Sergei Banadysev, Doka Gene Technologies LLC põllumajandusteaduste doktor
Kartuli minimugulad (MK) on steriilsete kartulitaimede esimene muguljas järglane. Minimugulate hankimine on kartuliseemnete kava esimene aasta kõigis arenenud kartulikasvatusega riikides. Kartuli minimugulaid kasvatatakse ainult kaitstud pinnasetingimustes, mis välistab taimede uuesti nakatumise ohu viirus-, seen- ja bakteriaalsete haigustega (kui steriilsete taimede mugulaid kasvatatakse avamaal, siis minimugulaid ei saada. tulemus, kuid esimene põlvkond).
Üldtunnustatud seisukoht on, et minimugula läbimõõt peab olema vähemalt 10 mm, kõik vähem on mikromugulad.
Minimugulate vajadus 10 tuhande tonni eliidi tootmiseks on: OS-i ja ES-i viieaastase skeemiga (originaal- ja eliitseemne tootmine) - 50 tuhat tükki; nelja-aastase OS-i ja ES-i skeemiga - 400 tuhat tükki; kolmeaastase skeemiga - 3 miljonit tükki.
Vene Föderatsioonil on selles valdkonnas oma kindel teaduslik ja uuenduslik baas. Kõige kaasaegsemate minimugulate kasvatamise tehnoloogiate laiaulatuslik kasutuselevõtt Vene Föderatsioonis on alati toimunud teistest arenenud kartulikasvatusega riikidest ees: seega võeti substraaditehnoloogia kasutusele 40 aastat tagasi, selle kallal töötas 15 biotehnoloogiakeskust; hüdropooniline - 30 aastat tagasi, seda kasutab Doka - Gene Technologies, Meristematic Cultures; aeroponic - töötati välja Ülevenemaalises Põllumajanduse Biotehnoloogia Uurimisinstituudis (All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology) 2000. aastate alguses, alates 2010. aastast on seda tehnoloogiat propageerinud Rahvusvaheline Kartulikeskus ja see on aktiivselt levinud üle maailma. Vene Föderatsioonis toodetakse minimugulate kasvatamiseks mõeldud tööstusettevõtteid: kartulipuu ja meristeem. Samal ajal toodab enamik kodumaiseid seemnekasvatusettevõtteid minimugulaid väikestes kogustes viieaastase eliidi hankimise skeemi vajaduse piires. Vaid FAT-Agro ettevõte on jõudnud enam kui 2 miljoni ühikuni aastas, millest piisab kolmeaastasele skeemile üleminekuks.
Minimugulate tootmise igakülgne suurendamine seemnetootmise skeemi vähendamise ja tootekvaliteedi parandamise eesmärgil on strateegiline viis kartuliseemnekasvatuse arendamiseks. Seda vaatenurka silmas pidades on viimastel aastatel tehtud palju katseid kasvatamise tehnikate täiustamiseks. Uuenduste peamine eesmärk on saada võimalikult palju minimugulaid ühe taime kohta in vitro ja kasvuhoone pinnaühiku kohta. Selle saavutamiseks kasutatakse paljusid taimekasvatuse meetodeid, kuid mitte kõik teadusuuringute tulemuste põhjal pakutud lahendused ei anna tulemusi tööstuslikus tootmises.
Paljud tõhusa suuremahulise minimugulatootmise aspektid on oskusteave. Venemaa minikartulimugulate tootmine on alati toimunud kõige tõhusamatel ja arenenumatel teaduslikel ja tehnoloogilistel alustel. Ja nüüd on riigis saadaval ja rakendatud tehnoloogiad, mis on maailmatasemest oluliselt paremad.
Minimugulate kvalifitseeritud tootmise esmane tingimus on kehtivate eeskirjade ja eeskirjade järgimine. Vene Föderatsiooni selleteemaline regulatiivne raamistik on oma olemuselt nõuandev, näiteks kehtivas põllumajanduskultuuride sertifitseerimise määruses pole sõnagi minikartuli mugulate tootmise ja sertifitseerimise reeglitest. Sellises olukorras on vaja keskenduda rahvusvahelisele kogemusele. Kõikides arenenud kartuliseemnekasvatusega riikides on vastu võetud, ametlikult heaks kiidetud ja rangelt järgitud kohustuslikud nõuded toodetavate minimugulate korraldamise, tehnoloogia ja kvaliteedi kohta.
