Способ определения генетической структуры популяции конопли

Способ определения генетической структуры популяции конопли

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к процессу семеноводства безнаркотических сортов однодомной конопли.

Известен способ определения генетической структуры популяции конопли, включающий контролирование признака окраски у растений популяции и обозначение генотипа растения по этому признаку (Ситник В.П. Мутация желтостебельности как исходный материал для селекции конопли / Автореф. дис. на соиск. ученой степени кандидата с.-х. наук. - Киев, 1979. - С.4-8) [1].

Данным известным способом в качестве контролируемого признака определяют окраску стебля растения.

Однако данный известный способ трудоемок. Он предусматривает необходимость осмотра каждого растения, окраска стебля которого может быть искажена из-за погодных условий и несоблюдения обязательных агротехнических приемов, что снижает достоверность способа. Кроме того, способ неудобен сезонной зависимостью: необходимостью проведения осмотра всех растений популяции в короткий срок.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является упрощение способа, повышение его достоверности, отсутствие сезонной зависимости.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения генетической структуры популяции конопли, включающем контролирование признака окраски у растений популяции и обозначение генотипа растения по этому признаку, в качестве контролируемого признака определяют окраску масла семян растений, различают зеленую, соломенно-желтую, зелено-желтую, желтую и светло-желтую окраску масла и растения, масло семян которых имеет зеленую или соломенно-желтую окраску, относят к гомогенным, типичным для сорта, а растения, масло семян которых имеет зелено-желтую, желтую или светло-желтую окраску - к гетерогенным, нечистосортным.

Целесообразно оценивать окраску масла, извлеченного холодным прессованием семян.

Для оценки окраски масла можно использовать эталоны окраски.

Собственные исследования показали, что окраска масла семян растений конопли, независимо от сорта, различная у гомогенных и гетерогенных растений. Эту впервые выявленную закономерность удобно использовать при определении генетической структуры популяции конопли. При этом такие определения можно проводить в любое время года, что снижает сезонную зависимость способа.

Ниже приведены примеры реализации способа.

Пример 1. В 1996-1999 гг. проводили опыты по изучению характера формирования окраски масла в сортопопуляциях при парных ксеногамных скрещиваниях зеленостебельных и желтостебельных растений в разных числовых соотношениях. В качестве исходного материала использовали растения желтостебельной конопли сорта Ингреда и зеленостебельной сорта Диана. Контролируемые парные скрещивания осуществляли в полевых условиях на пространственно-изолированных участках размером 9 кв.м согласно нижеследующей схемы:

Номер варианта	Числовое соотношение растений
Зеленостебельных	Желтостебельных
1	100	0
2	85	15
3	30	70
4	15	85
5	0	100

Посев семян выполняли вручную под маркер, площадь питания растений 5×45 см. На всех участках высокий агрофон создавали внесением в почву минеральных удобрений из расчета N₁₂₀P₉₀К₉₀ кг/га действующего вещества. Для уничтожения сорняков, а также улучшения водно-воздушного режима почвы проводили рыхление междурядий: первый раз - на глубину 5-6 см в период 1-2 пар листьев; второй - на глубину 7-8 см при появлении 3-х пар листьев; третий - через 5-7 дней на глубину 5 см. На всех участках проводили также тщательную 8-кратную видовую прополку от растений обычной поскони: первую - в фазе начала бутонизации, каждую последующую - через 4-5 дней после предыдущей. Уборку производили в период созревания 75% семян в соцветиях.

В 1997-2000 гг. выращенный в предыдущие годы семенной материал высевали в оценочном питомнике. Площадь каждой делянки составляла 3,38 м², повторность 4-кратная, норма высева семян - 0,6 млн. шт. семян на 1 га. Масло для исследований извлекали из кондиционных по посевным качествам семян холодным прессованием на лабораторном гидравлическом прессе КЭФ при давлении 100 кг/с·м².

Результаты исследований приведены в таблицах 1-2. На фиг.1-4 показана степень выраженности окраски масла у гомо- и гетерозиготных по данному признаку аллельных генов растений конопли. На фиг.5-9 изображена схема наследования окраски масла в сортопопуляциях конопли с различным соотношением зелено- и желтостебельных растений.

