Топинамбур в Беларуси

УДК 635.24(476)

Топинамбур в Беларуси / В. В. Титок [и др.] ; Национальная академия наук 

Беларуси, Центральный ботанический сад. – Минск : Беларуская навука, 2018. – 
263, [1] с. : ил. – ISBN 978-985-08-2380-9.

В монографии впервые обобщены результаты многолетних комплексных исследований бо
танических и физиолого-биохимических аспектов развития растений сортов и гибридов топинамбура, позволившие выявить таксоны, наиболее перспективные по комплексу хозяйственно 
ценных признаков для культивирования в условиях Беларуси. Определены оптимальные сроки 
заготовки зелёной массы и способы хранения клубней в зимний период года. Рассмотрены вопросы селекции и семеноводства культуры.

Проанализированы состояние и перспективы развития топинамбуроводства в Беларуси.
Рассчитана на ученых и практиков области ботаники, интродукции, растениеводства, физио
логии и биохимии растений.

Табл. 107. Ил. 26. Библиогр.: 214 назв.

А в т о р ы:

В. В. Титок, Ж. А. Рупасова, Н. С. Купцов, Е. Г. Попов,

Д. А. Дубарь, П. А. Пашкевич, А. А. Веевник

Р е ц е н з е н т ы:

доктор биологических наук, профессор А. П. Волынец,
доктор биологических наук, академик Л. В. Хотылёва

ISBN 978-985-08-2380-9
© ГНУ «Центральный ботанический сад 
    НАН Беларуси», 2018
© Оформление. РУП Издательский дом 
    «Беларуская навука», 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

Принятые сокращения и условные обозначения ..................................................................
5

Введение.........................................................................................................................................
7

Глава 1. Биологические особенности растений топинамбура..............................................
10

1.1. Систематическое положение топинамбура ................................................................
10

1.2. Центр происхождения культуры топинамбура и ареал его распространения.........
10

1.3. Ботаническая характеристика топинамбура...............................................................
13

1.4. Состояние исследований с культурой топинамбура на современном этапе ...........
19

Глава 2. Условия и методики проведения исследований.......................................................
25

2.1. Состав коллекций топинамбура...................................................................................
25

2.2. Характеристика почв ....................................................................................................
26

2.3. Методики исследования ...............................................................................................
26

2.4. Погодные условия.........................................................................................................
28

Глава 3. Биологические особенности топинамбура в условиях Беларуси .........................
32

3.1. Морфофизиологические особенности и параметры продуктивности топинамбура
34

3.2. Потребности в тепле разных групп спелости топинамбура и его толерантность 

к экстремальным факторам среды..............................................................................
57

3.3. Шкала десятичного кода стадий роста и развития растений топинамбура Helianthus tuberosus L. (код ВВСН) .......................................................................................
60

Глава 4. Биохимический состав сырьевых частей топинамбура (Helianthus tuberosus L.) 

в зависимости от генотипа и абиотических факторов в условиях Беларуси .....
71

4.1. Сезонная динамика биохимического состава листостебельной (зелёной) массы 
коллекционных образцов топинамбура......................................................................
71

4.2. Генотипические особенности биохимического состава клубней топинамбура .....
88

4.3. Влияние абиотических факторов на биохимический состав клубней.....................
111

4.4. Особенности трансформации биохимического состава клубней топинамбура 

в зависимости от способа и продолжительности хранения в зимний период .......
134

Глава 5. Селекция топинамбура.................................................................................................
165

5.1. Изменение структуры растения топинамбура в ходе сортосмены...........................
169

5.2. Технологические требования, предъявляемые современным земледелием к сор
там топинамбура различного целевого назначения ..................................................
170

5.3. Модели интенсивных сортов топинамбура ................................................................
175

5.4. Источники ключевых признаков и свойств для моделей интенсивных сортов......
180

5.5. Генетико-селекционный путь синтеза признака «оптимальный пробковый

слой клубня»..................................................................................................................
184

5.6. Генетико-селекционный путь синтеза сортов с незатухающим гетерозисом.........
185

5.7. Карта технического уровня сортов и гибридов топинамбура...................................
186

5.8. Результаты селекции топинамбура в ГНУ «ЦБС НАН Беларуси»...........................
187

Глава 6. Семеноводство топинамбура.......................................................................................
192

6.1. Общая характеристика процесса семеноводства топинамбура................................
193

6.2. Этапы технологического процесса производства семенного топинамбура по 
классической схеме ......................................................................................................
196

6.3. Этапы технологического процесса производства семенного топинамбура по 
современной схеме.......................................................................................................
202

6.4. Технические требования к качеству семенного топинамбура..................................
208

6.5. Апробация питомников оригинального топинамбура...............................................
211

6.6. Отбор проб от партий семян (клубней) топинамбура Helianthus tuberosus L. 

