Пути увеличения производства женьшеня
Пути увеличения производства женьшеня
Мировая потребность в препаратах женьшеня возрастает с каждым годом. В такой небольшой стране, как Япония, ежегодный спрос на женьшеневое сырье составляет 1 тыс. т. Даже тропическая Австралия ежегодно импортирует свыше 10 т сухого корня женьшеня и различных его препаратов. Каждую зиму через Гонконг транспортируется свыше 5 тыс. т. женьшеня, которые тоже находят своего покупателя. Все это свидетельствует о подъеме мирового женьшеневого бизнеса. Тем не менее мировые цены на женьшень в последнее время имеют тенденцию к снижению. Это связано не столько с перепроизводством женьшеня, сколько с тем, что рынок отчетливо понимает: себестоимость производства сырья женьшеня снижается. Удешевление происходит за счет разработки более совершенных технологий возделывания растений и переработки сырья, а также в результате улучшения свойств самого растения. Имеет смысл остановиться на этом подробнее, поскольку именно с этими вопросами связано будущее культивируемого женьшеня в нашей стране.
Совершенствование способов размножения женьшеня имеет целью получение однородного посадочного материала, свободного от инфекции. Семенное размножение женьшеня изучено достаточно подробно (Васильченко, 1935; Грушвицкая, Грушвицкий, 1952; Буч, 1955; Грушвицкий, 1956; 1960; 1961; 1965а; Петровская, 1957; Беликов и др., 1960; Грушвицкий, Лимарь, 1961; 1965; Грушвицкий и др., 1968; 1981; Николаева и др., 1972; и др.). Нестратифицированные семена женьшеня всходят лишь на второй год после посева. Стратификация существенно ускоряет период прорастания. Наиболее благоприятным для женьшеня является режим, при котором семена выдерживаются 3 мес при температуре 18-20o и 1 мес при температуре 9-10o (теплый этап), а затем при температуре 0-3o (холодный этап). К концу четвертого месяца теплой стратификации открывается 40-60% семян, у остальных зародыш увеличен в размерах и занимает более половины длины семени.
Обработка семян женьшеня гиббереллином заметно повышает всхожесть, что впервые продемонстрировано З.И. Гутниковой (1961). С его помощью период теплой стратификации сокращается с 4 до 2 мес (Грушвицкий, Лимарь, 1965). Если же семена подвергнуть действию гиббереллина спустя 2,5 мес холодной стратификации, они прорастут почти все (Богданова, 1971). Заслуживает внимания информация о благоприятном действии на семена женьшеня кинетина (спустя 4 мес теплой стратификации), а также совместном применении гиббереллина и кинетина (Николаева, 1979). Это приводит не только к увеличению всхожести семян при последующей холодной стратификации (при температуре 5-6o ), но также к увеличению прорастания (свыше 60%) при температуре 9-10o, не снимающей состояние покоя у необработанных семян. Действие гиббереллина объясняют стимулированием активности пероксидазы и дыхательных ферментов семян, а также увеличением синтеза белка (Tian Yixin et al., 1992). Проводились и другие опыты по применению гормонов для ускорения развития и дифференциации зародыша (Li et al., 1991).
Принято считать, что вегететивное размножение не характерно для женьшеня. Он не способен восстанавливать утраченные надземные части в текущем году. Оценка способности женьшеня к регенерации, проведенная с помощью укоренения листовых черенков (Грушвицкий и др., 1968), показала, что она довольно низка (укореняемость менее 50%). Сообщалось об укоренении листьев у всходов и надземных побегов 1-2-летних растений женьшеня (Грушвицкий, 1961; Гутникова, 1970), однако образования почек возобновления при этом не происходило.
И.В. Грушвицкий (1961) приводит примеры редких случаев естественного вегетативного размножения женьшеня в виде расчленения корня при заболевании или повреждении; при этом почки возобновления образовывались непосредственно из тканей корня. При наличии у взрослого растения длинного корневища с придаточными корнями можно провести черенкование; корни с двумя зимующими почками можно разрезать вдоль, получив при этом два черенка, которые высаживают в почву. Возможна также прививка (Грушвицкий, 1961).
