RU2815108C2 - Production of grain products - Google Patents
Production of grain products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815108C2 RU2815108C2 RU2018102577A RU2018102577A RU2815108C2 RU 2815108 C2 RU2815108 C2 RU 2815108C2 RU 2018102577 A RU2018102577 A RU 2018102577A RU 2018102577 A RU2018102577 A RU 2018102577A RU 2815108 C2 RU2815108 C2 RU 2815108C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pollen
- grain
- plants
- pollination
- designated
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 74
- 235000011868 grain product Nutrition 0.000 title description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 82
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 29
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 219
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims description 165
- 230000010152 pollination Effects 0.000 claims description 96
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 61
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 58
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 52
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 claims description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 claims description 13
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 13
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 13
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 10
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 claims description 7
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 claims description 7
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 claims description 7
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000014698 Brassica juncea var multisecta Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000006008 Brassica napus var napus Nutrition 0.000 claims description 6
- 240000000385 Brassica napus var. napus Species 0.000 claims description 6
- 235000006618 Brassica rapa subsp oleifera Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000004977 Brassica sinapistrum Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 claims description 6
- 240000005979 Hordeum vulgare Species 0.000 claims description 6
- 235000007340 Hordeum vulgare Nutrition 0.000 claims description 6
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 claims description 6
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 6
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 6
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 6
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 claims description 5
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 claims description 5
- 241000209140 Triticum Species 0.000 claims description 5
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 5
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 5
- 244000020551 Helianthus annuus Species 0.000 claims description 4
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 4
- 238000005138 cryopreservation Methods 0.000 claims description 4
- 201000010099 disease Diseases 0.000 claims description 4
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 claims description 4
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 3
- 235000021232 nutrient availability Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000010144 wind-pollination Effects 0.000 claims 6
- 244000115721 Pennisetum typhoides Species 0.000 claims 3
- 235000007195 Pennisetum typhoides Nutrition 0.000 claims 3
- 235000008515 Setaria glauca Nutrition 0.000 claims 3
- 241000926677 Belonuchus pollens Species 0.000 claims 1
- 238000009313 farming Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000010154 cross-pollination Effects 0.000 description 64
- 230000001850 reproductive effect Effects 0.000 description 42
- 230000010153 self-pollination Effects 0.000 description 37
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 19
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 19
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 13
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 description 12
- 238000011160 research Methods 0.000 description 10
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 241000006770 Xenia Species 0.000 description 8
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 8
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 7
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 description 6
- 235000003869 genetically modified organism Nutrition 0.000 description 6
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 description 6
- 241000894007 species Species 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 206010021929 Infertility male Diseases 0.000 description 3
- 208000007466 Male Infertility Diseases 0.000 description 3
- 241000482268 Zea mays subsp. mays Species 0.000 description 3
- 238000002716 delivery method Methods 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 3
- 238000009399 inbreeding Methods 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- XTWYTFMLZFPYCI-KQYNXXCUSA-N 5'-adenylphosphoric acid Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OP(O)(O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O XTWYTFMLZFPYCI-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 2
- 241000208818 Helianthus Species 0.000 description 2
- 241001520808 Panicum virgatum Species 0.000 description 2
- 241000220259 Raphanus Species 0.000 description 2
- 229930002877 anthocyanin Natural products 0.000 description 2
- 235000010208 anthocyanin Nutrition 0.000 description 2
- 239000004410 anthocyanin Substances 0.000 description 2
- 150000004636 anthocyanins Chemical class 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000027288 circadian rhythm Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 2
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 235000011073 invertase Nutrition 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000005070 ripening Effects 0.000 description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 241001057636 Dracaena deremensis Species 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 241000202844 Eriophorum Species 0.000 description 1
- 108010073032 Grain Proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000231392 Gymnosiphon Species 0.000 description 1
- 208000031888 Mycoses Diseases 0.000 description 1
- 241000244206 Nematoda Species 0.000 description 1
- 235000006140 Raphanus sativus var sativus Nutrition 0.000 description 1
- 241000209072 Sorghum Species 0.000 description 1
- 244000062793 Sorghum vulgare Species 0.000 description 1
- 241000592344 Spermatophyta Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000009418 agronomic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 108010051210 beta-Fructofuranosidase Proteins 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000009924 canning Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000002060 circadian Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 244000038559 crop plants Species 0.000 description 1
- 238000009402 cross-breeding Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000021759 endosperm development Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 244000037666 field crops Species 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000030414 genetic transfer Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 239000001573 invertase Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 210000001161 mammalian embryo Anatomy 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 230000008774 maternal effect Effects 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 235000019713 millet Nutrition 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012346 open field test Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000009329 organic farming Methods 0.000 description 1
- 238000013439 planning Methods 0.000 description 1
- 230000007198 pollen germination Effects 0.000 description 1
- 235000020004 porter Nutrition 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000010201 protandry Effects 0.000 description 1
- 230000010172 protogyny Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross references to related applications
[0001] Для настоящей заявки испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США сер. №62/184596, поданной 25 июня 2015 года и озаглавленной «Производство семян» (SEED PRODUCTION), по предварительной заявке на патент США сер. №62/269496, поданной 18 декабря 2015 года и озаглавленной «Производство семян» (SEED PRODUCTION), и по предварительной заявке на патент США сер. №62/269531, поданной 18 декабря 2015 года и озаглавленной «Производство зерновой продукции» (GRAIN PRODUCTION), а также по предварительной заявке на патент США сер. №62/269514, поданной 18 декабря 2015 года и озаглавленной «Производство зерновой продукции» (GRAIN PRODUCTION). Содержание предварительных заявок на патент США сер. №№62/184,596; 62/269,496; 62/269,531; and 62/269,514 включено в настоящую заявку во всей полноте по ссылке.[0001] This application claims priority under U.S. Provisional Patent Application Ser. No. 62/184596, filed June 25, 2015, entitled SEED PRODUCTION, U.S. Provisional Patent Application Ser. No. 62/269496, filed December 18, 2015, entitled SEED PRODUCTION, and U.S. Provisional Patent Application Ser. No. 62/269531, filed December 18, 2015 and entitled "GRAIN PRODUCTION", as well as US Provisional Patent Application Ser. No. 62/269514, filed December 18, 2015 and entitled “GRAIN PRODUCTION”. Contents of U.S. Provisional Patent Applications Ser. No. 62/184,596; 62/269.496; 62/269.531; and 62/269,514 is incorporated herein by reference in its entirety.
Область техники, к которой относится предлагаемое изобретениеField of technology to which the present invention relates
[0002] Предлагаемое изобретение в целом относится к новым способам производства зерновой продукции, направленным на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. В частности, предлагаемое изобретение относится к технологии опыления по запросу, применимой к зерновым сельскохозяйственным культурам и не зависящей от активного испускания пыльцы, соседствующих растений или семенных смесей.[0002] The present invention generally relates to new methods for the production of grain products aimed at increasing the yield of agricultural crops. In particular, the present invention relates to on-demand pollination technology applicable to cereal crops and not dependent on the active emission of pollen, neighboring plants or seed mixtures.
Предпосылки создания предлагаемого изобретенияPrerequisites for the creation of the proposed invention
[0003] Предлагаемое изобретение применимо в отрасли производства зерновой продукции и при опылении растений, в том числе (но не только) к экономически значимым зерновым культурам, таким как кукуруза, соя, пшеница, рис, подсолнечник, канола, сорго, ячмень и просо американское. Под термином «производство зерновой продукции» в тексте настоящей заявки следует понимать производство зерновой продукции в коммерческих масштабах с использованием полей площадью минимум 0,8 га (2 акра) для этого производства зерновой продукции. Традиционное поле для выращивания зерновых культур в типичном случае занято под гибридные растения первого поколения (F1), несущие гены двух инбредных родительских растений (хотя в стандартном мешке зерна присутствует также небольшой процент семян-загрязнителей, то есть, не являющихся F1). В других обстоятельствах для производства зерновой продукции используют методику «топкросс». В отличие от традиционного поля, занятого под растения F1, при использовании методики «топкросс» на поле выращивают следующую смесь растений: гибрид с мужской бесплодностью (приблизительно 93%) и растение - донор пыльцы с мужской фертильностью - носитель идиоплазмы высокой масличности (7%). Коммерческое производство зерновой продукции часто зависит от полевого производства гибридных растений. Гибридные растения являются результатом оплодотворения мужской пыльцой из источника с одним фоновым генотипом женских репродуктивных органов растения с другим фоновым генотипом. Гибридизация у зерновых сельскохозяйственных культур в целом дает прибавку урожайности при коммерческом производстве. В настоящее время в первую очередь кукуруза, рис, сорго, подсолнечник и канола являются теми зерновыми культурами, которые обеспечивают преимущество при использовании гибридных семян. В меньшей степени выращиваются как гибриды другие зерновые культуры, в частности, соя, пшеница, ячмень, просо американское и др.[0003] The present invention is applicable in the grain production and plant pollination industries, including (but not limited to) economically important grain crops such as corn, soybeans, wheat, rice, sunflowers, canola, sorghum, barley and switchgrass . The term “cereal production” as used in this application shall mean the production of grain products on a commercial scale using fields of at least 0.8 hectares (2 acres) for such grain production. A traditional grain field is typically occupied by first-generation (F1) hybrid plants that carry the genes of two inbred parents (although a standard bag of grain also contains a small percentage of contaminant, i.e. non-F1, seeds). In other circumstances, the topcross technique is used for the production of grain products. Unlike a traditional field occupied by F1 plants, when using the topcross technique, the following mixture of plants is grown on the field: a hybrid with male sterility (approximately 93%) and a pollen donor plant with male fertility - a carrier of idioplasm with high oil content (7%) . Commercial grain production often depends on field production of hybrid plants. Hybrid plants are the result of fertilization with male pollen from a source with one background genotype of the female reproductive organs of a plant with a different background genotype. Hybridization in grain crops generally provides an increase in yield in commercial production. Currently, corn, rice, sorghum, sunflower and canola are the primary grain crops that provide an advantage when using hybrid seeds. To a lesser extent, other grain crops are grown as hybrids, in particular soybeans, wheat, barley, millet, etc.
[0004] Что касается сельскохозяйственных культур, для которых производство зерновой продукции является обычной практикой, существующие способы производства зерновой продукции несколько различаются от вида к виду, но обычно для выращивания растений, которые на стадии зрелости своих семян дают желаемую зерновую продукцию, предусматривают засевание полей семенами одного и того же сорта. На таких полях растения обычно самоопыляются либо опыляются пыльцой соседних растений. Возможно также некоторое перекрестное опыление пыльцой растений того же вида с других близлежащих полей.[0004] In the case of crops for which grain production is a common practice, existing methods for producing grain products vary somewhat from species to species, but generally, to grow plants that will produce the desired grain products at the stage of maturity of their seeds, they involve sowing fields with seeds of the same variety. In such fields, plants usually self-pollinate or are pollinated by pollen from neighboring plants. There may also be some cross-pollination with pollen from plants of the same species from other nearby fields.