и проведение анализа семян (клубней) топинамбура...............................................
217

6.7. Правила упаковки, маркировки, транспортирования и хранения семенного топинамбура......................................................................................................................
220

6.8. Проверка качества поставленных семенных клубней и порядок рассмотрения 

претензий ......................................................................................................................
222

6.9. Требования безопасности.............................................................................................
223

Заключение....................................................................................................................................
224

Литература и источники.............................................................................................................
234

Приложения ..................................................................................................................................
245

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ  
И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АПК
– агропромышленный комплекс
БАД
– биологически активная добавка (к рациону человека и животных)

БЭВ
– безазотистые экстрактивные органические вещества (углеводы, целлюлоза и др.)

БЗСТ
– банк здоровых сортов топинамбура
ГТК
– гидротермический коэффициент
ГСИ
– Государственное сортоиспытание
д.в.
– действующее вещество
ДСК
– дифференциальная сканирующая калориметрия
ИМ
– оздоровленный исходный материал для получения оригинальных семян 
(клубней)
КТУ
– карта технического уровня
ЛИ
– листовой индекс, м2 лист/м2 поля

НАН
– Национальная академия наук
НИР
– научно-исследовательская работа
ОС
– оригинальный семенной топинамбур
ПИП-1
– питомник испытания потомств первого года
ПИП-2
– питомник испытания потомств второго года
ППВ
– полная полевая влагоёмкость почвы
ППР
– питомник предварительного размножения
РНС
– питомник размножения нового сорта (не внесённого в Государственный реестр)

РС1
– репродукционный семенной топинамбур (1-я репродукция)
РС2
– репродукционный семенной топинамбур (2-я репродукция)
РСт
– последующие репродукции топинамбура для товарного производства
САТ
– сумма активных температур (выше +10 °С)

с.в.
– абсолютно сухое вещество (сухая масса)
ССЭ
– супер-суперэлита
ст.
– стандарт
СЭ
– суперэлита
ТЗ
– техническое задание
УПП
– удельная поверхностная плотность листа, мг/см2

ФХ
– фермерское хозяйство
ЦБС
– Центральный ботанический сад
Э
– элита (элитные семена [клубни] топинамбура)
ЭС
– элитный семенной топинамбур
эт.
– эталон

BBCH*
– универсальная единая шкала-код фенологических стадий роста и развития 

растений
Mix-Cropp – Микс-кроп система земледелия, основанная на смешанных (комбинированных 

как по территории, так и во времени) посевах

No-Till
– Ноутил технология прямого посева в мульчу или стерню (с отказом от пахоты)

Rot-Mix
– Рот-микс система земледелия, базирующаяся на севооборотах смешанных 
(комбинированных) посевов
Sink
– потребитель
Sourse
– источник
Strip-Till
– Стрип-тил технология полóсного земледелия, соединяющая преимущества 

No-Till и традиционной обработки почвы

UPOV**
– Совет Международного Союза по охране новых сортов растений (межправи
тельственная организация со штаб-квартирой в Женеве [Швейцария])

*

**

* Концепция кода ВВСН изначально предложена сотрудниками фирм BASF, Bayer, CibaGeigy, Hoechst.
** С фр.: Union internationale pour la protection des obtentions végétales (с англ.: The Interna
tional Union for the Protection of New Varieties of Plants).

