Способ получения безвирусных миниклубней картофеля на аэропонной установке

(51) 01 9/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ картофеля на аэропонной установке из оздоровленных пробирочных растений. Технической задачей изобретения являлось способ получения миниклубней картофеля из оздоровленных от вирусной инфекции пробирочных растений на аэропонной установке,без использования почвогрунта,с помощью мелкокапельного разбрызгивания питательных растворов в герметически закрытых желобах, при регулируемых режимах вентилирования,кондиционирования,при регулируемом фотопериоде в зависимости от этапа культивирования растений. Использование аэропонной установки позволяет получать безвирусные миниклубни картофеля и повысить коэффициент размножения пробирочных растений. Данный способ может быть использован в безвирусном семеноводстве картофеля для получения исходных безвирусных миниклубней, а также в биотехнологических исследованиях.(72) ли Абай Мрмлы Какимжанова Алмагуль Апсаламовна Каримова Венера Конысбаевна Магзумова Гульмира Козовна Налибаев Хайрулла Ермекбаевич Раманкулов Ерлан Мирхайдарович Саданов Аманкельди Курбанович Созинова Любовь Феодосьевна(73) Республиканское государственное казенное предприятие на праве хозяйственного ведения Национальный центр по биотехнологии Республики Казахстан Комитет науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВИРУСНЫХ МИНИКЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ НА АЭРОПОННОЙ УСТАНОВКЕ(57) Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии, в частности,к способу получения безвирусных миниклубней 22559 Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии, в частности, к способу получения безвирусных миниклубней картофеля на аэропонной установке из оздоровленных пробирочных растений. Изобретение представляет способ получения безвирусных миниклубней картофеля на аэропонной установке из оздоровленных пробирочных растений. Аналог изобретения. По картофелю нами не найдено способа получения безвирусных миниклубней в аэропонных установках. Из известных способов наиболее близким к заявленному является способ выращивания картофеля,включающий размещение на питательном субстрате разделительной перегородки с отверстиями, размеры которых меньше толщины образующихся в процессе выращивания картофеля столонов, размещение на ней посадочного клубня,покрытие светонепроницаемой перегородкой с отверстиями,размер которых выбирают из условия вьхода через них растущих стеблей картофеля, увлажнение корневой системы в процессе роста картофеля. В этом способе в качестве питательного субстрата используют питательный раствор, который получают подачей воды через цеолит, насыщенный элементами минерального питания. Недостатком аналога является непрерывное получение питательного раствора через цеолит посадочными клубнями,которая может привести к заражению вирусными,грибными и бактериальными инфекциями.(Писарев Б.А., Зернов В.Н., Балдина С.М., Курицына Л.И., Гвоздев Н.В., Романов Г.А. Способ выращивания картофеля // Патент Российской Федерации 2015653. 1992 г.). Задача изобретения - получить безвирусные миниклубни картофеля на аэропонной установке из оздоровленных пробирочных растений. Технический результат, может быть, достигнут при использовании аэропонной установки получение безвирусных миниклубней картофеля. Для этого установлены параметры культивирования пробирочных растений картофеля в условиях аэропоники,подобран световой режим, режимы орошения корней растений питательным раствором, влажность воздуха в помещении в зависимости от этапов развития растений. Достижения технического результата позволяет из одного пробирочного растения получить безвирусные миниклубни в количестве до 30 штук. Картофель является второй по важности сельскохозяйственной культурой Казахстана. Одна из основных причин низких урожаев - отсутствие высококачественного семенного материала. Картофель очень сильно поражается различными заболеваниями - грибными, бактериальными