способ селекции растений конопли

Формула изобретения

1. Способ селекции растений конопли, включающий выращивание растений в условиях естественного климата, оценку качества селекционного материала и его отбор по количеству железистых волосков на прицветниках, отличающийся тем, что выращивание и отбор в условиях естественного климата чередуют с его выращиванием и отбором в условиях искусственного климата, интенсифицирующих накопление каннабиноидов в растениях.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выращивании в условиях искусственного климата в почву вносят минеральные удобрения N 190-210^P 90-110 ^K 230-250, поддерживают влажность почвы на уровне 55 65% от полной ее влагоемкости, а температуру воздуха 38 42^oС при фотопериоде продолжительностью 11,6 12,3 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выращивание в условиях искусственного климата проводят в осенне-зимний период, причем выращивают лишь часть отобранного селекционного материала, необходимую и достаточную для его оценки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в условиях искусственного климата отбирают тот селекционный материал, все потомство которого имеет стабильное количество железистых волосков на прицветниках, не превышающее 8 штук на 1 мм² их поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к селекции растений конопли с улучшенными хозяйственными свойствами.

Известен способ селекции растений конопли, включающий целенаправленную гибридизацию и формирование родоначальных растений, многократную оценку их по комплексу признаков и свойств в селекционных питомниках и дифференциацию лучших из них для создания новых сортов. Для получения селекционного материала с пониженным содержанием каннабиноидов отбирают перспективные особи по признаку, учитывающему количеству железистых волосков на прицветниках, которое обратно пропорционально количеству накапливаемых в растениях нежелательных соединений каннабиноидов /Вировец В.Г. Горшкова Л.М. Сенченко Г.И. Сажко М. М. Методические указания по селекции конопли на снижение содержания каннабиноидов. М. 1985, с.14/.

Недостатком данного известного способа является то, что он длителен, требует 12-15 лет проведения селекционных работ, что приводит к значительным материальным и трудозатратам.

Техническим результатом, достигаемым при реализации настоящего изобретения, является резкое сокращение сроков селекции, материальных и трудозатрат, получение за 1 2 сезона селекционного материала с улучшенными хозяйственно-ценными признаками.

Достигается это тем, что в способе селекции растений конопли, включающем выращивание растений в условиях естественного климата, оценку качества селекционного материала и его отбор по количеству железистых волосков на прицветниках, отличительной особенностью является то, что выращивание и отбор в условиях естественного климата чередуют с его выращиванием и отбором в таких условиях искусственного климата, которые интенсифицируют накопление каннабиноидов в растениях. Такими искусственными условиями могут быть следующие:

внесение в почву минеральных удобрений N_190-210P_90-110K_230-250;

поддержание влажности почвы на уровне 55 65% от полной ее влагоемкости,

поддержание температуры воздуха на уровне 38 42^oC,

использование фотопериода продолжительностью 11,5 12,5 ч.

Выращивание растений в условиях искусственного климата целесообразно проводить в осенне-зимний период и при этом выращивать лишь часть отобранного селекционного материала, необходимую и достаточную для его оценки.

В условиях искусственного климата отбирают тот материал, все потомство которого имеет стабильное количество железистых волосков на прицветниках, не превышающую 8 штук на 1 мм² их поверхности.

Установлено, что при отборе селекционного материала конопли только по признаку, учитывающему количество железистых волосков на прицветниках, по способу согласно изобретению наблюдается не только снижение каннабиноидов в отобранных растениях конопли, но и неожиданное улучшение многих других хозяйственно-ценных признаков. Это значительно упрощает процесс селекции и позволяет быстро получить необходимый селекционный материал.

Пример 1. Известно, что тетрагидроканнабинол /ТГК/, синтезируемый и накапливаемый в растениях конопли, отличается высокой психотомиметической активностью. В 1987 1988 г. проводили специальные рекогносцировочные эксперименты при использовании стеллажа ускоренного выращивания растений СУВР-1 по изучению влияния различных уровней минерального питания на содержание тетрагидроканнабинола в растениях двудомной конопли сорта Глуховская 10. С этой целью предварительно оттарированные и подготовленные металлические сосуды, одинаковые по объему /18x22 см/, набивали тщательно перемешанной необходимыми удобрениями почвой. Посев семян осуществляли в лунки глубиной 2,0 см по 20 шт. на сосуд. Полив растений производили водопроводной водой, исходя из установленной для опыта оптимальной влажности, по массе сосудов.

