Sergey Banadysev, Doktor der Agrarwissenschaften, Doka Gene Technologies LLC
Kartoffel-Miniknollen (MK) sind die ersten knolligen Nachkommen steriler Kartoffelpflanzen. Die Gewinnung von Miniknollen ist das erste Jahr des Kartoffelsaatgutprogramms in allen Ländern mit entwickelter Kartoffelproduktion. Kartoffel-Miniknollen werden nur unter geschützten Bodenbedingungen angebaut, die das Risiko einer erneuten Infektion von Pflanzen mit Virus-, Pilz- und Bakterienkrankheiten ausschließen (wenn Knollen von sterilen Pflanzen im Freiland angebaut werden, werden keine Miniknollen als A Ergebnis, sondern die erste Feldgeneration).
Es ist allgemein anerkannt, dass der Durchmesser einer Miniknolle mindestens 10 mm betragen sollte, alles darunter ist eine Mikroknolle.
Der Bedarf an Mini-Knollen für die Produktion von 10 Tonnen Elite beträgt: mit einem Fünfjahresplan für OS und ES (Original- und Elite-Saatgutproduktion) - 50 Stück; mit einem Vierjahresplan von OS und ES - 400 Stück; mit einem Dreijahresplan - 3 Millionen Stück.
Die Russische Föderation verfügt in diesem Bereich über eine eigene solide wissenschaftliche und innovative Basis. Die großflächige Einführung modernster Technologien für den Anbau von Mini-Knollen in der Russischen Föderation wurde immer vor anderen Ländern mit entwickeltem Kartoffelanbau durchgeführt: So wurde die Substrattechnologie vor 40 Jahren eingeführt, 15 biotechnologische Zentren arbeiteten daran; hydroponisch - vor 30 Jahren wird es von Doka verwendet - Gentechnologien, Meristematic Cultures; Aeroponik - Anfang der 2000er Jahre am Allrussischen Forschungsinstitut für landwirtschaftliche Biotechnologie (Allrussisches Forschungsinstitut für landwirtschaftliche Biotechnologie) entwickelt, wird diese Technologie seit 2010 vom International Potato Center gefördert und weltweit aktiv verbreitet. In der Russischen Föderation werden Industrieanlagen für den Anbau von Mini-Knollen hergestellt: Potato Tree und Meristem. Gleichzeitig produzieren die meisten heimischen Saatgutunternehmen immer noch Mini-Knollen in kleinen Mengen, im Rahmen der Notwendigkeit eines Fünfjahresprogramms zur Erlangung der Elite. Nur das Unternehmen FAT-Agro hat das Niveau von mehr als 2 Millionen Einheiten pro Jahr erreicht, was ausreicht, um auf ein Dreijahresprogramm umzusteigen.
Eine umfassende Steigerung der Produktion von Mini-Knollen, um das Saatgutproduktionsprogramm zu reduzieren und die Produktqualität zu verbessern, ist ein strategischer Weg zur Entwicklung der Kartoffelsaatgutproduktion. Vor diesem Hintergrund wurden in den letzten Jahren viele Versuche unternommen, die Anbautechniken zu verbessern. Das Hauptziel von Innovationen ist es, so viele Mini-Knollen wie möglich pro Pflanze in vitro und pro Flächeneinheit des Gewächshauses zu erhalten. Um dies zu erreichen, werden viele Methoden der Pflanzenproduktion verwendet, aber nicht alle Lösungen, die auf der Grundlage der Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung vorgeschlagen werden, führen zu Ergebnissen in der industriellen Produktion.
Viele Aspekte der effizienten Minituber-Produktion in großen Mengen sind Know-how. Die russische Produktion von Mini-Kartoffelknollen wurde schon immer auf der effizientesten und fortschrittlichsten wissenschaftlichen und technologischen Grundlage durchgeführt. Und jetzt verfügt das Land über verfügbare und angewandte Technologien, die dem Weltniveau deutlich überlegen sind.