[0005] Для целей предлагаемого изобретения и его применимости к производству зерновой продукции термин «собственная пыльца», который в строгом смысле подразумевает только собственную пыльцу индивидуального растения, в настоящем описании включает в себя также понятие «сибс-пыльца», который в строгом смысле значит пыльцу растений-сибсов (потомков одних и тех же родителей), имеющих ту же генетику. Аналогично - термин «самоопыление», который в строгом смысле подразумевает опыление индивидуального растения его собственной пыльцой, в настоящем описании включает в себя также понятие «сибс-опыление», который в строгом смысле значит опыление пыльцой растений-сибсов, имеющее тот же эффект, что и собственно самоопыление. На поле по производству гибридных семян самоопыление и сибс-опыление имеют эффект самоопыления с точки зрения влияния на семенную продукцию, которое проявляется в снижении урожайности (по сравнению с перекрестным опылением пыльцой мужского родителя из другой линии) и повышении генетической чистоты в случае пищевой кукурузы. Для целей предлагаемого изобретения под термином «перекрестное опыление» в настоящем описании подразумевается генетический обмен между растениями двух инбредных линий или гибридами в прилегающих или окружающих полях, а не между растениями на одном и том же поле. Таким образом, перекрестное опыление - это привлечение для опыления взятой из других мест пыльцы, которая генетически отличается от пыльцы растений, произрастающих на данном поле по производству зерновой продукции.[0005] For the purposes of the present invention and its applicability to the production of grain products, the term “own pollen”, which in the strict sense means only the own pollen of an individual plant, in the present description also includes the concept of “sib pollen”, which in the strict sense means pollen from sibling plants (descendants of the same parents) having the same genetics. Likewise, the term “self-pollination,” which strictly means the pollination of an individual plant by its own pollen, in the present description also includes the concept of “sib-pollination,” which strictly means pollination by the pollen of sibling plants, having the same effect as and self-pollination itself. In a hybrid seed field, selfing and sibling pollination have a selfing effect on seed production that results in reduced yield (compared to cross-pollination with pollen from a male parent from another line) and increased genetic purity in the case of food corn. For purposes of the present invention, the term “cross-pollination” as used herein refers to genetic exchange between plants of two inbred lines or hybrids in adjacent or surrounding fields, and not between plants in the same field. Thus, cross-pollination is the attraction for pollination of pollen taken from other places, which is genetically different from the pollen of plants growing in a given grain production field.
[0006] Преимущество использования для производства зерновой продукции гибридных семян состоит в том, что гибридам, как известно, свойственно проявлять эффект гетерозиса, который проявляется в превосходящей родительскую жизненной силе гибрида, растение - гетерозисный гибрид является более жизнеспособным и климатоустойчивым растением. Результатом гетерозиса является также более высокая урожайность зерновой культуры. Эффект гетерозиса иногда также называют «ксения-эффектом» (Stamp et al. (2002) Crop Sci. 42: 1848-1856; Stamp et al. (2002) Maydica 47: 127-134). Гетерозис имеет место также тогда, когда гибридное растение (растение, полученное скрещиванием родительских растений двух разных линий) опылено пыльцой растения еще одной линии, чем обеспечивают дальнейший рост урожайности. Гибридные зерновые культуры по урожайности существенно превосходят негибридные культивары а также проявляют лучшую восприимчивость к оплодотворяющим агентам. Однако условия вегетационного сезона от года к году разнятся, и давление со стороны окружающей среды, вспышки болезней и поражения насекомыми-вредителями могут существенно повлиять на урожай зерновой культуры.[0006] The advantage of using hybrid seeds for the production of grain products is that hybrids, as is known, tend to exhibit the effect of heterosis, which is manifested in the superior parental vitality of the hybrid; the plant - a heterotic hybrid is a more viable and climate-resistant plant. The result of heterosis is also higher grain yield. The heterosis effect is sometimes also called the “xenia effect” (Stamp et al. (2002) Crop Sci. 42: 1848-1856; Stamp et al. (2002) Maydica 47: 127-134). Heterosis also occurs when a hybrid plant (a plant obtained by crossing parent plants of two different lines) is pollinated by pollen from a plant of another line, which ensures a further increase in yield. Hybrid grain crops are significantly superior in yield to non-hybrid cultivars and also exhibit better susceptibility to fertilizing agents. However, growing season conditions vary from year to year, and environmental pressures, disease outbreaks, and insect pests can significantly impact crop yields.
[0007] Теоретически перекрестно опыляющие гибриды могут обеспечить преимущество в отношении урожайности благодаря исключению инбридинговой депрессии, обусловленной самоопылением или сибс-опылением, или же за счет создания новых комбинаций генов, которые обеспечивают эффект гетерозиса в отношении зерен (семян). Этот эффект получил название «ксения-эффект». «Ксения может быть определена как действие генов пыльцы на развитие плодов или семян» (Bulant et al. ((2000) Crop Sci. 40: 182-188).[0007] Theoretically, cross-pollinating hybrids can provide a yield advantage by eliminating inbreeding depression caused by selfing or sibling pollination, or by creating new gene combinations that provide heterosis effects on grains (seeds). This effect is called the “xenia effect”. “Xenia may be defined as the action of pollen genes on the development of fruits or seeds” (Bulant et al. ((2000) Crop Sci. 40: 182-188).
[0008] Многочисленными исследованиями было показано влияние источника пыльцы на развитие зерна (семени). Согласно относящемуся к самым ранним сообщению Киссельбаха (Kiesselbach, Т.А. (1926) Neb. Agric. Exp. Stn. Bull. 33: 1-69; Kiesselbach, T.A. & W.H. Leonard (1932) J. Am. Soc. Agron. 24: 517-523), по сравнению с самоопылением при перекрестном опылении масса зерна (семени) увеличивается в среднем на 10,1% (на 11,8% у зародыша, на 10,04% у эндосперма и на 3,2% у перикарпия. Цай и Цай (Tsai, C.L. & C.Y. Tsai (1990) Crop Sci. 30: 804-808) показали, что у раннего гибрида при его опылении пыльцой позднего гибрида имеет место повышение урожайности зерновой продукции приблизительно на 30% и повышение содержания белка приблизительно на 44%. Использовавшие инбредные линии кукурузы Булан и др. (Bulant et al. (2000) Crop Sci. 40: 182-188) сообщают о 13%-ном преимуществе в массе у зерен (семян), полученных в результате перекрестного опыления по сравнению с полученными в результате самоопыления. Селекционные исследования, проводившиеся в университете штата Южная Дакота, подтверждают, что перекрестное опыление конкретных гибридов может увеличить крупность зерна (семени) и повысить содержание белка, и что на перекрестное опыление между гибридами сходной зрелости приходится от 40% до 60% зерен, образовавшихся в смешанных насаждениях (Wicks III, Z., (1994) Proc. Annual Corn and Sorghum Res. Conf. 4.[0008] Numerous studies have shown the influence of pollen source on grain (seed) development. According to Kiesselbach's earliest report (Kiesselbach, T. A. (1926) Neb. Agric. Exp. Stn. Bull. 33: 1-69; Kiesselbach, T. A. & W. H. Leonard (1932) J. Am. Soc. Agron. 24: 517-523), compared with self-pollination, with cross-pollination, the weight of the grain (seed) increases by an average of 10.1% (by 11.8% in the embryo, by 10.04% in the endosperm and by 3.2% in pericarp. Tsai and Tsai (1990) Crop Sci. 30: 804-808) showed that an early hybrid, when pollinated by late hybrid pollen, has an approximately 30% increase in grain yield and an increase in protein content using inbred corn lines, Bulan et al. (2000) Crop Sci. 40: 182-188 report a 13% weight advantage for cross-pollinated kernels (seeds). compared to those produced by self-pollination. Breeding research conducted at South Dakota State University confirms that cross-pollination of specific hybrids can increase grain size (seed) and protein content, and that cross-pollination between hybrids of similar maturity accounts for 40% up to 60% of grains produced in mixed stands (Wicks III, Z., (1994) Proc. Annual Corn and Sorghum Res. Conf. 4.
