Sergey Banadysev, doktor i landbruksvitenskap, Doka Gene Technologies LLC
Potetminiknoller (MK) er det første knollformede avkommet av sterile potetplanter. Å skaffe miniknoller er det første året av potetfrøordningen i alle land med utviklet potetproduksjon. Potetminiknoller dyrkes kun under beskyttede jordforhold, noe som utelukker risikoen for re-infeksjon av planter med virus-, sopp- og bakteriesykdommer (hvis knoller fra sterile planter dyrkes i åpen mark, oppnås ikke miniknoller som en resultat, men den første feltgenerasjonen).
Det er generelt akseptert at diameteren til en miniknoll skal være minst 10 mm, noe mindre er en mikroknoll.
Behovet for miniknoller for produksjon av 10 tusen tonn elite er: med en femårig ordning med OS og ES (original og elite frøproduksjon) - 50 tusen stykker; med en fireårig ordning med OS og ES - 400 tusen stykker; med en treårig ordning - 3 millioner stk.
Den russiske føderasjonen har sin egen solide vitenskapelige og innovative base på dette området. Den storstilte introduksjonen av de mest moderne teknologiene for dyrking av miniknoller i Russland har alltid blitt utført foran andre land med utviklet potetdyrking: så substratteknologien ble introdusert for 40 år siden, 15 bioteknologiske sentre jobbet med den; hydroponic - for 30 år siden ble den brukt av Doka - Gene Technologies, Meristematic Cultures; aeroponic - utviklet ved All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology) på begynnelsen av 2000-tallet, siden 2010 har denne teknologien blitt promotert av International Potato Center og aktivt spredt over hele verden. I den russiske føderasjonen produseres industrianlegg for dyrking av miniknoller: Potettre og Meristem. Samtidig produserer de fleste innenlandske frødyrkende bedrifter fortsatt miniknoller i små volum, innenfor grensene for behovet for en femårig ordning for å oppnå eliten. Bare FAT-Agro-selskapet har nådd nivået på mer enn 2 millioner enheter per år, noe som er nok til å bytte til en treårig ordning.
En total økning i produksjonen av miniknoller for å redusere frøproduksjonsordningen og forbedre produktkvaliteten er en strategisk måte å utvikle potetfrøproduksjonen på. Med dette perspektivet i tankene har det blitt gjort mange forsøk de siste årene på å forbedre dyrkingsteknikker. Hovedmålet med innovasjoner er å få så mange miniknoller som mulig per plante in vitro og per arealenhet i drivhuset. For å oppnå det brukes mange metoder for avlingsproduksjon, men ikke alle løsninger som er foreslått basert på resultatene av vitenskapelig forskning gir resultater i industriell produksjon.
Mange aspekter ved effektiv høyvolum miniknollproduksjon er know-how. Den russiske produksjonen av minipotetknoller har alltid blitt utført på det mest effektive og avanserte vitenskapelige og teknologiske grunnlaget. Og nå har landet tilgjengelige og anvendte teknologier som er betydelig bedre enn verdensnivå.
Den primære betingelsen for kvalifisert produksjon av miniknoller er overholdelse av gjeldende regler og forskrifter. Den russiske føderasjonens regelverk om dette emnet er av rådgivende karakter, i gjeldende forskrift om sertifisering av landbruksvekster er det for eksempel ikke et ord om reglene for produksjon og sertifisering av minipotetknoller. I en slik situasjon er det nødvendig å fokusere på internasjonal erfaring. I alle land med utviklet potetfrøproduksjon er obligatoriske krav til organisering, teknologi og kvalitet på produserte miniknoller vedtatt, offisielt godkjent og strengt overholdt.
