Титульный лист и исполнители
РЕФЕРАТ
Отчёт: 68 с., 11 таблиц в основной части, 6 таблиц в приложении, 112 источников использованной литературы.
КОНОПЛЯ ПОСЕВНАЯ, СРЕДНЕРУССКИЙ ЭКОТИП, КАННАБИНОИДЫ, БЕЗНАРКОТИЧЕСКИЙ СОРТ, хозяйственно ценный признак, ТЕТРАГИДРОКАННАБИНОЛ, однодомность, выход волокна, СОДЕРЖАНИЕ масла, содержание целлюлозы
Представлены результаты научно-исследовательских работ по комплексной оценке нового исходного материала для селекции безнаркотической однодомной конопли посевной в условиях Среднего Поволжья.
Цель работы – создание перспективного селекционного материала для выведения новых безнаркотических сортов однодомной конопли среднерусского экотипа, обладающих устойчивостью признака однодомности, высокой продуктивностью и качеством основных видов продукции, с содержанием тетрагидроканнабинола в растениях менее 0,1%, адаптированных к условиям Среднего Поволжья.
В задачи исследований входило:
– выполнение селекционной оценки новых гибридных комбинаций по комплексу хозяйственно полезных признаков и свойств;
– выделение образцов, обладающих сочетанием оптимальных параметров хозяйственно ценных признаков и свойств для различных направлений селекции культуры.
Научная новизна исследований. В условиях лесостепи Среднего Поволжья создаётся качественно новый селекционный материал конопли посевной с генетически закреплённым признаком однодомности, пониженным относительно существующих селекционных сортов содержанием тетрагидроканнабинола в растениях (менее 0,05%) и повышенными относительно существующих сортов качественными и количественными характеристиками основных видов продукции.
Практическая значимость работы. Выделенные гибридные комбинации будут вовлечены в селекционный процесс по созданию новых безнаркотических сортов посевной конопли различных направлений хозяйственного использования.
Объект исследований – 41 сложногибридная комбинация F1BC1 конопли посевной южного и среднерусского экотипов.
В процессе выполнения НИР достигнуты следующие научные результаты:
1) получены экспериментальные данные комплексного изучения хозяйственно-ценных признаков и свойств нового селекционного материала (гибридных комбинаций) для создания безнаркотических сортов различных направлений их хозяйственного использования;
2) выделены образцы, обладающие комплексом оптимальных параметров хозяйственно полезных признаков и свойств по различным направлениям селекции конопли посевной.
На основе вовлечения в селекционный процесс выделенного рекомбинантного материала будут созданы новые высокопродуктивные безнаркотические сорта конопли посевной двустороннего и зеленцового направлений хозяйственного использования. Внедрение новых сортов в различные регионы коноплесеяния агропромышленного комплекса РФ позволит повысить темпы их экономического развития, увеличить конкурентоспособность производимой продукции и обеспечить устойчивое импортозамещение.
Применение результатов НИР в целях расширения сортового разнообразия и направлений использования конопли посевной соответствует приоритетам социально-экономического развития Российской Федерации.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях глобальной экологизации сферы производства и ориентации индустрии на использование возобновляемых сырьевых ресурсов происходит увеличение спроса на технические культуры, в том числе и коноплю посевную. Современная экономика и экология имеют потребность в различных сортах конопли, пригодных как для переработки на волокно, ткани, бумагу, масло, лекарства, так и для оздоровления агробиоценозов, биоценозов вредных промышленных производств и рекультивации заражённых радионуклидами почв. Поэтому важнейшим направлением современной селекции конопли является выведение новых безнаркотических сортов разнообразных направлений использования, обладающих комплексом необходимых хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств.
Известно, что эффективность селекционной работы решающим образом зависит от методов создания генетической гетерогенности для дальнейших направленных отборов.
Селекционные сорта среднерусской конопли посевной преимущественно являются результатом гибридизации между образцами данного экотипа. Эти сорта обладают повышенной семенной продуктивностью (0,8-1,1 т/га), скороспелостью (110-120 суток), засухоустойчивостью. При этом они формируют урожайность стеблей на уровне 8-10 т/га, что обеспечивает сбор волокна в количестве 2,5-3,0 т/га. В то же время селекционные безнаркотические сорта конопли посевной южного экотипа способны формировать урожайность стеблей до 11-13 т/га, что превышает уровень данного показателя среднерусских сортов на 30-35%. Южная конопля обеспечивает сбор волокна 3,5-4,0 т/га, отличающегося высокими качественными характеристиками.
Вовлечение в селекционный процесс генетической плазмы южного экотипа посевной конопли позволит привнести в гибридное потомство его ценные признаки: высокую урожайность стеблей и содержание качественного волокна. Сочетание в одном сорте преимуществ южного и среднерусского экотипов конопли посевной возможно достичь селекционными методами.
Для реализации цели задания в предыдущие годы были подобраны родительские компоненты для скрещиваний: по 4 селекционных сорта южной двудомной и среднерусской однодомной конопли, в которых основной лимитирующий признак – содержание ТГК – понижен до уровня 0,04-0,06%. Выбрана схема гибридизации (неполная диаллельная), позволяющая создать генетическую гетерогенность для отборов и оценить влияние на нее признакового разнообразия исходных родительских форм. Проведён цикл сложных и возвратных скрещиваний. Получена 41 оригинальная сложногибридная комбинация F1BС1 для практической селекции безнаркотических сортов посевной конопли.
Задача исследований – сравнительное изучение и отбор гибридных комбинаций, сочетающих оптимальные параметры основных хозяйственно-ценных признаков: содержание ТГК менее 0,1% и однодомность с высокими уровнями семенной продуктивности, содержания масла и выхода качественного волокна.
Объект исследований – селекционный материал: сложногибридные комбинации F1BC1 конопли посевной южного и среднерусского экотипов.
1 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. Формирование рекомбинационной изменчивости
Эффективность селекционной работы с культурой конопли решающим образом зависит от методов создания генетической гетерогенности для последующих направленных отборов. Генетическая гетерогенность формируется путём разных типов скрещиваний (топкроссы, поликроссы, диаллельные, свободные) с последующим направленным отбором индивидуальных растений в гибридных популяциях [1].
Первые селекционные безнаркотические сорта среднерусской однодомной конопли в основном созданы в результате межсортовой гибридизации между образцами данного экотипа. Поэтому, при относительной скороспелости и повышенной семенной продуктивности, количественные и качественные параметры урожая волокна этих сортов были средними. В то же время сочетание в одном сорте достоинств среднерусской и южной конопли допускало совмещение в одном генотипе признаков высокой семенной продуктивности и скороспелости с высокими показателями урожая стеблей и выхода качественного волокна [2].
Традиционные методы селекции конопли, применяемые в создании новых безнаркотических сортов (внутривидовая гибридизация с разными схемами скрещивания, многократный семейственно-групповой отбор, индивидуальный отбор) позволили вывести ряд однодомных среднерусских, а также двудомных и однодомных южных сортов конопли, внесённых в Госреестр и допущенных к использованию на территории Российской Федерации.
Наряду с традиционными, перспективным методом получения ценного исходного материала для селекции однодомной конопли является гибридизация среднерусских форм с южными. В связи с чем вовлечение в скрещивания селекционных сортов южной двудомной конопли, обладающих рядом положительных качеств, отсутствующих у среднерусских биотипов, перспективно в целях получения ценного исходного материала для селекции высокопродуктивных однодомных форм [2].
Имеющиеся в селекционной практике экспериментальные данные свидетельствуют, что при скрещивании двудомных форм с однодомными гибриды F1 сочетают в себе качества однодомной (скороспелость, однородность посева и дружность созревания растений) и двудомной конопли (урожайность тресты и содержание качественного волокна), одновременно проявляя гетерозис по семенной продуктивности [3].
В селекционных программах при формировании нового исходного материала широко используется метод внутривидовой межсортовой гибридизации с вовлечением в скрещивания селекционных сортов различных экотипов – среднерусского и южного.
Основа селекционной работы с видом Cannabis sativa L. – внутривидовая гибридизация и семейственно-групповой отбор по комплексу хозяйственно полезных признаков и свойств [3].
Для конопли метод направленной гибридизации имеет первостепенное значение, так как у этого ботанического вида имеются контрастные по хозяйственно ценным признакам экотипы (северный, среднерусский и южный), скрещивание между которыми осуществляется достаточно результативно [3].
В качестве исходного материала для скрещиваний используются селекционные сорта и/или сортообразцы отечественного и зарубежного происхождения, естественные популяции инорайонного происхождения (местные сорта), реже рудеральные формы различных географических зон, самоопылённые линии, искусственные мутанты и полиплоиды.
В зависимости от целей и задач, решаемых селекционерами, применяются различные типы скрещиваний. Наибольшее распространение в селекционной практике получили межсортовые и внутрисортовые скрещивания и скрещивания географически отдалённых форм конопли. В результате получается разнообразный гибридный материал, обладающий большим генетическим многообразием по количественным и качественным признакам [3].
Следующий за гибридизацией этап селекционного процесса конопли посевной заключается в оценке признаков потомств, полученных от направленных скрещиваний, выделении лучших гибридных комбинаций, создании максимально выраженной признаковой однородности селектируемых популяций.
Дальнейшая работа с селекционным материалом состоит в его размножении с применением массового (негативного либо улучшающего) отбора для получения родоначальных семян новых сортов.
Успешная деятельность по созданию сортов в решающей степени зависит от разнообразия исходного материала. Базой для создания новых сортов служит материал, полученный предшествующей селекцией. Основным источником генетического разнообразия для селекции служат фонды мировой коллекции культуры. На основании изучения коллекционного материала составляется программа скрещиваний, получение и оценка гибридного материала, направления отборов внутри гибридных популяций, перспективность отдельных популяций в качестве кандидатов на допуск к использованию в конкретном регионе.
Планомерная селекционная работа с коноплёй посевной, развёрнутая в нашей стране в 1931 году, продолжается по настоящее время. Селекционные достижения отечественных селекционеров позволили сформировать необходимое сортовое разнообразие, внедрить высокопродуктивные сорта в основных коноплесеющих регионах, увеличить урожайность и валовые сборы коноплепродукции.
Однако до настоящего времени не созданы сорта однодомной конопли с полным отсутствием в популяции обычной поскони – нежелательного признака, постепенно приводящего к реверсированию однодомной конопли в двудомную без применения специальных высокозатратных приёмов (многократных ручных сортопрочисток), составляющих до 20% себестоимости оригинальных семян.
Содержание ТГК в растениях селекционных сортов конопли также может быть снижено до более малых значений и в перспективе почти полностью элиминироваться из растений.
Таким образом, количественные и качественные хозяйственно полезные признаки и свойства растений конопли могут быть улучшены селекционными методами. Селектирование форм однодомной конопли посевной, устойчивых в признаке однодомности, не требующих выполнения ресурсозатратных приёмов при репродуцировании, обладающих пониженными до уровня следовых значений параметрами содержания ТГК (менее 0,05%), требует формирования качественно нового исходного материала.