[0009] Развитие зерен (семян) может быть изменено перекрестным опылением (Tsai, C.L. & C.Y. Tsai (1990) Crop Sci. 30: 804-808; Poneliet, C.G. and D.B. Egli, (1983) Crop Sci. 23: 872-875). В указанной работе Понелье и Эльи 1983 года (см. Poneliet, C.G. and D.B. Egli, (1983) выше) показано, что продолжительность периода эффективного налива в случае перекрестного опыления была больше, чем в случае самоопыления. Источник пыльцы оказывает влияние также на развитие эндосперма в отношении содержания белка, аминокислотного профиля и просвечиваемости (Pixley, K.V. and M.S. Bjarnason (1994) Crop Sci. 34: 404-408; Bulant et al. (2000) Crop Sci. 40: 182-188). На четырнадцатый день после опыления преимущество от перекрестного опыления выражалось в среднем повышении содержания крахмала на 28,8%, повышении активности АДФ (аденозиндифосфорная кислота)-глюкоза-пирофосфорилазы (код фермента КФ 2.7.7.27) на 24,8% и повышении активности нейтральной инвертазы (КФ 3.2.1.26) на 24,1% (Bulant et al. (2000) Crop Sci. 40: 182-188). Цай и др. (Tsai et al. (1991) J. Sci. Food Agric. 57: 163-174) модифицировали эндосперм Р3732 посредством перекрестного опыления, что значительно увеличило массу зерна, содержание белка в зерне и урожай в некотором диапазоне вариантов внесения азотных удобрений. Дополнительные питательные вещества, которые транслоцировались в развивающиеся зерна перекрестно опыленных растений Р3732 в основном происходили от увеличения продолжительности производства сухого вещества и ввода в ценоз азота вегетативными тканями растения (Tsai et al. (1991) J. Sci. Food Agric. 57: 163-174). Эти общепризнанные воздействия на состав зерна являются основой для «топкросс»-методики производства высокомасличной кукурузы. «Топкросс»-система для производства высокомасличной кукурузы - это методика, использовавшаяся в 1990-х и в начале 2000-х годов, когда высокая масличность обеспечивалась комбинацией гибрида с мужской бесплодностью (приблизительно 93%) и растения - донора пыльцы с мужской фертильностью - носителя идиоплазмы высокой масличности (7%). Результатом было повышение содержания масла с приблизительно 3-4% (как у обычной товарной кукурузы) до приблизительно 6% у высокомасличных зерен, полученных по методике «топкросс». Эта высокомасличная зерновая продукция продавалась на зерновой бирже по повышенной цене (Thomison, P. R. et al. (2002) Agron. J. 94: 290-299).[0009] Grain (seed) development can be altered by cross-pollination (Tsai, C. L. & C. Y. Tsai (1990) Crop Sci. 30: 804-808; Poneliet, C. G. and D. B. Egli, (1983) Crop Sci. 23: 872-875 ). The cited work by Poneliet and Egli in 1983 (see Poneliet, C.G. and D.B. Egli, (1983) above) showed that the duration of the effective filling period in the case of cross-pollination was longer than in the case of self-pollination. Pollen source also influences endosperm development in terms of protein content, amino acid profile and translucency (Pixley, K.V. and M.S. Bjarnason (1994) Crop Sci. 34: 404-408; Bulant et al. (2000) Crop Sci. 40: 182- 188). On the fourteenth day after pollination, the benefit from cross-pollination was expressed in an average increase in starch content by 28.8%, an increase in the activity of ADP (adenosine diphosphoric acid)-glucose pyrophosphorylase (enzyme code EC 2.7.7.27) by 24.8% and an increase in the activity of neutral invertase (EC 3.2.1.26) by 24.1% (Bulant et al. (2000) Crop Sci. 40: 182-188). Tsai et al. (1991) J. Sci. Food Agric. 57: 163-174 modified endosperm P3732 through cross-pollination, which significantly increased grain weight, grain protein content and yield over a range of nitrogen applications. fertilizers Additional nutrients that were translocated into the developing grains of cross-pollinated P3732 plants mainly came from increased duration of dry matter production and input of nitrogen into the cenosis by vegetative plant tissues (Tsai et al. (1991) J. Sci. Food Agric. 57: 163-174 ). These well-recognized effects on grain composition are the basis for the “topcross” technique for producing high-oil corn. The "Topcross" system for producing high-oil corn is a technique used in the 1990s and early 2000s where high oil content was provided by the combination of a male-fertile hybrid (approximately 93%) and a male-fertile pollen donor plant. germplasm of high oil content (7%). The result was an increase in oil content from approximately 3-4% (as in conventional commercial corn) to approximately 6% in high-oil topcross grains. These high-oil grain products were sold at a premium price on the grain exchange (Thomison, P. R. et al. (2002) Agron. J. 94: 290-299).
[0010] Степень проявления ксения-эффекта различается у мужского и женского генотипов. Чем больше генетическое различие между растением -источником пыльцы и женским растением, тем больше ожидаемый отклик на перекрестное опыление (Leng, E.R., (1949) Agron. J. 41: 555-558; Bulant, С.and A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525). Для простых гибридов преимущество перекрестного опыления было слабее, чем для их инбредных родителей, и это преимущество разнится в зависимости от мужского растения. Для гибридов, полученных скрещиванием инбредных растений, преимущество составляло 13,8% и 14,5%, а для растений, полученных скрещиванием их гибридов, преимущество составляло всего 2,5% (Bulant, С.and A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525). На результат перекрестного опыления влияют как свойства пыльцы, так и свойства материнского растения (Seka, D and H.Z. Cross (1995) Crop Sci. 35: 80-85; Seka, D. et al. (1995) Crop Sci. 35: 74-79).[0010] The degree of manifestation of the xenia effect differs between male and female genotypes. The greater the genetic difference between the pollen source plant and the female plant, the greater the expected response to cross-pollination (Leng, E.R., (1949) Agron. J. 41: 555-558; Bulant, C. and A. Gallais, (1998) Crop Sci 38: 1517-1525). For simple hybrids, the advantage of cross-pollination was weaker than for their inbred parents, and this advantage varied depending on the male plant. For hybrids obtained by crossing inbred plants, the advantage was 13.8% and 14.5%, and for plants obtained by crossing their hybrids, the advantage was only 2.5% (Bulant, S. and A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525). The outcome of cross-pollination is influenced by both the properties of the pollen and the properties of the mother plant (Seka, D and H.Z. Cross (1995) Crop Sci. 35: 80-85; Seka, D. et al. (1995) Crop Sci. 35: 74- 79).
[0011] Результаты перекрестного опыления между гибридами, наблюдавшиеся Булантом и Галэ (Bulant, С.and A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525), показывают, что перекрестное опыление может увеличить силу стока всего початка и что преимущество по зерновой массе может быть обеспечено в неблагоприятных обстоятельствах. Положительные ксения-эффекты интерпретировались в терминах отношений источник-сток. Если ресурсы ограничены, то увеличение силы стока ведет к возрастанию величины средней массы зерна со смешанным опылением по сравнению со случаем чистого самоопыления. Не было установлено какой-либо связи между преимуществом перекрестного опыления и средней массой семени, полученного в результате самоопыления мужского или женского источника пыльцы. Преимущество перекрестного опыления было благоприятным как для мелких зерен, так и для крупных зерен (Bulant, С.and A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525).[0011] The results of cross-pollination between hybrids observed by Bulant and A. Gallais (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525 indicate that cross-pollination can increase the drainage strength of the entire ear and that the advantage in terms of grain mass can be ensured in unfavorable circumstances. Positive xenia effects were interpreted in terms of source-sink relationships. If resources are limited, then an increase in the flow force leads to an increase in the average weight of grain with mixed pollination compared to the case of pure self-pollination. No relationship was found between cross-pollination advantage and the average weight of seed produced by selfing of a male or female pollen source. The advantage of cross-pollination was favorable for both small grains and large grains (Bulant, S. and A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525).
[0012] Успех опыления имеет решающее значение для урожайности зерновых культур. Эту урожайность измеряют в массе, полученной с единицы площади зерновой продукции при заданной влажности последней (например, для кукурузы установлена нормативная влажность 15,5%). Низкая степень опыления приводит к низкому урожаю зерновой культуры. Поэтому производители зерновой продукции обычно делают ставку на самоопыление и опыление соседними растениями на этом поле, так как они знают, что опыление произойдет на протяжении правильного окна, когда женские репродуктивные компоненты растения будут готовы принять пыльцу. К сожалению, самоопыление не гарантирует получение максимального урожая зерновой продукции, и неуспех нельзя списать на изменение условий и стрессы, которые могли повлиять на растение на протяжении вегетационного периода.[0012] The success of pollination is critical to the yield of cereal crops. This yield is measured in the mass obtained per unit area of grain production at a given moisture content of the latter (for example, for corn the standard moisture content is set at 15.5%). A low degree of pollination leads to low grain yield. Therefore, grain producers usually rely on self-pollination and pollination by neighboring plants in this field, since they know that pollination will occur over the correct period. window when the female reproductive components of the plant are ready to accept pollen. Unfortunately, self-pollination does not guarantee maximum grain yield, and failure cannot be attributed to changing conditions and stresses that could affect the plant during the growing season.
[0013] Таким образом, в данной отрасли существует потребность в изобретении, которое удовлетворяло бы одно или любое сочетание следующих требований: более высокая урожайность зерновых культур, улучшенный состав семян, повышенная генетическая чистота семян, улучшенные характеристики семян, пониженная степень генетического загрязнения. Предлагаемым изобретением обеспечено создание способа повышения урожайности зерновых культур путем целенаправленного перекрестного опыления растений, производящих зерновую продукцию. Кроме того, предлагаемым изобретением обеспечено создание способа увеличения размеров зерна и изменения состава зерна путем специального перекрестного опыления с использованием пыльцы с отличающимся фоновым генотипом, способа, который также обеспечивает возможность в режиме реального времени принимать производственные решения в связи с проблемами, вызванными условиями, сложившимися в период опыления, или другими производственными проблемами. Этот способ позволяет также уменьшить нежелательное генетическое загрязнение зерновой продукции, собранной с поля. Кроме того, предлагаемым изобретением обеспечено также создание способа максимизации синхронности опыления собственной пыльцой или сибс-пыльцой, благодаря чему должно быть обеспечено уменьшение генетического загрязнения от нежелательного перекрестного опыления, это особенно применимо к отрасли так называемого органического земледелия. Эти два способа могут быть скомбинированы, чтобы одновременно и повысить урожайность с изменением крупности зерна и его состава, и уменьшить генетическое загрязнение.[0013] Thus, there is a need in the industry for an invention that satisfies one or any combination of the following requirements: higher grain yield, improved seed composition, increased genetic purity of seeds, improved seed characteristics, reduced genetic contamination. The proposed invention provides for the creation of a method for increasing the yield of grain crops through targeted cross-pollination of plants producing grain products. In addition, the present invention provides a method for increasing grain size and changing grain composition through special cross-pollination using pollen with a different background genotype, a method that also provides the ability to make real-time production decisions in connection with problems caused by conditions prevailing in pollination period, or other production problems. This method also makes it possible to reduce unwanted genetic contamination of grain products collected from the field. In addition, the present invention also provides a method for maximizing the synchrony of pollination with one's own pollen or sibling pollen, thereby reducing genetic contamination from unwanted cross-pollination, this is especially applicable to the so-called organic farming industry. These two methods can be combined to simultaneously increase yield by changing grain size and composition, and reduce genetic contamination.
