Технологии производства и переработки моркови. Монография

Некоторые сорта формировали высокий урожай, то есть имели более высокий коэффициент использования элементов минерального питания по сравнению с другими сортами – Грибовская (9,6 кг/м2), Flakkese Iar. (10,6 кг/м2). Минимальный урожай сформировали Red cored Аutumn, Figaro. Товарность корнеплодов (соответствие ГОСТу на товарные корнеплоды моркови, предназначенной для употребления в свежем виде) в среднем изменялась от 47 до 85%. Наиболее выровненные по форме и размеру корнеплоды были у сортов Kaliber, Figaro, Flannese.

Сорта Нантская, F1 Carrino, Western Red (Австралия) выделялись по высокому содержанию сухого вещества в корнеплодах (11,8—12,3%). Изучаемые сортообразцы существенно отличались по этим показателям. Самая высокая сумма сахаров в корнеплодах была у сортов – Amager – 9,4%, Giganta – 9,3%. Максимальное количество каротина содержалось в корнеплодах сорта Vates Top Weight (Ямайка), F1 Famino, BabyLong – 7,2 мг%.

Содержание нитратов в ранней продукции моркови (убираемой до 1 сентября) изменялось от 712 до 117 мг/кг в среднем в 6,1 раза и от 593 до 71 мг/кг в среднем в 8,3 раза в поздней продукции.

У шести образцов содержание нитратов в фазу пучковой спелости превышало ПДК (400 мг/кг), в сентябре – у 13 выше ПДК (250 мг/кг). Максимальное содержание нитратов в ранней продукции накапливали сорта Vates Tog, Giganta, Kaliber, Нантская и другие. Прослеживалась тенденция – сорта, формирующие более высокую биомассу накапливали и больше нитратов (Нантская, AutumnKing, Nantes ½ Long, Giganta), чем другие сортообразцы.

Минимальное количество нитратов как в ранней, так и в осенней продукции аккумулировали сорта Nakomura gosun (Япония) —156—71 мг/кг, F1 Carrino F1 (Швеция) – 131—145 мг/кг, Famino F1 (Нидерланды) —141—117 мг/кг, Грибовская – 117—103 мг/кг. Содержание нитратов в осенней продукции в целом было заметно меньше, чем в предыдущую фазу. Можно отметить, что у моркови наблюдалась тенденция к увеличению нитратонакопления у более скороспелых сортов, однако четкой зависимости между аккумуляцией нитратов и длиной вегетационного периода для изучаемых сортов не установлено.

Полученные результаты позволяли сделать вывод о необходимости учитета генетических особенностей сортов и гибридов моркови по способности аккумулировать нитраты при разработке экологически безопасных и биологизированных технологий в овощеводстве. Также возможна селекция этой культуры по этому показателю (Ranasihgle R., Marapana R., 2018; Волкова Е. Н., 2020).

Азот – органоген, элемент, входящий в состав всех органов и тканей живых организмов. Круговорот этого важнейшего элемента живого вещества охватывает все составные части геосферы и является одним из основных биогеохимических циклов, обеспечивающих поддержание жизни на нашей планете. Использование минеральных удобрений активизировало изучение механизмов, способов трансформации и накопления нитратов в различных овощах и фруктах.

В настоящее время известно, что сами нитраты, попадающие в организм человека с пищей, не так опасны, как нитриты, образующиеся в результате ряда превращений последних. ВОЗ установила следующий показатель для человека: 3,7 мг нитратов на 1 кг массы тела.

Савкиной Е. О. и Раскатовой Е. А. исследованы корнеплоды моркови сорта Нанская-4, выращенных на участках с различным уровнем освещенности, на содержание нитрат-ионов колориметрическиим методом анализа в Уральском регионе.

Наибольшее количество нитратов отмечено в корнеплодах, выращенных на затененном участке, наименьшее количество – на участке с наиболее высоким уровнем освещенности. Выявлено, что в верхней части корнеплодов, выращенных на всех участках, с различным уровнем освещенности, содержание нитрат-ионов меньше по сравнению с нижней хвостовой частью и средней частью (Савкина Е. О., Раскатова Е. А., 2021).

