Ботанические и биологические особенности картофеля
Картофель многолетнее травянистое клубненосное растение, но в культуре используется как однолетнее, потому, что весь жизненный цикл его, начиная от прорастания клубня и, кончая образованием и формированием зрелых клубней, происходит за один вегетационный период.
Размножают картофель обычно вегетативным путем – клубнями. Его с успехом можно размножать и частями клубней, а также ростками и черенками.
В селекционной практике часто используют семенное размножение.
Картофель относится к семейству Пасленовые (Solonaceae), роду Solanam, объединяющему десятки диких и культурных видов и среди них Solanam tuberosum L. – вид, получивший самое широкое распространение в культуре. Другие виды картофеля, отличающиеся многими ценными биологическими и хозяйственно-полезными признаками, часто используются в селекции при выведении новых сортов.
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. Интенсивность пигментации их зависит от сортовых особенностей, условий возделывания, освещения, водообеспеченности и других факторов.
По характеру ветвления стебля сорта картофеля делятся на две группы:
Сорта более позднеспелые (ветвление происходит главным образом в нижнем ярусе);
Скороспелые сорта (стебель снизу не ветвится).
Стебли ребристые, трех – или четырехгранные, в различной степени опушенные. В местах соединения граней на ребрах образуются выросты зеленой ткани, так называемые крылья, которые служат важным сортоотличительным признаком.
Высота стеблей сильно изменяется (от 30 до 150 см) в зависимости от условий выращивания и сорта. Позднеспелые сорта характеризуются более высокими стеблями и большим числом междоузлий, чем раннеспелые.
Куст чаще состоит из 4-8 облиственных стеблей. Число их значительно варьирует и зависит от сорта, размера посадочных клубней и числа проросших на них почек. Растения, выросшие из крупных клубней, имеют, как правило, больше стеблей, чем растения, полученные из мелких клубней. Количество стеблей в кусте в известной мере определяет величину урожая. В последние годы учеными разработан ряд приемов, увеличивающих число прорастающих почек (поперечные надрезы клубней, обработка перед посадкой ростовыми веществами и др.).
В подземной части стебля из пазушных почек развиваются побеги – столоны, на концах которых образуются клубни, или утолщения. Толщина столонов всегда меньше, чем стеблей. Столоны могут быть разной длины: у ранних сортов они короче, у поздних – длиннее.
Листья, появляющиеся при прорастании клубней (или семян), простые, цельнокрайние. По мере роста растения образуются прерывисто непарноперисторассеченые листья. Каждый такой лист состоит из нескольких пар боковых долей, размещенных одна против другой, промежуточных долек между ними и конечной доли. Боковые доли и дольки сидят на стерженьках, прикрепленных к стержню, который переходит в черешок. Дольки, в зависимости от их положения, делятся на серии: конечную, первую, вторую, третью и четвертую, причем к первой серии относятся все дольки, сидящие на стерженьке между долями первой и второй пар, и т.д.
Для сортового различия наибольшее значение имеют дольки первой и второй серии. Конечная (непарная) доля листа на конце стержня отличается по форме от боковых долей и обычно бывает крупнее их. От нее ведется счет долей. У некоторых сортов наблюдается неполное разделение конечной и боковой долей, так называемая площелистность.
Строение и степень рассеченности листьев – один из важнейших сортовых признаков. В зависимости от числа и расположения долек в сериях различают сильную и слабую рассеченность. Средняя рассеченость – нехарактерный признак сорта.
При наличии широких промежутков между долями и дольками лист называется редкодольным; в случае узких промежутков – плотным, или густодольным. С нижней стороны листа выступает сеть жилок, окраска которых нередко коррелирует с окраской клубней. Жилкование уменьшается от повышенных доз калия и увеличивается от повышенных доз азотных удобрений. Листья на стебле располагаются по спирали.
Цветки картофеля собраны в соцветия, представляющие собой расходящиеся завитки, расположенные на общем, различной длины цветоносе. Цветоножка сочлененная. Цветки пятерного типа. Чашечка цветка спайнопятилистная, чашелистики сросшиеся у основания. Венчик колесовидный, состоит из пяти сросшихся лепестков.
Окраска венчика разнообразная: белая, синяя, темно-сине-фиолетовая с различными оттенками. В середине цветка находится пять 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. Пестик состоит из рыльца, столбика и завязи. Рыльце головчатое, булавовидное или разнолопастное. Столбик прямой или изогнутый. Завязь верхняя и состоит из двух плодолистиков с многочисленными семяпочками. Картофель – самоопыляющееся растение, но большинство сортов стерильны и только немногие фертильны.