[0014] Описываемое здесь изобретение обеспечило бы 5%-ное повышение урожайности у кукурузы (по заведомо заниженной оценке), годовой доход от предлагаемого изобретения при его применении на 33% по большей части высокопродуктивной земли составил бы 1,1 миллиарда долларов США по всей цепочке создания стоимости только в США. Этот расчет базируется на том, что в 2015 году производство кукурузы в США составило 345 миллионов метрических тонн (далее в условном обозначении «ммт») (U.S. Corn Growers Association (2016) World of Corn [онлайн, получено на 13 июня 2016 года], взято из Интернета:[0014] The invention described here would provide a 5% increase in corn yield (an admittedly low estimate), the annual income from the proposed invention, applied to 33% of most highly productive land, would be US$1.1 billion throughout the chain value creation only in the USA. This calculation is based on US corn production of 345 million metric tons (hereinafter referred to as mmt) in 2015 (U.S. Corn Growers Association (2016) World of Corn [online, retrieved June 13, 2016], taken from the Internet:
http://www.worldofcorn.com/#us-corn-production), а цена кукурузы на зерновой бирже 185,04 доллара США за метрическую тонну (далее в условном обозначении «мт») (13 июня 2016 года, цена на кукурузу [онлайн, получено 13 июня 2016 года] взято из Интернета:http://www.worldofcorn.com/#us-corn-production), and the price of corn on the grain exchange is 185.04 US dollars per metric ton (hereinafter referred to as “mt”) (June 13, 2016, corn price [online, retrieved June 13, 2016] taken from the Internet:
https://www.ams.usda.gov/market-news/livestock-grain-market-news-publications) (Расчет: $185,04/мт×345 ммт×5%×33%). Подобным же образом предлагаемое изобретение могло бы обеспечить 5%-ное повышение урожайности риса, что при занятии 10% наличных площадей по большей части на высокопродуктивной земле дало бы во всемирном масштабе годовой доход 1,5 миллиарда долларов США. Этот расчет базируется на мировом объема производства риса в 746 миллионов метрических тонн (ммт) (GeoHive (2016) [онлайн] World: Производство риса в метрических тоннах, получено на дату 20 июня 2016 года. Взято из Интернета: http://www.geohive.com/charts/ag_rice.aspx),https://www.ams.usda.gov/market-news/livestock-grain-market-news-publications) (Calculation: $185.04/mt×345 mmt×5%×33%). Similarly, the proposed invention could provide a 5% increase in rice yields, which, using 10% of the available acreage, mostly on highly productive land, would generate a global annual income of US$1.5 billion. This calculation is based on a global rice production of 746 million metric tons (mmt) (GeoHive (2016) [online] World: Rice production in metric tons, retrieved June 20, 2016. Retrieved from the Internet: http://www. geohive.com/charts/ag_rice.aspx),
а цена риса на зерновой бирже 408,91 за метрическую тонну (мт) (цена на рис-сырец на зерновой бирже в мае 2016 года [онлайн], получено из Интернета 23 июня 2016 года. Взято из Интернета:and Grain Exchange Rice Price 408.91 per metric ton (mt) (Grain Exchange Paddy Rice Price May 2016 [Online], retrieved from the Internet on June 23, 2016. Retrieved from the Internet:
http://www.indexmundi.com/commodities/?commodity=rice&months=60) (Расчет: $408,91/мт×746 ммт×5%×10%).http://www.indexmundi.com/commodities/?commodity=rice&months=60) (Calculation: $408.91/mt×746 mmt×5%×10%).
Краткое описание прилагаемых графических материаловBrief description of the attached graphic materials
[0015] На фиг. 1 представлена фотография початка кукурузы, полученного от гибрида Н2 и опыленного пыльцой от донора пыльцы Р2, как описывается в Примере 2. Фотография является черно-белой. На цветной версии этой фотографии можно видеть, что более светлые зерна имеют желтую окраску, а более темные имеют пурпурный цвет. Этот початок демонстрирует успешное перекрестное опыление, имевшее место по всему початку. Самоопыление дало светлые зерна, а перекрестное опыление - темные. Этот початок позволяет определить разницу в урожайности для этих двух типов опыления.[0015] In FIG. 1 is a photograph of an ear of corn produced from hybrid H2 and pollinated with pollen from pollen donor P2, as described in Example 2. The photograph is in black and white. In the color version of this photo you can see that the lighter grains are yellow in color and the darker grains are purple in color. This ear demonstrates the successful cross-pollination that has occurred throughout the ear. Self-pollination produced light grains, while cross-pollination produced dark grains. This ear allows us to determine the difference in yield between these two types of pollination.
[0016] На фиг. 2 представлена фотография початка кукурузы, полученного от гибрида Н2 и опыленного пыльцой от донора пыльцы Р2, как описывается в Примере 2. Фотография является черно-белой. На цветной версии этой фотографии видно, что более светлые зерна имеют желтую окраску, а более темные имеют пурпурный цвет. Этот початок демонстрирует успешное перекрестное опыление, имевшее место по всему початку. Самоопыление дало светлые зерна, а перекрестное опыление - темные, при этом можно видеть, что доля зерен, полученных в результате перекрестного опыления выше, чем в початке, изображенном на фиг. 1. Этот початок позволяет определить разницу в урожайности для этих двух типов опыления.[0016] In FIG. 2 is a photograph of an ear of corn produced from hybrid H2 and pollinated with pollen from pollen donor P2, as described in Example 2. The photograph is in black and white. In the color version of this photo you can see that the lighter grains are yellow in color and the darker grains are purple in color. This ear demonstrates the successful cross-pollination that has occurred throughout the entire ear. Self-pollination produced light kernels and cross-pollination produced dark kernels, and it can be seen that the proportion of kernels resulting from cross-pollination is higher than in the ear shown in Fig. 1. This cob allows you to determine the difference in yield between these two types of pollination.
[0017] На фиг. 3 представлена фотография початка кукурузы, полученного от гибрида Н2 и опыленного пыльцой от донора пыльцы Р2, как описывается в Примере 2. Фотография является черно-белой. На цветной версии этой фотографии можно видеть, что более светлые зерна имеют желтую окраску, а более темные имеют пурпурный цвет. Самоопыление дало светлые зерна, а перекрестное опыление - темные. Этот початок демонстрирует очень высокую степень перекрестного опыления (более 85%).[0017] In FIG. 3 is a photograph of an ear of corn produced from hybrid H2 and pollinated with pollen from pollen donor P2, as described in Example 2. The photograph is in black and white. In the color version of this photo you can see that the lighter grains are yellow in color and the darker grains are purple in color. Self-pollination produced light grains, while cross-pollination produced dark grains. This ear shows a very high degree of cross-pollination (more than 85%).
Краткое описание предлагаемого изобретенияBrief description of the proposed invention
[0018] Предметом предлагаемого изобретения является способ производства коммерческой зерновой продукции любого растительного вида путем целенаправленного перекрестного опыления зернового растения пыльцой растения с отличающимся фоновым генотипом. Предлагаемый способ обеспечивает повышение урожайности за счет эффекта гетерозиса, иначе называемого ксения-эффектом. Этот способ имеет дополнительное преимущество, состоящее в возможности изменять характеристики зерна, в том числе его содержание и состав.[0018] The subject of the present invention is a method for producing commercial grain products of any plant species by targeted cross-pollination of a grain plant with pollen from a plant with a different background genotype. The proposed method ensures an increase in yield due to the heterosis effect, otherwise called the xenia effect. This method has the additional advantage of being able to change the characteristics of the grain, including its content and composition.
[0019] Предметом предлагаемого изобретения является также способ повышения уровней самоопыления и (или) сибс-опыления при коммерческом производстве зерновой продукции, содержащий операцию целенаправленного нанесения пыльцы назначенного мужского родительского растения (с тем же фоновым генотипом, что и фоновый генотип назначенного женского родительского растения) на назначенное женское родительское развитие один или более раз. Во время целенаправленного нанесения пыльцы назначенное женское родительское растение находится в таком состоянии, когда его женские репродуктивные компоненты готовы принять пыльцу. Что касается мужских репродуктивных компонентов этого назначенного женского родительского растения, то во время такого целенаправленного нанесения пыльцы они могут быть как способны, так и не способны к испусканию пыльцы. В случае, когда эти мужские репродуктивные компоненты испускают пыльцу, некоторые женские репродуктивные компоненты получат целенаправленно наносимую пыльцу назначенного мужского родительского растения, в то время как другие могут получить собственную пыльцу или пыльцу растущих по соседству растений - потомков тех же родителей, результатом чего станет общее увеличение успешных событий опыления с уменьшением, тем самым, генетического загрязнения по причине нежелательного перекрестного опыления из посторонних источников.[0019] The subject matter of the present invention is also a method of increasing self-pollination and/or sibling-pollination levels in commercial grain production, comprising the operation of targeted application of pollen from a designated male parent plant (with the same background genotype as the background genotype of the designated female parent plant) on assigned female parenting development one or more times. During targeted pollen application, the designated female parent plant is in a state where its female reproductive components are ready to accept pollen. As for the male reproductive components of this designated female parent plant, during such targeted pollen application they may or may not be capable of releasing pollen. In the event that these male reproductive components emit pollen, some female reproductive components will receive targeted pollen from the designated male parent plant, while others may receive their own pollen or pollen from nearby offspring of the same parents, resulting in an overall increase successful pollination events, thereby reducing genetic contamination due to unwanted cross-pollination from extraneous sources.
[0020] Одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения является способ увеличения размера зерна и изменения характеристик зерна, в том числе его содержания и состава путем специального перекрестного опыления. Может быть изменено, например, содержание в зерне масла, белка или крахмала, а также могут быть изменены конкретные составляющие содержащихся в зерне масла, белка или крахмала. Этот способ обеспечивает возможность принимать в реальном времени производственные решения, связанные с решением конкретных проблем во время опыления, и обеспечивают для сельхозпроизводителя возможность решать производственные проблемы в поле. Во время целенаправленного нанесения пыльцы назначенное женское родительское растение находится в состоянии, когда его женские репродуктивные компоненты готовы принять пыльцу. Что касается мужских репродуктивных компонентов этого назначенного женского родительского растения, то во время такого целенаправленного нанесения пыльцы они могут быть как способны к испусканию собственной пыльцы, так и не способны к этому. В случае, когда эти мужские репродуктивные компоненты испускают пыльцу, некоторые женские репродуктивные компоненты получат целенаправленно наносимую пыльцу назначенного мужского родительского растения, в то время как другие могут получить собственную пыльцу или пыльцу растущих по соседству растений - потомков тех же родителей. В случае, когда мужские репродуктивные компоненты назначенного женского родительского растения не испускают пыльцу, большинство его женских репродуктивных компонентов получат целенаправленно нанесенную пыльцу назначенного мужского родительского растения с отличающимся фоновым генотипом, результатом чего станет эффект гетерозиса, или ксения-эффект, сопровождающийся увеличением размеров зерна (семени), а также целенаправленным изменением содержания или состава зерна.[0020] One embodiment of the present invention is a method of increasing grain size and changing grain characteristics, including its content and composition, through special cross-pollination. For example, the oil, protein, or starch content of the grain may be changed, and the specific components of the oil, protein, or starch contained in the grain may also be changed. This method provides the ability to make real-time production decisions related to solving specific problems during pollination and provides the farmer with the ability to solve production problems in the field. During targeted pollen application, the designated female parent plant is in a state where its female reproductive components are ready to accept pollen. As for the male reproductive components of this designated female parent plant, during such targeted pollen application they may or may not be capable of releasing their own pollen. In the event that these male reproductive components emit pollen, some female reproductive components will receive targeted pollen from the designated male parent plant, while others may receive their own pollen or pollen from nearby offspring plants of the same parents. In the event that the male reproductive components of a designated female parent plant do not emit pollen, the majority of its female reproductive components will receive targeted pollen from a designated male parent plant with a different background genotype, resulting in a heterosis effect, or xenia effect, accompanied by an increase in grain size (seed). ), as well as targeted changes in grain content or composition.