Приведенные данные говорят о принципиальной возможности вегетативного размножения женьшеня, однако поскольку полученные при этом растения растут и развиваются значительно хуже сеянцев, до недавнего времени практического значения оно не имело. В последние годы стал реальным новый путь получения посадочного материала женьшеня на основе вегетативного размножения. Установлено, что новые особи можно получить из крошечной части вегетативных или генеративных органов материнского растения - почки, пыльцы и т.д. Делается это путем клонального микроразмножения, которое в принципе позволяет получить от одного растения свыше миллиона экземпляров клонового потомства в год (Катаева, Бутенко, 1983). Важно и то, что в процессе микроразмножения происходит освобождение от патогенов и вирусов. Первые работы по клональному микроразмножению женьшеня были предприняты в нашей стране в Институте физиологии растений АН СССР в начале 60-х гг. При изучении полученной культуры ткани женьшеня наблюдали образование в ней зародышевых структур, эмбриоидов, которые состояли из семядолей, почки и корешка (Бутенко и др., 1968). В то время не удалось добиться развития зародышеподобных образований и получить новое растение.
Подобные работы проводились и в Китае (Wei-chin, Yue-ie, 1980), где исследователям удавалось получать отдельные растения путем соматического эмбриогенеза, а позднее там был разработан способ получения растений женьшеня из пыльцы (Sun Guodong, Zhang Qi, 1986). Исследования по культуре ткани женьшеня в Биолого-почвенном институте Дальневосточного отделения РАН также оказались успешными (Гетманова и др., 1990). Был запатентован способ микроклонального размножения женьшеня с помощью вычленения цветочных бутонов из соцветий, индуцированных при культивировании спящих почек корневища (Журавлев и др., 1993). Его суть заключается в том, что изолированную покоящуюся почку дезинфицируют и помещают на питательную среду. Через 1,5 мес культивирования развивается миниатюрный побег, состоящий из листа, стебля и зачатка соцветия. Отдельные бутоны соцветия высаживают на новую среду, где спустя 2 мес образуется каллус с зародышеподобными структурами. Этот каллус пересаживают на следующую среду, и через 1 мес образуется каллус, содержащий зрелые эмбриоиды. Их пересаживают на новую регенерационную питательную среду для получения побегов и их укоренения. В течение 1 мес образуются почки, из которых в специальных условиях развиваются нормальные растения, имеющие корень и побег с одним или несколькими листьями. Таким образом, весь путь занимает около полугода. Полученные регенеранты высаживают для адаптации в вермикулит, пропитанный питательной смесью. Этот технически сложный способ можно пока применять в селекции и для размножения уникальных генотипов женьшеня. Для массового и любительского женьшеневодства он вряд ли доступен.
Работа в области клонального микроразмножения женьшеня ведется также и в других странах: в Японии (Matsumoto, 1993) и Индии (Arya et al., 1993). Недавно предложенный способ получения эмбриоидов женьшеня на средах с высоким содержанием сахаров позволяет надеяться на его более широкое применение (Asaka et al., 1994). Технология выращивания включает такие приемы, как подготовка и обработка почвы, выбор сроков посева и обработок, создание правильного светового режима, борьба с болезнями, сорняками и вредителями.
Каждый из этих аспектов немаловажен, и по каждому из них в разных странах-производителях имеются определенные достижения, и почти по каждому из них эти страны далеко опережают нашу. Размеры плантаций на североамериканском континенте, например, достигают 200 га (компания Чай-на-та в Канаде), планируемый урожай там составляет около 30 ц с акра (акр равен 4047 м2; 1 га равен 2,5 акра). Общий объем мирового производства женьшеня в последнее время близок к 5 тыс. т сухого корня в год. Россия с ее ежегодным производством нескольких сотен килограммов культивируемого женьшеня не принимается в расчет при обсуждении рыночной конъюнктуры.
Что еще остается у нас , в чем мы превосходим заграницу, так это фундаментальные знания биологии растения, как культивируемого, так и дикорастущего, и благодаря этому отдельные элементы технологии пока еще понятны нам более, чем производителям из других стран. Умелое использование этого капитала может оказаться полезным для утверждения российского культивируемого женьшеня на международном рынке.
