследования для оптимизации условий выращивания (спектральный состав света и режим освещения, составы питательных сред и др.) оздоровленных растений в целях повышения количественного выхода миниклубней.

Миниклубни обоих сортов, выращенные на аэро-понных установках, отличались от произведенных в контрольном варианте большей массой: у сорта Антонина - на 69 %, у сорта Солнечный - на 156 % (табл. 5).

Для дальнейшего ведения семеноводства лучше всего пригодны фракции с массой 4.10 г и более 10 г. На сорте Антонина (рис. 3) количественный выход таких миниклубней при выращивании на аэропонных установках (35,9 %) был выше, чем на торфе (19,7 %).

В контроле масса более половины (51 %) собранных клубней не превышала 1,5 г, в то время как среди выращенных на аэропонных установках таких было 35,5 %.

Среди миниклубней картофеля сорта Солнечный, выращенных в торфяном грунте, большую часть (63,2 %) также составила мелкая фракция. На аэропонных установках их было в 2 раза меньше (рис. 4).

Доля миниклубней массой выше 4 г при использовании нового способа более чем в 2 раза превосходила величину этого показателя в контроле (50,4 и 21,2 % соответственно).

Себестоимость производства миниклубней на аэропонных установках составила 18 руб./шт., на торфяном субстрате - 25 руб./шт.

Выводы. Выращивание оздоровленных растений картофеля на аэропонных установках обеспечивает повышение выхода миниклубней растений сорта Антонина, по сравнению с высадкой на торфяном субстрате, на 5,9 шт./раст. (до 15,3±1,0 шт.), сорта Солнечный - на 30,3 шт./раст. (до 35,9±1,0). При этом их средняя масса возрастает на 1,8 и 4,7 г (до 4,4±0,4 и 7,7±0,5 г) соответственно, количественный выход миниклубней оптимальных для семеноводства фракций массой более 4 г - на 16,2 и 29,2 % (до 35,9 и 50,4 %).

Литература.

1. Бентли М. Промышленная гидропоника. М.: Колос. 1965. 376 с.

2. Methods of pre-basic seed potato production with special reference to aeroponics-A review/ T. Buckseth, A. K. Sharma, K. K. Pandey et al.// Scientia Horticulturae. 2016. Vol. 204. Pp. 79-87.

3. Differential growth response and minituber production of three potato cultivars under aeroponics and greenhouse bed culture / R. Tierno, A. Carrasco, E. Ritter et al. //American Journal of Potato Research. 2013. Vol. 91. No. 4. Pp. 346-353.

4. Мартиросян Ю. Ц., Кособрюхов А. А., Мартиросян В. В. Аэропонные технологии в безвирусном семеноводстве - преимущества и перспективы //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 10. С. 47-51.

5. Rykaczewska K. Field performance of potato minitubers produced in aeroponic culture // Plant, soil and environment. 2016. Vol. 62. No. 11. Pp. 522-526.

6. Chang D. C., Park C. S., Kim S. Y., Lee Y. B. Growth and tuberization of hydroponically grown potatoes//Potato research. 2012. Vol. 55. No. 1. Pp. 69-81.

7. Мартиросян Ю.Ц., Харченко П.Н. Лоток для выращивания растений и аэрогидропонная установка с его использованием // Патент РФ № 88246, 11.10.2009. Бюл. № 31.

8. Аэропонное культивирование растений - новые источники ферментов/Ю. Ц. Мартиросян, А. Ю. Америк, В. М. Гольдберг и др. // Биотехнология: состояние и перспективы развития: материалы IX международного конгресса. М.: РЭД ГРУПП, 2017. С. 52-54.

9. Получение миниклубней для семеноводства картофеля / А. А. Какимжанова, В. К. Каримова, Л. Ф. Созинова и др. // Биотехнология. Теория и практика. 2006. № 4. С. 87-91.

ИНФОРМАЦИЯ

Урожай картофеля в 2019 г. вырастет до 22,8 млн т

По прогнозу Минсельхоза России, валовый сбор картофеля в 2019 г. увеличится до 22,8 млн т. В прошлом году его производство во всех категориях хозяйств составило 22,4 млн т, что превысило результат 2017 г. на 3,2 %.

Для поддержки производителей картофеля Минсельхоз реализует комплекс мер, в частности, в рамках «единой» субсидии, а также несвязанной поддержки в области семеноводства, федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2025 гг.

Одно из направлений импортозамещения в отрасли - развитие агрологистической инфраструктуры. Так, за 2018 г. введено в эксплуатацию 375 картофеле- и овощехранилищ суммарной мощностью единовременного хранения 1 196 тыс. т.

По материалам пресс-службы Минсельхоза России