Sergey Banadysev, doctor in de landbouwwetenschappen, Doka Gene Technologies LLC
Aardappelminiknollen (MK) zijn de eerste knolgewassen van steriele aardappelplanten. Het verkrijgen van miniknollen is het eerste jaar van het aardappelpootgoed in alle landen met een ontwikkelde aardappelproductie. Aardappelminiknollen worden alleen gekweekt in beschermde bodemomstandigheden, waardoor het risico van herinfectie van planten met virale, schimmel- en bacteriële ziekten is uitgesloten (als knollen van steriele planten in de volle grond worden gekweekt, worden geen miniknollen verkregen als een resultaat, maar de eerste veldgeneratie).
Algemeen wordt aangenomen dat de diameter van een miniknol minimaal 10 mm moet zijn, iets minder is een microknol.
De behoefte aan miniknollen voor de productie van 10 duizend ton elite is: met een vijfjarig schema van OS en ES (originele en elite-zaadproductie) - 50 duizend stuks; met een vierjarig schema van OS en ES - 400 duizend stuks; met een driejarig schema - 3 miljoen stuks.
De Russische Federatie heeft haar eigen solide wetenschappelijke en innovatieve basis op dit gebied. De grootschalige introductie van de modernste technologieën voor het telen van miniknollen in de Russische Federatie is altijd eerder uitgevoerd dan in andere landen met een ontwikkelde aardappelteelt: dus de substraattechnologie werd 40 jaar geleden geïntroduceerd, 15 biotechnologische centra werkten eraan; hydrocultuur - 30 jaar geleden wordt het gebruikt door Doka - Gene Technologies, Meristematic Cultures; aeroponic - ontwikkeld aan het All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology) in de vroege jaren 2000, sinds 2010 wordt deze technologie gepromoot door het International Potato Center en actief verspreid over de hele wereld. In de Russische Federatie worden industriële installaties voor het kweken van miniknollen geproduceerd: Potato Tree en Meristem. Tegelijkertijd produceren de meeste binnenlandse zaadteeltbedrijven nog steeds miniknollen in kleine volumes, binnen de grenzen van de behoefte aan een vijfjarenplan om de elite te verkrijgen. Alleen het bedrijf FAT-Agro heeft het niveau van meer dan 2 miljoen stuks per jaar bereikt, wat voldoende is om over te stappen op een driejarige regeling.
Een totale verhoging van de productie van miniknollen om het zaadproductieschema te verminderen en de productkwaliteit te verbeteren, is een strategische manier om de aardappelzaadproductie te ontwikkelen. Vanuit dit perspectief zijn er de afgelopen jaren veel pogingen ondernomen om teelttechnieken te verbeteren. Het belangrijkste doel van innovaties is om zoveel mogelijk miniknollen per plant in vitro en per oppervlakte-eenheid van de kas te verkrijgen. Om dit te bereiken, worden veel methoden voor de productie van gewassen gebruikt, maar niet alle oplossingen die worden voorgesteld op basis van de resultaten van wetenschappelijk onderzoek, geven resultaten in industriële productie.
Veel aspecten van een efficiënte productie van miniknollen in grote hoeveelheden zijn knowhow. De Russische productie van mini-aardappelknollen is altijd uitgevoerd op de meest efficiënte en geavanceerde wetenschappelijke en technologische basis. En nu heeft het land technologieën beschikbaar en toegepast die aanzienlijk superieur zijn aan het wereldniveau.
De belangrijkste voorwaarde voor de gekwalificeerde productie van miniknollen is het voldoen aan de huidige wet- en regelgeving. Het regelgevingskader van de Russische Federatie over dit onderwerp is adviserend van aard, in de huidige verordening over de certificering van landbouwgewassen wordt bijvoorbeeld met geen woord gerept over de regels voor de productie en certificering van mini-aardappelknollen. In een dergelijke situatie is het noodzakelijk om te focussen op internationale ervaring. In alle landen met een ontwikkelde aardappelzaadproductie zijn verplichte eisen voor de organisatie, technologie en kwaliteit van geproduceerde miniknollen aangenomen, officieel goedgekeurd en strikt nageleefd.