[0021] Оба эти способа могут быть полезны также для уменьшения генетического загрязнения зерна, обусловленного перекрестным опылением из нежелательного источника пыльцы. Кроме того, чтобы обеспечить как повышение урожайности зерновой культуры и размер зерна, так и изменение характеристик зерна, эти способы могут быть скомбинированы.[0021] Both of these methods may also be useful in reducing genetic contamination of grain due to cross-pollination from an undesirable pollen source. In addition, these methods can be combined to provide both an increase in grain yield and grain size and a change in grain characteristics.
[0022] Эти способы применимы к широкому диапазону растений, в том числе (но не только) к кукурузе, сое, рису, подсолнечнику, каноле, сорго, хлопчатнику, ячменю и просу американскому. Нанесение пыльцы назначенного мужского родительского растения может быть выполнено с помощью автоматических средств, механических средств, средств создания повышенного давления, средств создания пониженного давления, ручных средств, полуавтоматических средств или комбинаций вышеперечисленных средств. Кроме того, для опыления может быть взята предварительно консервированная либо свежая пыльца мужского родительского растения, назначенного в качестве источника пыльцы. Эта пыльца может быть взята из одного или более следующих источников: на поле, в ростовой камере, в вегетационном домике, в теплице, в теневом домике, в арочной теплице, в установке для вертикального выращивания культур или в гидропонной установке. Консервированная пыльца может быть получена с помощью любых средств, позволяющих пыльце сохранить жизнеспособность, такое консервирование может быть обеспечено с помощью различных форм охлаждения или замораживания, включая заморозку, криоконсервирование, сушку вымораживанием, хранение в жидком азоте и т.д. Кроме того, пыльца, как свежая, так и консервированная, может быть собрана с источника с измененным циркадным ритмом, с источника с нормальным циркадным цветением, но у которого при этом испускание пыльцы упомянутыми мужскими репродуктивными компонентами упомянутого назначенного женского родительского растения задержано, или же с такого источника, у которого упомянутым мужским репродуктивным компонентам назначенного женского родительского растения позволено испускать пыльцу без задержки. Пыльца, свежая или консервированная, может быть взята из одного или большего количества источников и перед нанесением может быть скомбинирована с пыльцой из других источников.[0022] These methods are applicable to a wide range of plants, including, but not limited to, corn, soybeans, rice, sunflowers, canola, sorghum, cotton, barley, and switchgrass. Application of the pollen of the designated male parent plant may be accomplished by automatic means, mechanical means, pressurized means, reduced pressure means, manual means, semi-automatic means, or combinations of the above. In addition, pre-canned or fresh pollen from the male parent plant designated as a source of pollen can be taken for pollination. This pollen may be taken from one or more of the following sources: in the field, in a growth chamber, in a grow house, in a greenhouse, in a shade house, in an arched greenhouse, in a vertical cropping setup, or in a hydroponic setup. Preserved pollen can be obtained by any means that allows the pollen to remain viable, such preservation can be achieved through various forms of refrigeration or freezing, including freezing, cryopreservation, freeze-drying, storage in liquid nitrogen, etc. In addition, pollen, either fresh or preserved, may be collected from a source with an altered circadian rhythm, from a source with normal circadian flowering but in which the emission of pollen by said male reproductive components of said designated female parent plant is delayed, or from such a source from which said male reproductive components of the designated female parent plant are allowed to emit pollen without delay. Pollen, fresh or preserved, may be taken from one or more sources and may be combined with pollen from other sources before application.
[0023] Кроме того, предлагаемым изобретением предусмотрено также создание способа увеличения производства зерновой продукции. Этот способ предусматривает операцию целенаправленного нанесения специально отобранной пыльцы из генетически неродственного источника и обеспечивает возможность принимать в реальном времени конкретные агрономические решения при выборе генетически неродственных источников. Данный способ обеспечивает возможность максимизации характеристик семян в любых конкретных условиях окружающей среды или в зависимости от потребностей рынка для любой культуры, представляющей интерес. Например, в одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения специально выбранную пыльцу получают из источников, обеспечивающих нанесение пыльцы, оптимальное с точки зрения условий окружающей среды, включая как абиотические, так и биотические факторы среды. В другом варианте осуществления предлагаемого изобретения специально выбранную пыльцу получают из источника, обеспечивающего нанесение пыльцы, оптимальное с точки зрения показателей продуктивности растения (например, показателей, полученных при испытаниях на урожайность), или же с точки зрения цен на бирже и на рынке. Еще в одном варианте осуществления предлагаемого изобретения специально выбранная пыльца воздействует на такие характеристики зерновой продукции, собранной с женского растения, как содержание и состав зерна, в том числе (но не только) содержание и состав масла в зерне, содержание и состав крахмала в зерне и содержание и состав белка в зерне.[0023] In addition, the proposed invention also provides for the creation of a method for increasing the production of grain products. This method involves the targeted application of specially selected pollen from a genetically unrelated source and provides the ability to make specific agronomic decisions in real time when selecting genetically unrelated sources. This method provides the ability to maximize seed performance under any specific environmental conditions or market needs for any crop of interest. For example, in one embodiment of the present invention, specifically selected pollen is obtained from sources that provide pollen application that is optimal in terms of environmental conditions, including both abiotic and biotic environmental factors. In another embodiment of the present invention, specifically selected pollen is obtained from a source that provides pollen application that is optimal for plant performance (eg, yield testing) or for exchange and market prices. In yet another embodiment of the present invention, specially selected pollen affects such characteristics of grain products collected from the female plant as the content and composition of the grain, including (but not limited to) the oil content and composition of the grain, the starch content and composition of the grain and content and composition of protein in grain.
[0024] Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, назначенные женские родительские растения могут быть либо с мужской стерильностью, либо с мужской фертильностью, и нанесение пыльцы может осуществляться до того, как начнет испускаться собственная пыльца назначенного женского родительского растения, или же в то же время, когда это растение восприимчиво к собственной пыльце или пыльце соседних растений с тем же генотипом. Кроме того, предлагаемый способ может предусматривать использование мужских растений - источников специфической пыльцы, оптимальных с точки зрения условий окружающей среды или рыночных тенденций и обеспечивающих получение семян с более ценными конкретным составом (то есть, крахмалистостью, маслянистостью), а также такими качествами, как засухоустойчивость, переносимость затопления и т.д. Кроме того, пыльца может быть взята как из одного источника, так и из совокупности источников, чтобы гарантировать разные комбинации признаков у семян.[0024] According to one embodiment of the present invention, the designated female parent plants may be either male sterile or male fertile, and pollen application may occur before or at the same time as the designated female parent plant's own pollen emission. the time when a plant is receptive to its own pollen or the pollen of neighboring plants with the same genotype. In addition, the proposed method may involve the use of male plants - sources of specific pollen that are optimal in terms of environmental conditions or market trends and provide seeds with more valuable specific composition (i.e., starchiness, oiliness), as well as qualities such as drought resistance , tolerance to flooding, etc. In addition, pollen can be taken from a single source or from a combination of sources to ensure different combinations of traits in the seeds.
Подробное описание предлагаемого изобретенияDetailed description of the proposed invention
[0025] Далее следует подробное описание варианта осуществления предлагаемых технологии и способов, обеспечивающих повышение урожайности зерновых культур и изменения размеров, содержания и состава зерна (семени). Такие технология и способы могут быть использованы в отношении любых растений, от которых желательно получить зерновую продукцию. Для облегчения обсуждения и понимания в дальнейшем подробном описании предлагаемого изобретения оно будет часто иллюстрироваться на примере его применения к кукурузе. Должно быть понятно, что предлагаемые технология и способы могут быть применены к любым растениям, и кукуруза или другие конкретно называемые растения привлекаются только для иллюстрации, и ими объем предлагаемого изобретения не ограничен. Предлагаемая технология может быть использована в отношении любого растения - источника зерновой продукции, включая гибриды, не гибриды, растения с мужской стерильностью и растения с мужской фертильностью.[0025] The following is a detailed description of an embodiment of the proposed technology and methods for increasing the yield of grain crops and changing the size, content and composition of the grain (seed). Such technologies and methods can be used in relation to any plants from which it is desirable to obtain grain products. To facilitate discussion and understanding in the following detailed description of the present invention, it will be frequently illustrated by its application to corn. It should be understood that the proposed technology and methods can be applied to any plants, and corn or other specifically named plants are used for illustration purposes only and are not limited to the scope of the present invention. The proposed technology can be used in relation to any plant - a source of grain products, including hybrids, non-hybrids, plants with male sterility and plants with male fertility.
[0026] Зерновую продукцию производят с разными целями, в том числе для употребления ее в пищу людьми, для скармливания животным, для промышленного использования, для нового сева и с исследовательскими целями. При производстве зерновой продукции стремятся в первую очередь обеспечить высокую урожайность и высокое качество зерновой продукции. Компании по производству семян вкладывают миллиарды долларов в исследования в стремлении разработать растения с набором генов, лучшим с точки зрения повышения урожайности. Независимо от конечного использования зерновой продукции, ее производство зависит от надлежащего опыления назначенного женского родительского растения пыльцой назначенного мужского родительского растения в надлежащее время.[0026] Cereal products are produced for a variety of purposes, including for human consumption, animal feeding, industrial use, new planting, and research purposes. When producing grain products, they strive, first of all, to ensure high yields and high quality grain products. Seed companies are pouring billions of dollars into research in an effort to develop plants with the best set of genes for increasing crop yields. Regardless of the end use of the grain product, its production is dependent on proper pollination of the designated female parent plant with pollen from the designated male parent plant at the appropriate time.