Grundvoraussetzung für die qualifizierte Produktion von Miniknollen ist die Einhaltung der geltenden Vorschriften und Vorschriften. Der regulatorische Rahmen der Russischen Föderation zu diesem Thema hat beratenden Charakter, in der aktuellen Verordnung über die Zertifizierung landwirtschaftlicher Kulturen beispielsweise gibt es kein Wort über die Regeln für die Produktion und Zertifizierung von Mini-Kartoffelknollen. In einer solchen Situation ist es notwendig, auf internationale Erfahrung zu setzen. In allen Ländern mit entwickelter Kartoffelsaatgutproduktion wurden verbindliche Anforderungen an die Organisation, Technologie und Qualität der produzierten Miniknollen verabschiedet, amtlich genehmigt und streng eingehalten.
Diese Anforderungen sollten von den auf die Produktion von Mini-Knollen spezialisierten inländischen Betrieben im Format von Betriebsnormen zur Selbstkontrolle zugrunde gelegt werden, bis der Staat einen offiziellen Ordnungsrahmen in diesem Bereich geschaffen hat. In der Russischen Föderation gibt es beispielsweise Normen für die technologische Gestaltung von Zuchtkomplexen und Reproduktionsgewächshäusern NTP-APK 1.10.09.001-02. Die Entwickler des NTP haben jedoch keinen Abschnitt über die obligatorischen Merkmale von Strukturen, die für den Anbau von Mini-Knollen bestimmt sind, in das Dokument aufgenommen. Und davon gibt es viele, zum Beispiel: Ein Gewächshaus sollte eine Doppeltür mit einem Umkleideraum haben. Der Umkleidebereich sollte mit Fußpolstern und Reinigungsmitteln zum Waschen und Desinfizieren der Hände ausgestattet sein. Eingangstüren und alle Lüftungsöffnungen müssen mit Blattlausschutzgitter (Maschenweite maximal 0,5 x 0,9 mm) abgedeckt werden. Der Raum muss ordnungsgemäß auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit kontrolliert werden (gilt für ein Gewächshaus). Für die Adaption steriler Pflanzen sollte ein erdfreies Medium verwendet werden. Wenn eine Erde/Erde-Mischung verwendet wird, muss diese entsprechend behandelt/sterilisiert werden, um die Abwesenheit von Bodenpathogenen sicherzustellen.
Die Minituber-Ernte muss aus offiziell zertifizierten Mikropflanzen oder Mikroknollen gewonnen werden, die in einer aseptischen Umgebung aus dem meristematischen Gewebe des Ausgangsmaterials angebaut und in einem ordnungsgemäß akkreditierten Prüflabor auf das Fehlen von Viren, Viroiden und Bakterien getestet wurden, die Kartoffeln infizieren.
Methoden, Verfahren und Häufigkeit der Prüfung der Materialqualität in allen Phasen der Herstellung von Mini-Knollen sind streng geregelt.
Über die Optimierung von Protokollen zur Mikrovermehrung von Kartoffeln wurden viele praktisch bedeutsame Informationen gesammelt. Die Forschung in diesem Bereich zeigt zahlreiche Möglichkeiten zur Verbesserung des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung auf der Grundlage von Änderungen in der Konzentration und dem Verhältnis von Nährstoffen. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung von Wachstumsregulatoren in der Kultur von Kartoffelmeristemen nicht erforderlich ist, aber die Zugabe bestimmter Substanzen, selbst in geringen Konzentrationen, die Produktion des Materials erhöht und beschleunigt. Es ist wichtig, die Inkubationsbedingungen mikrovermehrter Kartoffelpflanzen durch verschiedene Lichtquellen, Beleuchtungsmodi und Raumbelüftung zu optimieren. Mit dem Aufkommen von LED-Lampen wurden ihre Fähigkeiten in Bezug auf die Mikrovermehrung von Kartoffeln aktiv untersucht. Rotes und fernrotes Lichtspektrum verbessern die Wachstumseigenschaften; Die Kombination von rotem + blauem + fernrotem/weißem Licht hat jedoch eine bessere Wirkung auf die Knollenbildung und Akkumulation von primären Metaboliten.