Deze vereisten moeten als basis worden genomen door binnenlandse ondernemingen die gespecialiseerd zijn in de productie van miniknollen, in de vorm van bedrijfsnormen, voor zelfbeheersing, totdat de staat een officieel regelgevend kader op dit gebied heeft gevormd. In de Russische Federatie zijn er bijvoorbeeld normen voor technologisch ontwerp van veredelingscomplexen en reproductiekassen NTP-APK 1.10.09.001-02. De ontwikkelaars van het NTP hebben in het document echter geen sectie opgenomen over de verplichte kenmerken van structuren die bedoeld zijn voor het kweken van miniknollen. En er zijn veel van dergelijke functies, bijvoorbeeld: een kas moet een dubbele deur hebben met een kleedkamer om kleding te verschonen. De kleedruimte dient voorzien te zijn van voetkussentjes en wasmiddel voor het wassen en desinfecteren van de handen. Toegangsdeuren en alle ventilatieopeningen moeten worden afgedekt met bladluisbeschermingsgaas (maaswijdte maximaal 0,5 bij 0,9 mm). De ruimte moet goed worden geregeld op temperatuur en luchtvochtigheid (geldt voor een kas). Voor de aanpassing van steriele planten moet een grondvrij medium worden gebruikt. Als een grond/grondmengsel wordt gebruikt, moet dit op de juiste manier worden behandeld/gesteriliseerd om de afwezigheid van bodempathogenen te garanderen.
Het miniknolgewas moet afkomstig zijn van officieel gecertificeerde microplanten of microknollen die in een aseptische omgeving zijn gekweekt uit het meristeemweefsel van het uitgangsmateriaal, getest op afwezigheid van virussen, viroïden en bacteriën die aardappelen infecteren in een daartoe geaccrediteerd testlaboratorium.
Methoden, procedure, frequentie van testen van de kwaliteit van het materiaal in alle stadia van de productie van miniknollen zijn strikt gereguleerd.
Er is veel praktisch belangrijke informatie verzameld over de optimalisatie van protocollen voor microvermeerdering van aardappelen. Onderzoek op dit gebied laat volop kansen zien om de groei en ontwikkeling van planten te verbeteren op basis van veranderingen in de concentratie en verhouding van voedingsstoffen. Vast staat dat het gebruik van groeiregulatoren in de teelt van aardappelmeristemen niet nodig is, maar de toevoeging van bepaalde stoffen, zelfs bij lage concentraties, verhoogt en versnelt de productie van het materiaal. Het is belangrijk om de incubatieomstandigheden van microvermeerderde aardappelplanten te optimaliseren met behulp van verschillende lichtbronnen, verlichtingsmodi en kamerventilatie. Met de komst van LED-lampen begonnen hun mogelijkheden actief te worden bestudeerd met betrekking tot micropropagatie van aardappelen. Rood en verrood lichtspectrum verhogen de groeikenmerken; de combinatie van rood + blauw + ver rood/wit licht heeft echter een beter effect op de knolvorming en accumulatie van primaire metabolieten.
Technologieën voor het kweken van miniknollen zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen: substraat (grote variëteit) en niet-substraat (watercultuur en aeroponics). De belangrijkste technologieën voor de productie van miniknollen: op natuurlijke substraten (80% van het volume), hydrocultuur en aeroponic. Het verkrijgen van microknollen is ook gerelateerd aan het onderwerp MC en wordt steeds vaker gebruikt voor massale reproductie van het bronmateriaal. Het verschil tussen microknollen en miniknollen zit hem in de modus van het medium (microknollen worden alleen onder steriele in vitro omstandigheden gekweekt en miniknollen alleen onder beschermde ex vitro omstandigheden) en de knolgrootte. De in praktijkexperimenten verkregen resultaten en conclusies komen in veel gevallen niet overeen met theoretische veronderstellingen over de mogelijkheden om knolvorming in in vitro kweek te stimuleren. Dit geldt zowel voor diëten, het gebruik van groeiregulatoren als voor groeiomstandigheden en het gebruik van stressfactoren. Als openbaar beschikbare informatie over de technologische voorschriften voor de productie van microknollen het in de meeste gevallen mogelijk maakt tamelijk matige resultaten te verkrijgen - ongeveer of iets meer dan één microknol met een gewicht van 200-400 mg per plant, dan is professionele aanpassing van de technologie aan specifieke productieomstandigheden verhogen soms de efficiëntie van het proces. In de Russische Federatie is er knowhow op dit gebied met de productie van ten minste drie microknollen met een gewicht van meer dan 0,5 g uit één plant in een standaard reageerbuis.
