Способ получения оздоровленных миниклубней картофеля
Владельцы патента RU 2715604:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН) (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к растениеводству, и может быть использовано в элитном семеноводстве картофеля. Cпособ получения оздоровленных миниклубней картофеля, выращенных из меристемных растений, включает одновременное воздействие на растения картофеля потоком красно-оранжевого излучения в расширенном диапазоне 600-700 нм и синего излучения в диапазоне 420-450 нм. Меристемные растения картофеля в течение первых 28 дней выращивают в пробирках, высаживают их в адаптационный модуль аэрогидропонной установки для предварительного доращивания, а затем помещают в основной модуль. Воздействие на растения картофеля потоками излучения осуществляют с 44 дня выращивания в основном модуле аэрогидропонной установки. Техническим результатом является увеличение количества оздоровленных миниклубней картофеля. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к растениеводству, и может быть использовано в элитном семеноводстве картофеля при производстве оздоровленных миниклубней картофеля с использованием аэрогидропонных установок.
Известен способ предпосевной обработки семян, RU 2090031, A01C 1/00, опубл. 20.09.1997 [1].
Способ предусматривает совместное непрерывное воздействие на семена потоками излучения в красной и инфракрасной областях спектра. Поток излучения в инфракрасном диапазоне формируют с длиной волны от 900 до 980 нм (с максимумом интенсивности потока излучения при длине волны 940 нм) с объемной плотностью от 1,0 до 10 Вт/м2. А воздействие в красной области осуществляют с длиной волны 600-720 нм (с максимумом интенсивности потока излучения при длине волны 600-670 нм) и при соотношении плотностей потоков излучения в красной и инфракрасной областях, соответственно, (5-10):1 в течение 60-360 сек. Применение изобретения обеспечивает повышение энергии прорастания, всхожести семян и силы роста растений при одновременном подавлении грибной инфекции, а также позволяет повысить эффективность, упростить и удешевить конструкции при одновременном уменьшении энергозатрат при ее эксплуатации.
Недостатком известного изобретения является наличие в составе среды микробиологического препарата, которое осложняет технологический процесс, поскольку получение микробиологического препарата – это отдельное высокотехнологичное производство.
Известен способ промышленного производства миниклубней картофеля в искусственном климате культивационного сооружения (фитотроне) из патента RU 2157064, A01G 1/00, A01G 31/00, опубл. 10.10.2000 [2]. Способ включает создание управляемого воздействия на физиологические и фотосинтетические процессы на всех стадиях вегетации растений картофеля путем раздельного регулирования микроклимата (влажность, температура и газовый состав атмосферы) в стеблевой и корневой зоне фитотрона, изменения спектрального состава искусственного освещения стеблевой зоны растений картофеля в процессе вегетации и изменения состава питательного минерального раствора, используемого для питания растений в процессе вегетации. При этом создается градиент температуры в интервале от 2 до 16 градусов между атмосферой стеблевой зоны и атмосферой корневой зоны фитотрона, при этом в световой период вегетации растений градиент положителен в стеблевой зоне, а в темновой - в корневой, при этом абсолютная величина градиента температуры увеличивается в процессе роста растений и достигает своего максимума в период клубнеобразования картофеля; атмосфера в стеблевой зоне фитотрона постоянно и принудительно перемешивается; в световой период вегетации растений в атмосфере стеблевой зоне устанавливают содержание углекислого газа в размере 0,04-0,3%, в атмосфере корневой зоны растений картофеля устанавливают содержание углекислого газа в размере 0,04-0,19%; подвод питательного минерального раствора с рН 4-7,2 осуществляют при многократном, кратковременном опрыскивании или аэрозольном орошении всего объема корневой части растений; рН питательного минерального раствора в процессе роста картофеля постепенно снижают от значения 7,2 в начальный период роста растений до 4,2-4,0 в период клубнеобразования картофеля; опрыскивание или аэрозольное орошение всего объема корневой части растений питательным минеральным раствором осуществляется периодически в течение 3-45с с интервалами между ними 1-150 мин, влажность атмосферы в корневой зоне фитотрона в процессе роста картофеля уменьшается от 95-100% в начальный период роста растений до 65-80% в период клубнеобразования картофеля при активной аэрации всего объема корневой зоны; в процессе вегетации растений картофеля изменяют спектральный состав искусственного освещения в стеблевой зоне фитотрона, а именно: на этапе роста растений используются лампы со спектром 550 - 650 нм, а на этапе клубнеобразования картофеля - лампы со спектром 365 - 700 нм, при этом интенсивность света в процессе вегетации растений составляет 80-100 Вт/м2. Способ позволяет с высокой эффективностью использовать физиологические возможности растений; регулировать фотосинтетические процессы; сроки и продолжительность различных этапов вегетации, создать промышленное производство миниклубней картофеля.