Neid nõudeid peaksid minimugulate tootmisele spetsialiseerunud kodumaised ettevõtted võtma aluseks ettevõtte standardite vormis enesekontrolliks, kuni riik on loonud selles valdkonnas ametliku reguleeriva raamistiku. Näiteks Vene Föderatsioonis on aretuskomplekside ja paljunduskasvuhoonete tehnoloogilise projekteerimise normid NTP-APK 1.10.09.001-02. Kuid NTP arendajad ei lisanud dokumenti jaotist minimugulate kasvatamiseks mõeldud struktuuride kohustuslike omaduste kohta. Ja selliseid funktsioone on palju, näiteks: kasvuhoones peaks olema kahekordne uks koos riietusruumiga riiete vahetamiseks. Mähkimisala peaks olema varustatud jalapatjadega ja pesuvahendiga käte pesemiseks ja desinfitseerimiseks. Välisuksed ja kõik ventilatsiooniavad peavad olema kaetud lehetäide kaitsevõrguga (silma suurus maksimaalselt 0,5 x 0,9 mm). Ruumis peab olema korralikult reguleeritud temperatuur ja niiskus (kehtib klaasmaja puhul). Steriilsete taimede kohanemiseks tuleks kasutada mullavaba söödet. Kui kasutatakse mulla/mullasegu, tuleb seda nõuetekohaselt töödelda/steriliseerida, et tagada mulla patogeenide puudumine.
Minimugulsaak peab olema saadud ametlikult sertifitseeritud mikrotaimedelt või aseptilises keskkonnas kasvatatud mikromugulatest lähtematerjali meristemaatilisest koest, mida on nõuetekohaselt akrediteeritud katselaboris testitud viiruste, viroidide ja kartulit nakatavate bakterite puudumise suhtes.
Materjali kvaliteedi kontrollimise meetodid, protseduur ja sagedus minimugulate tootmise kõigil etappidel on rangelt reguleeritud.
Kartuli mikropaljundusprotokollide optimeerimise kohta on kogunenud palju praktiliselt olulist teavet. Selle valdkonna uuringud näitavad rohkelt võimalusi taimede kasvu ja arengu parandamiseks toitainete kontsentratsiooni ja vahekorra muutuste põhjal. On kindlaks tehtud, et kasvuregulaatorite kasutamine kartulimeristeemide kultuuris ei ole vajalik, kuid teatud ainete lisamine isegi madalates kontsentratsioonides suurendab ja kiirendab materjali tootmist. Oluline on optimeerida mikropaljundatud kartulitaimede inkubatsioonitingimusi, kasutades erinevaid valgusallikaid, valgustusrežiime ja ruumi ventilatsiooni. LED-lampide tulekuga hakati aktiivselt uurima nende võimalusi seoses kartuli mikropaljundamisega. Punase ja kaugpunase valguse spekter suurendavad kasvuomadusi; punase + sinise + kaugpunase/valge valguse kombinatsioon mõjutab aga paremini mugulate moodustumist ja primaarsete metaboliitide akumuleerumist.
Minimugulate kasvatamise tehnoloogiad jagunevad kahte põhirühma: substraat (suur valik) ja mittesubstraat (veekultuur ja aeropoonika). Peamised minimugulate tootmise tehnoloogiad: looduslikel substraatidel (80% mahust), hüdropoonilised ja aeropoonilised. Mikromugulate saamine on samuti seotud MC temaatikaga ja seda kasutatakse üha enam lähtematerjali massiliseks paljundamiseks. Mikromugulate ja minimugulate erinevus seisneb söötme režiimis (mikromugulaid kasvatatakse ainult steriilsetes in vitro tingimustes ja minimugulaid ainult kaitstud ex vitro tingimustes) ja mugulate suuruses. Praktilistes katsetes saadud tulemused ja järeldused ei vasta paljudel juhtudel teoreetilistele postulaatidele tuberkuloosi stimuleerimise võimaluste kohta in vitro kultuuris. See kehtib nii toitumise, kasvuregulaatorite kasutamise kui ka kasvutingimuste ja stressifaktorite kasutamise kohta. Kui avalikult kättesaadav teave mikromugulate tootmise tehnoloogiliste eeskirjade kohta võimaldab enamasti saada üsna kesiseid tulemusi - umbes või veidi rohkem kui üks mikromugul kaaluga 200-400 mg taime kohta, siis tehnoloogia professionaalne kohandamine konkreetsete omadustega. tootmistingimused suurendavad kohati protsessi efektiivsust. Vene Föderatsioonis on selles valdkonnas oskusteave, kus ühest taimest toodetakse standardkatseklaasis vähemalt kolm mikromugulat, mis kaaluvad üle 0,5 g.