[0027] Синхронность готовности пыльцы назначенного мужского родительского растения и восприимчивости к ней назначенного женского родительского растения названа здесь репродуктивной синхронностью. Репродуктивная синхронность легко достигается при самоопылении или при опылении соседними растениями того же вида. Однако гораздо труднее добиться репродуктивной синхронности между разными вариететами, которые могут созревать в разное время или в зависимости от разных значений температуры, а также других факторов окружающей среды. Производитель зерновой продукции может быть заинтересован в опылении сельскохозяйственной культуры пыльцой от вариетета, который мог бы придать конечной продукции конкретные характеристики. Обычно этого невозможно достичь, если не соблюдены следующие условия: (1) производитель в начале вегетационного периода знает, пыльцой какого именно вариетета он желает воспользоваться для опыления, (2) вариететы испускают пыльцу и восприимчивы к пыльце в одно и то же время, и (3) вариететы высажены в тесной физической близости друг к другу. Таким образом, если производитель, например, имеет опыт засухи и хотел бы провести опыление пыльцой вариетета, который демонстрирует хорошую урожайность даже в засушливые периоды, то он не сможет этого сделать, если только это не такой вариетет, который уже выбран для высадки и выращивания и уже находится у него на поле, а также испускает пыльцу в подходящее время. Обычно этот производитель не проводит опыления сельскохозяйственной культуры пыльцой от вариетета, который мог бы помочь в преодолении проблем с низкой урожайностью из-за засухи и имеет отличающийся от уже выращиваемого вариетета период созревания. Предлагаемое изобретение может преодолеть все три этих потенциальных барьера для репродуктивной синхронности, обеспечивая, тем самым, для производителя более широкий выбор пыльцы, а также возможность принятия производственных решений в реальном времени.[0027] The synchronicity of the pollen availability of the designated male parent and the receptivity of the designated female parent is herein referred to as reproductive synchrony. Reproductive synchrony is easily achieved by self-pollination or by pollination by neighboring plants of the same species. However, it is much more difficult to achieve reproductive synchrony between different varieties, which may mature at different times or depending on different temperatures, as well as other environmental factors. A grain producer may be interested in pollinating a crop with pollen from a variety that could impart specific characteristics to the final product. This usually cannot be achieved unless the following conditions are met: (1) the grower knows at the beginning of the growing season which variety of pollen he wants to use for pollination, (2) the varieties emit pollen and are susceptible to pollen at the same time, and ( 3) varieties are planted in close physical proximity to each other. Thus, if a grower, for example, has experience of drought and would like to pollinate with pollen a variety that shows good yield even in dry periods, then he will not be able to do this, unless it is a variety that has already been selected for planting and growing and is already in his field and also releases pollen at the appropriate time. Typically, this grower does not pollinate the crop with pollen from a variety that could help overcome problems with low yields due to drought and has a different ripening period from the variety already grown. The present invention can overcome all three of these potential barriers to reproductive synchrony, thereby providing the grower with a wider choice of pollen, as well as the ability to make production decisions in real time.
[0028] Синхронное опыление в пределах початка и между початками особо важно для кукурузы, потому что это, как было установлено, способствует улучшению завязывания зерен, что является решающим фактором повышения урожайности. Каркова (Carcova et al. (2000) Crop Sci. 40: 1056-1061) показал, что синхронное опыление открывшихся пестиков на верхушечных и предверхушечных початках через пять дней после выметывания пестичных столбиков дает увеличение количества зерен на растение.[0028] Synchronous pollination within and between ears is particularly important in corn because it has been found to improve kernel set, which is a critical factor in increasing yield. Carcova et al. (2000) Crop Sci. 40: 1056-1061) showed that synchronous pollination of the opened pistils on the apical and pre-apical ears five days after the emergence of the pistillate styles results in an increase in the number of grains per plant.
[0029] Тесная синхронность цветения мужских и женских цветков и минимальная плотность пыльцы на открывшийся пестик - вот фундаментальные требования для достижения высоких урожаев семенной продукции и генетической чистоты. В условиях сниженной жизнеспособности пыльцы, в случаях запаздывания фазы выметывания пестичных столбиков относительно испускания пыльцы или высокого риска близкородственного скрещивания мужских и женских растений на восприимчивые пестики может наноситься ранее собранная и консервированная пыльца или свежая пыльца в течение периода от семи до десяти дней, благодаря чему гарантировано завязывание семян. Высокий риск близкородственного скрещивания имеет место при идеально синхронном развитии мужских и женских цветков (то есть, когда пик испускания пыльцы мужскими цветками совпадает с пиком выметывания пестичных столбиков у женских цветков), так что пыльцевые зерна произведут успешное опыление, результатом которого станет оплодотворение. Для производителей семян такое совпадение пиков имеет место, когда 50% мужской популяции начинают испускать пыльцу в тот же день, когда у 50% женской популяции начинается выметывание пестичных столбиков.[0029] Close synchrony in the flowering of male and female flowers and a minimum density of pollen per opened pistil are fundamental requirements for achieving high seed yields and genetic purity. In conditions of reduced pollen viability, in cases where the pistillate phase is delayed relative to pollen emission, or where there is a high risk of inbreeding of male and female plants, previously collected and preserved pollen or fresh pollen can be applied to susceptible pistils for a period of seven to ten days, thereby guaranteeing setting seeds. A high risk of inbreeding occurs when the development of male and female flowers is perfectly synchronous (that is, when the peak of pollen emission from male flowers coincides with the peak of pistillate emergence from female flowers), so that pollen grains will produce successful pollination, resulting in fertilization. For seed producers, this peak coincidence occurs when 50% of the male population begins to emit pollen on the same day that 50% of the female population begins to produce pistillate styles.
[0030] Под производственным решением, принимаемым в реальном времени, следует понимать решение, которое принято в период вегетации и созревания сельскохозяйственной культуры, а не решение, принятое на стадии планирования до высадки этой сельскохозяйственной культуры. Производители зерновой продукции выбирают, какой вариетет зерновой культуры выращивать в каждый производственный сезон, на основе характеристик, являющихся оптимальными для местного климата, почвы, условий вегетации и других факторов. После того как решение принято и сельскохозяйственная культура высажена, сельхозпроизводители в течение периода вегетации культуры принимают решения в реальном времени, такие как, например, когда проводить опрыскивание для подавления сорняков, лечения болезней или борьбы с насекомыми-вредителями. Такие решения приходится принимать по мере вегетации культуры в качестве реакции на конкретные условия и проблемы, возникающие в процессе вегетации выращиваемой сельскохозяйственной культуры. Однако до создания предлагаемого изобретения производители зерновой продукции не могли принимать в реальном времени такое решение, как выбор пыльцы, потому что пыльца, участвующая в производстве зерновой продукции, поступает от растений, которые уже находятся на поле. Таким образом, выбор пыльцы обычно уже сделан во время выбора вариетета для выращивания, еще до высадки растений, без какой-либо информации о конкретных условиях, которые могут возникнуть позже, в течение сезона вегетации, и повлиять на урожай и сохранность зерновой продукции.[0030] A real-time production decision refers to a decision that is made during the growing season and maturation of a crop, and not a decision made at the planning stage before the crop is planted. Grain producers choose which variety of grain crop to grow each production season based on characteristics that are optimal for the local climate, soil, growing season conditions and other factors. Once the decision is made and the crop is planted, growers make real-time decisions during the crop's growing season, such as when to spray to suppress weeds, treat diseases, or control insect pests. Such decisions have to be made as the crop grows in response to specific conditions and problems that arise during the growing season of the crop being grown. However, prior to the creation of the present invention, grain producers could not make real-time decisions such as pollen selection, because the pollen involved in the production of grain products comes from plants that are already in the field. Thus, the choice of pollen is usually already made at the time of choosing a variety for cultivation, even before planting, without any information about the specific conditions that may arise later during the growing season and affect the yield and safety of grain products.
[0031] Предметом предлагаемого изобретения является способ производства зерновой продукции, содержащий операции сбора, хранения и доставки пыльцы мужских растений к женским растениям (здесь и далее под доставкой пыльцы следует понимать ее доставку к репродуктивным компонентам назначенного женского растения и нанесение на них этой пыльцы). В отрасли известны некоторые способы сбора пыльцы. Например, в патенте США №4922651 раскрыто устройство для осуществления или повышения эффективности опыления растений.[0031] The subject of the present invention is a method for the production of grain products, containing the operations of collecting, storing and delivering pollen from male plants to female plants (hereinafter, the delivery of pollen should be understood as its delivery to the reproductive components of the designated female plant and applying this pollen to them). The industry knows several methods for collecting pollen. For example, US Pat. No. 4,922,651 discloses a device for performing or increasing the efficiency of plant pollination.
[0032] Кроме того, в отрасли известны некоторые способы доставки пыльцы, в частности, из патента США №4922651. Кроме того, в отрасли известны различные способы хранения пыльцы. Например, в патенте США №5596838, в котором описаны способ и устройство для подготовки пыльцы к криохранению, говорится, что пыльца может храниться в течение месяцев, оставаясь жизнеспособной. Хотя в отрасли известны способы доставки пыльцы, эти способы ни прямо, ни косвенно не указывают и не мотивируют пользователя на целенаправленную доставку пыльцы таким образом, чтобы сельхозпроизводитель получил преимущество от эффекта гетерозиса с обеспечением также возможности для повышения урожайности принимать решения в реальном времени с учетом текущих условий. Результатом предлагаемого изобретения является опыление, осуществляемое до активного периода, когда растение могло бы подвергнуться самоопылению и (или) риску опыления из нежелательного источника пыльцы, или же в течение активного периода, когда растение подвергается самоопылению и (или) опылению из другого источника пыльцы, с повышением, тем самым, эффективности опыления. Предлагаемое изобретение повышает эффект гетерозиса и возможность принятия решений в реальном времени. Предлагаемое изобретение не требует использования мужской стерильности или изоляции, хотя и то и другое может быть использовано без выхода за пределы объема предлагаемого изобретения.[0032] In addition, several methods for delivering pollen are known in the industry, particularly from US Pat. No. 4,922,651. In addition, the industry knows various methods for storing pollen. For example, US Pat. No. 5,596,838, which describes a method and apparatus for preparing pollen for cryopreservation, states that pollen can be stored for months while remaining viable. Although pollen delivery methods are known in the industry, these methods do not directly or indirectly direct or incentivize the user to target pollen delivery in such a way that the grower benefits from the effect of heterosis while also providing the ability to make real-time decisions based on current crop yields. conditions. The result of the present invention is pollination carried out before the active period when the plant would be exposed to self-pollination and/or the risk of pollination from an undesirable pollen source, or during the active period when the plant is exposed to self-pollination and/or pollination from another pollen source, with thereby increasing the efficiency of pollination. The proposed invention increases the effect of heterosis and the ability to make decisions in real time. The present invention does not require the use of male sterility or isolation, although both may be used without departing from the scope of the present invention.