ВВЕДЕНИЕ

Одним из ключевых факторов, обеспечивающих в последние десятилетия 

радикальные структурные сдвиги в мировом агропромышленном комплексе, 
как и в других областях экономики, стало усиление роли инноваций, которые 
означают совокупность процессов создания, распространения, применения 
продукции и технологий, обладающих научно-технической новизной и удовлетворяющих новые общественные потребности. Сегодня же интенсивность 
инновационной деятельности определяет развитие всего научно-технического 
потенциала того или иного государства.
В развитых странах инновационные проекты направлены преимуществен
но на решение проблем, связанных с современными глобальными вызовами. 
Таковыми, в первую очередь, являются проблемы качественного питания, медицины, получения дешёвой возобновляемой энергии и глобального изменения климата. В Республике Беларусь приоритетным является выпуск инновационной продукции, направленной на успешное решение задач обеспечения 
продовольственной безопасности, развития биоэнергетики, охраны окружающей среды и редукции выбросов парниковых газов. В настоящее время при 
разработке конкурентоспособного инновационного продукта в агропромышленном комплексе (АПК) необходимо учитывать не только новации, внедряемые в его растениеводческую отрасль, но и предвидеть последующие этапы 
его эволюции.

Следует особо отметить, что специализация, концентрация и интенсифика
ция сельскохозяйственного производства, произошедшая в конце прошлого 
столетия во многих странах мира, а также всё возрастающие издержки на энергопотребление и охрану окружающей среды, неизбежно породили в мировом 
аграрном секторе ряд новых стратегий [22, 23, 33, 53, 64, 65, 73, 101, 133, 170, 194]:

1) изменение структуры посевных площадей и насыщение севооборотов 

рентабельными культурами, преимущественно с высоким содержанием энергии в урожае, вплоть до их бессменного выращивания (монокультура); 

2) развитие экологического (органического) земледелия и отказ от химических средств защиты растений, минеральных азотных удобрений;

3) отказ от пахоты и прямой посев в мульчу или стерню (No-Till технология);
4) появление и становление технологии полóсного земледелия (Strip-Till), 

соединяющей в себе преимущества No-Till и традиционной обработки почвы;

5) использование сельскохозяйственных угодий для выращивания как традиционных продовольственных культур (сахарный тростник, кукуруза, соя, 
люпин и др.), так и нетрадиционных (ива, тополь, топинамбур и др.), с целью 
получения биоэнергии (энергоплантации);

6) создание комбинированных энергоплантаций, в широких междурядьях 

которых выращиваются традиционные культуры (пшеница, ячмень и др.);

7) появление системы земледелия Mix-Cropp, основанной на смешанных 

(комбинированных как по территории, так и во времени) посевах;

8) разработка системы земледелия Rot-Mix, базирующейся на севооборотах 

смешанных (комбинированных) посевов.
Перечисленные стратегические направления указывают на приближение 

эволюции земледелия к живой природе, то есть объективно обусловленной 
«идеальности». Степень биологизации инновационного продукта в АПК становится ключевым критерием его оценки (по типу «биологически правильное – экономически выгодное» [64, 65, 101]).

Необходимо также подчеркнуть, что, по расчётам экспертов, затраты невоз
обновляемой энергии в сельском хозяйстве в количестве 15 ГДж/га являются 
тем рубежом, за которым её дополнительное потребление представляет реальную опасность для окружающей среды [47–52]. Это обусловлено глобальным 
нарушением экологического равновесия биосферы, в цепи которой имеются 
весьма уязвимые звенья (углеродный баланс, озоновый слой планеты и др.). 
Поэтому независимо от количества энергоресурсов, которыми располагает человечество, важнейшим фактором интенсификации сельхозпроизводства становится его биологизация, то есть обеспечение способности агроценозов культивируемых растений наиболее эффективно использовать как возобновляемую, так и невозобновляемую энергию. Естественные биоценозы, как правило, 
характеризуются эффективным использованием естественных энергоресурсов. 
При этом их валовая первичная продукция может сравниться с наилучшими 
достижениями сельхозпроизводства. В процессе естественного отбора в экосистеме всегда предпочтение получают те растительные сообщества, которые 
максимально используют поток энергии для производства наибольшего количества биомассы на единицу площади [142, 145].