В связи с чем, создание новых высокопродуктивных безнаркотических сортов однодомной конопли на основе получения, комплексной оценки разнообразного гибридного материала, выделении и сравнительного испытания перспективного селекционного материала характеризует актуальность данной научно-исследовательской работы.
К хорошо освоенным и зарекомендовавшим себя методам создания генетической гетерогенности посевной конопли относятся искусственная гибридизация и индуцированный мутагенез. На этапе создания нового исходного материала конопли существенный практический интерес представляет самоопыление индивидуальных растений (инцухт). К разрабатываемому селекционному направлению принадлежат методы культуры in vitro.
Гибридизация. Основой селекционного процесса конопли являются гибридизация и отбор [4]. Это связано с тем, что возможность совершенствования растений с помощью рекомбинаций, т.е. нового сочетания генов, практически неограниченна. Поэтому одна из главных задач современной селекции – поиск методов управления рекомбиногенезом и эффективного отбора наиболее ценных генотипов с необходимым комплексом признаков и свойств.
Характерной особенностью конопли является свободная скрещиваемость между различными экологическими группами [5]. На начальных этапах селекции конопли широко использовался метод гибридизации географически отдалённых форм [6]. Это было обусловлено требованиями выведения, прежде всего, высоковолокнистых сортов. В начале проводимых исследований выяснилась закономерность: формы, урожайные по стеблям и волокну, были позднеспелыми и с низким содержанием семян и, наоборот, урожайные по семенам – оказались скороспелыми и с низким урожаем волокна [7]. В скрещиваниях использовались сорта разных экотипов, произраставшие в значительном широтном удалении: Южная Краснодарская, Южная Чуйская, образцы американской и северной конопли. В результате селекционной проработки полученных гибридов была выделена перспективная комбинация (Южная Краснодарская × Северная), которая впоследствии стала сортом Южная созревающая 6 (ЮС-6). Содержание волокна у сорта ЮС-6 было доведено до 27%. В 1968 г. ЮС-6 занимал около 42% площади от общих сортовых посевов по стране или больше половины в зоне среднерусского коноплесеяния [8].
Впоследствии под руководством Г.И. Сенченко были созданы такие выдающиеся высоковолокнистые двудомные сорта как ЮС-8, ЮС-9, Глуховская 10. Промышленное возделывание новых сортов двудомной конопли требовало значительных затрат ручного труда. В связи с этим была развёрнута селекция однодомной конопли в зоне среднерусского коноплесеяния [9, 10].
При скрещиваниях южного экотипа со среднерусским у большинства гибридов в потомстве доминирует материнская наследственность [11]. Наряду с селекционными сортами одновременно созревающей среднерусской и южной конопли источниками однодомности служили мутанты – как спонтанные (однодомные растения, выщепившиеся в популяциях двудомной конопли), так и индуцированные (полученные при обработке двудомной матерки некоторыми химическими веществами) [12, 13].
Для формирования генетического полиморфизма и усиления признака однодомности проводились обычные скрещивания между разными типами однодомных растений, а также близкородственные скрещивания однодомных растений и их потомств, в результате чего был получен разнообразный исходный материал [14].
В процессе селекционной проработки перспективных гибридных комбинаций было создано несколько сортов однодомной конопли, общим недостатком которых являлось меньшее, по сравнению с двудомными сортами, содержание волокна в стеблях. При решении этой проблемы наиболее эффективным оказался метод гибридизации высоковолокнистых двудомных с менее волокнистыми однодомными сортами [7].
Этим методом был создан ряд ценных сортов однодомной конопли, широко распространённых в коноплеводстве 60-70-х годов прошлого века. Так, в Институте лубяных культур путём гибридизации высоковолокнистого сорта двудомной конопли ЮС-6 с Бернбургской однодомной и последующего отбора на волокнистость получен сорт однодомной южносозревающей конопли ЮСО-1, районированный в 1968 г. (авторы А.И. Аринштейн и Г.А. Хренникова). В результате скрещивания сорта двудомной конопли ЮС-6 с Южной однодомной получен сорт однодомной конопли ЮСО-4. В Краснодарском НИИСХ в результате гибридизации Южной Краснодарской конопли с Южной однодомной и Южной Чуйской с Южной однодомной в сочетании с семикратным отбором внутри гибридных популяций получено два сорта однодомной конопли южного экотипа – Краснодарская однодомная 2 и Краснодарская однодомная 3 [15].
В 1969 году был районирован сорт однодомной конопли Краснодарская ранняя 78, полученный в результате гибридизации и многократного отбора на повышение содержания и урожая волокна (авторы В.А. Невинных, П.В. Нимченко). По урожаю стеблей и волокна этот сорт превышал родительский однодомный, однако уступал районированному сорту Краснодарская 35 [15].
На Синельниковской селекционно-опытной станции в результате гибридизации различных сортов двудомной конопли с Южной однодомной получены одновременно созревающие сорта – Южная одновременно созревающая 13 (ЮОСО-13) и Днепровская 3 (автор Р.И. Каплунова). В результате скрещивания сортов Сегеди 9 и Фибримон 56 с последующим отбором высоковолокнистых однодомных растений получен сорт однодомной конопли Днепровская однодомная 6 [16].
В Полтавском сельскохозяйственном институте методом свободного переопыления сортов Южная однодомная и Однодомная среднерусская выведен сорт Однодомная 12 (авторы Е.С. Гуржий, В.С. Мережко). Этот сорт уступал районированным (двудомной Южной Краснодарской и ЮС-84) по урожаю соломки и волокна, однако его скрещивание с Южной Краснодарской позволило получить урожайный по сбору волокна сорт однодомной конопли Полтавская 3, районированный в Полтавской и Черкасской областях [7].
Таким образом, в 60-70-е годы ХХ века отечественными селекционерами были выведены высокоурожайные сорта однодомной конопли, приспособленные к различным зонам коноплесеяния. Существенным отрицательным качеством этих сортов являлась нестабильность по признаку однодомности.
К середине 70-х годов ХХ века в селекционной практике у конопли были обнаружены так называемые трансгрессивные формы. У гибридов конопли трансгрессии были изучены Г.С. Степановым при межсортовых скрещиваниях. Наиболее высокие показатели отмечены по массе стебля одного растения. Степень трансгрессии составляла 18-25%, частота 15-24%. В потомстве гибридов возвратного скрещивания трансгрессии не проявлялись. Автором сделан вывод о целесообразности использования таких биотипов для получения сложногибридных популяций и направленного отбора в них [17].
Использование этого метода в селекции однодомной конопли показало его высокую результативность. Селекционные достижения конца ХХ-начала ХХI вв. – сорта Диана (1994), Ингреда (1999), Антонио (2002), Сурская (2005) – выведены от гибридизации среднерусских и южносозревающих биотипов и последующего создания сложногибридных популяций с использованием направленного многократного отбора по комплексу желательных признаков. Особенностью этих сортов являлось низкое выщепление в популяции маскулинизированных половых типов и обычной поскони (менее 1%).
В начале 1970-х годов в связи с ростом наркомании особую актуальность приобрела селекция конопли на безнаркотичность, что потребовало начать поиск в направлении эффективных способов выявления безнаркотичных растений в популяциях исходных форм, выделения отдельных генетически взаимосвязанных с безнаркотичностью косвенных признаков, так называемых маркеров безнаркотичности. Имеется информация, что для конопли маркерным признаком является количество и тип железистых волосков на околоцветниках, используемый при селекции безнаркотических сортов [18].
Таким образом, как на раннем, так и на современном этапе селекции вида Cannabis sativa L. наиболее распространённым и результативным является метод гибридизации, позволяющий создавать генетическую гетерогенность для селекционных отборов путём рекомбинаций генов родительских форм.
Сохранение генотипического разнообразия в селектируемой популяции конопли, по мнению Т.И. Сухорады (1997), создаёт благоприятные условия для быстрого фиксирования ценных наследственных свойств при семейственно-групповом отборе с индивидуальной оценкой по основным хозяйственным признакам каждого растения внутри семьи. Практика селекционной работы с коноплёй показала высокую эффективность этого метода [19].
В селекции конопли наряду с методами создания генетической гетерогенности немаловажное значение имеет определение генотипической вариабельности признаков и свойств. В работе С.В. Григорьева (1999) проведён анализ соотношения фенотипической и генотипической изменчивости у сортов и коллекционного образца дикорастущей конопли. Необходимо отметить, что генотипическая вариабельность признака технической длины стебля у широко культивируемого в мире ЮСО-31 составляет крайне малое значение – 0,01. Только 2,4% общего фенотипического варьирования этого показателя обусловлено генотипически, а остальные 97,6% – условиями среды, или паратипом. Этот факт можно объяснить тем, что сорт создан для механизированного возделывания и получения преимущественно волокна и является рекордсменом по его общей урожайности – более 2,7 т/га. Растения в таком сорте выровнены по высоте [20].
Вместе с тем признак «продуктивность семян с растения» у сорта ЮСО-31 сильно варьирует: доля генотипической изменчивости в общем фенотипическом варьировании составляет 35%, что более чем в 10 раз превышает аналогичное варьирование признака технической длины. Высказано предположение, что признак семенной продуктивности ЮСО-31 не подвергался столь же тщательной селекционной проработке, как техническая длина растения.
Сходная генотипическая изменчивость признака семенной продуктивности растений у кряжа Ермаковская местная. Доля её составляет 32% в общей фенотипической. По признаку семенной продуктивности кряж также не выровнен. Выводы подтверждаются литературными данными описания кряжа: образец конопли сформировался как сорт народной селекции методом массового отбора. В сравнении с высоковолокнистыми селекционными сортами он имеет качественное волокно с хорошей расщеплённостью по тонине [21].
Доля генотипической вариабельности признаков у дикорастущей конопли резко возрастает в сравнении с сортами. Это показано на примере признака семенной продуктивности: генотипическая изменчивость у образца Иркутская дикорастущая почти в два раза превышает аналогичный показатель у сравниваемых сортов (54,5%), и более чем в двадцать раз превышает долю генотипической изменчивости признака технической длины у сорта ЮСО-31 (2,4%) [20].
Мутагенез. Методом создания внутривидового генетического разнообразия у конопли является также экспериментальный мутагенез. Используя этот метод, можно получить ценные в селекционном отношении формы, которые не удаётся создать при гибридизации [22].
Известно, что род Cannabis характеризуется наличием в геноме двух половых хромосом, определяющих половой тип растений [23]. Поэтому наличие половых хромосом уменьшает возможности полиплоидии у вида Cannabis sativa L. Тем не менее, у культурной конопли имеются анеуплоидные формы, на что указывает характерное для неё явление полисомии.
