Селекция картофеля
Введение
Картофель используют в пищу почти на всем земном шаре. Все его знают, как довольно калорийный продукт, богатый углеводами и витаминами. Однако далеко не многие знают о значении для здоровья человека его разнообразия. Эволюция и тысячелетний искусственный отбор способствовали образованию широчайшего разнообразия культурного картофеля в Южной Америке. Благодаря этому сегодня в мире создано более 14 тысяч сортов картофеля.
Картофель как продукт, прежде всего, популярен благодаря высокому содержанию в его клубнях углеводов и витамина C, фолиевой кислоты и железа. Однако он содержит и многие другие биохимические соединения, среди которых антоцианины и каротиноиды, которые могут функционировать как антиоксиданты. Исследованиями ученых доказано, что антиоксиданты в человеческой диете снижают уровень сердечной болезни, атеросклероза некоторых раковых образований. В пределах генетического разнообразия картофеля возможен выбор из различных видов таких форм, которые богатыми красными, фиолетовыми и синими пигментами, которые обеспечивают окраску и могут действовать как антиоксиданты в диете человека, усиливая защиту организма от образования оксидативных свободных радикалов.
В США уже более 5 лет развивается новая программа селекции специальных диетических сортов картофеля. Создано несколько новых сортов с высоким содержанием антоцианинов и каротиноидов в мякоти, которые рекомендованы министерством здравоохранения для использования в пищу как диетический продукт.
В нашей стране, как и в европейских странах, подобныеселекционные программы еще не получили широкое развитие. Однако, учитывая возрастающий интерес населения к новым экзотическим продуктам питания и их значению для здоровья, велика вероятность, что спрос на диетический картофель пока значительно может превысить предложения создателей такого картофеля.
Для вывода одного нового сорта картофеля ученые селекционеры работают не менее 10 лет, чтобы получить действительно хороший сорт, который бы отвечал всем показателям качества и удовлетворял потребности потребителя. Выведением сортов занимаются генетически-селекционные учреждения, ученые стремятся объединить в одном сорте много полезных свойств, чтобы сорт был высокоурожайный, устойчивый к болезням, слабо вырождался, имел хороший вкус и привлекательный внешний вид.
- Происхождение и экономическое значение культуры
Картофель – ценная продовольственная с/х культура. В мировом производстве продукции растениеводства он занимает одно из первых мест наряду с рисом, пшеницей и кукурузой. Клубни содержат около 25% сухих веществ, в том числе 14-22% крахмала, 1,4-3% белков, около 1% клетчатки, 0,2-0,3% жира, 0,8-1% зольных веществ, органических кислот – 0,6%, сахаров – 1%, воды – 75%. Картофель богат витаминами С, В1,В2,В6,РР, К и минеральными веществами. Особенно богаты витаминами молодые клубни.
Картофель культура разностороннего использования. Благодаря содержанию в клубнях крахмала, белка высокого качества и витаминов он является исключительно важным продуктом питания человека. Его по праву называют вторым хлебом. Известно более 200 видов блюд из картофеля.
Картофель – хороший корм для скота. По переваримости органического вещества (87-97%) картофель, как и кормовые корнеплоды, стоит на первом месте среди растительных кормов. На корм используют клубни в сыром и запаренном виде, засилосованную ботву. Продукты переработки картофеля (мезга и барда) – также прекрасный корм для животных.
Питательная ценность, корм.ед на 100кг корма: сырых клубней – 29,5, силоса и зеленой ботвы – 8,5, барды свежей – 4, барды сушенной – 95,5. При урожае 15т клубней и 8т ботвы с 1га общая кормовая ценность картофеля составляет примерно 5500 корм.ед.
В кожуре и позеленевших клубнях картофеля содержится ядовитое вещество соланин (0,005-0,01%), частично распадающийся при варке. Позеленевшие и проросшие при дневном или искусственном освещении клубни непригодны в пищу и для скармливания животным без тщательной варки и других приемов обезвреживания.
Клубни являются хорошим сырьем для спиртовой, крахмалопаточной, декстриновой, глюкозной, каучуковой и других отраслей промышленности. Крахмал и спирт, получаемые из картофеля, является незаменимым сырьем в парфюмерной, лекарственной пищевой, текстильной, бумажной и других отраслях промышленности. Из 1т клубней с крахмалистостью – 17,6%, можно получить – 112л спирта, 55кг – жидкой СО2, 0,39л – сивушного масла и 1500л барды; или 170кг крахмала и 1т мезги; или 80кг – глюкозы и 65 кг гидрола.