В настоящее время в целях биологической интенсификации земледелия 

подбираются виды и сорта культур, обладающие не только высокой потенциальной продуктивностью и экологической устойчивостью, но и средообразующим и ресурсовосстанавливающим потенциалом, в том числе способные использовать труднодоступные элементы питания, улучшать фитосанитарную 
ситуацию и повышать плодородие почв. По мнению ряда исследователей, топинамбур в наибольшей мере соответствует указанным требованиям [35, 38, 
46, 56–58, 61, 77, 80, 125, 126, 149, 153, 166, 191]. Он обоснованно рассматривается как ценная высокопродуктивная культура многоцелевого использования 
(лекарственная, пищевая, кормовая, биоэнергетическая, мелиоративная и др.) 
и в мировом земледелии (Европа, США, Канада, Бразилия, Китай и др.) зани

мает площади ~2,5 млн га [95]. В благоприятных условиях урожайность его по 
зелёной массе составляет 120…150 т/га и по клубням – 100…120 т/га [56–58]. 
Тем не менее, урожайность зелёной массы и клубней топинамбура, а также их 
химический состав определяются и биологическими особенностями сорта, 
а также географическим положением и почвенно-климатическими условиями 
района выращивания, погодными условиями сезона и комплексом агротехнических мероприятий [37, 41, 108, 157, 158].
По данным ряда исследователей [1–4, 10–12, 25, 26, 28, 29, 37, 41–43, 214], 

содержание сухих веществ в зелёной массе топинамбура составляет 18…22 %, 
в клубнях – 19…25 %. При этом в сыром веществе последних содержится 
~20 % углеводов (в том числе ~15 % инулина и ~2 % целлюлозы), 0,1 % жиров, 
до 2,4 % белка, тогда как в зелёной массе – примерно 11 % целлюлозы, 4 % сахаров, 0,4 % жиров и 2,2 % белков. Комплекс биологически активных соединений зелёной массы и клубней топинамбура включает каротиноиды (провитамин А), витамины группы В (в том числе биотин [B7], аскорбиновую кислоту 
(витамин С), а также в небольших количествах пантотеновую, фолиевую кислоты (и их соли – пантотенаты, фолаты) и др. [191]. Содержание B7 в клубнях 
топинамбура в 3 раза больше, чем в картофеле. Установлено, что его зелёная 
масса значительно богаче витаминами, чем клубни, которые не накапливают 
больших количеств аскорбиновой кислоты и каротинов [57, 77]. Вместе с тем 
клубни топинамбура являются ценными источниками минеральных элементов. 
В их сухом веществе содержатся макроэлементы (мг/г): фосфор (3,4), калий (28,3), 
кальций (10,7), сера (1,28), магний (0,8), а также микроэлементы (мг/кг): кремний (207,1), алюминий (186,3), натрий (83,7), железо (69,5), цинк (14,9), бор (11,4), 
марганец (14,1), медь (4,78) и др. [191].

Для существенного расширения посадочных площадей под топинамбуром 

в Беларуси требуются: создание современных интенсивных сортов культуры 
различного направления использования, разработка технологий их возделывания, семеноводства и переработки продукции [109, 140].

Авторский коллектив благодарен академику В. Н. Решетникову и кандидату 

сельскохозяйственных наук М. И. Ярошевичу за организацию начала исследований по культуре топинамбура в ГНУ «ЦБС НАН Беларуси», кандидату сельскохозяйственных наук В. А. Тимофеевой за проведение фитомониторинга посадок топинамбура, сотрудникам лаборатории химии растений ботсада Т. И. Василевской 
и Н. Б. Криницкой за выполнение анализов биохимического состава сырьевых частей растений топинамбура, главе опорного ФХ «Бортники-агро» В. С. Войтешенко и его ведущему агроному М. П. Домашкевичу за освоение технологии крупномасштабного производства семенного топинамбура. Особую признательность мы 
выражаем известным учёным – академику Л. В. Хотылёвой и доктору биологических наук, профессору А. П. Волынцу – за труд по рецензированию, ценные замечания и пожелания, высказанные в адрес нашей работы, а также другим сотрудникам, участвовавшим в осуществлении программы Союзного государства «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура» на 2013–2016 годы.

