Обоснование создания самоопыленных линий ненаркотической конопли для селекции на повышение масличности

Введение. Сфера использования конопли посевной ( Cannabis sativa L.) постоянно расширяется, при этом разрабатываются новые технологии, которые позволяют использовать все составляющие части растения, что создает благоприятные условия конопле конкурировать с другими сельскохозяйственными культурами. В селекции утвердилось новое направление – повышение содержания масла в семенах.

Семена конопли содержат 30–35 % масла, которое имеет высокие вкусовые качества, используется как продукт питания, а после рафинирования применяется в консервно-рыбной и кондитерской промышленности. Масло богато легкоусвояемыми жирными кислотами – линолевой, линоленовой, гамма-линоленовой, которая способствует образованию гамма-глобулина, выполняющего важную функцию в иммунитете человека. На основе этих кислот созданы препараты для лечения астмы, склероза, эпилепсии, желез внутренней секреции, онкозаболеваний и т.д. Стеариновая кислота – один из важных компонентов мыла и других косметических средств. Быстросохнущее масло конопли может быть использовано и в лакокрасочной промышленности [1; 2].

В масле конопли содержатся такие жирные кислоты, которых не обнаружено во многих других растениях или их содержание значительно ниже [2; 3]. По последним данным, содержание глицеридов жирных кислот в восьми сортах конопли (ЮСО 31, ЮСО 14, Глуховская 33, Глу-ховская 58, Глера, Ермаковская местная, Глуховская однодомная 18, Глуховский 46) в среднем составляет: пальмитиновой – 8,61 %, пальмитолеиновой – 1,07, стеариновой – 2,95, олеиновой – 16,02, линолевой – 55,75, гамма-лино-леновой – 1,54, линоленовой – 13,38, эйкозановой (ара-хиновой) – 0,41, бегеновой – 0,27 % к сумме жирных кислот. Уникальным является сорт Гляна, у которого содержание гамма-линоленовой кислоты достигает 2,87 % к сумме жирных кислот. Содержание ненасыщенных кислот составляет около 89–90 %, а насыщенных – около 10–11 %. Характерной особенностью конопляного масла является очень высокое содержание гамма-изомера токоферола – 85,2 %, поэтому конопля вместе с кукурузой и льном являются лучшими источниками промышленного получения гамма-токоферола природного происхождения для нужд фармацевтической промышленности в антиоксидантах [3].

Таким образом, конопля на современном этапе сельскохозяйственного производства приобретает значение не только волокнистой, но и масличной культуры.

Вместе с тем возникает актуальная проблема создания нового гибридного исходного материала конопли с повышенным содержанием масла, в частности на основе самоопыленных линий. При этом самоопыленные линии как компоненты скрещиваний должны отвечать определенным требованиям (модель самоопыленных линий для селекции на повышение масличности):

• –    быть источниками и донорами высокого содержания масла при хорошей общей и специфической комбинационной способностях;

• –    иметь высокую семенную продуктивность и массу 1000 семян;

• –    иметь значительное количество растений с ромбовидной формой соцветия;

• –    не содержать компонентов каннабиноидных соединений;

• –    быть стабильными по признаку однодомности (половая структура должна быть представлена исключительно растениями однодомной феминизированной матерки с небольшим количеством мужских цветков).

Такой работе должно предшествовать теоретическое изучение и обоснование создания самоопыленных линий для данного направления селекции, в частности:

• 1)    установление особенностей влияния инбридинга на семенную продуктивность;

• 2)    проявление формы соцветия в само-опыленных линиях;

• 3)    степень развития инбредной депрессии по признаку содержания масла;

• 4)    доказательство возможности создания ценных самоопыленных линий с комплексом признаков и свойств масличного направления.

Частично эта проблема была освещена нами в предыдущих работах [3; 4].

Материалы и методы. Исследования проводили на базе Опытной станции лубяных культур Института сельского хозяйства северо-востока НААН Украины в 2008–2013 гг. Самоопыление растений современных сортов ненаркотической однодомной конопли Глуховская 58, Гле-сия, Гляна, Золотоношская 15 осуществляли в условиях вегетационного домика с использованием индивидуальных изоляторов из материала типа агроволокна. Анализ потомства проводили в условиях питомника оценки с площадью питания растений 30 × 5 см по утвержденным на опытной станции методикам. Содержание масла определяли с помощью экстрактора Сокслета по методике С.В. Рушковского

• [5] . Статистическую обработку данных проводили по методике полевого опыта

• [6] . Годы исследований характеризовались различными метеоусловиями, что позволило объективно оценить селекционный материал.