Technologien für den Anbau von Mini-Knollen werden in zwei Hauptgruppen unterteilt: Substrat (große Vielfalt) und Nicht-Substrat (Wasserkultur und Aeroponik). Die Haupttechnologien für die Produktion von Mini-Knollen: auf natürlichen Substraten (80% des Volumens), Hydroponik und Aeroponik. Auch die Gewinnung von Mikroknollen ist mit dem Thema MC verwandt und wird zunehmend zur Massenvermehrung des Ausgangsmaterials genutzt. Der Unterschied zwischen Mikroknollen und Miniknollen liegt in der Art des Mediums (Mikroknollen werden nur unter sterilen in-vitro-Bedingungen und Miniknollen nur unter geschützten ex-vitro-Bedingungen gezüchtet) und Knollengröße. Die in praktischen Experimenten gewonnenen Ergebnisse und Schlussfolgerungen entsprechen in vielen Fällen nicht den theoretischen Postulaten hinsichtlich der Möglichkeiten, die Knollenbildung in der in vitro-Kultur zu stimulieren. Dies gilt sowohl für die Ernährung, den Einsatz von Wachstumsregulatoren, als auch für die Wachstumsbedingungen und den Einsatz von Stressfaktoren. Wenn öffentlich verfügbare Informationen über die technologischen Vorschriften für die Produktion von Mikroknollen es in den meisten Fällen erlauben, eher mittelmäßige Ergebnisse zu erzielen - etwa oder etwas mehr als eine Mikroknolle mit einem Gewicht von 200-400 mg pro Pflanze, dann ist eine professionelle Anpassung der Technologie in Bezug auf spezifische Produktionsbedingungen erhöht zeitweise die Effizienz des Prozesses. In der Russischen Föderation gibt es Know-how auf diesem Gebiet mit der Produktion von mindestens drei Mikroknollen mit einem Gewicht von mehr als 0,5 g aus einer Pflanze in einem Standard-Reagenzglas.
Für die ganzjährige Kultivierung von Mikroknollen und die Verbesserung ihrer Qualität werden weltweit mehrere unterschiedliche Designs von Bioreaktoren kommerziell hergestellt. Diese halbautomatischen Systeme ermöglichen es Ihnen, intensive manuelle Bearbeitung zu reduzieren und somit die Produktivität zu steigern und die Produktionskosten zu senken. In Bioreaktoren gewonnene Mikroknollen haben eine viel größere Masse und einen größeren Durchmesser. Die neueste Technologie in diesem Bereich ist die Entwicklung japanischer Wissenschaftler und Designer.
Das groß angelegte Mikroknollenproduktionssystem mit Plastikkulturbeuteln produziert je nach Sorte erfolgreich 100 bis 300 Mikroknollen pro Beutel. Die Änderung der Nährstoffkonzentration in Form eines niedrigeren Gehalts an Saccharose, Stickstoff und eine Erhöhung des Kaliumphosphatgehalts im Medium ermöglichten es, die Gesamtzahl und das durchschnittliche Gewicht der Mikroknollen zu erhöhen. Japanische Technologie ermöglicht die Produktion von 250 Mikroknollen pro Jahr (in drei Erntezyklen) in einem 000 m großen Anbauraum2. und 80 % der durch diese Technologie gewonnenen Mikroknollen haben eine Masse von mehr als 1 g, d. h. geeignet für die Aussaat direkt ins Freiland.
Weltweit überwiegt die Produktion von Mini-Knollen auf natürlichen Substraten. Diese Technologie ist zwar etabliert, kann aber noch erheblich verbessert werden. Genotyp, Dauer und Bedingungen der In-vitro-Kultivierung, Pflanzengröße, Exposition gegenüber Nährstoffen und Wachstumsregulatoren haben einen deutlichen Einfluss auf die Produktion von Miniknollen. Auch das Alter und die Vorbehandlung der Sämlinge während der Pflanzung, die Bedingungen und die Dauer der Abhärtung, die Pflanz- und Wachstumssaison, die Zusammensetzung des Bodenmilieus, die Pflanzmethode, die Pflanzdichte, die Düngerdosierung und die Beleuchtung beeinflussen die Intensität der Miniknollenproduktion.