Картофель имеет большое
агротехническое и
Общая площадь картофеля
в мировом земледелии достигает
18млн га, а валовой сбор – более
300млн т. В РФ наиболее значительные
площади посадок картофеля
Родина картофеля – Южная Америка, где он известен с незапамятных времен и наряду с кукурузой составлял основную пищу индейцев. Известно более 150 диких видов картофеля, произрастающих преимущественно в Южной и Центральной Америки.
Открытие картофеля
Появление картофеля в
России связывают с петровской эпохой.
Один из основоположников научного картофелеводства
в России агроном А.Т. Болотов, в 1770г опубликовал
работу “Примечание о картофеле, или земляных
яблоках”, в которой изложил агротехнические
основы размножения клубней.
В течение длительного
времени был известен всего один
вид культурного картофеля. Под
руководством академика Н. И. Вавилова
в 1925г. советские ботаники-
2. Ботанико-морфологичесская характеристика и биологические особенности
2.1 Ботанико-морфологическая характеристика
Картофель – многолетнее травянистое клубненосное растение, но в культуре используется как однолетнее, потому что весь его жизненный цикл, начиная с прорастания клубня и кончая образованием и формированием зрелых клубней, проходит в течение одного вегетационного периода.
Обычно, размножают картофель вегетативно – клубнями, стеблями и т.д., можно частями клубней, ростками и черенками. В селекционной практике часто используют семенное размножение.
Картофель относится к семейству Пасленовые (Slanaceae), роду Solanum, объединяющему десятки диких и культурных видов. В производстве встречается 1 вид – солянум туберозум (Solanum tuberosum).
Стебли картофеля большей частью прямостоячие, реже – отклоняющиеся в сторону. Окраска стеблей зеленая, однако у некоторых сортов она маскируется антоцианом, который придает стеблям красновато-бурый оттенок. По характеру ветвления стебля сорта картофеля делят на 2 группы: сорта более позднеспелые (ветвление происходит главным образом в нижнем ярусе); сорта скороспелые (стебель снизу не ветвится). По форме стебли картофеля ребристые, трех- или четырехгранные, в различной степени опушенные. В местах соединения граней на ребрах стеблей образуются выросты зеленой ткани, так называемые крылья, которые являются важным сортовым признаком. Высота стеблей сильно изменяется (30-150см) в зависимости от условий выращивания и сорта.
В подземной части стебля из пазушных почек развиваются побеги – столоны, на концах которых образуются клубни, или утолщения. Толщина столонов всегда меньше толщины стеблей. Столоны могут быть разной длины, у ранних сортов они короче, у поздних – длиннее.
Листья картофеля, появляющиеся
при прорастании клубней (или
семян), простые цельнокрайние. По мере
роста растения образуются прерывисто-
Строение и степень рассеченности листьев – важнейшие сортовые признаки. В зависимости от числа и расположения долек различают сильную и слабую рассеченность листа. Средняя рассеченность – нехарактерный признак сорта. С нижней стороны листа выступает сеть жилок, окраска которых нередко коррелирует с окраской клубней. Листья на стебле располагаются по спирали.
Цветки у картофеля собраны в соцветия, представляющие собой расходящиеся завитки, расположенные на общем цветоносе различной длины. Цветоножка сочлененная. Цветки пятерного типа. Чашечка цветка спайнопятилепестная, чашелистики сросшиеся у основания. Венчик колесовидный, состоит из пяти сросшихся лепестков. Окраска венчика разнообразная: белая, синяя, темно-сине-фиолетовая, красно-фиолетовая с различными оттенками. В середине цветка находится 5 тычинок. Они состоят из пыльников, сидящих на коротких нитях, сросшихся между собой и с основанием лепестков. Пыльники бывают оранжевого, желтого, зеленовато-желтого или зеленоватого цвета. Завязь верхняя и состоит из двух плодолистиков с многочисленными семяпочками. Картофель – самоопыляющееся растение, но большинство сортов стерильно, и только немногие фертильны.
Плод картофеля – двугнездая многосемянная сочная зеленая ягода шаровидной или овальной формы. При созревании ягоды белеют и приобретают приятный запах, напоминающий запах земляники. Для употребления в пищу они непригодны из-за высокого содержания соланина.