[0033] Как говорилось выше, предлагаемое изобретение применимо к общей практике выращивания растений для производства семян, которые будут всходить и становиться семенными растениями, производящими зерновую продукцию, которая может быть продана на зерновой элеватор или другим покупателям, использована для выкармливания животных или в исследовательских программах. Однако вместо того, чтобы полагаться на самоопыление или опыление соседними растениями, как это имеет место в настоящее время, предлагаемое изобретение обеспечивает лучшую альтернативу путем повышения степени успешного самоопыления и (или) сибс-опыления и (или) путем изменения уровня перекрестного опыления целенаправленным нанесением пыльцы мужских растений на женские растения в конкретное время. В контексте настоящей заявки признаки «целенаправленное», «целенаправленно» в отношении опыления означает специальное нанесение пыльцы (на женские репродуктивные компоненты растения) способом, не включающим естественное опыление ветром, насекомыми или под действием других природных факторов. Целенаправленно нанесенная пыльца - это пыльца, нанесенная на растение в результате преднамеренной человеческой деятельности, человеческого решения или человеческого вмешательства, и может быть нанесена вручную или другими средствами. Одним из примеров целенаправленного опыления является «предписывающее» опыление, которое состоит в использовании пыльцы для реагирования на конкретные потребности или условия в отрасли. Какая конкретная пыльца должна быть использована, и когда должно осуществляться ее целенаправленное нанесение, зависит от потребности или от условий, которые должны быть учтены.[0033] As discussed above, the present invention is applicable to the general practice of growing plants to produce seeds that will germinate and become seed plants producing grain products that can be sold to a grain elevator or other buyers, used for animal feeding, or in research programs . However, rather than relying on self-pollination or pollination by neighboring plants, as is currently the case, the present invention provides a better alternative by increasing the rate of successful self-pollination and/or sibling pollination and/or by changing the level of cross-pollination by targeted application of pollen male plants to female plants at a specific time. In the context of this application, the characteristics “targeted”, “targeted” in relation to pollination means the special application of pollen (to the female reproductive components of the plant) in a manner that does not involve natural pollination by wind, insects or other natural factors. Purposefully applied pollen is pollen applied to a plant as a result of intentional human activity, human decision, or human intervention, and may be applied by hand or other means. One example of targeted pollination is "prescriptive" pollination, which consists of using pollen to respond to specific needs or conditions in an industry. Which specific pollen should be used and when its targeted application should be carried out depends on the need or on the conditions that must be taken into account.
[0034] Приобретение пыльцы назначенного мужского родительского растения (далее для краткости может иногда называться просто «мужская пыльца»), требуемой для получения семян, которые будут использованы для производства зерновой продукции, может быть осуществлено через банк пыльцы. Банк пыльцы - это источник хранимой пыльцы, ранее собранной из одного или большего числа источников пыльцы и хранимой в таких условиях, что обеспечена ее жизнеспособность. Растения, которые были использованы в качестве источника пыльцы для такого банка пыльцы, могли быть выращены и доведены до созревания для сбора пыльцы в любых условиях, в частности (но не только), в поле, в ростовой камере, в вегетационном домике, в теплице, в теневом домике, в арочной теплице, в установке для вертикального выращивания культур, в гидропонной установке и т.д. Пыльца из банка пыльцы может иметь разное происхождение. Например, согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, свежая пыльца может быть взята у мужских растений, выращенных в контролируемой среде, у которых циркадный ритм опережает женские растения, выращиваемые в естественных условиях в поле, на временной интервал от двух до восьми часов. Этот способ далее будет описан более подробно. Согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения, пыльца, которая хранится в банке пыльцы, может быть консервированной пыльцой, собранной за дни, недели, месяцы или годы до ее выдачи из банка для целей опыления. Консервированная пыльца может быть получена любыми способами консервирования, обеспечивающими сохранение ее жизнеспособности, например (но не только), с помощью охлаждения или замораживания, в том числе (но не только) путем заморозки, криоконсервации, сушки вымораживанием, выдерживания в жидком азоте.[0034] The acquisition of pollen from a designated male parent plant (hereinafter may sometimes be referred to simply as "male pollen" for short) required to produce seeds to be used for grain production may be accomplished through a pollen bank. A pollen bank is a source of stored pollen, previously collected from one or more pollen sources and stored under conditions such that its viability is ensured. The plants that were used as a source of pollen for such a pollen bank could be grown and brought to maturity for pollen collection in any environment, including, but not limited to, in the field, in a growth chamber, in a grow house, in a greenhouse, in a shade house, in an arched greenhouse, in a vertical crop growing installation, in a hydroponic installation, etc. Pollen from a pollen bank can have different origins. For example, in one embodiment of the invention, fresh pollen can be collected from male plants grown in a controlled environment whose circadian rhythm is ahead of female plants grown naturally in the field by a time interval of two to eight hours. This method will be described in more detail below. According to another embodiment of the present invention, the pollen that is stored in the pollen bank may be canned pollen collected days, weeks, months or years before it is released from the bank for pollination purposes. Preserved pollen can be obtained by any preservation methods that ensure the preservation of its viability, for example (but not limited to) by refrigeration or freezing, including (but not limited to) freezing, cryopreservation, freeze-drying, aging in liquid nitrogen.
[0035] Согласно одному или большему числу вариантов осуществления предлагаемого изобретения, пыльца может быть получена из пыльниковой студии. Пыльниковая студия обеспечивает оптимальные условия произрастания для репродуктивных тканей мужских растений любых видов или вариететов. Эти ткани (например, метелки кукурузы) срезают с растений, выращиваемых в стандартных условиях на открытом воздухе, например, в поле, или же в контролируемых условиях, например, в теплице или в ростовой камере. Представляется предпочтительным такое решение, при котором эти ткани срезают с растения, когда оно начинает испускать пыльцу, и помещают в пыльниковую студию. Затем эта ткань может культивироваться в питательной среде, обеспечивающей дальнейший рост. В этой пыльниковой студии может циклически повторяться по меньшей мере одно из следующего: специальное освещение, температура и (или) влажность, обеспечивая возможность дальнейшего роста ткани. Этот рост может регулироваться, то есть, его можно ускорять или замедлять, регулируя тем самым продолжительность состояния наличия пыльцы. При таком решении обеспечена возможность по запросу иметь пыльцу для опыления, которое может быть осуществлено в любое время дня или ночи. Это имеет практическую ценность для внедрения в части опыления нескольких выгодных и ценных технологий, относящихся к производству семян и зерновой продукции. Это решение обеспечивает также концентрированные источники пыльцы для консервирования. Любая пыльца, собранная в пыльниковой студии и консервированная, могла бы быть использована таким же образом, как и свежесобранная пыльца, но в течение долгого времени после того, как свежая пыльца, которая не была консервирована, погибла (R.I. Greyson (1994) Maize inflorescence culture, p. 712-714. In: M. Freeling, V. Walbot (eds), The Maize Handbook; Springer-Verlag, New York; J.B. Schoper, R.J. Lamber, B.L. Vasilas, and M.E. Westgate (1987) Plant factors controlling seed set in maize. The influence of silk, pollen, and ear-learf water status and tassel heat treatment at pollination, Plant Phyiol. 83: 121-125).[0035] According to one or more embodiments of the present invention, pollen can be obtained from an anther studio. The anther studio provides optimal growing conditions for the reproductive tissues of male plants of any species or variety. These tissues (eg corn panicles) are cut from plants grown under standard outdoor conditions, such as a field, or under controlled conditions, such as a greenhouse or growth chamber. The preferred solution seems to be to cut these tissues from the plant when it begins to emit pollen and place it in a pollen studio. This tissue can then be cultured in a nutrient medium that allows for further growth. This anther studio may cycle through at least one of the following: special lighting, temperature, and/or humidity, allowing the tissue to continue to grow. This growth can be regulated, that is, it can be accelerated or retarded, thereby regulating the duration of the pollen state. With this solution, it is possible to have pollen available on request for pollination, which can be carried out at any time of the day or night. This has practical value for the introduction of several beneficial and valuable technologies related to the production of seeds and grain products in terms of pollination. This solution also provides concentrated sources of pollen for canning. Any pollen collected in a pollen studio and preserved could be used in the same way as freshly collected pollen, but long after the fresh pollen that was not preserved has died (R.I. Grayson (1994) Maize inflorescence culture , p. set in maize. The influence of silk, pollen, and ear-learf water status and tassel heat treatment at pollination, Plant Phyiol. 83: 121-125).
[0036] Механическая доставка пыльцы назначенного мужского родительского растения может быть осуществлена, как только назначенные женские родительские растения станут восприимчивы к пыльце, что всегда имеет место до того, как в любой день собственная пыльца этих назначенных женских родительских растений станет жизнеспособной, благодаря чему обеспечено успешное перекрестное опыление всех восприимчивых к пыльце женских растений. Иначе говоря, женские репродуктивные компоненты назначенного женского растения стали открыты для принятия пыльцы от назначенного мужского растения до того, как мужские репродуктивные компоненты того же женского растения стали готовы к производству пыльцы. У кукурузы женские растения восприимчивы к пыльце, когда пестики открыты для приема пыльцы. Пестики восприимчивы к пыльце до выхода початка из листовой обвертки и остаются восприимчивыми в течение многих дней после выхода из листовой обвертки. Кроме того, у кукурузы существует две возможности: пыльца может испускаться до выхода пестиков (протандрия), или же пыльца может испускаться после выхода пестиков (протогиния). И в том и в другом случае пестики будут восприимчивы к пыльце до испускания пыльцы в данный день. Предлагаемое изобретение применимо в обоих этих случаях. Кроме того, бывают ситуации, когда пестики восприимчивы к пыльце на протяжении всего дня в течение приблизительно семи дней. Соответственно, пыльцу можно целенаправленно наносить любое количество раз, например (но не только), раз в день, два раза в день, или же в непрерывном режиме. В альтернативном варианте механическая доставка пыльцы назначенного мужского родительского растения может осуществляться, пока назначенные женские родительские растения к ней восприимчивы, а также в период, когда собственная пыльца назначенного женского родительского растения становится жизнеспособной в какой-либо день, в результате чего обеспечена возможность как самоопыления, так и опыления пыльцой назначенного мужского родительского растения. Если не прибегать к мужской стерилизации, например, у кукурузы, то собственная пыльца женского родительского растения обычно начинает испускаться в середине утренних часов и продолжается до последних утренних часов или до ранних полуденных часов, после чего вся собственная пыльца женского родительского растения находит восприимчивые женские репродуктивные компоненты и прорастает, обеспечивая успешное самоопыление, или же умирает в течение четырех часов или меньше, если это не удается (Luna V. et al. (2001) Crop Sci. 41 (5): 1551-1557). Таким образом, у женского растения кукурузы каждый день есть окно, в течение которого к нему может доставляться пыльца назначенного мужского родительского растения и в течение которого собственная пыльца женского растения не испускается или не является жизнеспособной, или же имеет место комбинация самоопыления и перекрестного опыления. Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность осуществить перекрестное опыление почти всех жизнеспособных женских репродуктивных компонентов до того или после того, как появится жизнеспособная собственная пыльца назначенного женского родительского растения, в зависимости от предпочтений производителя зерновой продукции и ситуации на поле.[0036] Mechanical delivery of pollen from the designated male parent can be accomplished as soon as the designated female parent becomes receptive to pollen, which is always before the designated female parent's own pollen becomes viable on any given day, thereby ensuring successful cross-pollination of all female plants susceptible to pollen. In other words, the female reproductive components of the designated female plant became open to receiving pollen from the designated male plant before the male reproductive components of the same female plant became ready to produce pollen. In corn, female plants are receptive to pollen when the pistils are open to receive pollen. Pistils are receptive to pollen before the cob emerges from the leaf sheath and remains susceptible for many days after emerging from the leaf sheath. Additionally, in corn there are two possibilities: pollen can be emitted before the pistils emerge (protandry), or pollen can be emitted after the pistils emerge (protogyny). In both cases, the pistils will be receptive to pollen before releasing pollen on a given day. The present invention is applicable in both of these cases. Additionally, there are situations where pistils are receptive to pollen all day long for about seven days. Accordingly, the pollen can be purposefully applied any number of times, for example (but not limited to) once a day, twice a day, or continuously. Alternatively, mechanical delivery of the designated male parent's pollen may occur while the designated female parent plants are receptive to it, and while the designated female parent plant's own pollen becomes viable on any given day, thereby allowing both self-pollination and self-pollination. and pollination by pollen from the designated male parent plant. Unless male sterilization is resorted to, such as in corn, the female parent's own pollen usually begins to be emitted in the mid-morning hours and continues until the late morning hours or early afternoon hours, after which all of the female parent's own pollen finds receptive female reproductive components and germinates to ensure successful self-pollination, or dies within four hours or less if this fails (Luna V. et al. (2001) Crop Sci. 41 (5): 1551-1557). Thus, the female corn plant has a window during which pollen from the designated male parent plant can be delivered to it and during which the female plant's own pollen is not emitted or is not viable, or a combination of self-pollination and cross-pollination occurs. The present invention provides the ability to cross-pollinate nearly all viable female reproductive components before or after the designated female parent plant's own viable pollen has emerged, depending on the grain grower's preference and field situation.