Viele natürliche Substanzen und Materialien eignen sich als Nährboden für die Anzucht von Mini-Kartoffelknollen. Der Hauptbestandteil von Gewächshaussubstraten ist traditionell Torf. Alternative Inhaltsstoffe – wie Perlit, Vermiculit und Vermicompost – haben in letzter Zeit aufgrund ihrer akzeptablen Belüftungs- und Wasserhaltekapazität ebenfalls an Popularität gewonnen.
In den meisten Fällen ist es beim Anbau von Miniknollen in einer Substratkultur erforderlich, Makro- und Mikrodünger anzuwenden. Hydroponik wird in Fachkreisen die Technik genannt, bei der unfruchtbare Substrate periodisch bewässert und mit Nährstoffen gedüngt werden. Hydroponische Technologien für den Anbau von Mini-Kartoffelknollen haben Sorten mit inerten Substraten (Sand, Baumrinde, Kokosnuss usw.) und reiner Wasserkultur (dünner Nährstofffilm).
Alle Bestimmungen der Theorie der Kartoffelernährung in Bezug auf die Möglichkeit, die Knollenbildung zu kontrollieren, können auch im Hydrokulturanbau angewendet werden, aber es besteht Verständnis für die Notwendigkeit einer signifikanten Änderung der Konzentration und des Nährstoffverhältnisses für jede Sorte und in verschiedenen Stadien des vegetativen Wachstums, der Einleitung der Knollenbildung und des Wachstums von Pflanzenknollen. Zusammensetzungen von Nährlösungen werden in den meisten Veröffentlichungen angegeben. Gleichzeitig unterscheiden sich die Anzahl der aus einer Pflanze und einer Flächeneinheit gewonnenen Knollen um ein Vielfaches. Was die gezielten Anpassungen der Nährlösung angeht, um die Anzahl der Knollen radikal zu erhöhen (und genau das ist der Vorteil der Hydrokultur), gibt es nur sehr wenige offene Informationen. In den letzten Jahren sind nur wenige Veröffentlichungen erschienen, die nicht auf die bekannten Kompositionen vergangener Jahre, sondern auf Originalmaterialien verweisen.
Die modernste - aeroponische - Technologie für den Anbau von Miniknollen weist eine Reihe grundlegender Merkmale auf. Bisher wurden alle aufeinanderfolgenden Phasen seiner Umsetzung ausgearbeitet, aber die Sondierungsforschung wird fortgesetzt. Der besondere Wert der technologischen Informationen zur Aeroponik besteht darin, dass sie die Entwicklungsrichtung von Miniknollen auf der ganzen Welt heute aufzeigen. Diese Entwicklungen sind auf andere Technologien zum Züchten von Miniknollen anwendbar oder können angepasst werden.
Die Wahl der Technologie für die Produktion von Mini-Knollen für bestimmte Bedingungen sollte auf einer Analyse der Produktionsindikatoren, des Risikoniveaus, des Bedarfs an Arbeitskräften, eines Vergleichs der Investitionskosten, der Kosten und der Rentabilität basieren. Jede Technologie hat Implementierungsmöglichkeiten und erhebliche Schwankungen in der Produktionseffizienz, die von vielen Faktoren abhängen. Alle Technologien verwenden und basieren auf anfänglichem Pflanzenmaterial aus einer sterilen Kultur oder Mikroknollen. Dieses Stadium ist fast universell, es kann als Standard angesehen werden. In der Technologie des Anbaus von Mini-Knollen müssen Sie aus einer großen Anzahl von Variablen wählen.
Die überwiegende Mehrheit der großen Saatgutunternehmen züchtet derzeit Mini-Knollen in Gewächshäusern mit Glas- oder Folienboden auf natürlichen organisch-mineralischen Substraten unter umfangreicher Verwendung von Torf. Diese Technologie hat die niedrigsten Kosten einer Miniknolle. In der Regel wird pro Jahr eine Kultur angebaut. In Europa gilt es als normal, 4-5 Knollen von einer Pflanze zu bekommen. Die differenzierte Anwendung von Mikrodüngern, biologisch aktiven Substanzen, PSM ermöglicht eine Erhöhung des Multiplikationsfaktors auf 8-10.