В опытах Л.П. Бреславец (1933) в молодых корешках конопли были обнаружены соматические клетки с числом хромосом 8n = 80. Явление увеличения числа хромосом свидетельствует о склонности конопли к полиплоидии [23].
У тетраплоидной конопли выявлен ряд положительных свойств: крупносемянность, тенденция к одновременному цветению мужских и женских особей, появление однодомных форм, увеличение высоты растений. Тетраплоидная конопля характеризуется большими размерами вегетативных и генеративных органов, даже такие константные признаки как размер пыльцевых зёрен и количество пор у них имеют 35-45% приращение. Несмотря на то что по урожайности семян тетраплоидные растения уступают диплоидным, масса 1000 семян у них выше. Семена обладают пониженной всхожестью, а в некоторых случаях нежизнеспособны [8]. Вегетационный период у полиплоидных растений на 8-15 суток продолжительнее, чем у диплоидных, а в отдельных случаях эта разница составляет 25-30 суток. Однако встречаются скороспелые особи с длительностью периода вегетации на 12-15 суток короче, чем у исходного сорта. В потомстве полиплоидных растений наблюдается выщепление различных половых типов [24].
В Краснодарском НИИСХ в 1967-1968 гг. были созданы тетраплоидные формы южной конопли из сортов Краснодарская однодомная 3 и Краснодарская однодомная 35. Установлены различия между тетраплоидами и диплоидами в размерах замыкающих клеток устьиц, пыльников, количестве пор в пыльцевых зёрнах [15].
Во ВНИИ лубяных культур в конце 40-х гг. ХХ века проводились работы по получению тетраплоидных форм конопли, не скрещивающихся с однодомной [13]. В дальнейшем были получены две формы тетраплоидной конопли: Тетраплоидная однодомная 2 и Тетраплоидная однодомная 3, полученная с помощью колхицина. Наиболее эффективным способом получения тетраплоидных химер (24,1-39,0%) оказалось погружение в 0,1% раствор колхицина на 24 часа надземной части растения в фазе 2-3-х пар листьев [24].
Сравнительная оценка полученных тетраплоидных форм показала, что они уступают исходным диплоидным формам и стандарту по основным хозяйственно-ценным признакам, причём особенно сильно по семенной продуктивности. Это ухудшение объясняется тем, что в потомстве тетраплоидных форм появляются особи с несбалансированным числом хромосом, а также с пониженной жизнеспособностью гамет. Начальный отбор полиплоидов рациональнее проводить по косвенным морфологическим признакам, а затем путём цитологического анализа [24].
Последующим интенсивным отбором удалось преодолеть ряд недостатков тетраплоидов: улучшить качество волокна, повысить общую и техническую длину стебля, его массу и выход волокна, увеличить семенную продуктивность. У тетраплоидных форм уменьшилась осыпаемость семян, которая является недостатком однодомной конопли. Тетраплоидные формы конопли имеют более однородный половой состав и представлены в основном однодомной матёркой. Доля обычной поскони уменьшается, кроме того, мужские растения становятся более позднеспелыми, что приводит к уменьшению доли их участия в опылении и облегчает уборку культуры.
Повышение плоидности как двудомной, так и однодомной конопли вызывает удлинение вегетационного периода в целом. Возникают растения с увеличенной (до 30%) высотой. Окраска листьев и стеблей меняется до тёмно-зелёной. Вместе с тем наблюдаются отклонения в морфологии растений, аномалии в строении органов. Тетраплоидные растения двудомной конопли обладают резко выраженной двудомностью, наряду с этим наблюдаются различные половые отклонения [25].
Изучение полиплоидной конопли показало, что она обладает рядом селекционно-ценных признаков, а полиплоидия может быть использована как один из методов создания генетической гетерогенности у конопли посевной. Перечисленные особенности тетраплоидов свидетельствуют о перспективах их использования, в первую очередь, как исходного материала для создания сортов с ценными хозяйственно-биологическими признаками и свойствами.
Инцухт. Одним из первых инцухт у конопли изучал И.А. Сизов. Автором отмечено, что в результате инцухта имеет место общее ослабление мощности растений. Этот метод предлагался для закрепления однодомности, источниками которой являлись спонтанные мутанты в посевах или потомствах расщепляющихся гибридов. Примечательно, что в потомстве I2 были обнаружены семена с массой 1000 семян 38,2 г [26].
В последующие годы изучением инцухта занимались разные НИУ. В опытах Р.И. Каплуновой резкое снижение продуктивности (25-30%) произошло уже в первом поколении после самоопыления [16]. Инцухт ведёт к возрастанию гомозиготности и, как следствие, к генетической дифференциации селекционного материала.
Большое число последовательных самоопыленных поколений для получения линейного материала требует вести поиск методов ускоренного получения высокогомозиготных линий. Один из них – получение линий из гаплоидов, у которых проявляются все рецессивные гены в течение одного поколения и появляются новые возможности комбинирования признаков в генотипе. У конопли частота появления спонтанных гаплоидов может достигать 3% [27].
Культура in vitro. Наряду с традиционными методами создания исходного материала для селекции конопли – гибридизацией и мутагенезом – ныне разрабатываются и другие, базирующиеся на использовании современных биотехнологий. В конце ХХ века приобрели большое практическое значение культура клеток и тканей растений [28, 29, 30]. Гетерогенность тканей в условиях in vitro используется генетиками и селекционерами для получения новых форм растений. За счёт использования спонтанного и экспериментального мутагенеза, культура каллуса может рассматриваться как один из методов создания нового исходного материала для селекции растений. Применение мутагенеза на клеточном уровне с последующей регенерацией нормальных растений способствует резкому увеличению степени изменчивости, что значительно повышает эффективность отбора. Одна из первых попыток культивирования однодомной конопли in vitro выполнена в начале 90-х годов ХХ века во ВНИИЛК [31].
Исследованиями, проведёнными в Пензенском НИИСХ, установлено, что на среде Мурасиге-Скуга образование каллусной ткани из пазушных почек начиналось на 3-4, а из листьев – на 6-7 сутки. По способности образовывать каллусы сорта расположились в следующем порядке: ЮСО-31→ Ингреда→ Диана→ Юлиана. Добавление в среду гетероауксина способствовало образованию крупных каллусов, а индолилуксусной кислоты – большого числа мелких каллусов.
Побеги формировались из каллусной ткани, как правило, в течение 25-30 суток. В течение 2-3-х месяцев на среде со стимуляторами роста удалось получить до 16% нормально развитых микрорастений с корнями. Эти растения были пригодны для переноса в почву. Однако полноценные растения-регенеранты образовывались редко. Наблюдалось сильное укорочение междоузлий, изменение форм листовых пластинок, пожелтение растений и их гибель [32].
Проведённые исследовательские работы в этом направлении ещё далеки от практического результата и требуют дальнейшего продолжения при условии соответственного финансирования.
Таким образом, для эффективного селекционного улучшения культуры конопли необходимо сочетание комплекса факторов. Результативность отбора по фенотипу продуктивных растений в решающей степени зависит от генотипической гетерогенности селектируемой исходной популяции. Генетическое разнообразие конопли посевной или культурной для целей современной селекции можно повысить путём использования гибридизации, мутагенеза и инцухтирования при создании исходного материала с высокой наследуемостью признаков безнаркотичности, однодомности и других хозяйственно полезных признаков и свойств.
2 Направления и результаты селекции на отдельные хозяйственно полезные признаки и свойства
Сорт однодомной конопли – динамическая популяция, состоящая из различных феминизированных и маскулинизированных типов, которые в условиях размножения под действием доминирующего влияния двудомности и высокого содержания каннабиноидов спонтанно переходят к потере признаков однодомности и низкоканнабиноидности. Поэтому, наряду с другими ключевыми признаками, прежде всего однодомность и низкоканнабиноидность нуждаются в непрерывном поддержании в процессе селекции и семеноводческого размножения.
2.1. Селекция на однодомность
Создание однодомной конопли явилось большим достижением в развитии коноплеводства. Внедрение однодомной конопли в производство позволило механизировать уборку урожая, что существенно повысило эффективность возделывания культуры. Вместе с тем исследования показали, что признак однодомности неустойчив в потомстве, причём эта неустойчивость обусловлена взаимодействием серии множественных аллелей генов половых хромосом и генетических факторов аутосом мужского и женского пола разной валентности. Спонтанный процесс популяционного изменения признаков пола однодомных растений постоянно направлен на выщепление поскони, т. е. на превращение однодомной конопли в двудомную, как результат реверсии рецессивных генов в доминантные [33].
Методы инцухта, гибридизации и отбора, используемые для создания исходного материала в селекции однодомной конопли не позволяют получить такую популяцию, у которой степень устойчивости признака однодомности позволила бы обойтись без браковки поскони, содержание которой является главным показателем, характеризующим стабильность данного признака в конкретной форме.
На сегодняшний день отсутствуют факты получения сортообразцов конопли посевной, не выщепляющих поскони. Более реально осуществимой задачей представляется создание сортов с уровнем содержания поскони, позволяющим обходиться без сортопрочисток в посевах.
В основе современных селекционных программ по конопле содержится принцип отбора растений, способствующий закреплению признака однодомности в потомстве. Генетический анализ различных половых типов конопли показал, что у однодомной конопли феминизированного типа для селекционных целей необходимо отбирать настоящие однодомные феминизированные растения и однодомную феминизированную матёрку. Такой отбор способствует не только закреплению признака однодомности в потомстве, но и повышает семенную продуктивность растений популяции [34, 35, 36, 37, 38, 39, 40].
Руководствуясь этим принципом, отечественные селекционеры создали ряд сортов, в которых выщепление обычной поскони было понижено до уровня менее 1%. Так, в итоге отбора в течение 10 лет у селекционного материала, на основе которого был создан сорт Однодомная среднерусская, содержание поскони снизилось с 24 до 0,9%. Однако при этом было сделано заключение, что дальнейшее снижение количества поскони в потомстве затруднено [41, 42].
Немецкие исследователи в основу отбора также закладывали однодомную феминизированную матёрку. В итоге отбора за 18 лет селекции был получен сорт Бернбургская однодомная, у которого содержание поскони снижено с 36 до 0,08% [43].
Следующим этапом развития селекции на закрепление признака однодомности явилась гибридизация двудомных образцов с однодомными в различных комбинациях. Наибольшее распространение получили гибриды возвратного скрещивания типа (двудомная конопля × однодомная) × однодомная. В случае использования отцовского сорта, отселектированного по признаку однодомности, за относительно короткий период можно создать селекционный материал с низким содержанием поскони [10, 13, 44, 45].
Благодаря использованию мужскистерильных растений в качестве материнской формы и этрела для химической кастрации мужских цветков у растений материнской формы в настоящее время применяется метод создания нового селекционного материала путём скрещивания между собой образцов однодомной конопли, вследствие чего появилась возможность получения гибридов с низким содержанием поскони в сжатые сроки [46, 47, 48, 49, 50].