Схема и результаты опыта приводятся в табл.1.

Как видно, увеличение доз и соотношений N РК сопровождается значительным повышением содержания ТГК в растениях. Оптимальной следует признать дозу N_190-210P_90-110K_230-250 как способствующую максимальному накоплению ТГК в растениях конопли.

Пример 2. Изучали влияние влажности почвы на образование ТГК в растениях /табл.2/.

Из данных табл. 2 видно, что в условиях искусственного климата, создаваемого с помощью установки СУВР-1, во всех вариантах опыта уменьшение влажности почвы приводит к адекватному увеличению содержания ТГК в растениях. Учитывая то, что при влажности почвы 35-45% от полной влагоемкости происходит гибель значительной части растений, наиболее практичным считаем вариант с влажностью 55 65%

Пример 3. Изучали влияние температурного фактора на формирование ТГК в растениях /табл.3/.

Анализ данных табл.3 показывает, что с повышением температуры воздуха в помещении синтез ТГК в растениях усиливается. Наиболее оптимальной является температура воздуха, равная 35 42^oC.

Пример 4. Изучали влияние продолжительности светового дня на содержание ТГК в растениях /табл.4/.

Установили, что между режимом освещения и процессом образования ТГК в растениях существенной зависимости не имеется. Однако немаловажным для практики является то, что при 12-часовом фототермическом режиме по сравнению с 17-часовым полная биологическая спелость растений наступает на 97-й день, или на 21 день раньше.

Таким образом, в целях усиления процесса синтеза ТГК в растениях на установке СУВР-1 наиболее оптимальной является следующий фототермический режим: соотношение минеральных удобрений N_190-210P_90-110K_230-250 мг на 1 кг сухой почвы; влажность почвы 55-65% от полной влагоемкости, температура воздуха в помещении 38-42^oC, фотопериод 11,5-12,5 ч освещенности растений.

Пример 5. Урожай каждого элитного растения делили на две части "половинки". Одну из них использовали для выращивания растений в осенне-зимний период в условиях искусственного климата на установке СУВР-1, а другую сохранили в резерве. Семьи, репродуцируемые в лабораторных условиях, сравнивали между собой по содержанию тетрагидроканнабинола, при этом худшие браковали, а семьи с малым количеством ТГК оставляли для дальнейшей селекции. В связи с тем, что в условиях искусственного климата возможно переопыление лучших семей с нежелательными формами, для посева в следующем году использовали семена резервных "половинок". В селекционном питомнике, закрываемом на второй год в естественных условиях, материал подвергали двойной оценке на наличие каннабиноидов: первый раз до фазы цветения для регулирования процесса гибридизации между растениями, представляющими наибольший интерес для селекции, и второй раз в период созревания семян для окончательной дифференциации фенотипически лучших форм с минимальным количеством ТГК. Полученные результаты сравнили с известным способом /табл.5/.

Из данных табл. 5 видно, что в аллогамных популяциях метод резервов /"половинок"/, сочетаемых с установкой искусственного климата, приводит к существенному сдвигу признака "содержание ТГК" в нужном направлении. При этом каждый цикл непрерывного отбора дает более существенное изменение признака, чем каждый цикл семейно-группового отбора. Показано, что практически для конопли достаточно двух циклов непрерывного отбора для вычленения из популяции фенотипов с гомозиготным состоянием рецессивных аллелей, ответственных за синтез ТГК, и создания на их основе относительно константных биотипов без активных каннабиноидных соединений. Известный же способ продолжителен во времени и на выведение сорта с минимальными показателями содержания каннабиноидных соединений затрачивается до 12-15 лет.

Пример 6. Новый способ осуществляют следующим образом.