Семена мелкие, плоские, с согнутым зародышем, светло-желтого цвета. Масса 1000 семян – около 0,5г.
Корневая система картофеля, выращенного из клубня, мочковатая. Она представляет собой совокупность корневых систем отдельных стеблей. Корневая система имеет ростковые (глазковые), или первичные, корни, образующиеся в начале прорастания клубней, пристолонные корни, появляющиеся в течение всего периода вегетации и располагающиеся группами по 4-5 около каждого столона, и столонные корни, находящиеся на столонах.
Основная масса корней (60-70%) располагается в пахотном слое, 22-38% проникает глубже, отдельные корни уходят на глубину до 150см. Глубина проникновения корней в почву у разных сортов неодинаковая, у ранних сортов она небольшая, у среднеспелых и поздних – довольно значительная.
Мощность корневой системы
в значительной степени зависит
от условий выращивания –
Клубень картофеля представляет
собой утолщенный укороченный стебель.
На клубне в раннем возрасте имеются
мелкие чешуйчатые листочки, не содержащие
хлорофилла. В пазухах чешуйчатых
листочков закладываются
Глазки на клубне расположены спирально. Так как клубень растет вершиной, в верхней части глазки расположены более сближено, чем в средней и у основания. Глазки верхушечной части клубня более жизнеспособны и прорастают раньше нижних. В зависимости от сорта, ростки, пророщенные на свету, имеют разную окраску: зеленую, красно-фиолетовую или сине-фиолетовую.
Дыхание клубней и испарение влаги происходят по межклетникам рыхло расположенных клеток через так называемые чечевички, образующие возвышения на кожуре клубня. Число и размер чечевичек во многом зависят от условий выращивания картофеля.
Форма клубней очень разнообразна,
но характерна для каждого сорта.
Она определяется отношением его
длины к ширине и ширины к толщине.
В зависимости от этих соотношений
различают клубни круглые, округло-овальные,
удлиненно-овальные, длинные, плоские,
овальные и другие. Клубни бывают белые
с различным проявлением
2.2 Биологические особенности
Картофель размножают вегетативно — небольшими клубнями или частями клубней (и для целей селекции — семенами). Они высаживаются на глубину от 5 до 10 см.
Жизнь картофельного растения условно делят на три периода. Первый период — от всходов до начала цветения (35-38 дней у скороспелых, 43-46 дней у позднеспелых). На этом этапе главным образом увеличивается масса ботвы, прирост клубней незначителен. Второй период охватывает цветение и продолжается до прекращения прироста ботвы (практически до начала ее увядания). В это время происходят наиболее интенсивные приросты клубней. Третий период — от прекращения приростов ботвы до естественного ее увядания. Приросты клубней еще продолжаются, но менее интенсивно, чем во втором периоде.
Наиболее важным в формировании клубней является второй период. В это время накапливается до 65-75% конечного урожая. Погодные условия, складывающиеся в этот период, определяют уровень урожая. Приросты урожая клубней картофеля колеблются в зависимости от метеорологических условий. В отдельные годы среднесуточные приросты урожая клубней в период максимального клубнеобразова-ния достигают 2,5-2,8 т на 1 га. Приросты же в 1-1,5 т на 1 га отмечаются почти ежегодно.
Отношение к теплу.
Картофель — культура умеренного климата. Он не выдерживает отрицательных температур, плохо реагирует на температуру ниже 7-8°С и в то же время сильно угнетается уже при температуре почвы выше 20°С. Ботва картофеля повреждается при температуре минус 1-1,5°С.
Клубни обычно не выносят температуры минус 1-2°С, что связано прежде всего с высоким (до 75% и более) содержанием в них воды.
Клубни, подвергшиеся при хранении воздействию пониженных положительных температур, приобретают сладкий вкус вследствии превращения крахмала в сахар. Если эти клубни затем выдержать при комнатной температуре, происходит обратный процесс и у них вновь появляется нормальный вкус.
Проросшие клубни ранних сортов высаживают при температуре почвы 2-3°С, не проросшие клубни высаживают при температуре почвы до 6-8°С. Оптимальная для прорастания температура 18-20°С. Всходы в этом случае появляются на 10-12-й день после посадки, в то время как при температуре почвы ниже 7°С — лишь через 30-35 и даже через 50 дней. Лучшее клубнеобразование в средней полосе происходит при температуре почвы 16-19°С, что примерно соответствует температуре воздуха 21-25°С. При снижении температуры рост клубйей задерживается, а при 7°С — прекращается.