Доказано, что у конопли можно применять и другие эффективные методы гибридизации с целью получения исходного материала с закреплённым признаком однодомности – принудительное самоопыление исходного растения и индуцированный мутагенез с созданием гаплоидов и полиплоидов [51].
Таким образом, анализ имеющихся теоретических и практических данных показывает, что, несмотря на достигнутые успехи, проблема закрепления признака однодомности в потомстве остаётся актуальной, поскольку используемые методы создания сортов и гибридов не решают кардинально главной задачи – выращивания однодомной конопли без проведения многократных сортопрочисток. Для решения этой проблемы требуются дальнейшие поиски получения качественно нового исходного материала на основе использования современных методов изменения наследственности.
2.2 Каннабиноидные соединения конопли и селекция на снижение их содержания
Эколого-географические типы конопли характеризуются определённым соотношением основных каннабиноидов: КБДТГК, КБДКБН и их пропильных гомологов: КБДКБДС, КБН/КБНС3 и отношением пропильных гомологов между собой: КБДС3/ТГКС3 и КБДС3/КБНС3 [52, 53].
Содержание каннабиноидов не коррелирует с такими фенотипическими признаками растений как ширина листовой доли, цвет оболочки, масса 1000 семян, продолжительность фаз развития, длина междоузлий, диаметр стебля и т.д. [54, 55]. Однако, существуют исследования, устанавливающие корреляцию содержания ТГК с количеством железистых волосков головчато-стебельчатого типа на 1 мм2 поверхности прицветника [56, 57, 58, 59, 60]. Методом ГЖХ-анализа установлено образование ТГК в железистых волосках конопли головчато-прикреплённых и головчато-стебельчатых типов [61].
Изучение корреляции между продуктивностью и содержанием ТГК в отдельных половых типах однодомной конопли показало, что чем больше доля женских цветков на растении, тем выше количество ТГК в образце и его семенная продуктивность [62].
Основным каннабиноидом сортов волокнистой конопли является КБД. Его содержание находится на уровне 1,0-8,5%. В процессе вегетации содержание КБД в черешках листьев и корнях относительно постоянно в противоположность цветкам и листьям.
Содержание КБН в посевной конопле обычно не превышает 0,1%. Количество КБН возрастает в первой половине вегетации [63, 64, 65].
Уровень ТГК у сортов волокнистой конопли, неотселектированных по признаку низкоканнабиноидности, может достигать 2,5%. Содержание ТГК убывает в ряду: цветки → листья → стебли → семена → корни [63, 64].
В сортах конопли, отселектированных по признаку низкоканнабиноидности, содержание ТГК обычно не превышает 0,2%, а уровень КБД – 2,0% [66, 67].
Семена конопли и конопляное масло не содержат определяемых количеств ТГК. Возможное обнаружение следовых количеств каннабиноидов является следствием засорённости семян листьями конопли или секретом железистых волосков. Это обуславливает требование очистки семян до 99,9% чистоты перед получением пищевого масла [68].
Семядольные листья проростков содержат определяемые количества каннабиноидов [63, 69, 70]. Каннабиноиды были обнаружены даже в растениях конопли, выращенных в темноте до фазы двух-трёх пар настоящих листьев [63]. Согласно собственным и литературным данным, содержание наркотических соединений в листьях конопли увеличивается от нижнего яруса к верхнему [69, 71]. В большинстве случаев максимальное содержание каннабиноидов наблюдается в верхушечной части растений. Содержание каннабиноидов в женских растениях в целом выше, чем в мужских растениях [62].
Наибольшее содержание каннабиноидов отмечается в период цветение-начало созревания семян. В листьях и соцветиях главного стебля содержание ТГК выше, чем в аналогичных частях боковых стеблей. Увеличение содержания каннабиноидов наблюдается в ряду: корень<главный стебель<боковые стебли<листья нижних ярусов<листья верхних ярусов<прицветники [72].
В большинстве случаев, основным наркотическим компонентом конопли является изомер 9–ТГК (1(2) –ТГК). В природных образцах обнаружены также 8–ТГК (1(6)–ТГК) и пропильные гомологи ТГК. Содержание 8–ТГК обычно составляет 0,1-1,2% по отношению к 9–ТГК [53].
Стереохимия изомеров 8-ТГК и 9-ТГК, отличающихся только положением двойной связи, похожа. В большинстве химических реакций они ведут себя одинаково. Основная химическая разница между ними в том, что 9–ТГК легко окисляется до биологически неактивного каннабинола. Изомер 8–ТГК химически более стабилен, он не окисляется до каннабинола. Благодаря структурному подобию оба изомера оказывают близкое фармакологическое действие, но эффект 9–ТГК почти в два раза сильнее [73].
Каннабидиол, каннабидиоловая кислота, каннабигерол и каннабигероловая кислота обладают антибиотическим действием, каннабинол – антиканцерогенным [63, 73].
Содержание основных каннабиноидов зависит от содержания в почве азота, фосфора, кальция и калия. Однако литературные данные противоречивы. Согласно одним авторам, нарушение оптимального баланса питательных веществ или густоты стояния растений увеличивает синтез каннабиноидов [63]. Растения, произрастающие на песчаной почве, удобряемой еженедельно, имеют более высокое содержание ТГК, чем произрастающие на суглинках [74]. По другим данным содержание каннабиноидов в образцах конопли, собранных в различных районах Средней Азии и Казахстана не обнаруживает корреляции с содержанием микро- и макроэлементов в почве, на которой они произрастали, а возделывание растений при минимальной концентрации в почве азота, фосфора и калия, ведущее к заметному отставанию в росте и развитии, не изменяет содержания ТГК [75, 76, 77].
Наличие в конопле психотропных соединений детерминирует проведение сложной селекционной работы по снижению содержания в растениях каннабиноидов и, в первую очередь, ТГК. Для анализа содержания каннабиноидов используют верхнюю часть соцветий, что признано объективно характеризующим каждое растение по данному признаку [78, 79].
В питомниках размножения и суперэлиты для обнаружения и выбраковки растений с высоким содержанием каннабиноидов используют экспресс-метод, разработанный сотрудниками ВНИИЛК. В основе данного качественного метода лежит специфическая цветная реакция каннабиноидов с красителем прочным синим Б (С14Н12О2N4 (ВF4)2) [79].
К числу важнейших признаков и свойств сорта относятся высокая и стабильная по годам урожайность, высокое качество получаемой продукции, экологическая пластичность, устойчивость к биотическим и абиотическим стрессорам. Конопля кроме этих признаков должна иметь определённое содержание ТГК, чтобы избежать её использования для производства гашиша. Такое содержание ТГК в сортах конопли, передаваемых ранее в Госсортоиспытание, регламентировалось Приказом Госагропром СССР № 677 от 2.09.1981 и Приказом ВАСХНИЛ № 132 от 19.11.1987. Позднее была принята Федеральная целевая программа «Комплексные меры противодействия злоупотреблению наркотиками и их незаконному обороту на 2002-2004 гг.». Согласно данной программы, селекционные сорта конопли должны содержать не более 0,1% ТГК.
Двадцатого июля 2007 года вышло Постановление Правительства РФ № 460, которым уже были определены и разрешены к выращиванию в промышленных целях безнаркотические сорта конопли, включённые в Государственный реестр селекционных достижений с содержанием тетрагидроканнабинола не более 0,1 % [80].
В работах отечественных учёных показано, что любой образец конопли, который не подвергался селекционному улучшению, содержит каннабиноиды. Их концентрация и соотношение обусловлены сортовыми особенностями и агроклиматическими условиями возделывания.
Анализ районированных сортов конопли, проведённый в 70-х годах ХХ века, показал, что наркотические соединения в них содержались в количествах, способных вызывать галлюциногенный эффект. В сортах и гибридах, селектируемых в те годы во ВНИИ лубяных культур, содержание основного наркотического компонента варьировало от 0,3 до 2,3% [64, 81].
Систематический селекционный процесс в направлении снижения содержания каннабиноидов начат в 1973 году. За определяющий показатель отдельно взятого элитного растения принято содержание ТГК в соцветиях конопли. В популяциях конопли ВНИИ лубяных культур содержание ТГК варьировало от 0 до 10 баллов и имело левую асимметрию. Из 1026 селекционных семей 3,4% не содержали ТГК, у 49,1% количество ТГК не превышало 1 балла. В остальных семьях оно изменялось от 2-3 до 10 баллов [81].
Непрерывный семейственно-групповой отбор – основной метод селекции низкоканнабиноидных сортов конопли. Выбраковка высококаннабиноидных растений на фоне широкой полиморфности сортов конопли как перекрёстноопыляющейся культуры, косвенно способствует сужению генотипа и снижает гетерозиготность популяции по этому признаку. Напротив, гомозиготность по признаку низкого содержания ТГК увеличивается. Методом семейственно-группового отбора были созданы первые низкоканнабиноидные сорта однодомной конопли: ЮСО-14, ЮСО-16, Днепровская однодомная, ЮСО-31 [63].
Разработка экспресс-метода оценки растений по содержанию каннабиноидов позволила ввести в селекционную практику питомники направленного переопыления. Начался новый этап селекции на снижение содержания каннабиноидов. Новые сорта конопли ЮСО-42 и ЮСО-45 по данным их авторов не содержат не только ТГК, но и другие каннабиноиды. Сорт ЮСО-45, кроме того, не обладает характерным конопляным запахом [63, 82].
Сорта среднерусской конопли Диана, Ингреда, Антонио, Сурская, селектированные в Чувашском НИИСХ и Пензенском НИИСХ под руководством Степанова Г.С., содержат ТГК менее 0,1%. Аналогичных показателей удалось добиться краснодарским селекционерам при создании новых сортов Зеница, Кубанская ранняя, Славянка, Пава и др. [83].
Существует мнение 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» [84, 85]. Оно опровергается исследованиями украинских селекционеров, которые брали в скрещивание инцухт-линии сортов ЮСО-45 и ЮСО-42, в популяции которых свыше 90% растений не имели каннабиноидных соединений. Все линии были гомозиготны по признаку низкого содержания каннабиноидов. В полученных межлинейных и сортолинейных гибридах количество каннабиноидов возросло от 1 до 15 баллов. Гетерозисный эффект по семенной продуктивности сопровождался резким увеличением содержания ТГК [86].
2.3 Масло конопли и селекция на повышение его содержания
Во многих странах мира конопля возделывается не только как источник волокна, но и как источник вкусного целебного масла. Его содержание в семенах культуры составляет 25-35% [87, 88, 89].
Конопляное масло имеет приятный ореховый вкус. Оно не содержит токсических веществ, а, следовательно, не нуждается в дополнительной очистке для использования в пищевой промышленности, в то время как масло льна содержит цианогенный гликозид – линамарин, масло хлопчатника содержит токсический полифенол – госсипол, а масло рапса, рыжика и горчицы – токсичную эруковую кислоту [90, 91].