Результаты и обсуждение. На первом этапе исследований проводили изучение особенностей влияния инбридинга на семенную продуктивность на примере сорта Глуховская 58 среднерусского и Золотоношская 15 южного эколого-географического типов. Было установлено, что существует тенденция к снижению массы семян с растения под влиянием самоопыления, но по средним данным достоверная разница наблюдается не всегда. Так, резко выраженная депрессия не проявилась в I 1 Глуховская 58 и I 1 Золото-ношская 15 в 2009 г., I 1 Золотоношская 15 – в 2010 г., I 1 и I 2 Глуховская 58, I 3 Золо-тоношская 15 – в 2011 г. В целом же масса семян уменьшается с 5,62 г у исходных форм до 2,48 г в I 3 Глуховская 58 (2011 г.), в самоопыленных линиях сорта Золото-ношская 15 наблюдаются колебания продуктивности (табл. 1). Масса 1000 семян резко не меняется, может увеличиваться, что отмечали и другие авторы.

Таблица 1

Семенная продуктивность растений І 1 –І 3

Глуховская 58 и Золотоношская 15 в сравнении с исходными формами

Вариант	Масса семян с растения, г			Масса 1000 семян, г
	2009 г.	2010 г.	2011 г.	2009 г.	2010 г.	2011 г.
Глуховская 58
Исход. форма	2,12 ± 0,31	2,57 ± 0,50	5,62 ± 0,72	19,66	15,42	17,46
І 1	1,88 ± 0,34	1,27 ± 0,19*	5,71 ± 0,74	18,06	14,71	16,46
І 1 , исход. форма	–	5,51 ± 0,62	5,40 ± 0,36	–	12,40	16,00
І 2	–	1,37 ± 0,31*	4,83 ± 0,66	–	13,63	17,00
І 2 , исход. форма	–	–	4,94 ± 0,36	–	–	16,60
І 3	–		2,48 ± 0,47*	–	–	15,26
Золотоношская 15
Исход. форма	1,36 ± 0,24	1,48 ± 0,26	4,68 ± 0,64	15,78	12,50	14,60
І 1	1,08 ± 0,16	0,92 ± 0,22	3,00 ± 0,48*	16,86	11,95	13,70
І 1 , исход. форм	–	4,16 ± 0,56	6,66 ± 1,03	–	12,80	13,20
І 2	–	1,53 ± 0,31*	3,02 ± 0,61*	–	13,10	12,90
І 2 , исход. форма	–	–	6,04 ± 0,90	–	–	15,60
І 3	–	–	5,02 ± 0,72	–	–	15,80

Примечания: * – разница достоверна по t-критерию Стьюдента на уровне значимости 0,05 (между исходными формами и поколениями от самоопыления)

Растения только отдельных семей на достоверном уровне уступают по признакам семенной продуктивности своим исходным формам. Так, по признаку массы семян с растения количество таких семей I1 Глуховская 58 колеблется от 25,0 до 57,9 % (в среднем 38,7 %), I2 – от 0,0 до 100,0 % (в среднем 63,9 %), I3 – 66,7– 100,0 % (в среднем 83,4 %); I1 Золото-ношская 15 – от 0,0 до 63,6 % (в среднем 34,5 %), I2 – от 33,3 до 75,0 % (по средним данным 61,1 %), I3 – 50,0–100,0 % (в среднем 75,0 %). Отметим, что от I1 к I3 количество таких семей возрастает. Аналогично для признака массы 1000 семян количество депрессивных семей может составлять до 100,0 % (табл. 2).

Таблица 2

Пропорция семей самоопыленных линий с признаками депрессии семенной продуктивности, % (существенно по t-критерию Стьюдента на 5 %-номуровне значимости)

Вариант	По массе семян с растения					По массе 1000 семян
	2009 г.	2010 г.	2011 г.	2012 г.	среднее	2009 г.	2010 г.	2011 г.	2012 г.	среднее
Глуховская 58
І 1	25,0	57,9	33,3	–	38,7	95,8	68,4	77,8	–	80,7
І 2	–	91,7	0,0	100,0	63,9	–	25,0	25,0	50,0	33,3
І 3	–	–	66,7	100,0	83,4	–	–	77,8	100,0	88,9
І 4	–	–	–	100,0	–	–	–	–	50,0	–
Золотоношская 15
І 1	0,0	63,6	40,0	–	34,5	20,0	90,9	60,0	–	57,0
І 2	–	75,0	75,0	33,3	61,1	–	50,0	75,0	33,3	52,8
І 3	–	–	50,0	100,0	75,0	–	–	50,0	0,0	25,0

Таким образом, по средним данным признаков семенной продуктивности резко выраженная депрессия у самоопылен-ных линий современных сортов конопли Глуховская 58 и Золотоношская 15 не наступает. Очевидно, это явление связано с особенностями селекции современных сортов конопли: жестким отбором, уменьшением количества растений на изолированных селекционных питомниках (сравнительно близкородственное размножение), выравненность популяций по основным селекционным признакам и определенная их гомозиготность. Проявляется также зависимость снижения семенной продуктивности в результате самоопыления от генотипа исходной формы. Таким образом, существует возможность создания инбредных линий с высокой семенной продуктивностью.

