Биологические особенности картофеля

Картофель (Solanum tuberosum) - это однолетнее травянистое растение. вырастающее до 100 сантиметров в высоту и формирующее клубень столь богатый крахмалом, что он является четвертой по важности продовольственной сельскохозяйственной культурой в мире после кукурузы, пшеницы и риса. S. tuberosum подразделяется на два лишь незначительно различающихся между собой подвида: andigena (андийский) - приспособленный к условиям короткого светового дня и выращиваемый главным образом в Андах; и tuberosum (клубненосный) - выращиваемый в настоящее время во всем мире и выведенный, как предполагается, в результате ввоза в Европу небольшого количества клубней андийского картофеля, которые впоследствии адаптировались к более продолжительному световому дню.

На протяжении большого периода времени у картофельного растения развивался и совершенствовался вегетативный путь размножения. Естественный отбор в этом направлении привел к созданию специальных органов размножения - клубней.

Клубень картофеля представляет собой утолщенное окончание подземного побега (столона). Он служит хранилищем запасных веществ. Ростовые почки находятся в глазках, расположенных в клубне по спирали. У культурного картофеля предпочтительно мелкое заложение глазков. В зависимости от сорта, клубни сильно различаются по форме -- от удлиненно-овальной до круглой. Цвет мякоти желтый, кремовый или белый, а кожуры -- светлый, фиолетовый, розовый, охристый или красный. Во время роста клубень имеет легко стирающийся эпидермис, который к моменту зрелости меняется на пробковую кору с чечевичками для газового обмена.

Корни образуются только под зелеными стеблями, т.е. столонами. Основная масса корней (60...85%) находится в пахотном слое диаметром 0,5 м вокруг растения. Часть корней картофеля проникает в почву в зависимости от ее состояния на глубину от одного до двух метров. Растения, которые растут во влажных условиях, формируют корневую систему в верхних слоях почвы и при засухе больше страдают от недостатка влаги. Позднеспелые сорта образуют более мощную и глубже проникающую корневую систему, чем раннеспелые. Между массой корней, их глубиной проникновения в почву и массой ботвы существует положительная корреляция.

Надземный стебель травянистый, ребристый, трех- или четырехгранный, вначале прямостоящий, позже развалистый. Из клубня в большинстве случаев образуются 3...5 стеблей, которые могут ветвиться как под землей, так и над ней.

Листья на стебле расположены по спирали. Первые из них болee или менее простые, но по мере развития растений они становятся непарноперистыми, с чередующимися супротивными крупными долями. В зависимости от количества стеблей, их горизонт, см ветвления, длины междоузлий и места положения листьев на стебле различают два типа сортов: листовой, у которого все листья находятся на верхушке стеблей, и стеблевой, у которого они распределены по всей длине стебля. Между этими типами существуют переходные формы. Хотя тип облиствления типичен для сорта, на него влияют и условия выращивания. Обычно стеблевой тип более продуктивен, чем листовой.

Цветки собраны в соцветие, представляющее собой сложный завиток, расположенный на общем цветоносе различной длины. Склонность к цветению зависит от сорта и фотопериодических условий. Цветки пятерного типа. Окраска венчика сортотипична. Картофель, как правило, самоопыляющаяся культура, но встречаются и перекрестноопыляемые растения. Плод -- двухгнездная мелкосемянная (50...100 мелких белых семян) ягода шаровидной или овальной формы зеленого цвета. Размножение картофеля настоящими семенами ведет к расщеплению генетически фиксированных сортотипичных свойств (http://ru.wikipedia.org/wiki/).

Зрелый клубень картофеля находится в состоянии покоя, длительность которого сортотипична. Она зависит от содержания в кожуре ингибиторов роста, количество которых во время хранения уменьшается. Одновременно возрастает содержание ростовых и растворимых запасных веществ и тем самым готовность клубней к прорастанию. Чем интенсивнее дыхание во время хранения, тем быстрее происходит их прорастание.

До появления всходов и создания органов автотрофного питания материнский клубень является источником питательных веществ, которые обеспечивают рост корневой системы, стебля и листьев.

Прорастание начинается с верхних глазков, причем в рост трогается обычно одна почка глазка.

Если появившиеся ростки обломать, то в этих же глазках пробуждается вторая почка, а если обломать и эту, то -- следующая. На образование ростков затрачиваются пластические вещества клубня, и обламывание ростков хотя и не прекращает ростовые процессы в клубне, но значительно ослабляет их. Обламывание ростков проросших клубней при посадке отрицательно сказывается на росте и развитии картофеля.

Поврежденные клубни прорастают быстрее, чем неповрежденные (повышенное дыхание, потери вместе с кожурой ингибиторов роста). Щадящая уборка и сортировка, низкие температуры во время хранения способствуют поддержанию состояния покоя клубня. Различными химическими веществами можно удлинить (ингибиторы дыхания или прорастания, например, профама или хлорпрофама) или укоротить (ингибиторы покоя зародыша, например, тиомочевина или гиббереллиновая кислота) период покоя клубней.

За счет резервов маточного клубня молодые растения некоторое время развиваются независимо от питательных веществ и воды в почве. Число проростков зависит от величины маточного клубня. Из маленьких клубней обычно образуется один-два главных стебля с малым количеством столонов и клубней. Но, к уборке клубни от таких растений, как правило, бывают более крупные. Наоборот, крупные маточные клубни образуют обычно больше стеблей и клубней, но несколько меньшего размера.