Эксперименты показали, что в мономорфной популяции, в которой свободное переопыление происходит только между зеленостебельными формами, все потомство характеризуется зеленой окраской как стеблей, так и масла. Аналогично, когда ксеногамное опыление осуществляется между типичными для данного сорта особями, все потомство отличается соломенно-желтой окраской растений и масла. Следовательно, в данном случае имеет место монофакторный тип наследования. Результаты испытания диморфных популяций в оценочном питомнике привели к выводу, что окраска масла у конопли контролируется ядерными генами, при этом контроль зеленой окраски осуществляется одним доминантным геном, а соломенно-желтой окраски - одним рецессивным геном. В соответствии с этим приняли следующее обозначение генотипов растений: H₁ ⁰ H₁ ⁰ H₂ ⁰ Н₂ ⁰ - для зеленой окраски масла, так как в генотипе имеются две аллельные пары доминантных полимерных генов в гомозиготном состоянии (Н⁰ - от английского слова Hempseed oil); h₁ ⁰ h₁ ⁰ h₂ ⁰ h₂ ⁰ - для соломенно-желтой окраски масла, обуславливаемой рецессивной дигомозиготной по вышеуказанным генам. В зависимости от числа аллелей H₁ ⁰ и H₂ ⁰ в сортопопуляциях могут появиться особи с градацией окраски масла от зеленой до соломенно-желтой: H₁ ⁰ H₁ ⁰ H₁ ⁰ H₂ ⁰ - зеленой; H₁ ⁰ H₁ ⁰ H₂ ⁰ H₂ ⁰ h₂ ⁰ и H₁ ⁰ h₁ ⁰ H₂ ⁰ H₂ ⁰ - зелено-желтой; H₁ ⁰ Н₁ ⁰ h₂ ⁰ h₂ ⁰, Н₁ ⁰ h₁ ⁰ Н₂ ⁰ h₂ ⁰ и h₁ ⁰ h₁ ⁰ Н₂ ⁰ Н₂ ⁰ - желтой; и h₁ ⁰ h₁ ⁰ H₂ ⁰ h₂ ⁰ и H₁ ⁰ h₁ ⁰ h₂ ⁰ h₂ ⁰ - светло-желтой; h₁ ⁰ h₁ ⁰ h₂ ⁰ h₂ ⁰ - соломенно-желтой. Таким образом, проявление признака «окраска масла» зависит от числа аллельных генов в генотипе - степень проявления признака увеличивается с увеличением числа доминантных аллелей гена Н⁰: h₁ ⁰ h₁ ⁰ h₂ ⁰ h₂ ⁰ < (Н₁ ⁰ h₁ ⁰ h₂ ⁰ h₂ ⁰, h₁ ⁰ h₁ ⁰ Н₂ ⁰ h₂ ⁰) < (Н₁ ⁰ Н₁ ⁰ h₂ ⁰ h₂ ⁰, H₁ ⁰ h₁ ⁰ H₂ ⁰ h₂ ⁰, h₁ ⁰ h₁ ⁰ Н₂ ⁰ Н₂ ⁰) < (Н₁ ⁰ Н₁ ⁰ Н₂ ⁰ h₂ ⁰, Н₁ ⁰ h₁ ⁰ Н₂ ⁰ Н₂ ⁰) < Н₁ ⁰ Н₁ ⁰ Н₂ ⁰ Н₂ ⁰. Следовательно, при определении гетерогенности популяций конопли по окраске масла сорта с зеленой и соломенно-желтой окраской следует отнести к гомогенным и типичным, а с зелено-желтой, желтой и светло-желтой окраской масла - к гетерогенным и нечистосортным.

Пример 2. В 2000-2002 гг. проводили эксперименты по изучению влияния размера пространственной изоляции между посевами однодомных зелено- и желтостебельных сортов конопли на окраску масла в их потомствах. Исходным материалом служили растения зеленостебельного сорта Диана и желтостебельного сорта Ингреда. Опытные участки площадью 9 кв.м размещали на удалении 250-500-1000-1500-2000-2500-3000 м друг от друга. Посев семян - ручной под маркер, площадь питания растений 5×45 см. На всех участках высокий агрофон создавали внесением в почву минеральных удобрений из расчета N₁₂₀P₉₀К₉₀ кг/га действующего вещества. Для уничтожения сорняков, а также улучшения водно-воздушного режима почвы проводили рыхление междурядий: первый раз - на глубину 5-6 см в период 1-2 пар листьев; второй - на глубину 7-8 см при появлении 3-х пар листьев; третий - через 5-7 дней на глубину 5 см. На всех участках проводили также тщательную 8-кратную видовую прополку от растений обычной поскони: первую - в фазе начала бутонизации, каждую последующую - через 4-5 дней после предыдущей. Уборку проводили в период созревания 75% семян в соцветиях.