Недостатком известного изобретения является сложность поддержания в атмосфере стеблевой зоны содержания углекислого газа в размере 0,04-0,3%, в атмосфере корневой зоны растений картофеля содержание углекислого газа в размере 0,04-0,19%.
Известен способ обработки посадочного материала картофеля, RU 2283561, A01C 1/00, опубл. 20.09.2006 [3]. Способ обработки посадочного материала картофеля включает воздействие потоком оптического излучения в красной области спектра. Воздействие осуществляют некогерентным светом с соотношением мощностей излучения не менее 5:1 в диапазоне длин волн 550-680 нм и свыше 680 нм соответственно при дозе облучения 100-200 Дж/м2. В качестве посадочного материала используют пробирочные растения и семенные клубни картофеля. При использовании в качестве посадочного материала пробирочных растений картофеля облучение производят многократно в период вегетации, не менее 3 раз, начиная с 5-7 дня после черенкования, с интервалом в один день. Обработку семенных клубней картофеля проводят за 1-3 дня до посадки. Изобретение позволяет увеличить коэффициент размножения посадочного материала, повысить урожайность клубней и сократить схему размножения элитных семян картофеля на 1 год, а также повысить эффективность, упростить и удешевить способ.
Недостатком известного способа является дополнительный монтаж ламп с диапазоном длин волн 550-680 нм и свыше 680 нм. Кроме того, многократное облучение (не менее 3 раз) требует дополнительных трудозатрат.
Известен ближайший аналог CN 105103894, A01G1/00; A01H4/00, опубл. 02.12.2015[4], в котором раскрыт эффективный и энергосберегающий метод производства картофеля в пробирке. Способ предполагает выращивание проростков безвирусного картофеля в пробирках на улучшенной питательной среде Мурасиге-Скуга с концентрацией сахарозы в пределах от 8% до 10%. Выращивание в жидкой среде проводят последовательно: первая световая стадия затем темновая стадия и вторая световая стадия. Общее время культивирования составляет от 74 дней до 75 дней, причем время первой световой стадии составляет от 29 дней до 30 дней, время темновой стадии составляет от 25 дней до 40 дней, а время второго этапа освещения колеблется от 5 дней до 20 дней. Способ позволяет значительно сэкономить затраты энергии.
Технической проблемой предлагаемого изобретения является разработка способа получения оздоровленных миниклубней картофеля.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение количества оздоровленных миниклубней картофеля при их выращивании в аэрогидропонной установке с использованием светодиодного освещения, которое привело к увеличению биомассы (корневой и надземной массы). При этом возрастает средняя масса и количество миниклубней картофеля.
Указанный технический эффект достигается тем, что меристемные растения картофеля в течение первых 28 дней выращивают в пробирках, высаживают их в адаптационный модуль аэрогидропонной установки для предварительного доращивания, а затем перемещают в основной модуль, в котором с 44 дня выращивания осуществляют одновременное воздействие на растения картофеля потоком красно-оранжевого излучения в расширенном диапазоне 600-700 нм и синего излучения в диапазоне 420-450 нм.
Потоки излучения в красной и синей областях спектра формируют посредством светодиодов, регулируемых контроллером автоматического управления освещения.
С помощью контроллера автоматического управления освещения осуществляют имитацию светового дня, близкую к естественному освещению на весь период выращивания растений картофеля. Светодиоды располагают на расстоянии около 30 см от растений картофеля.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Использовали универсальную аэрогидропонную установку - разработку Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии. Использовали два модуля: адаптационный для подготовки растений и основной - для получения миниклубней.
Эксперименты по выращиванию растений картофеля осуществляли с использованием двух разных типов источников освещения.
Контрольный вариант: натриевые газоразрядные лампы высокого давления ДНаТ 400. Опытный вариант - светодиодные лампы.