и вирусными. Наиболее вредоносными из всех типов болезней являются вирусные болезни картофеля,которые могут привести к полной потере урожая. Урожайность картофеля в регионе очень низкая (от 5,6 т/га до 11 т/га). Урожайность картофеля в западных странах составляет 45-50 т/га. Это объясняется, прежде всего, хорошо отлаженной семеноводческой работой в основе, которой лежат методы сельскохозяйственной биотехнологии. С помощью методов биотехнологии можно в короткие сроки оздоровить сорта картофеля от вирусной и грибной инфекции, размножить протестированные на вирусы растения, получить безвирусные миниклубни,которые используют для выращивания полевых безвирусных клубней. На аэропонной установке в качестве субстрата используется питательный раствор,которым периодически опрыскиваются корни растений. На один модуль высаживается одновременно 65 пробирочных растений. Таким образом, отличие нашего способа от существующих ранее использование установки не гидропонного действия,а аэропонного, что более предпочтительно для клубнеобразующих растений, так как корневая система находится не в водном растворе, а в замкнутом желобе с распыленным в виде тумана раствором питательных веществ. Процесс выращивания пробирочных растений картофеля в аэропонной установке разделили на 3 этапа 1 - укоренение и интенсивный рост надземной биомассы, 2 - индукция клубнеобразования, 3 интенсивное клубнеобразование и регулярный сбор миниклубней картофеля кондиционного размера. На каждом этапе подбирали свои параметры культивирования (таблица 1). Пример 1. Разработка параметров адаптации и укоренения пробирочных растений на аэропонной установке (таблице 1) Таблица 1 Параметры культивирования растений картофеля на аэропонной установке в зависимости от этапов технологии Параметры оборудования инженерных систем Фотопериод, час/сутки Температура воздуха в режиме День Температура воздуха в режиме Ночь Относительная влажность воздуха Температура питательного раствора рН раствора 2 22559 При выращивании пробирочных растений картофеля на аэропонной установке мы разработали технологию укоренения и адаптации пробирочных растений картофеля. Нами отработан этап адаптации и укоренения пробирочных растений в аэропонике. После высадки растений из пробирок, каждое растение накрывается прозрачным пластиковым стаканом. При этом создаются условия влажной камеры. При этом растение защищается от внешних воздействий и постепенно в растениях начинает функционировать система транспирации. Такой подход позволяет добиться 95-ной приживаемости пробирочных растений на аэропонной установке. Для роста растений использовали питательный раствор,состоящий из полифита, кальцинита, нитрата магния(таблица 2). Из регуляторов роста в раствор добавляется индолилуксусная кислота,способствующая росту корней. рН раствора поддерживается на уровне 5,7-7,0. Таблица 2 Состав питательного раствора для аэропоники Компоненты раствора Полифит Кальцинит - Са(О 3)2 Нитрат магния - (О 3)2 ИУК Количество веществ на 100 л воды, г 100 80 80 10 мл Пример 2. Для эффективного роста растений картофеля на аэропонной установке необходимо было отработать параметры воздухообмена, так как это один из важнейших факторов формирования клубней в искусственных условиях. Воздухообмен за 1 час должен составить до 300 м 3/м 2. При средней высоте помещения 3,2 метра необходимо обеспечить 40-50-кратный воздухообмен за 1 час. При таком воздухообмене содержание углекислого газа ниже 200 мкл/л (0,02), может привести к ухудшению роста и развития растений. В связи с этим,необходимо установить в помещениях с аэропонными установками систему вентиляции с приточным и отточным действием. В Национальном центре биотехнологии РК установлена вентиляция,позволяющая проводить воздухообмен в помещениях с аэропонными модулями. Кроме того, для поддержания температурного режима установлены кондиционеры, которые проводят воздухообмен и поддерживают установленную температуру в зависимости от этапа культивирования