Disse kravene bør legges til grunn av innenlandske foretak som spesialiserer seg på produksjon av miniknoller, i formatet av bedriftsstandarder, for egenkontroll, inntil staten har dannet et offisielt regelverk på dette området. For eksempel, i den russiske føderasjonen er det normer for teknologisk design av avlskomplekser og reproduksjonsdrivhus NTP-APK 1.10.09.001-02. Utviklerne av NTP inkluderte imidlertid ikke i dokumentet en del om de obligatoriske funksjonene til strukturer beregnet på dyrking av miniknoller. Og det er mange slike funksjoner, for eksempel: et drivhus bør ha en dobbel dør med et omkledningsrom for å skifte klær. Stelleområdet skal være utstyrt med fotputer og vaskemiddel for vask og desinfisering av hender. Inngangsdører og alle ventilasjonsåpninger skal dekkes med bladlusbeskyttelse (maskestørrelse maks 0,5 x 0,9 mm). Rommet må være riktig kontrollert for temperatur og fuktighet (gjelder for et glasshus). Et jordfritt medium bør brukes for tilpasning av sterile planter. Hvis en jord/jordblanding brukes, må den behandles/steriliseres på riktig måte for å sikre fravær av jordpatogener.
Miniknollavlingen må hentes fra offisielt sertifiserte mikroplanter eller mikroknoller dyrket i et aseptisk miljø fra det meristematiske vevet i kildematerialet, testet for fravær av virus, viroider og bakterier som infiserer poteter i et skikkelig akkreditert testlaboratorium.
Metoder, prosedyre, frekvens for å teste kvaliteten på materialet i alle stadier av produksjonen av miniknoller er strengt regulert.
Mye praktisk talt viktig informasjon har blitt akkumulert om optimalisering av mikropropageringsprotokoller for poteter. Forskning på dette området viser store muligheter for å forbedre plantevekst og utvikling basert på endringer i konsentrasjonen og forholdet mellom næringsstoffer. Det er fastslått at bruk av vekstregulatorer i kulturen av potetmeristemer ikke er nødvendig, men tilsetning av visse stoffer, selv ved lave konsentrasjoner, øker og akselererer produksjonen av materialet. Det er viktig å optimalisere inkubasjonsforholdene til mikropropagerte potetplanter ved å bruke ulike lyskilder, lysmoduser og romventilasjon. Med bruken av LED-lamper begynte deres evner å bli aktivt studert i forhold til potetmikroformering. Rødt og langt rødt lysspekter øker vekstegenskaper; kombinasjonen rødt + blått + langt rødt/hvitt lys har imidlertid bedre effekt på knolldannelse og akkumulering av primære metabolitter.
Teknologier for dyrking av miniknoller er delt inn i to hovedgrupper: substrat (stor variasjon) og ikke-substrat (vannkultur og aeroponikk). De viktigste teknologiene for produksjon av miniknoller: på naturlige underlag (80% av volumet), hydroponiske og aeroponiske. Innhenting av mikroknoller er også relatert til temaet MC og brukes i økende grad til massereproduksjon av kildematerialet. Forskjellen mellom mikroknoller og miniknoller ligger i mediets modus (mikroknoller dyrkes kun under sterile in vitro-forhold og miniknoller kun under beskyttede ex vitro-forhold) og knollstørrelse. Resultatene og konklusjonene oppnådd i praktiske eksperimenter samsvarer i mange tilfeller ikke med teoretiske postulater angående mulighetene for å stimulere tuberisering i in vitro-kultur. Dette gjelder både kosthold, bruk av vekstregulatorer, samt vekstforhold og bruk av stressfaktorer. Hvis offentlig tilgjengelig informasjon om de teknologiske regelverket for produksjon av mikroknoller i de fleste tilfeller gjør det mulig å oppnå ganske middelmådige resultater - omtrent eller litt mer enn én mikroknoll som veier 200-400 mg per plante, så faglig justering av teknologien i forhold til spesifikke produksjonsforholdene øker effektiviteten til prosessen til tider. I den russiske føderasjonen er det kunnskap på dette området med produksjon av minst tre mikroknoller som veier mer enn 0,5 g fra en plante i et standard reagensrør.