Сначала в питомнике исходного материала в полевых условиях в фазе созревания 75% семян в соцветиях путем визуального осмотра производится выделение фенотипически лучших элитных растений. При этом каждое отобранное растение этикетируется с указанием его порядкового номера и пола. В лабораторных условиях каждое элитное растение подвергается индивидуальной оценке по степени опушенности прицветников железистыми волосками головчато-стебельного типа на длинных ножках с головкой от желто-оранжевого цвета до коричневого. С этой целью с соцветия растения с помощью пинцета выбираются два хорошо сформированных и развитых прицветника вместе с семенами. В последующем с помощью стереоскопического микроскопа системы МБС-2 при увеличении 4х7 в отраженном свете производится подсчет количества железистых волосков на дорзальной стороне прицветника на площади 1 мм² поверхности. Необходимая рабочая площадь на поверхности прицветника определяется с помощью окулярной сетки, помещенной в одну из окулярных трубок микроскопа, подсчет производится в 16 квадратах окулярной сетки, которые в поле зрения микроскопа при данном увеличении ограничивают на поверхности прицветника площадь, равную 1 мм². Данные подсчета записываются в журнал под номером, соответствующим номеру элитного растения.

Отбор растений для селекции на уменьшение или увеличение содержания каннабиноидов проводится соответственно по малому или большому количеству железистых волосков, приходящихся на единицу площади поверхности прицветников, согласно предлагаемой нами шкале оценки растений по содержанию ТГК /табл.6/.

На следующем этапе семена отобранных для продолжения селекции растений разделяют на две части: одна половина их из расчета 10 шт. на сосуд используется для испытания потомств в искусственной климатической среде на установке СУВР-1, а другая для оценки в полевых условиях.

На установке СУВР-1 растения выращивают в металлических сосудах, одинаковых по объему /1822 см/, предварительно оттарированных и набитых тщательно перемешанной минеральными удобрениями почвой /N₂₀₀P₁₀₀K₂₄₀ мг на 1 кг сухой почвы/. Посев семян осуществляется в лунки глубиной 2,0 см. Полив сосудов производится систематически в одни и те же часы водопроводной водой по их массе до установления оптимальной влажности 60,0% от полной влагоемкости. В помещении с момента начала всходов температура воздуха поддерживается на уровне +40^oC, а фотопериод устанавливается продолжительностью 12 ч.

В фазе созревания 75% семян в соцветиях по вышеописанной методике проводится подсчет количества железистых волосков на прицветниках всех растений, выращенных в сосудах на установке СУВР-1.

В табл.7 приводится форма примерной записи в журнал результатов подсчета железистых волосков на прицветниках растений межсортового гибрида конопли /Чувашская местная х Однодомная бернбургская/х ЮСО-31.

Из табл.7 видно, что у первого элитного растения в условиях оптимального фитотермического режима в потомстве признак "содержание ТГК" практически не изменяется. Это служит доказательством того, что в данном случае действительно, рецессивный аллель, контролирующий развитие признака, находится в гомозиготном состоянии. Следовательно, данное элитное растение является самым ценным исходным материалом для селекции.

У второго элитного растения в потомстве заметна высокая гетерогенность и вариабельность признака: такой материал, естественно, подлежит выбраковке и исключению из селекционного процесса на уменьшение содержания каннабиноидов.

На основании подобных анализов результатов оценок, которые при необходимости могут быть повторены, в конечном итоге для посева в естественных условиях используются семена оставшихся резервных половинок наиболее ценных семей.

Пример 7. В 1987 г. начали селекцию конопли на создание сортов без активных каннабиноидных соединений. С этой целью в полевых условиях в популяции гибрида /Чувашская местная х Однодомная бернбургская) х ЮСО-31 в фазе созревания 75% семян в соцветиях путем визуального осмотра отобрали 300 фенотипически лучших элитных растений, которые этикетировали с указанием порядкового номера и пола.

О содержании тетрагидроканнабинола /ТГК/ в растениях судили по степени опушенности их прицветников железистыми волосками головчато-стебельного типа на длинных ножках с головкой от желто-оранжевого цвета до коричневого по предложенной нами шкале /см.табл.6/. Для этого с соцветия каждого растения с помощью пинцета выбирали по два развитых прицветника вместе с семенами. Затем, используя стереоскопический микроскоп МБС-2 /увеличение 4х7/, на дорзальной стороне прицветника на площади 1 мм² поверхности подсчитывали количество железистых волосков. Указанную рабочую площадь устанавливали с помощью окулярной сетки, помещенной в одну из окулярных трубок микроскопа. Подсчет производили в 16 квадратах окулярной сетки, которые в поле зрения микроскопа при данном увеличении ограничивают на поверхности прицветника площадь, равную 1 мм². Данные подсчета записывали в журнал под номером, соответствующим номеру элитного растения.