растений. Важный момент технологии получения миниклубней- цикличность впрыскивания раствора (цикличность работы насоса). Для активного роста растений наиболее оптимальным было - 30 мин разбрызгивание раствора и 30 мин - перерыв. Чтобы растения не испытывали засуху в помещениях необходимо поддерживать высокую относительную влажность воздуха - 65-85, в зависимости от этапа культивирования. Для поддержания влажности 7585 в первые 2 недели роста, после снятия пластиковых стаканов опрыскивали растения картофеля 5 раз в день водой. Для этого используется ручной насос. Для поддержания высокой влажности в помещении необходимо установить увлажнитель воздуха, работающий в автоматическом режиме, что позволяет поддерживать относительную влажность 75-80, а при необходимости - 65-75. Пример 3. Технология посадки растений в аэропонику и ухода за ними. Аккуратно высадить пробирочные растения в лунки желоба на аэропонной установке. Доставать растения из пробирок нужно пинцетом, отмыть от корешков остатки среды в воде,завернуть стебли тонким поролоном и вставить каждое растение в отверстие, закрывающее вход на желобе аэропонной установки (фиг. 1, таблица 3). Таблица 3 Рост вегетативных частей растений картофеля на аэропонной установке Сроки культивирования (количество дней) 10 15 20 ВП,КЛ,ВП,КЛ,ВП,КЛ,ВП,КЛ,см шт см шт см шт см шт 1 Невский Л-23 5,6 4,3 10,3 8,1 14,5 9,0 24,4 9,5 2 Невский Л-31 4,8 4,1 8,4 5,3 13,4 8,6 23,3 9,5 3 Линия 17 8,5 6,8 13,7 10,7 21,7 13,8 40,4 15,3 4 Линия 2,8 9,7 5,9 15,0 10,0 20,8 11,8 31,3 11,0 5 Романо 4,9 4,2 8,9 5,0 17,3 4,0 24,0 5,0 Примечание ВП - высота побега, КЛ - количество листьев 5 22559 Затем необходимо придерживаться параметров культивирования в соответствии с днями культивирования (таблица 1). В процессе роста необходимо вести наблюдения за развитием растений, чтобы не упустить наступление следующего периода и во время отрегулировать длину дня и температурный режим. Как видно из таблицы 3, в аэропонной установке процесс роста и развития растений проходит быстро, с большей интенсивностью, чем при высадке пробирочных растений в почвогрунт. Наблюдается интенсивный рост стеблей и формирование листьев, корней. Это связано с оптимальным подбором режимов культивирования и подбором состава питательного раствора. При изучении 5 генотипов картофеля показано,что у всех были сформированы нормальные по фенотипу растения, с утолщенным стеблем, с хорошо сформированной листовой пластинкой и наблюдали интенсивное образование боковых побегов. Наилучшие растения были сформированы у линии 17, линии 2,8. Растения среднего размера сформированы у линий Л-23, Л-31 сорта Невский. Наибольшую высоту побегов наблюдали у линий 17 на 30-й день роста, где высота растений составила 42 см и образовались листья в количестве 19 штук на одно растение, а по сорту Невский Л-31 высота достигала - 24,7 см, а количество листьев 9 шт. Растения несколько ниже сформировались у сорта Романо - 25,0 см, количество листьев у этого сорта было 6 шт. на стебель (фиг. 2). В целом через 30 дней культивирования растения сформированы хорошие, окраска листьев насыщенно-зеленая, побеги - толстые, крепкие,листья крупные. На этой стадии у растений идет интенсивное корнеобразование и наблюдается начало клубнеобразования. При проведении замеров по формированию корневой системы, показано, что практически все линии образовали хорошие длинные корни и сформировано очень много корней. Как показано в таблице 4, процесс корнеобразования проходит интенсивно, так же как и надземной части картофеля. Замеры корневой системы проводили в течение 15 дней, так как при большом сроке культивирования, невозможно посчитать количество корней. По сортам показано, что самые длинные корни были у линии 2,8 - 15,8, у линии 17 - 14,2 см,также на этих линиях сформировано наибольшее количество корней (фиг. 3, таблица 4). Средние по биометрическим показателям растения сформированы у сорта Романо. После 30-го дня культивирования в желобах