Voor het jaarrond kweken van microknollen en het verbeteren van hun kwaliteit worden er wereldwijd verschillende ontwerpen van bioreactoren commercieel geproduceerd. Met deze halfautomatische systemen kunt u intensieve handmatige verwerking verminderen en daarmee de productiviteit verhogen en de productiekosten verlagen. Microknollen verkregen in bioreactoren hebben een veel grotere massa en grotere diameter. De nieuwste technologie op dit gebied is de ontwikkeling van Japanse wetenschappers en ontwerpers.
Het grootschalige productiesysteem voor microknollen met plastic kweekzakken produceert met succes 100 tot 300 microknollen per zak, afhankelijk van de variëteit. Door de concentratie van nutriënten te veranderen in termen van een lager gehalte aan sucrose, stikstof, verhoging van het kaliumfosfaatgehalte in het medium, was het mogelijk om het totale aantal en het gemiddelde gewicht van microknollen te verhogen. Japanse technologie maakt het mogelijk om 250 microknollen per jaar te produceren (in drie oogstcycli) in een teeltruimte van 000 m2. en 80% van de met deze technologie verkregen microknollen heeft een massa van meer dan 1 g, d.w.z. geschikt om direct in het veld te planten.
Over de hele wereld heerst de productie van miniknollen op natuurlijke substraten. Deze technologie, hoewel goed ingeburgerd, kan nog aanzienlijk worden verbeterd. Genotype, duur en omstandigheden van in vitro teelt, plantgrootte, blootstelling aan voedingsstoffen en groeiregulatoren hebben een duidelijke invloed op de productie van miniknollen. De leeftijd en voorbehandeling van zaailingen tijdens het planten, de omstandigheden en periode van uitharding, het seizoen van planten en groeien, de samenstelling van het bodemmilieu, de plantmethode, de dichtheid van de plantplaatsing, bemestingsdoses en verlichting beïnvloeden ook de intensiteit van de productie van miniknollen.
Veel natuurlijke stoffen en materialen zijn geschikt als medium voor het kweken van mini-aardappelknollen. Het hoofdbestanddeel van kassubstraten is traditioneel veen. Alternatieve ingrediënten - zoals perliet, vermiculiet en vermicompost - zijn de laatste tijd ook populair geworden vanwege hun acceptabele beluchtings- en watervasthoudend vermogen.
Bij het kweken van miniknollen in een substraatcultuur is het in de meeste gevallen noodzakelijk om macro- en micromeststoffen toe te passen. Onder specialisten wordt de technologie met behulp van periodieke bewatering en bemesting van onvruchtbare substraten met voedingsstoffen hydrocultuur genoemd. Hydrocultuurtechnologieën voor het kweken van miniaardappelknollen hebben variëteiten die gebruik maken van inerte substraten (zand, boomschors, kokosnoot, enz.) en zuiver watercultuur (dunne voedingsfilm).
Alle bepalingen van de theorie van aardappelvoeding met betrekking tot de mogelijkheid om knolvorming te beheersen, kunnen ook worden toegepast in de hydrocultuur, maar er is begrip voor de noodzaak van een significante verandering in de concentratie en verhouding van voedingsstoffen voor elke variëteit en in verschillende stadia van vegetatieve groei, het begin van de knolvorming en de groei van plantenknollen. Samenstellingen van voedingsoplossingen worden in de meeste publicaties gegeven. Tegelijkertijd verschilt het aantal knollen dat wordt verkregen uit een plant en uit een eenheidsgebied meerdere keren. Wat betreft de gerichte aanpassingen aan de voedingsoplossing om het aantal knollen radicaal te vergroten (en dat is nu juist het voordeel van hydrocultuur) is er weinig open informatie. De afgelopen jaren zijn er maar weinig publicaties verschenen, niet met verwijzingen naar de bekende composities van de afgelopen jaren, maar met origineel materiaal.
De modernste - aeroponic - technologie voor het kweken van miniknollen heeft een aantal fundamentele kenmerken. Tot op heden zijn alle opeenvolgende fasen van de implementatie ervan uitgewerkt, maar het verkennend onderzoek gaat door. De speciale waarde van technologische informatie over aeroponics is dat het de richting aangeeft van de ontwikkeling van miniknollen over de hele wereld van vandaag. Deze ontwikkelingen zijn toepasbaar of kunnen worden aangepast aan andere technologieën voor de teelt van miniknollen.