Плод – двухгнездная многосемянная сочная зеленая ягода шаровидной или овальной формы. При созревании ягоды белеют и приятно пахнут, напоминая запах земляники. Для употребления в пищу они непригодны из-за содержания большого количества солонина. Семена мелкие, плоские согнутым зародышем, светло-желтого цвета. Масса 1000 семян около 0,5 г.
Корневая система картофеля, выращенного из клубня, мочковатая. Она представляет собой совокупность корневых систем отдельных стеблей. Имеет ростковые (глазковые), или первичные корни, образующиеся в течение всего периода вегетации и располагающиеся группами по 4-5 около каждого столона, и столонные корни, находящиеся на столонах.
Корни проникают в почву сравнительно неглубоко. Около половины их расположено в пахотном слое, от 22 до 38 % проникают глубже, отдельные корни уходят на глубину до 150 см. Глубина проникновения корней в почву у разных сортов неодинаковая: у ранних небольшая, у среднеспелых и поздних довольно значительная. По данным В. Р. Ротмистрова, корни распространяются в стороны на 50 см. По Беме, 37 % всех корней уходит в стороны на 30 см и только 1 % - на 90 – 120 см. Способность корней преодолевать механическое сопротивление почвы невелика.
Мощность корневой системы в значительной степени зависит от условий выращивания – влажности, аэрации и содержания питательных веществ в почве.
Корневая система картофеля отличается довольно активной поглотительной способностью, особенно по отношению к фосфору.
Клубень представляет собой утолщенный и укороченный стебель. На нем в раннем возрасте имеются мелкие чешуйчатые листочки, не содержащие хлорофилла. В пазухах их закладываются покоящиеся почки, образующие так называемые глазки. Чешуйчатые листочки атрофируются, оставляя листовой след, образующий бровь глазка. В каждом глазке обычно имеется по три почки. При прорастании трогается в рост одна из них, наиболее развитая средняя, другие остаются как запасные и прорастают при повреждении (обламывании) ростков.
Почка клубня состоит из конуса нарастания с зачатками листьев, наружных почек и корешков.
Глазки на клубне расположены спирально. Так как клубень растет вершиной, в верхней части они расположены более сближенно, 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.
Зрелые клубни покрыты тонкой кожурой из пробковой ткани, предохраняющей их от высыхания и заболеваний. Под пробковым слоем находится паренхиматические клетки коры, наполненные крахмальными зернами затем слой образовательной ткани (камбия) и пучков, которые соединяются с глазками. Во внутренней части клубня – сердцевине – тоже содержится крахмал, поменьше, чем в коре.
Дыхание клубней и испарение влаги происходит по межклетникам рыхло расположенных клеток через так называемые чечевички, образующие возвышения на кожуре клубня. Число и размер их во многом зависит 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 др.
Различают следующие основные типы окраски клубней: белые с различными проявлениями желтизны; красные с оттенками от светло-розового до интенсивно-красного и сине-фиолетового. Мякоть клубня чаще всего белая или в различной степени желтоватая и только у некоторых сортов она красная или сине-фиолетовая.
Наружная окраска клубня зависит от количества пробкового вещества коры и от пигмента, заключенного в соке клеток коры. При тонком пробковом слое коры просвечивает окраска мякоти и, например, желтомясные клубни кажутся желтыми. По мере утолщения пробкового слоя окраска их меняется от кремовой до коричневой.
Содержание крахмала в клубнях колеблется от 12 до 25 % (в отдельных случаях до 29 %). В клубнях столовых сортов обычно содержится 13-16 % крахмала, в заводских – не менее 18 %, а частично более 20 %. Самые крахмалистые клубни у поздних сортов. [10]
Биологические особенности. Цикл роста картофеля условно разделяют на три периода.
Первый период – от всходов до начала цветения. 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 происходит наиболее интенсивный прирост клубней.
Третий период – от прекращения прироста ботвы до естественного ее увядания. Прирост клубней еще продолжается, но менее интенсивно, чем во втором периоде.
Требования к температуре. Картофель плохо реагирует на температуру почвы ниже 7-80 С и в то же время сильно угнетается уже при температурах более 250 С.
При высокой относительной влажности и заморозках 1,5-2,00C (со средней продолжительностью 5 – 6 ч) чернеет и погибает ботва картофеля. Особенно неустойчивы к понеженным температурам молодые растения. Однако при медленном снижении температуры в растениях накапливаются сахара, что повышает их устойчивость к небольшим заморозкам (2-30 С), а иногда даже до 40С.
Поврежденные заморозками молодые растения обладают хорошей регенерационной способностью. При достаточном обеспечении элементами питания и влагой они сравнительно быстро формируют вегетативную систему.