Хотя культивированием женьшеня в России начали заниматься намного позднее, чем в Корее и Китае, нашим большим преимуществом явилось то, что почти с первых шагов этого процесса в нем участвовали квалифицированные научные кадры.
При подборе и подготовке субстрата отечественный опыт обычно ориентировался на воспроизведение условий роста, характерных для природных местообитаний женьшеня. В принципе этот путь позволяет избежать многих грубых ошибок, поэтому эмпирические рекомендации М.И. Янковкого, научные публикации З.И. Гутниковой (1941; 1951; 1960; 1961; 1971) и ее же с соавторами (1963а,б; 1968), И.В. Грушвицкого (1956; 1960; 1961; 1963а,б; 1965 а,б,в; 1981), А.А. Малышева (1991) вполне хороши как руководства для современного мелкоделяночного производства - огородного фермерства. Для индустриального производства этим рекомендациям иногда может не хватить масштаба. Внедрение некоторых деталей из технологий других стран поможет избежать этого недостатка. Почва в природных местообитаниях женьшеня рыхлая, легкая, с высокой порозностью, влажная ( но не переувлажненная - около 50-80% от полной влагоемкости), сравнительно богата гумусом (до 20 % органического вещества, представленного преимущественно целлюлозой и другими соединениями углеводной природы), содержит большое количество опада на разной стадии разложения, и верхний слой ежегодно пополняется новым опадом. Пока никто не придумал ничего лучше, как имитировать на плантациях все эти параметры. Разработанная в Китае (Институт специальных исследований диких и ценных животных и растений) технология улучшения природных почв, предназначенных под женьшень, также целиком подчинена этой идеологии (Chang Weichun et al., 1992). Можно отметить следующие главные аспекты. Если они в основном будут выдержаны, более мелкие ошибки будут исправлены самим растением.
Какого бы происхождения не брали почву для плантаций, она не должна быть слишком каменистой, так как от этого зависит правильность формы корней. Рыхлость почвы достигается добавлением песка и так называемой “хвойной земли”, которая представляет собой собранный в лесу верхний слой почвы с опадом и перегнившими, разложившимися остатками стволов деревьев хвойных или широколиственных пород. Одновременно с облегчением, структурированием почвы добавки (до 1/3 общего содержания) хвойной земли приводят к увеличению содержания гумуса. Органическое вещество при этом вносится преимущественно в форме клетчатки, тогда как вносить навоз обычно избегают. Такое отношение к навозу может объясняться отрицательным влиянием его на качество корня, и в то же время увеличением инфекционного фона на обогащенных белковым азотом почвах. Китайцы, тем не менее, иногда однократно вносят навоз при формировании гряд под женьшень.
Спелость (или зрелость) почвы при всей неопределенности этого понятия очень важна для развития здоровых растений. Обычная практика - выдерживание подготовленного поля (гряд) под паром один вегетационный сезон. Затраченное на это время еще никто не считал упущенным. Напротив, поспешные посадки в только что приготовленный субстрат нередко оборачивались большими и невосполнимыми потерями.
Заметно кислые почвы (рН 5,5) предпочтительны для хорошего роста женьшеня. Чанг Вейчун и соавторы рекомендуют примерно такое соотношение главных элементов питания: 3N:1P:9K (Chang Weichun et al., 1992). Однако содержание азота в этой рекомендации может быть несколько завышенным, а фосфора - заниженным, если их трансформировать для приморских условий. Известно, что женьшень наиболее чувствителен к недостатку кальция, фосфора и калия. Все 3 элемента могут быть в дефиците на плантациях дальневосточников: содержание кальция никогда не бывает высоким на кислых почвах; связывание фосфора в конкреции, сопровождающееся его переводом в недоступную для растений форму, - тоже характерное свойство дальневосточных почв (Стрельченко, 1982); наконец, высокоподвижный калий легко может быть вымыт обильными летними осадками. Из микроэлементов для развития женьшеня важны в условиях Приморья марганец, бор и молибден, часто бывающие в дефиците на полях приморцев. Но лесные почвы (если они использовались для приготовления гряд) могут быть достаточно богаты микроэлементами. Кроме того, накапливается информация, что для проявления биологической активности женьшеня важно присутствие в почве и накопление металлического (или в форме соли) германия.