For helårsdyrking av mikroknoller og forbedring av deres kvalitet, produseres flere forskjellige design av bioreaktorer kommersielt i verden. Disse halvautomatiske systemene lar deg redusere intensiv manuell prosessering og dermed øke produktiviteten og redusere produksjonskostnadene. Mikroknoller oppnådd i bioreaktorer har en mye større masse og større diameter. Den nyeste teknologien på dette området er utviklingen av japanske forskere og designere.
Det store produksjonssystemet for mikroknoller som bruker plastkulturposer, produserer med hell mellom 100 og 300 mikroknoller per pose, avhengig av variasjonen. Å endre konsentrasjonen av næringsstoffer i form av et lavere innhold av sukrose, nitrogen, øke nivået av kaliumfosfat i mediet gjorde det mulig å øke det totale antallet og gjennomsnittlige vekten av mikroknoller. Japansk teknologi gjør det mulig å produsere 250 000 mikroknoller per år (i tre høstingssykluser) i et 66 m dyrkingsrom2. og 80% av mikroknollene oppnådd ved denne teknologien har en masse på mer enn 1 g, dvs. egnet for planting direkte i åkeren.
Over hele verden er det produksjon av miniknoller på naturlige underlag. Selv om denne teknologien er godt etablert, kan den fortsatt forbedres betydelig. Genotype, varighet og betingelser for in vitro-dyrking, plantestørrelse, eksponering for næringsstoffer og vekstregulatorer påvirker miniknollproduksjonen markant. Alder og forbehandling av frøplanter under planting, forholdene og perioden for herding, sesongen for planting og vekst, sammensetningen av jordmiljøet, metoden for planting, tettheten av planteplassering, gjødseldoser og belysning påvirker også intensiteten av miniknollproduksjon.
Mange naturlige stoffer og materialer egner seg som medium for dyrking av minipotetknoller. Hovedkomponenten i drivhussubstrater er tradisjonelt torv. Alternative ingredienser - som perlitt, vermikulitt og vermikompost - har også vunnet popularitet nylig på grunn av deres akseptable lufting og vannholdende kapasitet.
I de fleste tilfeller, når du dyrker miniknoller i en substratkultur, er det nødvendig å påføre makro- og mikrogjødsel. Blant spesialister kalles teknologien som bruker periodisk vanning og gjødsling av ufruktbare substrater med næringsstoffer, hydroponics. Hydroponiske teknologier for dyrking av minipotetknoller har varianter som bruker inerte substrater (sand, trebark, kokosnøtt, etc.) og ren vannkultur (tynn næringsfilm).
Alle bestemmelser i teorien om poteternæring i forhold til muligheten for å kontrollere tuberisering kan også brukes i hydroponisk dyrking, men det er en forståelse av behovet for en betydelig endring i konsentrasjonen og forholdet mellom næringsstoffer for hver sort og på forskjellige stadier av vegetativ vekst, initiering av tuberisering og vekst av planteknoller. Næringsløsningssammensetninger er gitt i de fleste publikasjoner. Samtidig varierer antallet knoller fra en plante og fra en enhetsareal flere ganger. Når det gjelder målrettede justeringer av næringsløsningen for å radikalt øke antall knoller (og dette er nettopp fordelen med hydroponics) er det svært lite åpen informasjon. I de senere årene er det kun utgitt noen få publikasjoner, ikke med referanser til tidligere års kjente komposisjoner, men med originalt materiale.
Den mest moderne - aeroponiske - teknologien for dyrking av miniknoller har en rekke grunnleggende funksjoner. Til dags dato er alle påfølgende stadier av implementeringen utarbeidet, men utforskende forskning fortsetter. Den spesielle verdien av teknologisk informasjon om aeroponikk er at den viser utviklingsretningen til miniknoller rundt om i verden i dag. Denne utviklingen er anvendelig eller kan tilpasses andre teknologier for dyrking av miniknoller.