Argumente für den Bioreaktor sind die Sterilität, die maximale Ausbeute an Mikroknollen pro Flächeneinheit. Die Nachteile eines Bioreaktors sind die Notwendigkeit einer großen Anzahl von Pflanzen, die geringe Größe der Knollen, das Problem der Reifung und das mechanisierte Pflanzen auf dem Feld.
Die Vorteile der Hydroponik sind die Herstellbarkeit, eine echte Möglichkeit zur Stimulierung der Knollenbildung, Industrieausrüstung; Nachteile - schlechte Entwicklung des Wurzelsystems, Infektionsgefahr durch die Nährlösung, Arbeitsaufwand. Aeroponik benötigt mehr Platz und vollständige Beschattung für das Wurzelsystem, durch bessere Entwicklung und Luftzufuhr können im Vergleich zu Hydroponik mehr Knollen gebildet werden. Die Aeroponik-Technologie ist jedoch am anspruchsvollsten, die Stromversorgung sollte nicht länger als eine halbe Stunde unterbrochen werden.
Dieser kurze Rückblick zeigt, dass die Entwicklung eines Dreijahresplans für die Produktion von Kartoffel-Elite unter Verwendung einer großen Anzahl von Mini-Knollen bereits Realität ist. Die Mengensteigerung und Intensivierung der Produktion wird erreicht, indem mit einer minimalen Anzahl von Anfangspflanzen die maximale Anzahl von Mini-Knollen pro Flächeneinheit erreicht wird. Bedeckte Erde und Ausgangsmaterial sind teuer, daher ist die Gewinnung von nur 2-3 Knollen aus einer Pflanze keine vielversprechende Option, obwohl die Hauptmengen an Mini-Knollen weltweit immer noch auf diese Weise produziert werden. Bei der Substrattechnologie wird das tatsächliche Produktionsniveau anhand der folgenden Parameter geschätzt: normal - 100 Stück / m2, gut - 200 Stück/m2; hoch - 300 Stück/m2 für die Vegetationsperiode. Die Hydroponik-Technologie hat das Potenzial, 500 Mini-Knollen zu produzieren, die Aeroponik – 1000 Mini-Knollen pro Quadratmeter. m. Installationsfläche für die Vegetationsperiode. Als Referenz: Die Kosten für Anbauanlagen für Substrattechnologie im Jahr 2021 betrugen 50 Rubel. pro Quadratmeter, für Hydroponik - 100 Rubel, für Aeroponik - 150 Rubel.
Das Hauptproblem beim Indoor-Anbau von Mini-Knollen besteht darin, eine Kombination aus aktiver vegetativer Entwicklung und intensiver Knollenbildung zu erreichen. Es ist möglich, die Intensität der Knollenbildung zu erhöhen, indem man das Mikroklima (Temperatur, Feuchtigkeit, Photoperiode) optimiert und die mineralische Ernährung optimiert; die Verwendung von Knollenstimulanzien, Beschränkungen des vegetativen Wachstums. Gleichzeitig ist die Beschaffung von Mini-Knollen in großen Mengen eine komplexe organisatorische und technologische Aufgabe. Die Nuancen des intensiven Anbaus von Mini-Knollen sind seit mehr als 20 Jahren Handelsinformationen. Es gibt keine berufsrechtlichen Regelungen im öffentlichen Bereich, das ist das Know-how jedes einzelnen Unternehmens.
Im zweiten Quartal 2022 wird das Buch „Mini Potato Tubers“ erscheinen, das verfügbare wissenschaftliche und kommerzielle Informationen zu diesem Thema präsentiert und analysiert und einen Schwerpunkt auf wirksame Methoden zur Steigerung der Intensität der Mini-Knollenproduktion legt. Der Informationsumfang beträgt mehr als 400 Seiten, das Buch ist nur im Abonnement erhältlich. Bewerbungen senden an: s.banadysev@dokagene. Ru