Мульча применяется традиционно. В качестве ее используются листья, солома, опилки, дробленая кора и др. В Китае отдают предпочтение листьям ореха, исходя, по-видимому, из соображения использовать их бактерицидное и фунгицидное действие. В Канаде и Америке часто используют опилки, которые снижают поражение растений слизнями и улитками. Сообщалось, что для роста корней американского женьшеня наиболее благоприятна смесь дубовой или тополевой коры с опилками, в то время как продукция семян выше на смеси дубовой коры и опилок (Konsler, Shelton, 1984). Мульча из соломы может быть источником болезней и сорняков.
Влажной должна быть не только почва, но и воздух. Реликтовое растение женьшень плохо переносит сухость воздуха и сокращает время вегетации в особенно засушливые годы. Семена при этом не вызревают, опадают до срока, снижают или теряют всхожесть. Использование покрытий разного рода не только ослабляет поток света (о чем несколько ниже), но и создает для растений особый микроклимат с повышенными температурой и влажностью (Proctor, Bailey, 1987; Bailey, Weick, 1994a,b).
Многочисленные проблемы, связанные с культивированием женьшеня в открытом грунте, стимулируют поиски альтернативных решений. В Китае пытаются выращивать женьшень на гидропонике, причем получены первые обнадеживающие результаты (Fu Jianguo, Liu Wenzhi, 1992). Тем не менее перспектива гидропонного выращивания женьшеня в России представляется весьма отдаленной.
Важным условием успешного культивирования женьшеня является соблюдение правильного светового режима (Печеницина, 1960; Гутникова, 1941; 1960; и др.). Женьшень - тенелюбивое растение, но при правильном освещении ускоряется развитие растений, улучшается поступление питательных веществ. Однолетние сеянцы женьшеня еще нуждаются в сильном притенении (3-4% от полного света), но уже двухлетки благоприятно отзываются на увеличение освещенности, причем свет должен быть равномерным и рассеянным, следует избегать попадания прямых солнечных лучей на листву (Печеницина, 1960). В Китае считается, что оптимальным для роста и развития женьшеня является 65%-ное затенение (Xu Ke-zhang et al., 1994). Для американского женьшеня рекомендуется до 75% затенения (American..., 1992), но опыт показывает, что постепенное увеличение освещенности по мере увеличения возраста растений приводит к увеличению общего урожая.
Существующие технологии не могут обеспечить изменения режима освещения по мере изменения возраста растений. Этот вопрос еще предстоит решить. Какова будет экономическая выгода от его решения - это будет зависеть от его эффективности. Изменения биологии растения при этом вполне предсказуемы. В целом с увеличением интенсивности освещения у женьшеня отмечается появление ксероморфных признаков, уменьшается содержание пигментов - общего количества хлорофилла и хлорофиллов А и В, но увеличивается соотношение хлорофиллов А и В. Кроме того, повышается интенсивность транспирации, уменьшается размер устьиц, понижается водоудерживающая способность листьев (Воробьева, 1960; Lee, 1988). По мере увеличения интенсивности освещенности с 5 до 35% от полного света увеличиваются вес листьев, их толщина, число клеток мезофилла на единицу листовой площади, площадь поверхности клеток мезофилла. В то же время увеличение освещенности до 50% снизило эти показатели (Xu Ke-zhang et al., 1994). Качество корня может возрасти за счет увеличения его плотности и большей сохранности при сушке.
Известный интерес представляют опыты по влиянию на рост женьшеня света разного спектрального состава ( Чернышев и др., 1993; Sun et al., 1993), которые предполагают возможность регулирования роста и метаболизма растений за счет обогащения синей составляющей световой гаммы. Наименьшая продуктивность наблюдалась под зелеными пленками. Использование пленок с металлорганическими добавками, способными превращать часть инфракрасной радиации в световую (Карасев, 1995), также может быть полезным при мелкоделяночном производстве.