При высыхании конопляного масла образуется тонкая плёнка, которая не растрескивается при нагревании и не растворяется в органических растворителях, благодаря чему оно незаменимо при производстве лаков и красок [92].
Интерес к конопляному маслу, проявляемый в последние годы, вызван уникальным жирнокислотным составом, объясняющим питательную и фармацевтическую ценность этого продукта [93, 94].
Основными ВЖК конопляного масла являются полиненасыщенные линолевая (С18:2, цис – 9, 12) и линоленовая (С18:3, цис – 9, 12, 15) кислоты. Их суммарное содержание может достигать 80% [94, 95, 96] (табл.1).
Таблица 1 – Содержание основных жирных кислот в масле
технических культур (цит. по Плешкову Б.П., 1980)
| Культура | Содержание жирной кислоты в масле, % | ||||||
| мирис-тиновая | пальмитиновая | стеари-новая | леиновая | линолевая | линоле-новая | эруковая | |
| Конопля | — | 6 | 2 | 14 | 58 | 19 | |
| Лен-долгунец | — | 5 | 3 | 10 | 32 | 48 | |
| Хлопчатник | — | 20 | 2 | 28 | 48 | — | — |
| Мак | — | 5 | 3 | 30 | 62 | — | — |
| Рапс | 1 | — | 1 | 20 | 14 | 2 | 62 |
| Продолжение таблицы 1 | |||||||
| Горчица | — | — | — | 26 | 16 | 3 | — |
| Маслина | — | — | 16 | 76 | 8 | — | — |
| Подсолнечник | — | 4 | 4 | 34 | 58 | — | — |
| Кукуруза | — | 8 | 3 | 45 | 44 | — | — |
| Соя | — | 9 | 4 | 28 | 50 | 4 | — |
| Пальма масличная | — | 85 | — | 13 | 2 | — | — |
Благодаря жирнокислотному составу конопляное масло можно использовать не только для изготовления лаков и красок, но и как ценную пищевую и лечебную биодобавку.
Изучение динамики накопления высокомолекулярных жирных кислот (ВЖК) в семенах конопли в процессе созревания показало, что на ранних фазах развития семян они содержат больше пальмитиновой и -линоленовой кислот. По мере созревания семян концентрация этих кислот падает, в то время как концентрация олеиновой и линолевой кислот увеличивается [87, 97].
Наиболее существенные изменения в соотношении ВЖК происходят на ранних этапах развития семян, в то время как от восковой до полной спелости состав липидов меняется незначительно. Это позволяет проводить уборку семян не дожидаясь их полной спелости, чтобы избежать осыпания [87, 97].
Конопля, выращенная в северных широтах, отличается повышенным содержанием — и -линоленовой, эйкозеновой и стеаридоновой кислот. Особенностью северной конопли по сравнению со среднерусской, выращенной в тех же условиях, является низкое содержание линолевой и более высокое содержание эйкозеновой и линоленовых кислот на всех стадиях спелости. Северные разновидности конопли по содержанию -линоленовой кислоты превосходят южные.
Лечебное действие конопляного масла обусловлено наличием в нём полиненасыщенных ВЖК. В организме человека линолевая кислота превращается в -линоленовую, которая служит промежуточным продуктом при образовании длинноцепочечных ВЖК и эйкозаноидов.
Прямая добавка в пищу -линоленовой кислоты облегчает состояние больных псориазом и атипической экземой [93].
Самой ненасыщенной ВЖК конопляного масла является стеаридоновая кислота (С18:4, цис– 6, 9, 12, 15). Её содержание в 2-5 раз ниже, чем содержание -линоленовой кислоты [94]. Наряду с другими ненасыщенными ВЖК она важна для диетического питания человека. Более высокое содержание С18:4 отмечено только в семенах чёрной смородины [89].
Амплитуда изменчивости содержания ВЖК между отдельными семенами одного сорта выше, чем в средней пробе семян 100 сортов. Это свидетельствует о перспективности использования внутрисортовой изменчивости по признаку «жирнокислотный состав» при отборе биотипов, ценных для селекции на качество семян [87, 97].
В Чувашском НИИСХ путём непрерывного селекционного процесса удалось изменить соотношение высокомолекулярных жирных кислот в масле нового сорта Юлиана. В таблице 2 приводятся данные, демонстрирующие эти изменения.
Таблица 2 – Изменение жирнокислотного состава масла семян конопли сорта Юлиана в процессе отбора
(цит. по данным Степанова Г.С. и Романовой И.В., 2004)
| Год | Содержание жирных кислот, % | ||||
| пальмитиновая | стеариновая | олеиновая | линолевая | линоленовая | |
| С16:0 | С18:0 | С18:1 | С18:2 | С18:3 | |
| 1994 | 4,2 | 4,9 | 12,9 | 50,5 | 27,3 |
| 1995 | 7,3 | 4,1 | 16,1 | 48,4 | 23,1 |
| 1996 | 10,1 | 3,4 | 18,9 | 47,1 | 19,3 |
| 1997 | 12,3 | 2,8 | 21,1 | 46,2 | 16,1 |
| 1998 | 14,1 | 2,3 | 22,9 | 45,7 | 13,3 |
| 1999 | 15,7 | 1,9 | 24,5 | 44,0 | 11,9 |
| 2000 | 16,4 | 1,7 | 25,2 | 43,6 | 11,1 |
| 2001 | 16,8 | 1,7 | 25,5 | 43,0 | 11,0 |
Суммарное содержание полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот, составлявшее в 1994 году 77,8% (что характерно для масла районированных сортов конопли), путём селекционной проработки было снижено в 2000 г. до 54%. При этом содержание олеиновой кислоты удвоилось.
Имеющиеся литературные данные по селекции на масличность конопли свидетельствуют о высокой наследуемости признака и эффективности отбора по нему [98, 99].
В 2001-2003 гг. в Пензенском НИИСХ была проанализирована коллекция (более 100 сортообразцов) конопли отечественного и зарубежного происхождения (Франции, Югославии, Румынии, Польши, Венгрии, Испании и других стран).
Установлено, что признак содержания масла в семенах изученных образцов средневариабелен (V = 10,8%) и изменяется от 21 до 34%. Наиболее высокомасличными (свыше 32%) оказались образцы К-209 (Франция), К-427 (Украина), К-452 (Чехия), К-496 (Украина) [100].
Выделенные сортообразцы были включены в скрещивания. С их участием получен ряд перспективных гибридных популяций, в которых признак стабилизирован на уровне 32-33% и сочетался с повышенными параметрами семенной продуктивности и крупности семян. Создан перспективный исходный материал для селекции новых сортов безнаркотической конопли среднерусского биотипа преимущественно масличного направления. В 2009 г. в Государственный реестр селекционных достижений РФ был включён безнаркотический сорт Надежда, допущенный к использованию во всех регионах коноплесеяния. В настоящее время он широко районирован и высевается в основном для получения маслосемян и производства масла [101].
2.4 Селекция на повышение семенной продуктивности и выхода волокна
Конопля относится к культурам, требующим многофакторного контроля сохранения и улучшения параметров продуктивности растения (стебля и семян).
Семенная продуктивность – сложный количественный признак, система генетического контроля за которым сложна и мало изучена. По мнению ряда авторов урожайность семян наследуется как целостный (совокупный) признак и анализ компонентов урожая не помогает, а затрудняет выяснение характера генетического контроля за ним. С другой стороны, анализ и отдельных компонентов урожая и самого урожая позволяет составить и реализовать эффективную селекционную программу [102].
Так как в настоящее время метод гибридизации в селекции однодомной конопли остаётся основным, вовлечение в скрещивания образцов с высокими показателями семенной продуктивности является результативным способом селекции на повышение урожайности семян.
Реализация метода селекции по прямым признакам способствовала созданию ряда сортов с повышенными параметрами семенной продуктивности. У современных сортов однодомной конопли, внесённых в Госреестр селекционных достижений и допущенных к использованию на территории РФ, потенциальная урожайность семян при хорошей агротехнике составляет не менее 10-12 г/раст.
Селекция на повышение волокнистости стебля также опирается на широкое разнообразие генетически дифференцированного материала, детерминированного длительным спонтанным и индуцированным формообразовательным процессом рода Cannabis.
В связи с этим повышение урожая волокна может происходить как за счёт общей массы стеблей, так и за счёт содержания волокна в них. Разработка метода селекции по прямым признакам на увеличение содержания волокна привела к созданию ряда высоковолокнистых сортов двудомной и однодомной конопли [103].
Получение нового исходного материала методом гибридизации географически отдалённых форм с дальнейшей селекцией на увеличение содержания волокна привело к удачному сочетанию двух методов, способствовавшему созданию южносозревающей конопли, отличающейся повышенным урожаем стеблей и одновременно высоким содержанием волокна в них – сортов ЮС-6, ЮС-9, ЮС-22 [104].
Методом направленного семейственно-группового отбора на повышение волокнистости стебля были созданы сорта Днепровская 4 и Краснодарская 35. Это первые районированные сорта южной конопли, которые возделывались на зеленец и в районах среднерусского коноплесеяния.
В селекции однодомной конопли преследовалась цель создания сортов, не уступающих по продуктивности двудомной конопле, но выгодно отличающихся от них признаком однодомности. Методом гибридизации сортов ЮС-6 и Бернбургская однодомная с последующим многократным семейственно-групповым отбором был создан сорт ЮСО-1, который широко районировался в различных областях средней полосы [105].
Таким образом, систематический непрерывный отбор на увеличение содержания волокна в стебле позволяет существенно повысить урожай волокна без уменьшения урожая семян и стеблей. Наиболее эффективным методом в селекционной работе с признаком волокнистости стебля является семейственно-групповой отбор. Именно эта методология лежала в основе создания современных высокопродуктивных по урожайности качественного волокна однодомных сортов среднерусского биотипа – Антонио, Ингреда, Сурская, Вера.
2.5 Селекция на увеличение содержания целлюлозы
Отличительной особенностью конопли как биологического вида, является большое накопление древесины (костры). Основным веществом древесины является целлюлоза, которая обуславливает её упругость и механическую прочность. Из целлюлозы производят бумагу, картон, строительные термоизоляционные материалы, разнообразные волокна, плёнки, пластмассы, наполнители при изготовлении лекарственных препаратов. Целлюлоза, полученная из конопли, пригодна для изготовления ценных и тонких сортов бумаги. Изготовленная из конопли бумага не желтеет и отличается особой прочностью и устойчивостью к изнашиванию. Пластик, получаемый путем полимеризации конопляной целлюлозы, используется для изготовления упаковочных материалов, он поддается биохимическому разложению и потому не представляет угрозы для окружающей среды.
Целлюлоза также необходима при изготовлении пироксилина, являющегося незаменимым компонентом взрывчатых веществ.