На втором этапе исследований проводилось изучение наследования формы соцветий уже на примере сортов среднерусского эколого-географического типа как наиболее перспективных по семенному направлению хозяйственного использования (высокая масса 1000 семян, низкорослость, раннеспелость), а также потому, что особенности влияния инбридинга на семенную продуктивность сходные в обоих изучаемых типах. В популяциях конопли чаще встречаются две формы соцветия – прямоугольновидная и ромбовидная. Уже установлено [7], что наибольшую производительность семян в структуре урожая обеспечивает ромбовидная форма в связи с увеличением размеров веточек 2- и 3-го порядков. Поэтому нас интересовал вопрос возможности создания самоопыленных линий с преобладанием или большим количеством растений данного типа соцветия. Продемонстрируем это на примере сорта Глесия.

Известно, что с увеличением площади питания растений, например до 60 × 10 см, количество особей с ромбовидным соцветием растет (лучшие условия для проявления фенотипа). Мы проводили исследования, используя площадь питания растений 30 × 5 см, чтобы обеспечить наиболее высокий уровень проявления генотипа, нивелируя влияние факторов среды и модификационное проявление фенотипа. Несмотря на это, количество растений с ромбовидной формой в популяции сорта Глесия меньше, чем обычно при большей площади питания, – 25,2 %. Нами установлено, что при целенаправленном отборе исходных растений сорта или линий, взятых для дальнейшего принудительного самоопыления, количество растений с ромбовидной формой соцветия постепенно растет от I1 к I3. Так, если в I1 их было всего 22,0 %, то в I2 – 23,1, а в I3 – 43,9 %. Показатели размаха вариа- ции (R = х max – х min) также возрастают при самоопылении с 45,0 до 71,2 %, что свидетельствует о последовательном изменении признака и дифференциации линий с преобладанием растений с прямоугольновидной или ромбовидной формами (табл. 3).

Таблица 3

Наследование формы соцветия в І 1 –І 3 Глесия при целенаправленном отборе

2010–2013 гг.

Вариант	Вы-борка, шт.	Количество растений с различной формой соцветия, %		Размах вариации (R)
		прямоугольновидная	ромбовидная
Глесия, сорт	111	74,8	25,2	–
Глесия, и.ф.	64	64,1	35,9	–
І 1 Глесия	164	78,0	22,0	45,0
І 1 Глесия, и.ф.	32	59,4	40,6	–
І 2 Глесия	130	76,9	23,1	47,7
І 2 Глесия, и.ф.	23	56,5	43,5	–
І 3 Глесия	171	56,1	43,9	71,2

Итак, эффективный отбор линий с большим количеством ромбовидных соцветий и определенное закрепление данного признака в потомстве являются возможными.

На последнем этапе исследований устанавливали влияние инбредной депрессии на признак содержания масла в семенах и создание на этой основе само-опылённых линий. Констатируем, что у современных сортов конопли резко выраженной депрессии в первых поколениях от самоопыления не наступает. Приблизительно в 3/4 семей снижение данного признака находится в пределах наименьшей существенной разницы. Только в более поздних поколениях по сравнению с исходными формами происходит некоторое уменьшение содержания масла в семенах (на 1,00–2,87 %). В результате многолетней целенаправленной работы созданы и выделены самоопылён-ные линии с комплексом ценных признаков, которые, кроме высокого содержания масла в пределах 30,40–35,77 % в сравнении с исходным 31,40–36,45 % (наблюдается отсутствие в данном селекционном материале инбредной депрессии), сочетают однородный однодомный половой состав, отсутствие наркотических веществ (каннабиноидов), высокую семенную продуктивность (табл. 4).

Таблица 4

Продуктивность и масса 1000 семян лучших линий конопли

2011–2013 гг.

Сорт-стандарт, самоопыленная линия	Масса семян, г	Масса 1000 семян, г	Содержание масла, %
Гляна, сорт-стандарт	3,4	18,3	36,45
Линия 781	9,7	21,6	35,77
Линия 782	5,6	18,4	33,58
Линия 784	6,4	20,3	33,87
НСР 05	5,1	3,1	2,77

Данные линии включены в селекционные программы опытной станции по созданию гетерозисных гибридов конопли.

Выводы. Таким образом, доказана возможность создания ценных самоопыленных линий конопли с комплексом признаков и свойств масличного направления.