В несколько упрощенном, но вполне достаточном для руководства виде некоторые главные особенности технологии выращивания женьшеня сформулированы в разделе “Семь правил для выращивания женьшеня на делянках” книги “Американский женьшень в Америке” (American ..., 1992). Хотя все эти правила относятся к выращиванию американского женьшеня на североамериканском континенте, они в равной степени могут быть полезны и нашим фермерам. Приводим эти правила в несколько сокращенном виде, сохраняя наиболее важные для наших условий позиции.
Правило #1. ЗАТЕНЯЙ ЕГО! Американский женьшень (и большинство других видов женьшеня) не может выжить на полном солнечном свету, так что получше притеняй его. Примерно 75% затенения будет верной цифрой. Если даже затенение избыточное, не стоит беспокоиться. Он только будет медленней расти и позднее уйдет в состояние покоя. Если растение получит больше 25% солнечного света, оно погибнет преждевременно.
Правило #2. НЕ ЗАТОПИ ЕГО! Женьшень любит хорошо дренированную почву и погибает на переувлажненных участках и в местах с застойной водой. Не сади его вблизи пруда или болота. Выбирай возвышенность или применяй какой-нибудь дренаж. Будет еще лучше, если грядку поднять выше почвенного окружения. Сформируй ее или заключи в каркас.
Правило #3. ОСТОРОЖНЕЕ С АЗОТОМ! Не подкармливай растения навозом и ничем другим с высоким содержанием азота. Женьшень нормально растет на лесных почвах, состоящих преимущественно из разложившихся листьев, веток и пр., так что содержание азота там низкое, а калия и фосфора - высокое. Используй старые, хорошо перегнившие листья, если грядка нуждается в удобрении.
Правило #4. ПРИМЕНЯЙ МУЛЬЧУ! Весной почва достаточно влажная, но летом она пересыхает. Сохраняй почвенную влагу с помощью мульчирования. Используй листья, опилки, солому, отсев. Избегай применять скошенную траву , так как она содержит много азота.
Правило #5. ЗАЩИЩАЙ ПОСАДКИ ОТ ДВУНОГИХ И ЧЕТВЕРОНОГИХ! Один приятель выращивал женьшень в квартире, и его собственная кошка съела растение целиком. Сделай окружение из проволоки, металла или их сочетания.
Правило #6. ДАВАЙ ИМ ПРОСТРАНСТВО ДЛЯ РОСТА! Если женьшень растет в горшке, убедись, что он достаточно велик и глубок, чтобы обеспечить рост корня в глубину. Горшок в 30-35 см высотой достаточен даже для 6-8-летнего растения. Он должен иметь дренажные отверстия на высоте 25-50 мм от дна, НО НЕ В САМОМ ДНЕ! Не переувлажняй растения в горшках. Если поливать водой из крана, которая содержит хлориды и другие химикалии, растения могут погибнуть. Применяй дождевую или дистиллированную воду!
Правило #7. ВЫБИРАЙ ХОРОШУЮ ПОЧВУ, а плохую улучшай! Почва может быть щелочной или слишком тяжелой при высоком содержании глины, в ней может отсутствовать гумус или органика. Убедись, что почва кислая, легкая, суглинистая и содержит достаточно гумуса. Если не так - ее надо улучшить добавлением перегнивших листьев или сфагнового мха. Умеренное добавление песка тоже полезно. Избегай вносить негашеную известь. При недостатке в почве кальция вноси костяную муку (фосфат кальция).
Проблема борьбы с болезнями является одним из важнейших аспектов выращивания женьшеня. Мы уже отмечали, что структура механических тканей женьшеня такова, что они не создают надежных барьеров для распространения инфекции. По этой причине корень женьшеня представляет собой благодатную среду для развития ряда грибных и бактериальных заболеваний. Часто заболевания бывают массовыми, а поражения приводят к полной гибели растений. Одну из форм гнили корней - красную гниль, вызываемую множественной инфекцией фузариумом (Fusarium), цилиндрокарпоном (Cylindrocarpon) и др., - Гильдебрант называл болезнью исчезновения, так как при этом типе поражения в короткое время от корня не остается ничего или только остатки оболочки. Многие начинающие женьшеневоды вынуждены были отказаться от своих попыток культивировать женьшень именно по причине массовых заболеваний всходов и молодых растений.