Основные характеристики ламп представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Источники освещения | Мощность, Вт | Световой поток, лм | Максимум излучения, нм |
| Натриевые газоразрядные лампы высокого давления ДНаТ 400 | 400 | 45000 | 590 |
| Светодиодные лампы | ≤ 300 | 22000 | 450, 650 |
Спектральные характеристики натриевых газоразрядных ламп высокого давления ДНаТ 400 приведены на фиг. 1.
Светодиодные лампы, выполненные по технологии CoB (fullspectrum), с пассивной системой охлаждения. Особенностью применяемых светодиодных ламп, выполненных по данной технологии, является тот факт, что рабочее световое поле возникает уже в непосредственной близости от поверхности лампы (10-20 см). Это позволяет размещать лампу близко от растения и более эффективно передавать световой поток без потери энергии от расстояния.
Спектральные характеристики светодиодных ламп приведены на фиг. 2, на которой видно целесообразность использования заявленных спектров излучений светодиодных ламп для выращивания растений картофеля.
В спектре излучения светодиодных ламп преобладает излучение в расширенном диапазоне 600-700 нм, т.е. красно-оранжевый и синий свет в диапазоне 420-450 нм. Светодиод излучает около 17% света синего спектра, около 65% света красного спектра и 10% желто-зеленого. Распределение светового потока является равномерным по всей длине. С помощью контроллера автоматического управления освещения формируются потоки одновременного излучения в красно-оранжевой и синей областях спектра светодиодных ламп.
ДНАТ лампы нагреваются, находятся в постоянном положении. Расстояние до растущих растений не регулируется и постоянно меняется (сначала 1,2 м, потом по мере роста картофеля уменьшается). Режим день:ночь меняется по периодам выращивания, согласно приведенным в таблице 3 данным.
Светодиодные лампы не нагреваются, регулируется их местоположение, расстояние до растений всегда 30 см. Режим день:ночь меняется по периодам выращивания, согласно приведенным в таблице 2 данным. С помощью контроллера автоматического управления освещения весь период выращивания растений картофеля проводится имитация светового дня, близкая к поведению естественного освещения. Например, в первый период 15 часов свет-9 часов темнота. 30 минут имитируется восход Солнца, когда интенсивность освещения меняется от 0% до 100%. Затем световой период 14 часов и далее 30 минут закат, когда интенсивность освещения падает от 100% до 0%.
Таблица 2
| Светопериод | ДНАТ лампы | Светодиодные лампы |
| I период 1,5 месяца |
16 часов свет-8 часов темнота | 15 часов свет-9 часов темнота: 30 мин восход от 0% до 100% 14 часов свет 30 мин закат от 100% до 0% |
| II период 1 месяц |
12 часов свет-12 часов темнота | 12 часов свет-12 часов темнота: 30 мин восход от 0% до 100% 11 часов свет 30 мин закат от 100% до 0% |
| III период 2 месяца |
10 часов свет-14 часов темнота | 10 часов свет-14 час темнота: 30 мин восход от 0% до 100% 9 часов свет 30 мин закат до 0% |
Пример.
Проводили выращивание миниклубней на аэрогидропонной установке двух сортов картофеля российской селекции - Невский и Юбиляр.
Подготовка и выращивание растений осуществлялась по рекомендациям Л. Н. Трофимец [Трофимец Л.Н. Использование оздоровленного исходного материала в семеноводстве картофеля на безвирусной основе // Л.Н. Трофимец, В.В.Бойко и др. М., 1985.- С. 77 -183] [4]. Микроклоны картофеля получали из апикальных меристем путем культивирования на стандартной питательной среде Мурасиге-Скуга (питательная среда, используемая в лабораториях для выращивания растительной культуры клеток или целых растений) в течение 28 дней. Перед закладкой опыта все микрорастения картофеля прошли диагностику методом ПЦР (Полимербзная цепнбя ребкция) в реальном времени в имеющейся лаборатории по диагностике и контролю качества семенного картофеля.
Цикл операций на аэрогидропонной установке начинался с высадки оздоровленных 28-дневных пробирочных растений картофеля в адаптационный модуль для их предварительного доращивания (15 дней). Перед высадкой растения картофеля отмывали от остатков агаризованной среды, для предотвращения попадания остатков агар-агара в систему активного питания.
Дальнейшее выращивание растений картофеля укладывалось в три периода, при которых использовали разные смеси питательных элементов (таблица 3) и применяли разные по продолжительности световую и темновую фазы.