Mikromugulate aastaringseks kasvatamiseks ja nende kvaliteedi parandamiseks toodetakse maailmas kaubanduslikult mitme erineva disainiga bioreaktoreid. Need poolautomaatsed süsteemid võimaldavad teil vähendada intensiivset käsitsi töötlemist ja seeläbi tõsta tootlikkust ja vähendada tootmiskulusid. Bioreaktorites saadud mikromugulad on palju suurema massi ja suurema läbimõõduga. Selle valdkonna uusim tehnoloogia on Jaapani teadlaste ja disainerite arendus.
Suuremahuline mikromugulate tootmissüsteem, milles kasutatakse plastkultuurikotte, annab sõltuvalt sordist edukalt 100–300 mikromugulat koti kohta. Toitainete kontsentratsiooni muutmine sahharoosi ja lämmastiku madalama sisalduse osas, kaaliumfosfaadi taseme tõstmine söötmes võimaldas suurendada mikromugulate koguarvu ja keskmist massi. Jaapani tehnoloogia võimaldab toota 250 000 mikromugulat aastas (kolmes koristustsüklis) 66 m kasvatusruumis2. ja 80% selle tehnoloogiaga saadud mikromugulatest on massiga üle 1 g, s.o. sobib otse põllule istutamiseks.
Kogu maailmas valitseb minimugulate tootmine looduslikel substraatidel. Kuigi see tehnoloogia on hästi välja kujunenud, saab seda siiski oluliselt täiustada. Genotüüp, in vitro kasvatamise kestus ja tingimused, taime suurus, kokkupuude toitainete ja kasvuregulaatoritega mõjutavad märkimisväärselt minimugulate tootmist. Samuti mõjutavad seemikute vanus ja eeltöötlus istutamisel, kõvenemise tingimused ja periood, istutus- ja kasvuaeg, mullakeskkonna koostis, istutusviis, taimede paigutustihedus, väetise doosid, valgustus. minimugulate tootmise intensiivsus.
Minikartuli mugulate kasvatamise söötmeks sobivad paljud looduslikud ained ja materjalid. Kasvuhoonesubstraatide põhikomponendiks on traditsiooniliselt turvas. Alternatiivsed koostisosad – nagu perliit, vermikuliit ja vermikompost – on samuti viimasel ajal populaarsust kogunud tänu oma vastuvõetavale õhutus- ja veepidavusvõimele.
Enamasti on substraadikultuuris minimugulate kasvatamisel vaja anda makro- ja mikroväetisi. Spetsialistide seas nimetatakse hüdropoonikaks tehnoloogiat, mis kasutab perioodilist kastmist ja viljatute substraatide toitainetega väetamist. Minikartuli mugulate kasvatamise hüdropoonilistel tehnoloogiatel on sordid, mis kasutavad inertseid substraate (liiv, puukoor, kookospähkel jne) ja puhast veekultuuri (õhuke toitekile).
Kõiki kartuli toitumisteooria sätteid seoses mugulate kontrollimise võimalusega saab rakendada ka hüdropoonilises kasvatamises, kuid on olemas arusaam vajadusest oluliselt muuta toitainete kontsentratsiooni ja vahekorda iga sordi ja erinevatel etappidel. vegetatiivse kasvu, mugulate tekke ja taimede mugulate kasvu. Toitelahuse koostised on toodud enamikus väljaannetes. Samas erineb taimelt ja pinnaühikult saadud mugulate arv mitu korda. Mis puudutab toitelahuse sihipärast kohandamist mugulate arvu radikaalseks suurendamiseks (ja see on just hüdropoonika eelis), siis on avatud teavet väga vähe. Viimastel aastatel on vaid üksikud väljaanded ilmunud mitte viidetega möödunud aastate tuntud kompositsioonidele, vaid originaalmaterjalidega.
Kõige kaasaegsemal - aeropoonilisel - minimugulate kasvatamise tehnoloogial on mitmeid põhiomadusi. Praeguseks on selle rakendamise kõik järjestikused etapid läbi töötatud, kuid uurimuslikud uuringud jätkuvad. Aeropoonika tehnoloogilise teabe eriline väärtus seisneb selles, et see näitab minimugulate arengusuunda tänapäeval üle maailma. Need arendused on rakendatavad või kohandatavad muudele minimugulate kasvatamise tehnoloogiatele.