Глава 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ  
РАСТЕНИЙ ТОПИНАМБУРА

1.1. Систематическое положение топинамбура

Топинамбур («подсолнечник клубненосный», «земляная груша», «солнечный 

корень», «иерусалимский артишок» и др.) [Helianthus tuberosus L.] – клубненосное крупнотравное многолетнее растение семейства Сложноцветные (Compositae), 
рода Helianthus Североамериканского центра происхождения культурных растений. После перезимовки топинамбур возобновляется из почек, расположенных на клубнях, столонах и подземной части стебля, что позволяет ему произрастать на одном месте на протяжении многих лет [57, 58, 125, 126, 191]. В составе рода насчитывается более 100 видов, из которых в сельскохозяйственном 
производстве используются только два: H. tuberosus (топинамбур) и H. annuus 
(подсолнечник).
Топинамбур, по литературным сведениям [191], является полиплоидом, 

а именно гексаплоидом (2 n = 102), гаплоидное число хромосом n = 51, основное число хромосом Х = 17. Следует отметить, что в указанном центре происхождения культурных растений встречаются и другие гексаплоиды рода 
Helianthus (2 n = 102): H. rigidus (Cass.) Desf., H. macrophyllus Willd.), а также 
тетраплоиды (2 n = 68): H. divaricatus L., H. eggertii Small, H. hirsutus Raf. и диплоиды (2 n = 34): подсолнечник H. annuus L. и H. debilis Nutt.

1.2. Центр происхождения культуры топинамбура  
и ареал его распространения

Родина топинамбура – Североамериканский центр происхождения культур
ных растений [17, 45, 46, 57, 58, 191], в котором, как указано выше, доминируют полиплоидные виды рода Helianthus. Это обусловлено тем, что полиплоидам отводится исключительная роль в фитоэволюции. Так, более половины 
видов высших растений являются полиплоидами. У культурных растений 
удельный вес полиплоидных видов достигает 80 %. Оптимальным уровнем 
плоидности, по мнению многих исследователей, является тетраплоидия, 
реже – гексаплоидия [138, 191, 196]. Среди изученных полиплоидых видов самыми распространёнными являются кратные основным числам хромосом 
(Х): 12, 7, 8. Вместе с тем превышение оптимального уровня плоидности, усиливая надёжность и эффективность функционирования отдельных звеньев генотипа, может вести к депрессии организма и популяции в целом в связи с воз

растанием неупорядоченности (энтропии) системы генотипа и утратой его гибкости, связанной с нарушением взаимосвязей между отдельными подсистемами. При этом процесс возникновения и закрепления удачного сочетания генов 
и аллелей замедляется. Оптимальный же уровень плоидности расширяет генетическую основу растительного организма, обусловливая его повышенную 
адаптивную пластичность. Последняя позволяет полиплоидам возникать, сохраняться, побеждать в борьбе за существование и распространяться не только 
в ареале вида, но и на границах ареала, а также в условиях новых экологических ниш, в том числе и самых неблагоприятных для произрастания.

В настоящее время в Северной Америке дикие виды топинамбура занимают обширные площади близ Великих озёр. Они встречаются вдоль дорог, по 
залежам и на пустырях. В 1-м тысячелетии до н.э. топинамбур вошёл в земледелие американских индейцев, однако человеком это растение использовалось 
и ранее. Следует заметить, что границы центра видового разнообразия топинамбура и даже сам центр происхождения его культуры ещё точно не установлены. Европейцы впервые увидели топинамбур лишь в 1586 г. при основании своей колонии в Виргинии. Интродуцировано же данное растение в Европу французскими моряками экспедиции Лескарбо в 1605 г. Культура получила название «топинамбур» (от названия племени индейцев – «тупинамба») 
[56–58].