Ассимиляционная деятельность
листьев картофеля почти
Отношение к свету.
Картофельное растение весьма
требовательно к свету. Даже при
небольшом затенении у
Отношение к влаге.
Картофель — требовательное к влажности почвы растение. Потребность во влаге изменяется у него по фазам развития. Критическим периодом является фаза начала цветения. Недостаток влаги в почве в этот период приводит к сильному снижению урожая клубней.
Наиболее благоприятные условия для роста картофеля и образования высокого урожая клубней создаются при влажности почвы 70-80% полной полевой влаго-емкости в зоне распространения основной массы корней в период цветения и клуб-необразования и 60-65% — в период накопления крахмала в клубнях. Для обеспечения высоких урожаев картофеля в средней полосе необходимо, чтобы за вегетацию выпадало не менее 300 мм осадков. Недостающее количество влаги должно восполняться орошением.
Особенности питания.
Количество питательных элементов, потребляемых картофельным растением, зависит от многих факторов и ориентировочно определяется выносом их из почвы с урожаем. Установлено, что картофель выносит в среднем с I т клубней и соответствующим количеством ботвы 5-6 кг N, 1,5-2 кг Р3О5 и 7-10 кг К2О.
Таким образом, из основных элементов питания картофель потребляет больше всего калия, затем азота и меньше всего — фосфора. Забирая из почвы питательные элементы значительно больше, чем зерновые культуры, картофель дает хозяйственно-ценной продукции примерно в 2-2,5 раза больше с единицы площади, чем они. На это обращал в свое время внимание Д. Н. Прянишников (1920), который писал, что возделывать картофель на полях — это то же, что получать три колоса там, где рос один.
В первый период жизни растение
картофеля требует немного
При недостатке в почве азота отмечается слабое развитие надземных органов картофеля, уменьшаются облиственность растений, продуктивность работы листового аппарата и урожай клубней. При избыточном азотном питании наблюдается чрезмерный рост ботвы, задерживается образование клубней и удлиняется период вегетации; снижается устойчивость растений к различным заболеваниям и накапливаются нитраты. При нормальном азотном питании картофельное растение лучше усваивает калий и фосфор.
Хорошая обеспеченность картофеля фосфором ускоряет развитие растений, начиная с появления всходов. Повышаются темпы формирования корневой системы, раньше наступает период клубнеобразования, увеличиваются урожай и крахмали-стость клубней, улучшаются их лежкость и семенные качества. При недостатке фосфора нарушается нормальное развитие растения: понижается ветвистость куста, задерживаются бутонизация, цветение и клубнеобразование. На клубнях появляются коричневые пятна, их крахмалистость уменьшается, а вкусовые качества ухудшаются.
Калий, имея большое значение для процесса фотосинтеза, белкового и углеводного обмена, существенно влияет на величину урожая картофеля и его качество (особенно крахмалистость), повышает устойчивость растений к болезням. Калий играет исключительную роль в водном режиме растений. При калийном голодании картофеля происходят нарушения в росте и развитии растения, в его анатомо-морфологическом строении. Механические ткани и корневая система развиваются слабее. Клубни при недостатке калия бывают мелкими, приобретают несколько удлиненную форму и плохо хранятся в зимний период. Калийные удобрения, содержащие много хлора, уменьшают размер крахмального зерна.
Отношение к почве.
Лучшими для картофеля являются рыхлые почвы, с хорошей воздухопроницаемостью, небольшой влагоемкостью и водопроницаемыми подпочвенными горизонтами. Прорастающие клубни, корни и молодые клубни потребляют во много раз больше кислорода воздуха, находящегося в почве, чем корни и подземные органы других растений. Этим объясняется высокая требовательность картофельного растения к порозности почвы.
Картофель с успехом возделывают
в Центрально-Черноземных
Картофель сравнительно хорошо растет на кислых и слабокислых почвах. Оптимальная реакция среды почвенного раствора для роста растений при величине рН солевой вытяжки 4,8-6,3. На сильнокислых и щелочных почвах рост картофеля ухудшается.