В 1930 г. Г. Ветцель и сотрудники писали (цит. по: Proctor, Bailey, 1987): “Средний урожай женьшеня на акр в Соединенных Штатах составляет не более 30-15% того, что было бы резонно ожидать, и почти все потери обусловлены многочисленными заболеваниями этого растения”.
За минувшие 65 лет ситуация существенно не изменилась ни в США, ни в других странах. Дело здесь в том, что женьшень по своему назначению является прежде всего медицинским растением, и применение пестицидов при его выращивании грозит снижением рыночного интереса и круга использования. Отсюда непрекращающиеся попытки разработать систему органического (без применения пестицидов, гербицидов и прочих сильно действующих биологических ядов) возделывания женьшеня. Однако все эти попытки сопровождаются большими потерями, особенно в первые годы возделывания, поскольку в число патогенов входят наиболее распространенные и часто весьма активные виды микроорганизмов ( табл. VI.VII).
Селекционные методы как второй путь повышения продуктивности женьшеня включают прежде всего отбор высокопродуктивных растений. Такая форма отбора сравнительно давно осуществляется в Китае, но создание сортов у женьшеня сильно лимитируется его медленным ростом и поздним плодоношением. Традиционные методы селекции для многолетних растений, размножаемых семенами, не позволяют получить стабильный сорт со всеми его признаками в срок менее 20-25 лет.
Вследствие этих объективных трудностей Китай к настоящему времени располагает лишь несколькими сортообразцами женьшеня, которые со временем, возможно, станут сортами (Dong Wanchao et al., 1992; Zhao Shoujing et al., 1992; Wang Rongsheng et al., 1992). Среди выделенных форм обращают внимание культивируемая с 1950 г. желтоплодная форма, обладающая сравнительно высоким содержанием гликозидов, самая продуктивная в Китае форма Да-Ма-Я и особая длинношеяя форма. Со всеми формами продолжается селекционная работа, но только недавно вопросы общей продуктивности стали решаться в связи с увеличением содержания гинзенозидов и других целевых продуктов. В Корее проводился групповой и индивидуальный отборы, позволившие выделить несколько перспективных форм. А результате скрещивания этих форм получен Кесонг Кория Гинзенг - гибрид первого поколения, превосходящий по продуктивности исходную форму в 1,5 раза (Study on ..., 1992). Насколько эти признаки будут наследоваться у гибридного потомства, пока неясно.
Форма Мимаки, получившая статус сорта, широко распространена в Японии и Южной Корее.
В связи с вопросом выведения форм с высоким содержанием гинзенозидов необходимо отметить ценность приморской популяции женьшеня, растения которой содержат почти столько же гинзенозидов, как и дикий корень, и которая, к тому же, менее подвержена заболеваниям. К сожалению, плантации многих женьшеневодов содержат сейчас смешанный материал разного происхождения, что затрудняет использование преимуществ приморской популяции.
Особый интерес представляет получение растений с двумя стеблями и более. Как известно, они в 1,2-1,3 раза быстрее набирают массу корня. З.И. Гутникова с соавторами приводят следующие цифры: средний вес корня одностебельного 6-летнего женьшеня составляет 48,4 г, двустебельного - 77,8 г, трехстебельного - 90,3 г, четырехстебельного - более 140 г (Гутникова и др., 1963б). Встречаются и пяти- и даже, хотя и редко, шестистебельные растения. К многостебельности приводит удаление зимующей почки (Грушвицкий, 1961), улучшение условий питания растений, рыхление почвы (Малышев, 1991), но главный путь - генетическое закрепление совокупности признаков, ответственных за развитие дополнительных стеблей. Двустебельные растения часто встречаются у сорта Мимаки.