Топинамбур, в силу экологической пластичности, удачно натурализировал
ся в Европе, а в дальнейшем, благодаря своим замечательным вкусовым и лечебным свойствам при сравнительно высокой урожайности, быстро распространился в Австралии, а также в странах Азии, Африки и Южной Америки. 
Однако в XVIII в. одновременное с ним распространение картофеля, как более 
технологичной культуры, интродуцированной из Южноамериканского (Перувиано-Эквадоро-Боливийского) центра происхождения культурных растений, 
резко сократило производство и потребление топинамбура. Этому также способствовали его меньшая, чем у картофеля, лёжкость клубней из-за слаборазвитого пробкового слоя и невыровненность их поверхности [56–58]. Со временем заброшенные культурные посадки топинамбура стали источником одичавших растений. В настоящее время одичавший топинамбур в различных регионах мира (от тропиков до 65° с. ш. северных районов земледелия) является одним из наиболее распространённых сорняков, что объясняется его высокой засухоустойчивостью и холодостойкостью. Необходимо отметить, что в ряде 
стран (Италия, Швейцария и др.) топинамбур включён в надзорный лист 
(Watch-Liste) инвазивных видов растений. EPPO (European and Mediterranean 
Plant Protection Organization) предлагает уделить этому виду особое внимание 
как потенциальному карантинному объекту [56, 57].
О высокой экологической пластичности растений топинамбура свидетель
ствует тот факт, что в осенний период года они способны переносить заморозки до –7…–8 °С. Клубни могут неоднократно замерзать, оттаивать и при этом 
не терять жизнеспособности. Невыкопанные клубни сохраняют жизненность 

при снежном покрове 0,2…1,0 м даже при промерзании почвы и понижении 
температуры воздуха до –35 °С и ниже [56, 57].

Следует особо подчеркнуть, что естественный полиплоидный уровень то
пинамбура и его способность к вегетативному размножению создают большие 
предпосылки для селекции сортов с высоким уровнем гетерозиса, в том числе 
с незатухающим гетерозисом. Кроме того, виды разной плоидности рода 
Helianthus используются исследователями при межвидовой гибридизации для 
создания хозяйственно ценных гибридов [125, 191, 213]. Например, получены 
высокопродуктивные гибриды топинамбура с подсолнечником – топинсолнечник (сорта Новость ВИРа, Восторг и др.) [125]. Два российских сорта подсолнечника (Прогресс и Новинка) выведены академиком Г. В. Пустовойтом на основе гибридов скрещивания H. annuus и H. tuberosus [191].
Мировой генофонд насчитывает свыше 500 образцов, сортов  и гибридов то
пинамбура [57, 125, 126, 191], в том числе не менее 12 диких форм. Коллекции 
данного вида имеются во многих странах и насчитывают от десятков до нескольких сотен образцов. Обычно это коллекции живых растений, в которых 
разные таксоны территориально обособлены, во избежание смешения сортового материала. Как правило, расстояние между ними составляет не менее 1,5 м, 
причем сорта с однотипной окраской клубней разделены каким-либо сортом, 
имеющим отличную от них окраску. Данный прием позволяет, с одной стороны, контролировать чистоту сортового материала, а с другой – располагать достаточным количеством клубней нескольких перспективных сортов. Существуют также другие типы коллекций – семенные и коллекции в виде культуры 
тканей. В отличие от живых коллекций они требуют меньше трудозатрат по 
подготовке и уходу за ними, но имеют и определенные недостатки [180, 208]. 
Так, для поддержания семенной коллекции, во избежание переопыления сортов, требуется располагать необходимым количеством семян, тогда как в соцветии топинамбура формируется лишь несколько выполненных семян. 

Значительные коллекции сортов и образцов топинамбура, объединяющие 

от 24 до 175 таксонов, имеются также в Канаде (Plant Gene Resources of Canada – 
175), Сербии (Institute of Field and Vegetable Crops – 155), Франции (Institut 
National de la Recherche Agronomique – 140), Германии (Leibniz Institute of Plant 
Genetics and Crop Plant Research – 115), США (North Central Regional Plant 
Introduction Station – 112), Венгрии (Institute for Agrobotany – 54) и Испании 
(Escuela Tecnica Superior – 24) [191].

Однако самой крупной живой коллекцией топинамбура, насчитывающей свы
ше 300 сортов, гибридов и образцов топинамбура [57, 95, 125], является коллекция 
Майкопской опытной станции Федерального исследовательского центра Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н. И. Вавилова, расположенной в поселке Подгорный Республики Адыгея. В данном научном центре проводятся комплексные исследования этой уникальной коллекции, позволившие 
выделить и описать 15 сортотипов топинамбура [125], объединяющих наиболее 
типичных представителей групп сходных сортов, образцов и гибридов (табл. 1.1.1).