За последнее время благодаря уникальным технологическим свойствам, конопляная продукция получила новые, нетрадиционные направления использования. За рубежом внедрены эффективные экологически чистые технологии выделения целлюлозы из конопли и получения котонизированного волокна, являющегося экологичным сырьём для текстильной промышленности. Используя целлюлозу конопли, некоторые страны существенно сократили вырубку лесов и обеспечили сохранность экологической среды.
Причины, по которым конопляная целлюлоза активно используется для производства бумаги:
— производство бумаги из технической конопли дешевле, чем из традиционного сырья, так как технологические процессы требуют меньшее количество энергии, а также химических веществ. Традиционная технология варки целлюлозы требует дорогостоящих агрессивных химикатов для разрушения древесных волокон, а в случае использования конопляного сырья подобного рода химические реагенты не нужны;
— для производства бумаги необходима целлюлоза, которая содержится в растительном материале. В древесном сырье ее доля достигает 30-40%, а в конопляном – до 65-70%;
— конопляная бумага намного быстрее разлагается под воздействием природных факторов, чем бумага, изготовленная из другого растительного сырья;
— техническая конопля растет гораздо быстрее, чем любые другие виды растительного сырья (в первую очередь это касается древесины). По сравнению с 50-летним возрастом использования промышленной древесины, в целлюлозно-бумажном производстве используется конопляное сырье, которое выращивается на протяжении 90-120 суток;
— конопля производит в четыре раза больше целлюлозного волокна на единицу площади, чем 50-летние плантации древесины (отдельные сорта технической конопли позволяют получать в промышленном масштабе 12-15 тонн растительного сырья с гектара);
— в ходе выращивания конопляного растения не требуется значительных объёмов воды и применения больших количеств пестицидов;
— культивирование промышленных посевов технической конопли позволяет восстанавливать баланс питательных веществ в почве;
— отходы основной цепочки первичной переработки, например, производства конопляного волокна, можно эффективно использовать для производства конопляной целлюлозы;
— конопляные волокна не имеют запаха, способны впитывать до 400% собственного веса жидкостей, устойчивы к плесени, ряду грибков, а также обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, что позволяет использовать их для производства средств личной гигиены;
— механические свойства растения позволяют изготавливать любые типы целлюлозы – от ценных (акции, банкноты, облигации) и до туалетной бумаги, либо гофротары;
— использование конопляной целлюлозы позволяет сохранять леса от вырубки в интересах целлюлозно-бумажной промышленности.
В стеблях конопли современных сортов отечественной селекции содержание целлюлозы составляет 45-58%, и в условиях экологически ориентированной индустрии использование конопли как источника получения этого вещества является перспективным. За год с 1 га посева при урожайности тресты более 10 т/га можно собрать в 3-5 раз больший прирост целлюлозы, чем с древесных лесных пород.
В чистом виде целлюлоза в растениях не присутствует, она связана с другими углеводами – лигнином, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами, смолой, липидами. Наиболее распространённым способом выделения целлюлозы в чистом виде является сульфитный. Для его проведения измельчённую древесину нагревают в автоклавах с Са(НSО3)2. Лигнин и другие примеси, связывающие древесину, растворяются, а целлюлоза остаётся в виде волокнистой массы, которую отделяют и перерабатывают в другие виды изделий. Оставшийся раствор (сульфитный щёлок) содержит большое количество сахароподобных веществ и путём дрожжевого брожения из него можно получать этанол.
Учёными Чувашского НИИСХ в 2001 г. был создан первый и единственный отечественный сорт конопли посевной для целлюлозно-бумажной промышленности – Антонио – с высоким содержанием целлюлозы в древесинной части стебля растений. Исследования показали, что признак «содержание целлюлозы» в процессе селекции хорошо реагирует на действие позитивного семейственно-группового отбора. Если в начале цикла непрерывного отбора (1995 г.) среди селекционной элиты преобладали потомства с содержанием целлюлозы в древесине 45-50%, то на заключительном этапе (2001 г.) превалировали биотипы с содержанием целлюлозы 55-60%. Однако поддерживающая селекция и семеноводство этого сорта не ведётся на протяжении уже 7 лет.
Таким образом, применение семейственно-группового отбора при селекции по данному признаку эффективно и должно составлять основу методологии при создании современных конкурентоспособных сортов безнаркотической конопли среднерусского экотипа с более высокими показателями содержания целлюлозы (не менее 65%), что существенно увеличит рентабельность возделывания культуры в промышленных масштабах.
2.6 Селекция на устойчивость к основным вредителям и заболеваниям
Коноплю повреждают около 75 видов насекомых, наиболее вредоносными из которых являются конопляная блоха, стеблевой (кукурузный) мотылёк, конопляная листовёртка, конопляная шипоноска, конопляный минёр и различные виды совок [8]. Конопляная блоха (Psylliodes attenuata Koch.), стеблевой (кукурузный) мотылёк (Ostrinia nubilalis Hb.) и акклиматизировавшаяся в последнее десятилетие конопляная листовёртка (Grapholita delineana) – наиболее вредоносные вредители конопли в зоне среднерусского коноплесеяния.
Селекция на устойчивость к вредителям не имела заметных успехов в обозримом прошлом, поэтому определённые надежды возлагаются на применение достижений генной инженерии в решении данной проблемы. Наносимый ими вред снижается при соблюдении агротехники выращивания.
Конопля поражается грибковыми, бактериальными и вирусными патогенами. При микроскопировании смывов с поражённых участков листьев на растениях конопли посевной могут быть идентифицированы возбудители ложной мучнистой росы (Pseudoperonospora cannabina Peglion), вертициллёза (Verticillium), септориоза (Septoria cannabis Sacc.) и Alternaria spp. На стеблях обнаруживаются Sclerotinia sclerotiorum и Botrytis cenerea Pers, вызывающие белую и серую гнили, и Phoma glomerata (серая пятнистость стеблей). Наиболее распространённые и вредоносные болезни посевной конопли – фузариоз, пятнистости и гнили стеблей [8, 106].
Основные меры борьбы с ними – выращивание конопли в севообороте, соблюдение агротехнических приёмов обработки почвы, своевременная уборка урожая и зачистка полей.
Устойчивость растений к названным заболеваниям находилась в селекционной проработке [81, 107]. Среди разнообразия коллекционных образцов были выявлены такие, на растениях которых даже при создании провокационного фона наблюдалась дифференцированная степень проявления той или иной болезни. Выделялись отдельные образцы с нулевой степенью проявления как отдельных заболеваний, так и их комплекса. Поэтому в характеристиках каждого сортообразца мировой коллекции конопли Всероссийского института растениеводства содержится информация на устойчивость, либо подверженность его тому или иному заболеванию. Следовательно, включение в селекционные программы сортообразцов, индифферентных к ряду специфических болезней культуры, помогает решать проблему создания сортов с независимой реакцией на воздействие комплекса патогенов.
3 Материал, методика, условия проведения НИР
3.1 Материал и методика исследований
В отчётном году исследования проводили в пространственно изолированном оценочном питомнике на естественном агрофоне. Объект исследований – 41 гибридная комбинация конопли посевной. Комплекс научно-исследовательских работ, предусмотренных рабочей программой задания, выполняли в полевых и лабораторных условиях.
Оценочный питомник закладывали без повторений, метод размещения номеров рендомизированный, площадь делянки – 2 м2. Посев ручной под маркер с междурядьем 50 см. Норма высева семян – 50 шт./м погонный. Предшественник – чистый пар. Уходные работы – трёхкратное мотыжение.
Изучение селекционного материала – гибридных комбинаций – выполняли по общепринятым методикам [4, 107].
В изучение включены морфометрические (высота растения, техническая длина стебля, количество междоузлий, диаметр стебля в его центральной части), биохимические (содержание основных каннабиноидов в верхушках соцветий, содержание масла в семенах, хозяйственно полезные (семенная продуктивность, масса 1000 семян, масса стебля, содержание волокна в стебле, выход общего волокна, выход длинного волокна, гибкость и разрывная нагрузка чёсаного волокна) признаки и свойства растений. В период вегетации проводили оценку образцов по устойчивости к полеганию, поражению болезнями, повреждению вредителями.
Идентификацию и определение содержания основных каннабиноидов (ТГК, КБН, КБД, КБХ) проводили методом газожидкостного хроматографического (ГЖХ) анализа согласно [108]. Сбор верхушек соцветий на анализ проводили в фазу массовой бутонизации-начала цветения растений.
Каннабиноиды экстрагировали 96%-м этанолом. Идентификацию и определение содержания каннабиноидов выполняли методом газожидкостной хроматографии. Разделение каннабиноидов осуществляли с программированием температур на газожидкостном хроматографическом комплексе «Кристалл 2000М». Колонка капиллярная ZB-1, длина 30м. В качестве внутреннего стандарта использовали 0,5%-й раствор метилстеарата в этаноле.
Анализ содержания целлюлозы выполняли на кафедре органической и физической химии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева (г. Москва). Содержание целлюлозы в образцах костры проводили методом ближней инфракрасной спектроскопии. Модель прибора – SpectraStar XL 2500XL-R. В ходе анализа образцы измельчались на мельнице типа Циклон, из одного варианта костры отбирали 3 равных образца. После выполнения анализа рассчитан доверительный интервал с уровнем значимости 95%. Анализ проводили с использованием базы данных эталонных образцов прибора, прибор откалиброван по стандартам отражения NIST (Американский национальный институт стандартов).
Уборку и учёт урожая с питомника проводили путём скашивания стеблестоя и обмолота уборочных снопов после их сушки на стационаре. Урожай семян и стеблей приводили к стандартной (13% и 25%) влажности.
Определение содержания масла в семенах селекционных образцов выполняли в лаборатории химических анализов Пензенского ИСХ-филиала ФГБНУ ФНЦ ЛК по методу Лебедянцева — Раушковского [109].
Статистическую обработку экспериментальных данных с использованием вариационного анализа проводили согласно [110].
Исследования сопровождались наблюдениями, учётами и анализами:
– наблюдениями за температурой и осадками в период вегетации;
– фенологическими наблюдениями по методике ВНИИЛК [4];
– определением ценотических показателей селекционного материала в фазу массовых всходов и перед уборкой;
– определением содержания каннабиноидов методом газожидкостной хроматографии в фазу массовой бутонизации растений [108];
– учётом и удалением маскулинизированных типов и обычной поскони в посеве в фазу бутонизации растений;
– определением морфометрических характеристик растений (высота растения, техническая длина стебля, количество междоузлий, диаметр стебля в его центральной части) в фазу массового созревания семян;
– оценкой повреждения номеров вредителями и поражения болезнями по 5-балльной шкале;
– определением урожая растений методом сплошного учёта в фазу массового созревания семян;
– анализом структуры урожая семян, стеблей и волокна в лабораторных условиях по методике ВНИИЛК [4];
– анализом содержания масла в семенах [109].