В процессе перехода клубней от состояния покоя к прорастанию и росту проростков они физиологически стареют, что зависит от суммы среднесуточных температур выше 0 °С и продолжительности периода начала прорастания. Высокий физиологический возраст посадочных маточных клубней оказывает различное воздействие на урожай. Во-первых, он сокращает срок от посадки до появления всходов (на 14 суток), сдвигается вегетационный период картофеля, растения попадают в более благоприятные условия развития (высокая влажность почвы и инсоляция); во-вторых, он тормозит рост ботвы, снижение массы которой при клубнеобразовании ведет к уменьшению прироста клубней. Так как длительность периода роста и развития от всходов до созревания не меняется, более высокий урожай получается при ранней уборке, а более низкий - к моменту созревания. В зависимости от метеорологических условий года воздействие физиологического возраста на клубнеобразование усиливается или ослабевает. В годы с летней засухой или сильным развитием фитофтороза важно обеспечить быстрое развитие ботвы весной. Более высокие положительные температуры благоприятно влияют на развитие ботвы, ослабляют действие физиологического возраста, а низкие, наоборот, усиливают его. Физиологический возраст у многих сортов связан верхушечным доминированием, при этом клубненосящих стеблей и клубней образуется мало. Кроме того, физиологически старые клубни склонны при механическом воздействии к черной пятнистости мякоти, а под влиянием фитопатогенных бактерий -и к поражению черной ножкой.

В связи с этим необходимо оптимизировать, физиологический возраст в зависимости от цели использования клубней. Так, для выращивания раннего картофеля применяют посадочный материал зрелого физиологического возраста, для достижения высоких урожаев созревшего картофеля Для получения высоких урожаев необходим посадочный материал разного физиологического возраста в зависимости от группы спелости. Ранний картофель требует суммы температур в пределах 400...500 °С, среднеранний - 600...800, а среднепоздний - 800... 1000 °С.

Потенциальная биологическая урожайность картофеля составляет в Западной Европе (Англия и Голландия) у среднеспелых и позднеспелых сортов около 1000 ц/га (200 ц/га сухого вещества), в Германии -- 800...900 ц/га. В Восточной Европе этот показатель в связи с более коротким вегетационным периодом ниже -- 600...800 ц/га. В связи с тем, что образование массы стеблей тесно корректирует с солнечной радиацией, все агротехнические мероприятия должны быть направлены на ее более полное использование путем создания плотной, продуктивной листовой массы и ее длительного сохранения. Образование такой ассимилирующей массы и ее сохранение тесно связаны с формированием и активностью корневой системы.

Образование массы ботвы происходит по кривой максимума, а клубней -- по суммарной кривой. У клубней прирост их биологической массы проходит нелинейно, после чего наступает фаза с высоким линейным приростом, массы. Поэтому с момента образования клубней для них необходима возможно большая листовая площадь. К этому моменту стеблестой должен покрыть 50% поверхности земли у ранних и до 70% -- у поздних сортов. Во время полного цветения (через 20...30 суток) стеблестой должен смыкаться. Среднепоздние сорта с массой ботвы от 400 до 500 ц/га при оптимальных условиях могут давать среднесуточный прирост клубней от 10 ц/га и более. Со старением стеблестоя (потери листовой площади -- желтые и осыпавшиеся листья) снижение прироста наступает примерно при 70% потерянных листьев. Максимальная урожайность достигается при 100% отмирании листьев.

Преждевременное механическое или химическое удаление ботвы, а также гибель ее от вредителей и болезней, например фитофторы, не позволяют полностью использовать потенциальную урожайность сорта.

Фотопериодические условия оказывают большое влияние на развитие растений картофеля. По цветению картофель - растение длинного, а по клубнеобразованию -- короткого дня. При коротком дне образование клубней и их созревание происходят раньше, чем при длинном. При ранней уборке они дают в таких условиях более высокий урожай, чем в условиях длинного дня. Сорта, которые в более северных регионах известны как позднеспелые, в более южных районах под влиянием коротких дней и более высоких температур требуют меньшего количества суток до наступления созревания и наоборот. При длинном дне габитус растения ближе к стеблевому типу, при коротком - к листовому.

При запоздалой посадке картофель развивается в условиях длинного дня, за счет чего повышается образование ботвы. Урожай клубней является производным от количества стеблей, количества листьев на стебле и средней массы. Все проводимые агротехнические мероприятия должны быть направлены на создание оптимальных условий формирования названных факторов урожайности.

Накопление питательных веществ в клубнях зависит от продолжительности и интенсивности их образования. Чем позже отмирает ботва, тем сроки роста клубней длиннее. Интенсивность накопления веществ клубнями зависит от количества ассимилянтов, поставляемых листьями, и в первую очередь, от индекса листовой поверхности (отношение площади листовой поверхности к площади посева). Для максимальной ассимиляции необходима оптимальная структура здорового стеблестоя. На индекс листовой поверхности влияют удобрения, оптимальная густота стояния и защита растений от вредителей и болезней. Показатель этот также зависит от того, как интенсивно используются ассимилянты клубнями (sink-активность). Эта интенсивность сортоспецифична, на нее мало влияют агротехнические мероприятия (Б.В. Анисимов, Г. Л. Белов, Ю. А. Варицев, 2009).