Таблица 3
| Питательные элементы, мг/л | I период | II период | III период |
| макроэлементы | |||
| N | 85 | 45 | 70 |
| P | 45 | 30 | 45 |
| K | 180 | 90 | 200 |
| Ca | 60 | 35 | 60 |
| Mg | 35 | 20 | 35 |
| pH | 5,8-6,0 | 5,8-6,0 | 5,8-6,0 |
| ЕС(электропроводность), мСм/см2 | 0,8 | 2,0-2,5 | 1,5 |
| микроэлементы | |||
| Fe-ЭДТА | 8 | 8 | 8 |
| B | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Mn | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Zn | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Cu | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
| I | 0,63 | 0,63 | 0,63 |
| Co | 0,006 | 0,006 | 0,006 |
| Mo | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
I период: режим опрыскивания корней раствором 2 минуты, аэрация 2 минуты, при температуре 20-22°С.
II период: режим опрыскивания корней раствором 2 минуты, аэрация 3 минуты, при температуре 20-22°С.
III период: режим опрыскивания корней раствором 5 минут, аэрация 10 минут, при температуре 16-18°С.
Плотность высадки растений картофеля - 22 растения на 1 м2. Контроль и корректировку рН до заданных значений 5,8-6,0 проводили ежедневно.
Взвешивание биомассы растений в конце вегетационного периода показало, что использование светодиодных ламп при выращивании картофеля положительно влияет на прирост биомассы (таблица 4). Так, корневая масса увеличилась на 5-40%, надземная масса на 12-20%.
В таблице 4 приведены средняя масса надземной части и корневой системы растений картофеля, выращенных на аэрогидропонной установке с использованием различных источников освещения.
Таблица 4
| Источники освещения | Средняя масса корневой системы, г | Средняя масса надземной части, г |
| сорт Невский | ||
| Натриевые газоразрядные лампы (контроль) | 131,43 | 216,87 |
| Светодиодные лампы | 137,81 | 243,37 |
| сорт Юбиляр | ||
| Натриевые газораздрядные лампы (контроль) | 71,87 | 136,06 |
| Светодиодные лампы | 100,31 | 162,81 |
Эксперименты показали, что светодиодные лампы увеличивают среднюю массу миниклубня на 8-16%, а количество клубней с 1 растения на 3-6 штук (таблица 5).
В таблице 5 приведены характеристики миниклубней картофеля, полученных при выращивании на основной аэрогидропонной установке с использованием различных источников освещения.
Таблица 5
| Источники освещения | Средняя масса 1 миниклубня, г | Количество клубней с 1 растения, шт. |
| сорт Невский | ||
| Натриевые газоразрядные лампы (контроль) | 7,35 | 28,44 |
| Светодиодные лампы | 8,56 | 34,38 |
| сорт Юбиляр | ||
| Натриевые газоразрядные лампы (контроль) | 6,88 | 30,68 |
| Светодиодные лампы | 7,42 | 33,5 |
Таким образом, выращивание оздоровленных растений картофеля на аэрогидропонной установке с использованием светодиодного освещения привело к увеличению корневой массы на 5-40%, надземной массы на 12-20%. При этом возросла средняя масса миниклубня на 8-16%, а количество клубней с 1 растения увеличилось на 3-6 штук.
Данное изобретение подтверждает перспективность использования светодиодного освещения для выращивания оздоровленных миниклубней картофеля методом аэрогидропоники.
1. Способ получения оздоровленных миниклубней картофеля, выращенных из меристемных растений, отличающийся тем, что меристемные растения картофеля в течение первых 28 дней выращивают в пробирках, высаживают их в адаптационный модуль аэрогидропонной установки для предварительного доращивания, а затем перемещают в основной модуль, в котором с 44 дня выращивания осуществляют одновременное воздействие на растения картофеля потоком красно-оранжевого излучения в расширенном диапазоне 600-700 нм и синего излучения в диапазоне 420-450 нм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что потоки излучения в красно-оранжевой и синей областях спектра формируют посредством светодиодных ламп, регулируемых контроллером автоматического управления освещения.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью контроллера автоматического управления освещения осуществляют имитацию светового дня, близкую к естественному освещению на весь период выращивания растений картофеля.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что светодиодные лампы располагают на расстоянии около 30 см от растений картофеля.