Масло получали по ГОСТ Р 51 483–99. Идентификацию и определение содержания ВЖК триацилглицеролов выполняли методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Получение метиловых эфиров жирных кислот проводили по ГОСТ Р 51 486-99. Разделение метиловых эфиров выполняли на хроматографе «Кристалл 5000.1».
Условия анализа: капиллярная колонка HP–FFAP, 50 м×0,32 мм×0,5 мм; газ-носитель – азот; температура инжектора – 250°С; температура детектора – 280°С; температура термостата колонок – 140°С; программирование температур с 3 мин. от 140°С до 230°С со скоростью 4°С/мин.; длительность анализа – 60 мин.; объём вводимой пробы – 1 мкл.
Идентификацию пиков проводили по времени удерживания. Для идентификации жирных кислот использовали стандарты – метиловые эфиры жирных кислот фирмы «Sigma».
Количественную обработку хроматограмм выполняли по площадям пиков с применением компьютерной программы «Хроматэк Аналитик 2.5». Расчёт количественного содержания ВЖК проводили методом процентной нормализации по площади пика.
3.2 Агрометеорологические условия.
Данные по оценки периода вегетации растений конопли по фазам развития представлены в таблице 3.
Закладка питомника проведена 12 мая при установившейся среднесуточной температуре воздуха +14°C.
Период от посева до массовых всходов (12-23 мая) характеризовался наличием достаточного количества осадков на фоне невысоких среднесуточных температур воздуха +7…+12°C, причём минимальная температура дважды за период опускалась до отметки 0°C. Гидротермический коэффициент (ГТК) за этот период составил 12,8 единиц.
Таблица 3 – Агрометеоусловия вегетации конопли посевной в 2020 году (по данным Лунинского АМП)
| Межфазный период | Календарный
интервал |
Длительность периода, сут | Среднесуточная температура, оС | Сумма активных температур, оС | Осадки, мм | ГТК (по Селянинову) |
| посев – всходы | 12-23 мая | 11 | 10,3/14,4* | 44 | 30,0/30,0** | 12,8 |
| всходы — бутонизация | 24 мая — 30 июня | 38 | 17,0/17,8* | 744 | 18,7/59,0** | 0,25 |
| Бутонизация — цветение | 1-9 июля | 8 | 24,1/19,7* | 193 | 10,3/31,4** | 0,53 |
| цветение — созревание | 10 июля — 17 сентября | 69 | 14,1/17,4* | 975 | 89,6/79,0** | 0,92 |
| всходы — созревание | 23 мая — 17 сентября | 115 | 16,6/18,1* | 1912 | 118,6/170,1** | 0,62 |
*– температура среднемноголетняя;
**– осадки среднемноголетние
4 Результаты НИР
4.1 Фенологические наблюдения.
Закладка питомника проведена 12 мая при наступлении физической «спелости» почвы. Массовые всходы отмечены 23 мая, начало бутонизации – 30 июня, начало цветения – 10 июля. Массовое цветение и завязывание семян наблюдалось с 16 июля по 7 августа. Начало созревания семян отмечено в конце II декады августа, массовое созревание – в середине II декады сентября. Уборка проведена 17 сентября.
4.2 Полевая всхожесть семян и сохранность растений перед уборкой.
Полевая всхожесть семян номеров оценочного питомника варьировала от 27 до 76%, что объясняется неблагоприятным фоном пониженных температур, сопровождавших период «посев-всходы». Наибольшие показатели полевой всхожести отмечены на гибридной комбинации К-2.
Сохранность растений перед уборкой – интегральный показатель, зависящий от комплекса сопутствующих вегетационному периоду биотических и абиотических факторов, влияющих на формирование биоценоза растений. Показатели сохранности растений номеров оценочного питомника в конкретных условиях вегетации 2020 года варьировали от 79 до 88%. По совокупности сопутствующих факторов существенной разницы в показателях вариативной дифференциации данного признака не установлено.
4.3 Биоморфометрические показатели растений.
Данные показатели представленыв таблицах 4 и А1. Общая высота растений имела размах вариации от 125 см (средняя) до 233 см (очень высокая). Отмечена средняя вариабельность признака (11,0%).
Техническая длина стебля колебалась от 103 (очень короткая) до 194 (очень длинная) см. Вариабельность признака также средняя (12,1%).
Косвенный признак семенной продуктивности – длина соцветия – заключался в диапазоне значений от 21 до 54 см при высоком уровне вариабельности (23,3%).
Диаметр стебля в срединной части растений изменялся от 4 до 9 мм при среднем значении коэффициента вариации (12,5%).
Количество междоузлий растений варьировало от 9 до 15 шт. также со средним уровнем вариабельности признака (10,9%).
Средняя длина междоузлия растений сортов заключалась в диапазоне значений 12-15 см при низком значении коэффициента вариации (5,7%).
Важнейший для однодомных форм конопли признак – содержание обычной поскони – у номеров варьировал от 0 до 4% и имел высокий уровень вариабельности. Отсутствием обычной поскони обладали 15 гибридных комбинаций (36,6% изучаемых номеров).
Таблица 4 – Вариационные параметры биоморфометрических признаков растений, 2020 г.
| Показатель | Высота растения, см | Техническая длина стебля, см | Длина соцветия, см | Диаметр стебля, мм | Количество междоузлий, шт | Средняя длина междоузлий, см | Содержание поскони, % |
| Хср | 187±3,2 | 156±3,0 | 31±1,1 | 7±0,1 | 12±0,2 | 13±0,1 | 2±0,2 |
| min-max | 125-233 | 103-194 | 21-54 | 4-9 | 9-15 | 12-15 | 0-4 |
| V, % | 11,0 | 12,1 | 23,3 | 12,5 | 10,9 | 5,7 | – |
| m, % | 1,7 | 0,3 | 3,6 | 1,9 | 1,7 | 0,9 | – |
4.4 Содержание основных каннабиноидов.
Содержание суммы основных каннабиноидов в растениях номеров составило 0,688-2,954%, в т.ч. ТГК – 0,023-0,094%. Данные признаки характеризовались высокими уровнями вариабельности. Также высокой вариацией обладали признаковые показатели других основных каннабиноидов (КБД, КБХ, КБН) (табл. 5, А2).
Таблица 5 – Вариационные характеристики содержания основных каннабиноидов растениях, %, 2020 г.
| Показатель | ТГК | КБД | КБН | КБХ | Σ |
| Хср | 0,058±0,002 | 1,620±0,057 | 0,171±0,016 | 0,063±0,004 | 1,911±0,064 |
| min-max | 0,023-0,094 | 0,605-2,485 | 0,039-0,435 | 0,023-0,145 | 0,688-2,954 |
| V, % | 22,5 | 22,7 | 59,2 | 40,6 | 21,7 |
| m, % | 3,5 | 3,5 | 9,2 | 6,3 | 3,4 |
Наименьшим содержанием ТГК и суммы основных каннабиноидов обладала гибридная комбинация O-15 с абсолютными значениями по обоим показателям ниже Хср– 2σ.
Таким образом, в условиях вегетации 2020-го года 100% гибридных комбинаций имели абсолютные показатели по уровню содержания ТГК ниже законодательно допустимого значения (не более 0,1%) в 1,06-4,35 раза.
4.5 Параметры хозяйственно ценных признаков.
Хозяйственно важные признаки растений представлены в таблицах 6, 7, А3, А4.
Уборочная влажность семян растений варьировала от 15,2 до 27,4% и характеризовалась средней вариабельностью признака (17,6%). Наибольшей скороспелостью по критерию уборочной влажности семян отличалась гибридная комбинация М-300 Гр.
Семенная продуктивность растений варьировала сильно и изменялась от 1,2 (очень низкая) до 10,2 (очень высокая) г/раст.
Средняя масса стебля растений заключалась в пределах от 10,6 (очень низкая) до 52,4 (очень высокая) г/раст., также сильно варьируя по широте диапазона абсолютных значений.
Таблица 6 – Вариационные характеристики хозяйственно полезных признаков растений, 2020 г.
| Показатель | Уборочная влажность семян, % | Семенная продуктивность, г/раст | Средняя масса стебля, г/раст | Масса 1000 семян, г | Содержание масла, % |
| Хср | 20,4±0,43 | 4,2±0,3 | 27,5±1,6 | 15,1±0,2 | 29,40±0,48 |
| min-max | 15,2-27,4 | 1,2-10,2 | 10,6-52,4 | 12,4-18,1 | 19,42-33,38 |
| V, % | 17,6 | 44,8 | 36,5 | 7,7 | 10,4 |
| m, % | 5,4 | 7,0 | 5,7 | 1,2 | 1,6 |
Масса 1000 семян растений колебалась от 12,4 г (мелкие) до 18,1 г (крупные). Вариабельность признака – слабая.
Содержание масла в семенах изучаемых номеров варьировало средне в диапазоне абсолютных значений от низкого (<28%) до высокого (>30%). Наибольшей масличностью (33,4%) обладала гибридная комбинация О-16.
Представляло актуальность дополнительное изучение содержания и компонентного состава высокомолекулярных жирных кислот (ВЖК) масла данного номера для определения приоритетных направлений его использования и перспектив вовлечения в селекционный процесс.
Известно, что эксклюзивной особенностью масла конопли является наличие комплекса γ-линоленовой, стеаридониковой и арахидоновой кислот. Эти высокомолекулярные жирные кислоты, имеющие в составе три и четыре двойные связи, характеризуют конопляное масло как эффективный продукт для профилактики и терапии многих заболеваний [111].
При соотношении ω-6 кислот к ω-3 кислотам, равном 3-4, масла полностью усваиваются организмом человека и теплокровных животных.
Содержание полиненасыщенных жирных кислот в масле конопли превосходит их содержание в масле льна на 3-5%, что обуславливает его ускоренное высыхание и техническое применение в лакокрасочной промышленности [112].
Вышеперечисленные достоинства конопляного масла подчёркивают актуальность создания перспективного исходного материала для селекции сортов двустороннего (волокно + масло) направления использования.
Экспериментально установлено, что основными ВЖК масла являются полиненасыщенные линолевая (56,8%), α-линоленовая (15,7%) и мононенасыщенная олеиновая (12,3%) кислоты (рисунок).
Рисунок – ГЖХ-хроматограмма высокомолекулярных жирных кислот масла семян гибридной комбинации О-16: миристиновая кислота (С14:0), пальмитиновая кислота (C16:0), пентодекановая (С15:0), пальмитолеиновая кислота (С16:1), стеариновая кислота (C18:0), олеиновая кислота (С 18:1), линолевая кислота (С18:2), α-линоленовая кислота (С18:3), γ-линоленовая кислота (С18:3), стеаридоновая кислота (С18:4), арахиновая кислота (С20:0), гондоиновая кислота (С20:1), эйкозадиеновая кислота (С20:2), арахидоновая кислота (С20:4), бегеновая кислота (С22:0), эруковая кислота (C22:1), докозадиеновая кислота (С22:2), лигноцериновая кислота (C24:0)
Их суммарное содержание достигает 85%. Содержание пальмитиновой кислоты составляет около 6%, стеариновой – 2,7%, γ-линоленовой – 3,3%. Эти шесть кислот составляют 97% триацилглицеролов масла семян сорта (табл. 7).