Konkreetsetele tingimustele vastavate minimugulate tootmise tehnoloogia valikul tuleks lähtuda tootmisnäitajate analüüsist, riskide tasemest, tööjõuressursi vajadusest, investeerimiskulude, kulu ja kasumlikkuse võrdlusest. Igal tehnoloogial on rakendusvõimalused ja olulised kõikumised tootmise efektiivsuses sõltuvalt paljudest teguritest. Kõik tehnoloogiad kasutavad ja põhinevad steriilsest kultuurist või mikromugulatest pärit esialgsel taimsel materjalil. See etapp on peaaegu universaalne, seda võib pidada standardseks. Minimugulate kasvatamise tehnoloogias peate valima suure hulga muutujate hulgast.
Valdav enamus suuri seemnefirmasid kasvatab praegu minimugulaid klaas- või kilepinnasega kasvuhoonetes looduslikel orgaanilis-mineraalsetel alustel, kus kasutatakse rohkelt turvast. Sellel tehnoloogial on minimugulatest madalaim hind. Üldjuhul kasvatatakse üks saak aastas. Euroopas peetakse normaalseks, kui ühelt taimelt saadakse 4-5 mugulat. Mikroväetiste, bioloogiliselt aktiivsete ainete, PPP diferentseeritud kasutamine võimaldab tõsta korrutustegurit kuni 8-10-ni.
Argumendid bioreaktori poolt on steriilsus, mikromugulate maksimaalne saagikus pinnaühiku kohta. Bioreaktori miinusteks on vajadus suure hulga taimede järele, mugulate väiksus, küpsemise probleem ja põllule mehhaniseeritud istutamine.
Hüdropoonika eelised on valmistatavus, reaalne võimalus stimuleerida tuberistamist, tööstusseadmed; miinused - juurestiku halb areng, toitainelahuse kaudu leviva nakkuse oht, töömahukus. Aeropoonika nõuab juurestikule rohkem ruumi ja täielikku varju, tänu paremale arengule ja õhuvarustusele saab hüdropoonikaga võrreldes rohkem mugulaid moodustada. Aeropooniline tehnoloogia on aga kõige nõudlikum, toiteallikas ei tohiks katkeda kauemaks kui pooleks tunniks.
See lühike ülevaade näitab, et kolmeaastase skeemi väljatöötamine eliitkartulite tootmiseks, kasutades suurt hulka minimugulaid, on juba reaalsus. Mahtude kasv ja tootmise intensiivistamine saavutatakse minimugulate maksimaalse arvu saamisega pinnaühiku kohta minimaalse algtaimede arvuga. Kaetud muld ja lähtematerjal on kallid, nii et ühest taimest vaid 2-3 mugula hankimine on vähetõotav variant, kuigi põhilised minimugulate mahud maailmas toodetakse ikkagi sel viisil. Substraaditehnoloogia abil hinnatakse tegelikku tootmistaset järgmiste parameetrite järgi: normaalne - 100 tk / m2, hea - 200 tk/m2; kõrge - 300 tk / m2 kasvuperioodiks. Hüdropoonilise tehnoloogia abil on võimalik toota 500 minimugulat, aeropoonilisel - 1000 minimugulat ruutmeetri kohta. m paigaldusala kasvuperioodiks. Võrdluseks: substraaditehnoloogia viljelusrajatiste maksumus 2021. aastal oli 50 tuhat rubla. ruutmeetri kohta, hüdropoonika jaoks - 100 tuhat rubla, aeropoonika jaoks - 150 tuhat rubla.
Minimugulate siseruumides kasvatamise põhiprobleemiks on aktiivse vegetatiivse arengu kombinatsiooni saavutamine intensiivse mugulate moodustumisega. Tuberiseerumise intensiivsust on võimalik tõsta mikrokliima optimeerimise (temperatuur, niiskus, fotoperiood), mineraalse toitumise optimeerimisega; tuberkuloosi stimulantide kasutamine, vegetatiivse kasvu piirangud. Samal ajal on minimugulate hankimine suurtes kogustes keeruline organisatsiooniline ja tehnoloogiline ülesanne. Minimugulate intensiivse kasvatamise nüansid on olnud kaubanduslik teave juba üle 20 aasta. Kutsealased eeskirjad ei ole avalikud, see on iga ettevõtte oskusteave.
2022. aasta teises kvartalis ilmub raamat “Mini kartulimugulad”, mis esitleb ja analüüsib selleteemalist olemasolevat teadus- ja äriinfot ning paneb rõhku tõhusatele meetoditele minimugulate tootmise intensiivsuse suurendamiseks. Teabe maht on üle 400 lehekülje Raamat on saadaval ainult tellimisel. Saada taotlused aadressile: s.banadysev@dokagene.ru