Малхасян А. Б. и Ивановой Ю. В. проведены двухлетние исследования о влиянии биопрепаратов Экориз и Биоплант Флора на качество трёх сортов моркови столовой.

Результаты исследования показали, что на содержание сухого вещества существенное влияние оказывали применяемые биопрепараты Экориз и Биоплант Флора. Наибольшим содержанием сухого вещества отличался сорт Император – 13,5% при обработке биопрепаратом Биоплант Флора. Данный препарат на всех сортах способствовал увеличению содержания сухого вещества. Биопрепарат Экориз повышал содержание сухого вещества в корнеплодах сортов моркови только на 0,2—0,5%.

В среднем по сортам моркови содержание водорастворимых сахаров в корнеплодах контрольных вариантов без применения биопрепаратов было 5,0—5,7%, а при обработке биопрепаратом Экориз содержание сахаров составляло в среднем 5,6—6,4%. При обработке семян и растений сортов моркови биопрепаратом Биоплант Флора содержание сахаров возросло и составило 6,5—7,6%.

Таким образом, наибольшее содержание сахаров было отмечено в корнеплодах сорта Император при обработке биопрепаратом Биоплан Флора – 7,6%, что на 0,8 и 1,6% больше, чем у сортов Кардинал и Сахарный гигант. Установлено максимальное содержание каротина в корнеплодах сорта Император – 11,0 мг на 100 г сырой массы при применении биопрепарата Биоплант Флора.

В корнеплодах сортов моркови содержание нитратов было на уровне 96—125 мг/кг, что ниже установленных норм для данной категории продукции. Использование биопрепарата Биоплант Флора приводило к снижению содержания нитратов в продукции сортов моркови на 9—25 мг/кг. Среди сортов наибольшее снижение нитратов на 25 мг/кг продукции от действия биопрепарата Биоплант Флора было у сорта Император (Малхасян А. Б., Яловик Л. И., 2015; Малхасян А. Б., Нефедова А. Н., 2019; Малхасян А. Б., Иванова Ю. В., 2021).

В условиях крайне напряженной экологической ситуации, сложившейся во многих регионах страны, повышение продуктивности растениеводства должно быть неразрывно связано с контролем качества получаемой сельскохозяйственной продукции. Микроэлементы, поступая из почвы в растения, влияют на протекание биохимических реакций, изменяя содержание в растении необходимых для жизнедеятельности веществ.

Однако избыточное поступление химических элементов может стать причиной накопления в растении веществ, опасных для здоровья человека и животных. Продовольственной и сельскохозяйственной комиссией ФАО установлено предельно допустимое потребление нитратов человеком в сутки, которое составляет 500 мг.

Синдиревой А. В., Шойкиной О. Д. и Трубиной Н. К. изучено влияние микроэлементов никеля и цинка на показатели качества моркови столовой.

Известно, что существует прямая зависимость между содержанием сухого вещества и сахаров в растениях. Внесение Ni22 и Zn36 способствовало стимулированию процессов биосинтеза сухого вещества и сахаров в корнеплодах.

Исследования показали, что внесение применение никеля способствовало небольшому повышению содержания сахара в корнеплодах моркови. Внесение цинка повышало количество общего сахара на 5,9% по сравнению с фоном (Синдирева А. В., Шойкин О. Д., Трубина Н. К., 2016).

Биологические особенности растений, такие как характер распределения в почве корневой системы, продуктивность, продолжительность вегетационного периода, расположение и опушенность листовой пластинки и стебля, количество и размеры плодов, их опушенность или гидрофобность и т. д. оказывают влияние на накопление в них радионуклидов. Знание особенностей накопления токсикантов играет большую роль для повышения безопасности и культуры питания.

Особенно важно учитывать их для овощей, поскольку у них в пищу используются весьма разнообразные продуктовые органы, различающиеся по способности аккумулировать токсичные вещества. В то же время овощи разных видов являются важнейшими элементами в питании человека. Особенно следует учитывать то, что овощи – основа диетического питания. Они являются источником биологически активных веществ и антиоксидантов, обладают лечебными свойствами, используются для создания продуктов функционального действия. Это определяет особенно строгие требования к экологической безопасности овощной продукции.