De technologiekeuze voor de productie van miniknollen voor specifieke omstandigheden moet gebaseerd zijn op een analyse van productie-indicatoren, het risiconiveau, de behoefte aan arbeidskrachten, een vergelijking van investeringskosten, kosten en winstgevendheid. Elke technologie heeft implementatie-opties en aanzienlijke schommelingen in de productie-efficiëntie, afhankelijk van vele factoren. Alle technologieën gebruiken en zijn gebaseerd op het oorspronkelijke plantmateriaal van een steriele cultuur of microknollen. Deze fase is bijna universeel, het kan als standaard worden beschouwd. Juist in de technologie van het kweken van miniknollen, moet je kiezen uit een groot aantal variabelen.
De overgrote meerderheid van de grote zaadbedrijven telen momenteel miniknollen in kassen van glas of filmaarde op natuurlijke organo-minerale substraten met veel gebruik van turf. Deze technologie heeft de laagste kosten van een miniknol. In de regel wordt één gewas per jaar verbouwd. In Europa wordt het als normaal beschouwd om 4-5 knollen uit één plant te halen. Gedifferentieerde toepassing van micromeststoffen, biologisch actieve stoffen, PPP maken het mogelijk om de vermenigvuldigingsfactor te verhogen tot 8-10.
Argumenten voor de bioreactor zijn steriliteit, de maximale opbrengst aan microknollen per oppervlakte-eenheid. De nadelen van een bioreactor zijn de behoefte aan een groot aantal planten, het kleine formaat van de knollen, het probleem van rijping en het machinaal planten in het veld.
De voordelen van hydrocultuur zijn maakbaarheid, een reële mogelijkheid om de knolvorming te stimuleren, industriële apparatuur; nadelen - slechte ontwikkeling van het wortelstelsel, het risico van verspreiding van infectie door de voedingsoplossing, bewerkelijkheid. Aeroponics vereist meer ruimte en volledige schaduw voor het wortelstelsel, door een betere ontwikkeling en luchttoevoer kunnen er meer knollen worden gevormd in vergelijking met hydroponics. Aeroponic-technologie is echter het meest veeleisend, de stroomvoorziening mag niet langer dan een half uur worden onderbroken.
Uit dit korte overzicht blijkt dat de ontwikkeling van een driejarenplan voor de teelt van aardappelelite met een groot aantal miniknollen al een feit is. De volumevergroting en intensivering van de productie wordt bereikt door het verkrijgen van het maximale aantal miniknollen per oppervlakte-eenheid met een minimaal aantal initiële planten. Bedekte grond en uitgangsmateriaal zijn duur, dus het verkrijgen van slechts 2-3 knollen van één plant is een weinig belovende optie, hoewel de grootste volumes miniknollen in de wereld nog steeds op deze manier worden geproduceerd. Met substraattechnologie wordt het werkelijke productieniveau geschat op basis van de volgende parameters: normaal - 100 stuks / m2, goed - 200 stuks/m2; hoog - 300 stuks/m2 voor het groeiseizoen. Hydrocultuurtechnologie heeft het potentieel om 500 miniknollen te produceren, aeroponic - 1000 miniknollen per vierkante meter. m. installatiegebied voor het groeiseizoen. Ter referentie: de kosten van teeltfaciliteiten voor substraattechnologie in 2021 waren 50 duizend roebel. per vierkante meter, voor hydrocultuur - 100 duizend roebel, voor aeroponic - 150 duizend roebel.
Het grootste probleem bij het binnen kweken van miniknollen is het bereiken van een combinatie van actieve vegetatieve ontwikkeling met intensieve knolvorming. Het is mogelijk om de intensiteit van de knolvorming te verhogen door het microklimaat (temperatuur, vochtigheid, fotoperiode) te optimaliseren, minerale voeding te optimaliseren; het gebruik van knolstimulerende middelen, beperkingen op de vegetatieve groei. Tegelijkertijd is het verkrijgen van miniknollen in grote volumes een complexe organisatorische en technologische taak. De nuances van intensieve teelt van miniknollen zijn al meer dan 20 jaar commerciële informatie. Er zijn geen beroepsregels in het publieke domein, dit is de knowhow van elke individuele onderneming.
In het tweede kwartaal van 2022 zal het boek "Mini Potato Tubers" worden gepubliceerd, waarin de beschikbare wetenschappelijke en commerciële informatie over het onderwerp wordt gepresenteerd en geanalyseerd, en met de nadruk op effectieve methoden om de intensiteit van de productie van miniknollen te verhogen. De hoeveelheid informatie is meer dan 400 pagina's.Het boek zal alleen verkrijgbaar zijn met een abonnement. Sollicitaties sturen naar: s.banadysev@dokagene.ru