Содержание минорных жирных кислот составило (%): миристиновой – 0,034; пентодекановой – 0,014; пальмитиновой – 6,301, пальмитоолеиновой – 0,12; арахиновой – 0,880; гондоиновой – 0,458; эйкозадиеновой – 0,083; арахидоновой – 0,110; бегеновой – 0,364; эруковой – 0,035; докозадиеновой – 0,052; докозатриеновой – 0,084; лигноцериновой – 0,165, нервоновой – 0,052.
Омега-9 кислоты представлены, главным образом, олеиновой кислотой. Её содержание составляет около 12%. Содержание гондоиновой кислоты почти в 27 раз меньше.
Таблица 7 Жирнокислотный состав триацилглицеролов масла семян гибридной комбинации О—16, 2020 г.
| Жирная кислота | Содержание жирной кислоты, % от суммы |
| Насыщенные, в том числе: | 10,408 |
| Миристиновая | 0,034 |
| Пентодекановая | 0,014 |
| Пальмитиновая | 6,301 |
| Стеариновая | 2,650 |
| Арахиновая | 0,880 |
| Бегеновая | 0,364 |
| Лигноцериновая | 0,165 |
| Мононенасыщенные, в том числе: | 12,968 |
| Пальмитоолеиновая | 0,120 |
| Олеиновая | 12,303 |
| Гондоиновая | 0,458 |
| Эруковая | 0,035 |
| Нервоновая | 0,052 |
| Полиненасыщенные, в том числе: | 76,755 |
| Линолевая | 56,259 |
| Эйкозадиеновая | 0,083 |
| Докозадиеновая | 0,052 |
| γ-линоленовая | 3,308 |
| -линоленовая | 15,989 |
| Докозатриеновая | 0,084 |
| Стеаридониковая | 0,969 |
| Арахидоновая | 0,011 |
Омега-6 жирные кислоты представлены главным образом линолевой (56,259%) и γ-линоленовой (3,308%) кислотами. Также отмечено следовое наличие арахидоновой кислоты (0,011%). Соотношение ω-6 к ω-3 кислотам в гибридной комбинации О-16 составило 3,5:1 (табл. 8).
Таблица 8 Содержание насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в масле семян гибридной комбинации О-16, 2020 г.
| Суммарное содержание ВЖК, % | ω-6/ω-3 | ||||||
| насыщенных | Ненасыщенных | ||||||
| всего | моно- | поли- | ω-3 | ω-6 | ω-9 | ||
| 10,408 | 89,723 | 12,968 | 76,755 | 15,989 | 56,270 | 12,303 | 3,5 |
При таком соотношении ω-6 кислот к ω-3 кислотам масло полностью усваивается организмом человека и не вызывает побочных эффектов.
Выход волокна общий изменялся от высокого (25,3%) до очень высокого (32,8%) и был наибольшим у гибридных комбинаций К-3 и К-9. Отмечена слабая вариабельность признака.
Таблица 9 – Вариационные характеристики параметров волокна,
2020 г.
| Показатель | Выход волокна общий, % | Выход длинного волокна, % | Продуктивность по выходу волокна общему, г/раст. | Продуктивность по выходу длинного волокна, г/раст | Разрывная нагрузка чёсаного волокна, кгс | Гибкость чёсаного волокна, мм |
| Хср | 28,8±0,3 | 15,9±0,4 | 7,9±0,4 | 4,4±0,3 | 10,4±0,4 | 12,7±0,3 |
| min-max | 25,3-32,8 | 11,6-21,6 | 2,8-14,8 | 1,6-9,4 | 4,5-16,6 | 10,0-18,6 |
| V, % | 6,8 | 15,6 | 34,7 | 39,9 | 23,9 | 13,0 |
| m, % | 1,1 | 2,4 | 5,4 | 6,2 | 3,7 | 2,0 |
Выход длинного волокна заключался в диапазоне абсолютных значений от очень низкого (11,6%) до очень высокого (21,6%) при средней вариабельности признака. Наибольшие параметры по признаку имела гибридная комбинация К-7.
Продуктивность по волокну общему варьировала от 2,8 до 14,8 г/раст и имела высокую вариабельность. Наибольшие параметры по признаку имели гибридные комбинации Ю-2 и К-1, превосходящие критерий среднего квадратичного отклонения на Хср+2σ.
Продуктивность по волокну длинному составляла 1,6-9,4 г/раст и сильно варьировала по диапазону значений признака. Наибольшие параметры по признаку имела гибридная комбинация К-1, превосходящая критерий среднего квадратичного отклонения на Хср+2σ.
Разрывная нагрузка чёсаного волокна колебалась от очень низкой (<14,7 кгс) до средней (15,1-20,0 кгс) и характеризовалась высоким коэффициентом вариации. Гибкость чёсаного волокна также варьировала средне от 10,0 (очень низкая) до 18,6 (средняя) мм.
Анализ определения содержания целлюлозы в стеблях селекционных номеров показал размах вариации признака от 54,2 до 66,8% с низким коэффициентом вариации (3,9%). Достоверно наибольшие по критерию среднего квадратичного отклонения (σ) показатели по признаку, превышающие Хср+ 2σ, установлены у 3-х гибридных комбинаций: К-6, К-7, О-6 (табл. 8, А 5).
Сравнительный обобщённый анализ экспериментальных данных по содержанию целлюлозы в стеблях показал, что по результатам изучения нового исходного материала конопли посевной достоверно наибольшие параметры признака выявлены у селекционного номера К-6 (66,8%), что позиционирует его как наиболее перспективный для селекционного процесса на увеличение абсолютных показателей признака.
Таблица 10 – Вариационные параметры количественного содержания целлюлозы в стеблях селекционных номеров, 2020 г.
| Показатель | Параметры вариационного показателя |
| Хср | 59,705±0,363 |
| min-max | 54,176-66,813 |
| V, % | 3,9 |
| m, % | 0,6 |
4.6 Фитосанитарная оценка. Полевая оценка растений на наличие болезней и вредителей показала, что в условиях периода вегетации 2020 г. отмечено слабое проявление пятнистостей листьев (Phyllosticta cannabis Speg., Macrosporium cannabinum) (табл. 11, А 6).
Таблица 11 – Оценка поражения болезнями и повреждения вредителями растений селекционных номеров, шт., 2020 г.
| Степень проявления | Болезни | Вредители |
| Полное отсутствие (0%) | – | 40 |
| Слабое (менее 11%) | 41 | 1 |
| Среднее (11-30%) | – | – |
| Сильное (31-60%) | – | – |
| Очень сильное (более 60%) | – | – |
В течение вегетации наблюдалась слабая заселённость растений конопляной блохой (Psylliodes attenuata Koch.) на ранних этапах онтогенеза.
В фазу массового созревания семян присутствия стеблевого мотылька (Ostrinia nubilalis Hb.) и тли не отмечено.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведённых исследований в 2020 году получены экспериментальные данные по результатам изучения количественных и качественных характеристик новых гибридных комбинаций конопли посевной. В оценочном питомнике в комплексном изучении находилось 7 биоморфометрических и 12 хозяйственно полезных признаков и свойств растений.
В условиях недостаточно увлажнённого периода вегетации слабой вариабельностью отличались признаки: «средняя длина междоузлия», «масса 1000 семян», «выход волокна общий». Средней вариабельностью характеризовались признаки «высота растения», «техническая длина стебля», диаметр стебля», «количество междоузлий», «уборочная влажность семян», «содержание масла», «выход длинного волокна», «разрывная нагрузка чёсаного волокна», «гибкость чёсаного волокна». Сильно варьировали признаки «длина соцветия», «содержание обычной поскони», «сумма и содержание основных каннабиноидов», «семенная продуктивность», «масса стебля», «продуктивность по выходу общего и длинного волокна».
Отсутствием выщепления обычной поскони характеризовались 15 номеров или 36,6% от их общего количества.
По признакам «семенная продуктивность», «средняя масса стебля», «масса 1000 семян», «содержание масла», «выход общего и длинного волокна», «гибкость чёсаного волокна» выделены номера, отличавшиеся высокими и очень высокими абсолютными признаковыми показателями.
Изучен жирнокислотный состав масла семян выделенной по признаку «содержание масла» гибридной комбинации. Масло холодного отжима отличается высоким уровнем полиненасыщенных кислот: линолевой (до 57%) и α-линоленовой (до 16%). Содержание мононенасыщенной олеиновой кислоты составляет 12%. Это позволяет использовать масло как на пищевые, так и на технические цели. Кроме того, жирнокислотный состав масла, включающий ценные γ-линоленовую (до 3,3%) и стеаридониковую (до 1,0%) кислоты, позволяет применять его как биологически активную добавку в рацион питания человека и кормов для сельскохозяйственных животных и птиц.
Признак «содержание целлюлозы» в стеблях растений в условиях вегетационного периода отчётного года характеризовался абсолютными значениями от 54% до 68% и обладал низкой вариабельностью признака. Наибольшими параметрами признака отличался селекционный номер К-6, с абсолютным значением, превышавшим критерий σ более чем в 2 раза по отношению к среднему значению по выборке. Содержание ТГК в растениях этого селекционного номера составило 0,043%, что более чем в 2 раза ниже законодательно допустимого уровня (0,1%).
Аналитические данные характеризуют селекционный номер К-6 как наиболее перспективный для предварительного размножения, проведения направленных отборов и продолжения полномасштабного селекционного процесса по направлению увеличения содержания целлюлозы в стеблях растений.
По основному лимитирующему признаку «содержание ТГК» у всех гибридных комбинаций установлены абсолютные показатели признака ниже законодательно допустимого значения (не более 0,1%) в 1,06-4,35 раза.
По отдельным направлениям селекции выделены следующие селекционные номера, в том числе:
– на повышение содержания масла в семенах: О-16;
– на увеличение выхода волокна общего: К-3;
– на увеличение выхода длинного волокна: К-7;
– на увеличение семенной продуктивности: С-150 гР;
– на понижение содержания ТГК и суммы каннабиноидов: О-15;
– на увеличение массы 1000 семян: З-3;
– на увеличение гибкости чёсаного волокна: З-4;
– на повышение разрывной нагрузки чёсаного волокна: О-16;
– на увеличение содержания целлюлозы в стебле: К-6.
– стабилизации признака однодомности: 15 номеров (без выщепления обычной поскони).
Список использованной литературы
Приложения