Солдатенко А. В., Пивоваров В. Ф. и Добруцкая Е. Г. изучили вопрос о поступлении и распределении в столовой моркови Марлинка и Нантская 4 радионуклидов – 137Cs и 90Sr на базе лаборатории экологических методов селекции Всероссийского научно-исследовательского института селекции и семеноводства овощных культур.

При изучении образцов моркови столовой отмечено, что закономерности в накоплении радионуклидов в различных частях корнеплода не проявились. Уровень накопления у сортов не совпадал и различался по элементам. Единственная четкая тенденция – максимальное содержание обоих элементов в верхней части корнеплода сорта Марлинка – 1,5 и 1,7 Бк/кг 137Cs и 90Sr соотвественно. При анализе продукции моркови столовой по уровню накопления радионуклидов в различных частях, данные по содержанию радионуклидов во флоэме не однозначны. Только по одному сорту Марлинка в большей мере была загрязнена верхняя часть флоэмы. В ткани корнеплодов ксилемы обоих сортов наименьшее содержание обоих радионуклидов наблюдается в верхней части – от 0,2 до 0,6 Бк/кг (Солдатенко А. В., Пивоваров В. Ф., Добруцкая Е. Г., 2015).

2. СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

В СЕЛЕКЦИИ И СЕМЕНОВОДСТВЕ МОРКОВИ СТОЛОВОЙ

2.1. Урожайность и качество корнеплодов сортов и гибридов

Морковь столовая – одна из важнейших овощных культур, успешно возделываемых во всех земледельческих регионах Российской Федерации. Она занимает 10% площади овощного поля страны и дает более 10% валового сбора всех овощей открытого грунта.

С внедрением в сельское хозяйство новых агротехнологий возрастают требования к создаваемым F1 гибридам и сортам. Рынку нужна отборная продукция с товарностью не менее 98% и очень высокого качества, пригодная к переработке и длительному хранению: морковь различных сортотипов и групп спелости с мощной, крепкой у основания листовой розеткой и гладкой поверхностью корнеплода, выровненная по форме и окраске, устойчивая к растрескиванию, пригодная к мойке и шлифовке, устойчивая к болезням.

Из числа зарегистрированных в Государственном реестре селекционных достижений Российской Федерации 49% – гибриды F1 моркови столовой. Из них 28% отечественной селекции (селекции Федерального научного центра овощеводства, Агрохолдинга «Поиск», ООО «Селекционная станция имени Н. Н. Тимофеева» и др.), а иностранных фирм («Бейо», «Райк Цваан», «Монсанто» и др.) – 72%.

Как показывает практика, часто зарубежные гибриды F1 не могут проявить свои ценные хозяйственные признаки на обширной, экологически разнородной территории Российской Федерации.

Для реализации в торговых сетях подходит большое количество сортов и гибридов моркови Агрохолдинга «Поиск», в первую очередь можно выделить такие, как Бейби F1, Берликум Роял и Нанте, имеющие наиболее привлекательный для покупателя вид и обладающие превосходным вкусом.

Бейби F1 – среднеспелый гибрид нантского типа, корнеплоды оранжевой окраски, с нежной, сочной мякотью, великолепного вкуса. Отличается высокой товарностью и однородностью корнеплодов. Пригоден для сухой мойки корнеплодов и фасовки (В. И. Леунов, 2017; О. В. Бакланова, О. Р. Давлетбаева, М. Г. Ибрагимбеков [и др.], 2018; В. А. Степанов, М. И. Федорова, С. А. Ветрова [и др.], 2018; А. Ф. Разин, М. В. Шатилов, Р. А. Мещерякова, 2019; А. Н. Ховрин, М. А. Косенко, А. В. Корнев, Л. М. Соколова, 2019; А. Н. Ховрин, М. А. Косенко, 2020).

В Государственном реестре селекционных достижений Российской Федерации достижений на 2019 год зарегистрировано 150 сортов и 150 гибридов моркови столовой. Российская Федерация является одним из лидеров по селекции сортов моркови, но по созданию и внедрению гибридов моркови лидируют иностранные фирмы. Основное направление селекции моркови – создание гетерозисных гибридов, которые помимо увеличенной урожайности, выровненности и другим параметрам лучше, чем исходные формы переносят неблагоприятные погодные условия, а также превышают существующие сорта по большинству хозяйственно ценных признаков.