3.Исходный материал для селекции и методы его создания
3.1 Формы, значение и методы создания исходного материала
С каждым годом сельскохозяйственное производство предъявляет к сортам картофеля все более высокие требования. Механизация его выращивания предопределяет вывод сортов, пригодных к использованию комплексной механизации на всех работах. Требования перерабатывающей промышленности сводятся к тому, что клубни картофеля должны иметь поверхностные глазки, желательно округлую форму, низкое содержание редуцированных сахаров и не темнеющий мякиш. Кроме того, сорта картофеля должны быть стойкими к болезням и вредителям.
Создание новых сортов
картофеля, которые бы соответствовали
растущим требованиям производства,
почти всегда нуждается в перестройке
селекционного процесса. Но даже при
выполнении таких условий селекционерам
часто не хватает исходных для
скрещивания форм, которые бы характеризовались
хорошим проявлением
Очень часто свойства картофеля,
необходимые селекционерам для
создания новых сортов, у тех, которые
выращиваются, отсутствуют. А поэтому
привлечение их к скрещиванию
картофеля не дает возможность решить
поставленные перед селекционерами
задачи. Успехов в выведении новых
сортов картофеля с желаемыми
свойствами можно достигнуть, выполняя
целенаправленные работы по созданию
исходного материала картофеля.
Одновременно необходимо учитывать, что
подбор родительских форм по внешним
признакам во многих случаях не гарантирует
желаемого результата. Важным также
является предварительное изучение
материала касательно передачи его
признаков последующим
Во всех странах мира,
где проводятся основательные исследования
с картофелем, созданию исходных форм
для селекционеров придают
Учитывая не всегда возможное без применения специальных методов привлечение к созданию исходного материала культурных и особенно диких видов картофеля, рекомендуются формы с высоким проявлением отдельных свойств или их комплекса сначала искать среди сортов и межвидовых гибридов, потом – среди культурных видов и в последнюю очередь – среди диких видов картофеля.
Некоторые сорта картофеля
характеризуются высоким
По происхождению сорта картофеля можно разделить на внутренневидовые и межвидовые. Признаки, не свойственные сортам, полученным при участии вида туберосум, передаются потомкам от межвидовых гибридов. Например, известно много селекционных сортов картофеля, которые характеризуются стойкостью к картофельной нематоде. Конечно, это межвидовые гибриды, которые наравне с высоким проявлением многих хозяйственно ценных признаков можно выращивать на зараженных вредителями площадях. Сорта картофеля, которые хорошо передают один или несколько признаков потомкам, называются донорами и успешно используются как исходный селекционный материал картофеля.
Некоторые свойства межвидовых гибридов унаследованы от диких видов картофеля. Среди их разнообразия важно выделять формы, которые совсем не поражаются отдельными болезнями и вредителями. Найдены виды картофеля, которые совсем не поражаются фитофторой, гнилями во время хранения, вирусными и другими болезнями. Учитывая это, применение в селекционной практике диких и культурных видов картофеля – основной метод создания исходного селекционного материала картофеля, новых сортов картофеля.
Каждый вид картофеля
в природе слишком долго
Высокие требования, которые
ставятся к сорту картофеля, в
последнее время не позволяют
создать высококачественную исходную
форму с использованием одного вида.
Получение исходного материала
картофеля стало на путь синтеза
признаков многих видов в одном
гибриде. В нашей стране и за границей
уже выведены сорта картофеля
при участии шести-семи видов. Они
характеризуются высоким
3.2Генетическая
природа и характер
Виды картофеля образуют непрерывный полиплоидный ряд, основное число которого (х) равно12. Полиплоидный ряд клубненосных видов картофеля (впервые был установлен в 1929г. В. А. Рыбиным) включает диплоидные (2х), триплоидные (Зх), тетраплоидные (4х), пентаплоидные (5х ) и гексаплоидные (6х) виды. Среди них около 70 % — диплоиды, 15 — тетраплоиды, 8 — гексаплоиды, 7 % — остальные виды.
Большинство диплоидных видов самонесовместимы и оплодотворяются в пределах вида перекрестно. Однако часть диких видов самосовместима и в результате самоопыления образует ягоды и семена. Мейоз у диплоидов и их гибридов протекает нормально с образованием 12 бивалентов в метафазе I. Самонесовместимость у диплоидов обусловлена действием множественных аллелей гена (известно 13аллелей).
Полиплоидные виды картофеля в основном самосовместимы. Однако у три- и пентаплоидов нарушен мейоз, пыльца стерильна, размножаются они только вегетативно. У тетра- и гексаплоидов мейоз протекает нормально, пыльца фертильна, они хорошо размножаются генеративным путем.