Клубни картофеля не выносят температуру – -1, -20С, что связано прежде всего с высоким (до 75 % и более) содержанием в них воды.
Требования к влаге. Картофель – растения, требовательное к влаге. Потребность в ней изменяется по фазам роста. Критический период – начало цветения. Недостаток в почве в это время приводит к сильному снижению урожая. Даже кратковременные засухи в фазе бутонизации уменьшает его на 17-23 %. Транспирационный коэффициент картофеля равен 400-550, хотя иногда изменяется от 167 до 659. Это указывает на то, что картофельное растение по своей природе весьма пластично и обладает большой приспособленностью к условиям произрастания.
В отдельные жаркие дни куст может испарять до 4 л воды, а еще больше в южных районах, где картофель вегетирует при более высокой температуре и низкой влажности.
Наиболее благоприятные условия для роста и образования высокого урожая клубней создаются при влажности почвы 70-80 % НВ в зоне распределения основной массы корней в период цветения и клубнеобразования и 60-65 % - в период накопления крахмала в клубнях. При влажности почвы 40 % НВ цветения запаздывает на 4-6 дней, а при 20-30% - на 9-10 дней. Соответственно задерживается начало клубнеобразования и отмирания ботвы.
Требования к воздушному слою почвы. Суточная потребность в кислороде из почвенного воздуха корней составляет около 1мг на 1 г сухого вещества. Наиболее высокую потребность в кислороде испытывает корневая система в период клубнеобразования. Чтобы иметь достаточное количество кислорода в почве, необходимо сохранять ее в достаточно рыхлом состоянии с объемной массой не более 1-1,2 г/см3.
Требования к свету. Культурные сорта картофеля относят к короткодневным растениям, т.е. к таким, для развития которых короткий день не является строго обязательным, но в условиях средних широт ускоряет их развитие. У разных сортов картофеля количественная реакция на длину дня бывает разной.
При пониженной температуре в условиях севера фотопериодическая реакция у картофеля изменяется. Существенное влияние на урожай и его качество оказывает направление рядков. При северо-южном, северо-западном и юго-восточном направлениях рядков растения равномернее освещается в течение дня по сравнению с западно-восточном. Например, при северо-южном направлении рядков урожайность картофеля повышается на 16-20 ц/га, а крахмалистость – на 1-2 %.
Особенности корневого питания. А. Г. Лорх на основание многих опытов установил, что в 1 т урожая клубней картофеля с соответствующим количеством ботвы (0,4 т) и корневых остатков содержится: N – 4,8 кг; Р2О5 – 2,2 кг и К2О – 10,3 кг.
По данным опытов многих других ученых, в среднем, можно считать, что картофеля выносит из почвы на каждое 100 ц клубней и соответствующего количества ботвы 50 кг N, 20 кг Р2О5, 90 кг К2О около 40 кг СаО и 20 кг МgО.
Таким образом, из основных элементов питания он потребляет больше всего калия, затем азота и меньше фосфора. Наибольшее количество питательных веществ картофель потребляет в периоды интенсивного нарастания надземной массы и клубнеобразования. К концу вегетации поступление питательных веществ уменьшается и прекращается в начале засыхания листьев.
Для роста и развития картофель использует азот из почвы в виде минеральных солей азотной кислоты и соли аммония.
Калий участвует в процессах фотосинтеза, белковом и углеводном обменах.
При недостатке фосфора нарушается нормальное развитие растения.
Требования к почве. Картофель – культура рыхлых почв. Интенсивность дыхания его корней составляет 7-12 мл кислорода за 1 ч на 1 г сухого вещества корней, что в 5 раз выше интенсивности дыхания корней подсолнечника и других культур. Этим объясняется высокая требовательность картофеля к пористости почвы. Корни у растений, выращиваемых в рыхлой почве (плотность 1,10 г/см3), хорошо ветвятся, пронизывают весь пахотный слой и уходят в подпахотный.
Рыхлая почва нужна и для хорошего развития столонов и молодых клубней, которые в уплотненной почве получаются мелкие и зачастую сильно деформированные.
Всходы на уплотненных (до 1,35 – 1,50 г/см3) суглинистых почвах появляются на 5-6 дней позднее, чем на почвах с плотностью 1,10 – 1,20 г/см3.
Не подходят для картофеля и засоленные почвы, так как он характеризуется очень плохой солевыносливостью. Сравнительно, хорошо переносит слабоподкисленные почвы, особенно при внесении органических удобрений. Наилучшие же условия для роста растений создаются при рН 5-6. На сильнокислых и щелочных почвах рост картофеля ухудшается.