Использование гетерозисных гибридов обеспечивает повышение урожайности на 20—25% и более, высокую выравненность корнеплодов, с гладкой поверхностью, пригодных для механизированной уборки и длительного хранения, что отвечает требованиям современного рынка.

Суть генетических концепций, объясняющих природу гетерозиса, сводится к тому, что причина гетерозиса заключается во взаимодействии наследственных факторов, полученных гибридом от родительских форм с разной наследственностью. Исследования гибридов первого поколения позволяет сделать вывод, что гетерозис у моркови проявляется в повышении урожайности, высокой однородности корнеплодов, раннеспелости и товарности, дружности созревания, повышении устойчивости к болезням, лучшей лежкости при зимнем хранении и другим свойствам, отвечающим требованиям современного рынка.

Традиционное получение инбредных линий и гибридов в селекции моркови столовой – трудоемкий процесс, требующий длительного времени из-за 2-летнего цикла развития растений и инбредной депрессии. Для индукции генотипического многообразия в исходной популяции перспективны биотехнологические методы получения удвоенных гаплоидов.

Репродуктивная система моркови с точки зрения эмбриологии и кариологии отличается примитивной организацией. Соцветие моркови представляет собой сложный зонтик, в основании которого имеется обвертка из перистых листочков: цветки мелкие, обоеполые срединные протерандрического типа, лепестки белые, краевые зигоморфные, срединные правильные. Околоцветник простой, пять тычинок и один пестик с двумя столбиками. Завязь нижняя двугнездная с двумя висячими семяпочками. Тычинки и пестик в цветке моркови созревают неодновременно, что почти исключает возможность самооплодотворения в пределах одного цветка. Тычинки в цветках созревают не сразу все, а по очереди. От начала открывания цветков до полного опадания околоцветников проходит 4—12 суток в зависимости от погодных условий.

Опыление моркови перекрестное и осуществляется в основном насекомыми. Цветение начинается с наружных зонтичков, в пределах зонтичка – с наружных цветков и постепенно распространяется от периферии зонтика и зонтичков к центру. Наиболее благоприятной для цветения считается температура воздуха 18—230С. Потенциальные возможности репродуктивной системы моркови очень велики – семенное растение может образовывать до 100 тыс. цветков. При этом их реализация в семена составляет не более 30—35%. Доля семян с хорошо развитым зародышем составляет 25—30% от числа завязавшихся.

Применение биотехнологических методов позволяет получить выровненный, разнообразный селекционный материал и сократить в несколько раз период получения гомозиготных генетически стабильных линий (Т. С. Вюртц, Е. А. Домблидес, Н. А. Шмыкова [и др.], 2017; Т. С. Вюртц, Е. А. Домблидес, А. С. Домблидес, 2018; М. И. Федорова, Т. С. Вюртц, 2019).

Овощные корнеплодные растения являются ценными, незаменимыми компонентами рационального питания человека. В ассортиментной структуре рынка овощей столовые корнеплоды занимают 24%. В Государственном реестре селекционных достижений Российской Федерации, допущенных к использованию на 2017 год, зарегистрировано 779 сортов и гибридов корнеплодных культур. Из них 222 – гетерозисные гибриды (28,5%), из которых моркови – 50%.

Корнеплодные культуры – это очень крупная группа овощных культур, которая включает морковь столовую, свеклу столовую, редис, редьку европейскую, редьку китайскую (лоба), редьку японскую (дайкон), репу европейскую, репу японскую, брюкву и пастернак, занимающие значительную долю как в товарном, так и в нетоварном (любительском) овощеводстве. В крупно товарном производстве представлены в основном две культуры морковь столовая и свекла столовая.

За столетие селекционной работы лаборатории селекции и семеноводства столовых корнеплодов, начиная с «селекционного отдела» Грибовской опытной селекционной станции и кончая ее современным состоянием в структуре Федерального научного центра овощеводства: выведено и улучшено более 62 сортов и гибридов, из них 51 наименований включены в Государственный селекционных достижений последней редакции; 15 сортов являются долгожителями и используются до настоящего времени. За постсоветский период выведено более 30 сортов и гибридов F1, создан новый исходный материал для селекции, разработаны и усовершенствованы как классические, так и нетрадиционные методы селекции и первичного семеноводства.