В 2001-2003 гг. выращенный в предыдущие годы семенной материал испытывали в оценочном питомнике. Площадь каждой делянки - 3,38 м², повторность - 4-кратная, норма высева семян - 0,6 млн. шт. семян на 1 га. Масло для исследований извлекали из кондиционных по посевным качествам семян холодным прессованием на лабораторном гидравлическом прессе КЭФ при давлении 100 кг/см².

Результаты исследований приведены в таблице 3. Анализ табличного материала указывает, что нарушение пространственной изоляции между посевами зеленостебельных и желтостебельных сортов конопли является фактором, могущим коренным образом изменить генетическое строение их популяций. Следовательно, сорт желтостебельной конопли, например, будет сохраняться в оригинале при условии, если она не будет переопыляться с растениями зеленостебельной конопли. Поэтому пространственная изоляция (не менее 3 км от других посевов) и своевременное удаление выщепляющихся зеленых особей в популяциях желтостебельных сортов конопли являются необходимым требованием научно-обоснованного семеноводства с этой формой конопли.

Таким образом, способ согласно изобретению позволяет объективно диагностировать генетическое состояние сортопопуляций в год их репродуцирования, существенно снизить энергозатраты и повысить качественные показатели семеноводческого процесса.

Таблица 1
Расщепление по цвету стебля и окраске масла в потомствах сортопопуляций, полученных путем свободного переопыления зелено- и желтостебельных растений в разных числовых соотношениях (среднее за 1997-2000 гг.)
Вариант опыта	Всего растений	В том числе	Числовое соотношение	Окраска масла
Зеленостебельных	Желтостебельных
Первый	1566	1566	-	100:0	Зеленая
Второй	1549	1317	232	85,02:14,98	Зелено-желтая
Третий	1478	443	1035	29,97:70,03	Желтая
Четвертый	1444	214	1230	14,81:85,19	Светло-желтая
Пятый	1392	-	1392	0:100	Соломенно-желтая

Таблица 2
Генетическая характеристика растений однодомной конопли по окраске масла
№ п.п.	Классы	Число доминантных аллелей
Генотипические по генным формулам	Фенотипические по окраске масла
1	Н1 0 Н1 0 Н2 0 H2 0	Зеленая	4
2	Н1 0 Н1 0 H2 0 h2 0	Зелено-желтая	3
3	Н1 0 h1 0 Н2 0 Н2 0	Зелено-желтая	3
4	Н1 0 Н1 0 h2 0 h2 0	Желтая	2
5	Н1 0 h1 0 H2 0 h2 0	Желтая	2
6	h1 0 h1 0 H2 0 H2 0	Желтая	2
7	H1 0 h1 0 h2 0 H2 0	Светло-желтая	1
8	h1 0 h1 0 H2 0 H2 0	Светло-желтая	1
9	h1 0 h1 0 h2 0 h2 0	Соломенно-желтая	0

Таблица 3
Окраска стеблей и масла в потомствах сортообразцов конопли в зависимости от размеров пространственной изоляции между посевами исходных желто- и зеленостебельных форм
Размер пространственной изоляции	Всего растений	В том числе	Числовое соотношение	Окраска масла
Зеленостебельных	Желтостебельных
Сорт Диана
250	1375	1089	286	79,20:20,80	Желтая
500	1392	1183	209	84,98:15,02	Зелено-желтая
1000	1410	1265	145	89,72:10,28	Зелено-желтая
1500	1427	1356	71	95,02:4,98	Зелено-желтая
2000	1445	1445	-	100:0	Зеленая
2500	1462	1462	-	100:0	Зеленая
3000	1480	1480	-	100:0	Зеленая
Сорт Ингреда
250	1322	727	595	54,99:45,01	Зелено-желтая
500	1305	587	718	44,98:55,02	Зелено-желтая
1000	1288	451	837	35,01:64,99	Желтая
1500	1270	318	952	25,03:74,97	Желтая
2000	1253	188	1065	15,00:85,00	Желтая
2500	1235	62	1163	5,02:94,98	Светло-желтая
3000	1218	-	1218	0:100	Светло-желтая

1. Способ определения генетической структуры популяции конопли, включающий контролирование признака окраски у растений популяции и обозначение генотипа растения по этому признаку, в качестве контролируемого признака определяют окраску масла семян растений, различают зеленую, соломенно-желтую, зелено-желтую, желтую и светло-желтую окраску масла и растения, масло семян которых имеет зеленую или соломенно-желтую окраску, относят к гомогенным, типичным для сорта, а растения, масло семян которых имеет зелено-желтую, желтую или светло-желтую окраску - к гетерогенным, нечистосортным.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценивают окраску масла, извлеченного холодным прессованием семян.

3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что для оценки окраски масла используют эталоны окраски.