аэропонной установки наблюдается сплетение корней и образование столонов. Через 45 дней культивирования началось формирование клубней на столонах. Наблюдается множество зачатков клубней,которые выращиваются до кондиционных размеров и снимаются с растений. Таблица.4 Рост корней у растений картофеля на аэропонной установке Сроки культивирования (количество дней) 10 15 20 ДК,КК,ДК,КК,ДК,КК,ДК,см шт см шт см шт см 1 Невский Л-23 2,4 3,6 4,6 7,5 9,7 8,6 13,3 2 Невский Л-31 2,1 2,4 3,2 4 6,8 5,8 14,2 3 Линия 17 4,6 7,2 7,5 11 14,2 12,6 17,7 4 Линия 2,8 4,8 6,5 8,2 8,9 15,8 11,9 23,9 5 Романо 2,1 3,9 2,8 6,3 4,2 6,7 5 Примечание ДК - длина корней, КК - количество корней 5 Еще несколько генотипов были изучены на аэропонной установке. Рост и развитие вегетативных частей растений на аэропоннои установке проходит также интенсивно, как и корневой системы. На всех сортах на аэропонной установке сформированы хорошие растения с побегами, листьями и корневой системой(таблица 5, 6) Таблица 5 Развитие и рост вегетативных частей растений картофеля на аэропонной установке Сроки культивирования 5 10 ВП,КЛ,ВП,КЛ,см шт см шт 1 Невский Л-12 4,8 4,5 8,4 6,5 2 Линия 17 3,3 5,3 6,5 7,3 3 Бакша 3,6 3,7 5,1 5,2 4 Орбита 4,6 5,0 6,8 6,0 Примечание ВП - высота побега, КЛ - количество листьев 22559 Таблица 6 Развитие и рост корней растений картофеля на аэропонной установке Сроки культивирования (количество дней) 10 15 20 ДК,КК,ДК,КК,ДК,КК,ДК,КК,см шт см шт см шт см шт 1 Невский Л-12 1,8 3,2 4,0 9,2 12,3 9,0 15,1 9,1 2 Линия 17 1,3 2,5 4,0 9,2 10,8 9,4 17,5 9,6 3 Бакша 1,4 2,7 2,6 2,8 9,5 7,3 14,3 7,6 Орбита 0,5 1,6 1,5 5,3 4,2 6,0 8,1 4,8 Примечание ДК - длина корней, КК- количество корней 5 Пример 4. Индукция клубнеобразования на аэропонной установке. После того, как сформируются нормально развитые растения с корневой системой, столонами,с хорошо развитыми листовыми пластинками и прочными стеблями, необходимо переходить к третьему этапу культивирования. Для этого нужно придерживаться следующих условий Длину светового дня снизить до 12 часов дневную температуру нужно поддерживать на уровне 20-22 С ночная температура должна составлять 1618 С относительная влажность воздуха снижается до 65-75 температура питательного раствора составляет 16-20 С (таблица 1). При создании таких условий в желобах на столонах начинают активно формироваться миниклубни. При достижении ими размеров 3-5 см в диаметре необходимо снимать клубни со столонов. Это будет способствовать дальнейшему клубнеобразованию (фиг. 4). Таким образом, изобретение представляет способ получения миниклубней картофеля из оздоровленных от вирусной и грибной инфекции прорбирочных растений на аэропонной установке,без использования почвогрунта, с помощью мелкокапельного разбрызгивания питательных растворов в герметически закрытых желобах, при регулируемых режимах вентилирования,кондиционирования,при регулируемом фотопериоде в зависимости от этапа культивирования растений. Данный способ может быть использован в безвирусном семеноводстве картофеля для получения исходных безвирусных миниклубней, для ускорения семеноводческого процесса,а также в биотехнологических исследованиях. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения безвирусных миниклубней картофеля на аэропонной установке, включающий увлажнение корневой системы в процессе роста картофеля питательным раствором, отличающийся тем, что выращивание картофеля проводят с помощью мелкокапельного разбрызгивания питательным раствором в герметически закрытых желобах,при регулируемых параметрах культивирования, при фотопериоде от 12 до 16 час/сутки, с относительной влажностью воздуха в помещении 65-85 в зависимости от этапов культивирования растений. Фиг.1 Высадка пробирочных растений и их рост в аэропонной установке 1 высадка пробирочных растений 2 адаптированные растения через 5 дней 3 укоренение растенй через 10 дней 4 рост вегетативной массы через 20 дней 5 рост корней 20 дней 6 вегетативная масса через 30 дней