На перспективу в соответствии запросами рынка овощной продукции создан исходный материал для получения гетерозисных гибридов и сортов основыми свойствами и признаками, выделены новые направления в селекционной работе, обозначены заделы в развитии методов селекции и первичного семеноводства и модернизации схемы селекционного процесса с учетом новых направлений научно-исследовательских работ.

В ассортиментной структуре рынка овощей столовые корнеплоды занимают 24%. В селекционной работе с корнеплодными культурами приходится иметь дело с растениями, принадлежащими к различным ботаническим семействам.

До 1917 года в нашей стране не было ни одного научно-исследовательского учреждения, занимающегося селекцией и семеноводством овощных корнеплодов.

В 1920 году были организованы первые специализированные научно-исследовательские учреждения, работающие с основными овощными культурами: кафедра селекции и семеноводства и станция селекции и семеноводства в Московской сельскохозяйственной академии и Грибовская овощная селекционная опытная станция (в настоящее время Федеральный научный центр овощеводства). Эти учреждения и явились пионерами отечественной научной селекции овощных корнеплодов.

Двадцатые годы характеризуются как время исканий и проверки самих методов селекции столовых корнеплодов, при этом кое-что было позаимствовано у кормовых корнеплодов. Однако селекция кормовых корнеплодов направлена в сторону усиления или изменения двух-трех признаков, при селекции же столовых корнеплодов необходимо получить овощ, который наряду с общей продуктивностью, должен сочетать в себе хорошие вкусовые качества, устойчивость к болезням, лежкость и пригодность к механизированной технологии и переработке.

Работа со свеклой столовой и морковью начала проводится с самого начала возникновения станции – с 1920 года.

Селекционная работа велась по схеме: питомник коллекционных сортообразцов, селекционный питомник, питомник испытания семей. Методы селекции: гибридизация географически отдаленных, но морфологически сходных форм, массовый и индивидуально-семейственный отборы. В качестве исходного материала для селекции столовых корнеплодов были использованы местные сорта и сорта иностранного происхождения.

Уже в середине-конце 20-х годов созданы первые сорта корнеплодных культур для производства, в том числе морковь Нантская 4 и Валерия.

Первоначально (1920—1928 годы) отечественный сортимент складывался из сортопопуляций и гибридных комбинаций, созданных на основе коллекционного питомника в Осорьино (Грибовская овощная селекционная опытная станция), в том числе моркови – Нантская 4, Валерия.

В последующие периоды на Грибовской станции, впоследствии Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур (1931—1977 годы) сортимент пополнился 32 сортопопуляциями, 15 из них находятся в районировании и используются до настоящего времени, в том числе сорт моркови Московская зимняя А515.

Дальнейшее развитие научных основ селекционное дело получило с организацией в 1931 году ВНИИ овощного хозяйства, в состав которого вошла Грибовская овощная опытная селекционная станция.

С 1931 этого года, в течение 25 лет, лабораторией руководил Лауреат Государственной премии С. П. Агапов, который по праву считается создателем отечественного сортимента корнеплодных овощных культур, им создано и улучшено 26 сортов овощных столовых корнеплодов. Под его руководством в годы Великой Отечественной войны был сохранен и восстановлен генофонд сортов моркови, свеклы столовой, редиса, редьки, репы и брюквы.

Селекция моркови проводилась в направлениях: на устойчивость к растрескиванию, интенсивность и однородность окраски, уменьшение размера сердцевины корнеплода, увеличение сухого вещества, улучшение вкусовых качеств и лежкости.

Одновременно с поддержанием и размножением сортов проводились исследования по созданию нового исходного материала методом межсортовой гибридизации с последующим направленным отбором. Наряду с применяемыми методами массового, группового и индивидуального отборов, в селекции и сортоизучении корнеплодных культур широко применялся непрерывный отбор по потомству с анализом по комплексу признаков в основном у растений первого года. С использованием вышеописанных методов создана морковь Московская зимняя А-515 (сортотип Шантенэ), Грибовская с коротко цилиндрическим утолщенным корнеплодом для возделывания на средне-тяжелых почвах и для длительного хранения, скороспелый сорт моркови с почти округлым корнеплодом Парижская каротель.