Valget av teknologi for produksjon av miniknoller for spesifikke forhold bør være basert på en analyse av produksjonsindikatorer, risikonivået, behovet for arbeidsressurser, en sammenligning av investeringskostnader, kostnader og lønnsomhet. Hver teknologi har implementeringsmuligheter og betydelige svingninger i produksjonseffektivitet avhengig av mange faktorer. Alle teknologier bruker og er basert på opprinnelig plantemateriale fra en steril kultur eller mikroknoller. Dette stadiet er nesten universelt, det kan betraktes som standard. I selve teknologien for å dyrke miniknoller må du velge mellom et stort antall variabler.
De aller fleste store frøbedrifter dyrker i dag miniknoller i drivhus av glass eller filmjord på naturlige organo-mineralske substrater med utstrakt bruk av torv. Denne teknologien har den laveste kostnaden for en miniknoll. Som regel dyrkes en avling per år. I Europa anses det som normalt å få 4-5 knoller fra en plante. Differensiert påføring av mikrogjødsel, biologisk aktive stoffer, PPP tillater å øke multiplikasjonsfaktoren opp til 8-10.
Argumenter til fordel for bioreaktoren er sterilitet, det maksimale utbyttet av mikroknoller per arealenhet. Ulempene med en bioreaktor er behovet for et stort antall planter, den lille størrelsen på knollene, problemet med modning og mekanisert planting i feltet.
Fordelene med hydroponics er produksjonsevne, en reell mulighet for å stimulere tuberisering, industrielt utstyr; ulemper - dårlig utvikling av rotsystemet, risikoen for smittespredning gjennom næringsløsningen, arbeidskrevende. Aeroponics krever mer plass og fullstendig skygge for rotsystemet, på grunn av bedre utvikling og lufttilførsel kan det dannes flere knoller sammenlignet med hydroponics. Imidlertid er aeroponisk teknologi den mest krevende, strømforsyningen bør ikke avbrytes i mer enn en halv time.
Denne korte gjennomgangen viser at utviklingen av en treårig ordning for produksjon av potet elite ved bruk av et stort antall miniknoller allerede er en realitet. Økningen i volum og intensivering av produksjonen oppnås ved å oppnå maksimalt antall miniknoller per arealenhet med et minimum antall startplanter. Dekket jord og kildemateriale er dyrt, så å få bare 2-3 knoller fra en plante er et lite lovende alternativ, selv om hovedvolumene av miniknoller i verden fortsatt produseres på denne måten. Med substratteknologi estimeres det faktiske produksjonsnivået i henhold til følgende parametere: normal - 100 stykker / m2, bra - 200 stykker/m2; høy - 300 stykker/m2 for vekstsesongen. Hydroponisk teknologi har potensial til å produsere 500 miniknoller, aeroponic - 1000 miniknoller per kvadratmeter. m. av installasjonsareal for vekstsesongen. For referanse: kostnadene for dyrkingsanlegg for substratteknologi i 2021 var 50 tusen rubler. per kvadratmeter, for hydroponic - 100 tusen rubler, for aeroponic - 150 tusen rubler.
Hovedproblemet med å dyrke miniknoller innendørs er å oppnå en kombinasjon av aktiv vegetativ utvikling med intensiv knolldannelse. Det er mulig å øke intensiteten av tuberisering ved å optimalisere mikroklimaet (temperatur, fuktighet, fotoperiode), optimalisere mineralernæring; bruk av tuberiseringsstimulerende midler, restriksjoner på vegetativ vekst. Samtidig er det en kompleks organisatorisk og teknologisk oppgave å skaffe miniknoller i store volumer. Nyansene til intensiv dyrking av miniknoller har vært kommersiell informasjon i mer enn 20 år. Det er ingen faglige regler i det offentlige, dette er kunnskapen til hver enkelt virksomhet.
I andre kvartal 2022 utgis boken «Minipotetknoller», som presenterer og analyserer tilgjengelig vitenskapelig og kommersiell informasjon om temaet, og med vekt på effektive metoder for å øke intensiteten i miniknollproduksjonen. Informasjonsvolumet er på mer enn 400 sider. Boken vil kun være tilgjengelig som abonnement. Send søknader til: s.banadysev@dokagene.ru