Результаты оценки отобранного в полевых условиях элитного материала представлены в табл. 8

В связи с тем, что программа нашей работы была направлена на уменьшение содержания каннабиноидов, из исходных элитных растений для продолжения селекционного процесса использовали только те, на прицветниках которых содержалось не более 8 шт. железистых волосков на 1 мм² поверхности. Таких растений было 115, все остальные биотипы с большим количеством железистых волосков на прицветниках браковали, и они в дальнейшей селекционной работе на уменьшение содержания каннабиноидов не участвовали.

Выделенные перспективные селекционные номера /115 растений/ затем по каждому классу разделили на две равные части: 58 из них использовали для организации селекционного процесса по новому, а 57 по известному способу.

Для репродуцирования 58 селекционных семей в осенне-зимний период на установке СУВР-1 использовали металлические сосуды. При этом номер сосуда соответствовал номеру селекционной семьи. Металлические сосуды, одинаковые по объему /18х22 см/ и предварительно оттарированные, набивали тщательно перемешанной минеральными удобрениями почвой /N₂₀₀P₁₀₀K₂₄₀ мг на 1 кг сухой почвы/. В каждый сосуд высевали по 10 шт. семян в лунки глубиной 2,0 см. Полив сосудов производили в одни и те же часы водопроводной водой по их массе до установления 60,0% влажности от полной влагоемкости. С момента начала всходов в помещении с установкой СУВР-1 температуру воздуха поддерживали на уровне +40^oC, а фотопериод устанавливали продолжительностью 12 ч.

Оценку селекционных номеров по количеству железистых волосков на прицветниках, которые выращивались на установке СУВР-1 при вышеуказанном фитотермическом режиме, усиливающем выделения растениями тетрагидроканнабинола /ТГК/, проводили в фазе полного созревания семян. Наиболее ценными считали те селекционные семьи, в популяциях которых признак "содержание ТГК" не изменялся в сторону увеличения. Семена оставшихся резервных половинок таких семей весной использовали для посева в естественных условиях. В данном случае в селекционном питомнике материал подвергали двойной оценке на наличие каннабиноидов: первый раз до фазы цветения для регулирования процесса гибридизации и второй раз в период созревания семян для окончательной дифференциации фенотипически лучших форм с минимальным количеством ТГК.

Эксперименты показали, что для конопли достаточно двух циклов непрерывного отбора для вычленения из популяции фенотипов с гомозиготным состоянием рецессивных аллелей, ответственных за синтез ТГК, и создания на их основе относительно константных биотипов без активных каннабиноидных соединений.

Результаты селекционной работы представлены в таблице 9.

Данные табл. 9 показывают, что предлагаемый способ за два цикла непрерывного отбора позволяет сформировать популяцию, состоящую на 93,6% из растений без активных каннабиноидных соединений. Кроме того, новый способ в два раза ускоряет селекционный процесс, повышает точность, объективность и эффективность отбора.

На основе предлагаемого способа создан новый селекционный сорт конопли среднерусского типа Чувашская однодомная, который с 1990 г. находится в конкурсном сортоиспытании и который имеет высокие показатели по многим хозяйственно-ценным признакам./табл.10/.

Из табл. 10 видно, что новый сорт Чувашская однодомная существенно превышает районированный сорт ЮСО-14 по урожаю семян /на 188,6%/ и выходу волокна /на 2,2% /. Кроме того, отличается коротким вегетационным периодом /скороспелые сорта ЮСО-14 на 11 дн./ и отсутствием активных каннабиноидных соединений.

Таким образом, предлагаемый способ повышает эффективность оценки и отбора селекционного материала за счет выращивания их в осенне-зимний период на установке СУВР-1 при фитотермическом режиме, наиболее оптимальном для синтеза ТГК в растениях, что в конечном итоге, существенно ускоряет темпы селекционной работы.