Некоторые сорта получили шорокое распространение во всех регионах Российской Федерации и республиках бывшего СССР благодаря постоянно поддерживающей селекции.

С 1967 года лабораторию возглавлял заслуженный агроном РСФСР Н. А. Рабунец. Под его руководством сотрудники лаборатории работали над размножением и первичным семеноводством 18-ти сортов семи культур столовых корнеплодов.

В это время совместно с А. И. Моховым начаты работы по гетерозисной селекции моркови на основе цитоплазматической мужской стерильности – впервые выделены мужски стерильные растения. К 1970 году было выведено и улучшено всего 27 сортов корнеплодных культур.

По итогам последнего десятилетия коллективом лаборатории совместно с соисполнителями разработаны и усовершенствованы как традиционные, так и нетрадиционные методы селекции. Наряду с традиционными (гибридизация, инбридинг и др.) в селекции столовых корнеплодов использовались биотехнологические методы: технология получения удвоенных гаплоидов в культуре in vitro (пыльники, микроспоры, семяпочки), технология микроклонального размножения, методы гаметной селекции, методы молекулярного анализа и др. Создан богатейший материал для селекции новых сортов, а также гетерозисных гибридов: линии моркови со 100%-ным наследованием признака мужской стерильности в ряде поколений.

С 1978 по 1992 годы руководителем лаборатории являлась доктор сельскохозяйственных наук, профессор М. И. Федорова. Основной задачей на этом этапе стало создание сортов нового поколения и поддержание созданного сортимента. За этот период разработаны и усовершенствованы методологические основы селекции корнеплодных культур на потенциальную продуктивность и устойчивость к абиотическим и биотическим стрессорам; создан генетически богатый селекционный материал по этим и другим за счет привлечения в селекционный процесс более 1500 коллекционных образцов, применения методов поликросса и топкросса, изучение селекционного материала на урожайность по полной схеме селекционного процесса, оценки на инфекционном фоне на устойчивость к болезням. Полученный гибридный материал служит основой выводимых сортов, линий и гибридов F1 и в настоящее время. М. И. Федоровой с коллективом лаборатории создано более 35 сортов и гибридов корнеплодных культур, в том числе морковь Марлинка.

Под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора М. С. Бунина (1992—2002 годы) разработана и научно обоснована система интродукции из Восточно-Азиатского центра происхождения новых овощных корнеплодных растений – дайкона, лобы, репы салатной для Российской Федерации. Совместно с Всероссийским научно-исследовательским институтом овощеводства выведен трехлинейный гибрид моркови Марс F1.

В селекционной работе 90-х годов, при подборе пар и групп сортов для гибридизации, использовался принцип эколого-географической отдаленности, гетерозис на основе ЦМС петалоидного типа; уделялось особое внимание качеству продукции и повышению устойчивости растений к болезням. Создан богатый исходный материал для использования в селекции сортов моркови на повышенное содержание каротина.

В настоящее время коллектив лаборатории селекции и семеноводства столовых корнеплодов Федерального научного центра овощеводства решает следующие задачи:

– создание гетерозисных гибридов и сортов столовых корнеплодов с качественно новыми хозяйственно ценными генетически обусловленными признаками: стабильно высокой урожайностью, устойчивостью к стрессорам, высокими вкусовыми качествами и улучшенным биохимическим составом (повышенное содержание БАВ) низким накоплением экотоксикантов, пригодных для механизированных технологий.

– разработка и совершенствование теоретических и методических основ селекции и семеноводства корнеплодных культур и поддержания линий гибридов F1 и сортопопуляций.

Кроме сортов-долгожителей моркови, которые используются до настоящего времени, такие как Нантская 4 и Московская зимняя А-515, широкое распространение в производстве получил новый сорт моркови Минор сортотипа Валерия (Флакке) – среднепоздний, с товарной урожайностью до 60 т/га, отличается высокой выровненностью, пригодный для возделывания на среднетяжелых почвах и длительного хранения, является хорошим сырьем для переработки (пюре). Сорт хорошо показал себя в условиях Смоленской области.