[0037] Соответственно, один из аспектов предлагаемого изобретения - это график доставки пыльцы к женским репродуктивным компонентам назначенных женских родительских растений. У всех сельскохозяйственных культур есть ежедневный цикл в течение окна опыления (период времени, в течение которого женские репродуктивные компоненты опыляемого растения восприимчивы к пыльце и в течение которого опыление может быть успешным), в котором женские растения созревают и растут относительно непрерывно, в то время как у мужских растений цикл другой, в котором пыльца становится жизнеспособной и испускается, или же раскрываются пыльники, что начинается в середине утра и заканчивается в конце утреннего времени или в раннее полуденное время. В некоторых случаях собственная пыльца назначенных женских родительских растений может стать жизнеспособной до того, как женские репродуктивные компоненты этих растений станут фертильными (готовыми к оплодотворению), но всегда наступит первое утро, в которое эти женские репродуктивные компоненты станут фертильными до того, как собственная пыльца этих растений начнет испускаться в этот день. Поэтому собственная пыльца женских растений, которая могла быть испущена днем раньше, давно уже не жива и стала нежизнеспособной до того, как женские репродуктивные компоненты стали фертильными на следующее утро. Поэтому период от ранних утренних часов до середины утра является идеальным для нанесения пыльцы назначенных мужских родительских растений с целью перекрестного опыления всех женских растений до того, как начнет испускаться их собственная пыльца, хотя возможен и такой вариант, когда пыльцу для перекрестного опыления перед испусканием женскими растениями собственной пыльцы наносят в течение нескольких дней, или же несколько раз в день, или же в непрерывном режиме и даже в условиях испускания собственной пыльцы, чтобы обеспечить вероятность повышения процента случаев гетерозиса и максимизировать урожайность зерновой культуры. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, доставка пыльцы может осуществляться в шесть часов утра (6.00). Но и при доставке пыльцы в любое время суток предлагаемое изобретение обеспечивает большое преимущество по сравнению с традиционными технологиями.[0037] Accordingly, one aspect of the present invention is schedule of pollen delivery to the female reproductive components of the designated female parent plants. All crops have a daily cycle of pollination window (a period of time during which the female reproductive components of a pollinated plant are receptive to pollen and during which pollination can be successful) in which female plants mature and grow relatively continuously, while male plants have a different cycle in which pollen becomes viable and is emitted, or the anthers open, which begins in mid-morning and ends in the late morning or early afternoon. In some cases, the designated female parent plants' own pollen may become viable before those plants' female reproductive components become fertile (ready to be fertilized), but there will always be a first morning on which those female reproductive components become fertile before those plants' own pollen plants will begin to emit on this day. Therefore, the female plants' own pollen, which may have been emitted the day before, is no longer alive and has become nonviable before the female reproductive components become fertile the next morning. Therefore, the period from the early morning hours to mid-morning is ideal for applying pollen from the designated male parent plants to cross-pollinate all the female plants before their own pollen is released, although it is also possible to cross-pollinate the pollen before the female plants emit self-pollen is applied over several days, or several times a day, or continuously and even under conditions of emission of self-pollen, to ensure the likelihood of increasing the incidence of heterosis and to maximize the yield of the crop. According to one embodiment of the present invention, pollen delivery can be carried out at six o'clock in the morning (6.00). But even when delivering pollen at any time of the day, the proposed invention provides a great advantage over traditional technologies.
[0038] При доставке пыльцы в надлежащее время в течение окна фертильности растения может быть достигнуто адекватное опыление. Предлагаемое изобретение впервые обеспечивает эффективное производство зерновой продукции без того, чтобы полагаться только на самоопыление или опыление пыльцой соседних растений, что во время опыления может быть нежелательно ввиду стрессов, причиняемых сельскохозяйственной культуре биотическими и абиотическими факторами окружающей среды. Источники нежелательной биологически совместимой пыльцы далее для краткости могут называться просто «нежелательной пыльцой». Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность целенаправленного опыления, так что когда нежелательная пыльца начинает испускаться, все фертильные назначенные женские родительские растения уже опылены из выбранного источника пыльцы, и нежелательная пыльца, не найдя готовых к оплодотворению женских растений, умирает через короткий период времени, зависящий от вида растения и условий окружающей среды (Luna V. et al. (2001) Crop Sci. 41 (5): 1551-1557; Stanley, R.G. & Linskens, H.F. (1974) Pollen: Biology, Biochemistry, Management. Springer-Verlag, Heidelberg.; Shivanna, K.R. (2003) Pollen Biology and Biotechnology. Science Publishers, Inc.), благодаря чему удается избежать опыления назначенных женских родительских растений из источника нежелательной пыльцы. Это было бы применимо к ситуациям, когда нежелательной пыльцой считается собственная пыльца или пыльца соседних растений. Разные виды имеют разный период сохранения жизнеспособности пыльцы, на который могут повлиять условия окружающей среды (Dafni, A. & D. Firmage (2000) Plant Systemics and Evolution 222 (1): 113-132). Повышенная влажность и пониженные температуры могут продлевать период сохранения жизнеспособности пыльцы. Например, было установлено, что у риса (Oryza sativa) период сохранения жизнеспособности пыльцы составляет всего четыре минуты (Koga et al. (1971) Cytologia 36: 104-110), или на протяжении до 20 минут погибает 50% пыльцы (Khatum, S. and T.J. Flowers (1995) J. Exp.Bot. 46: 151-154). В противоположность этому было установлено, что пыльца выращиваемого в поле редиса (Raphanus sativas) сохраняет жизнеспособность на протяжении пяти дней (Siddiqui, В.А. (1983) Acta Bot. Ind. 11: 150-154).[0038] When pollen is delivered at the proper time within During the fertile window of the plant, adequate pollination can be achieved. The present invention provides for the first time the efficient production of grain products without relying only on self-pollination or pollination by pollen of neighboring plants, which during pollination may be undesirable due to stresses caused to the crop by biotic and abiotic environmental factors. Sources of unwanted biocompatible pollen may hereinafter be referred to simply as “undesirable pollen” for brevity. The present invention enables targeted pollination so that when unwanted pollen begins to be emitted, all fertile designated female parent plants have already been pollinated from the selected pollen source, and the unwanted pollen, not finding female plants ready to fertilize, dies after a short period of time depending on the plant species and environmental conditions (Luna V. et al. (2001) Crop Sci. 41 (5): 1551-1557; Stanley, RG & Linskens, HF (1974) Pollen: Biology, Biochemistry, Management. Springer-Verlag, Heidelberg. ; Shivanna, KR (2003) Pollen Biology and Biotechnology. Science Publishers, Inc.), thereby avoiding pollination of the designated female parent plants from a source of unwanted pollen. This would apply to situations where the unwanted pollen is considered to be one's own pollen or pollen from neighboring plants. Different species have different periods of pollen viability, which can be influenced by environmental conditions (Dafni, A. & D. Firmage (2000) Plant Systemics and Evolution 222 (1): 113-132). High humidity and low temperatures can prolong the period of pollen viability. For example, rice (Oryza sativa) has been found to have only four minutes of pollen viability (Koga et al. (1971) Cytologia 36: 104-110), or 50% of the pollen to die within up to 20 minutes (Khatum, S . and T. J. Flowers (1995) J. Exp. Bot. 46: 151-154). In contrast, pollen from field-grown radish (Raphanus sativas) was found to remain viable for five days (Siddiqui, V.A. (1983) Acta Bot. Ind. 11: 150-154).
[0039] Возможность доставлять жизнеспособную пыльцу по запросу с целью осуществления своевременного опыления восприимчивых пестиков снимает ряд ограничений, общих для производства зерновой продукции в масштабе поля. А именно, использование предлагаемого изобретения решает проблему низких уровней производства пыльцы и устраняет проблемы, вызываемые недостаточной синхронностью цветения мужских и женских цветков.[0039] The ability to deliver viable pollen on demand to ensure timely pollination of receptive pistils removes a number of limitations common to field-scale grain production. Namely, the use of the present invention solves the problem of low levels of pollen production and eliminates problems caused by insufficient synchrony of flowering of male and female flowers.
[0040] Пыльца назначенного мужского родительского растения может быть доставлена к женским репродуктивным компонентам назначенного женского родительского растения различными способами, в том числе (но не только) полностью вручную, вручную с использованием малогабаритного ручного устройства для полуавтоматического рассеивания пыльцы, с помощью полевых приводимых в движение технических средств, оснащенных механизмами для рассеивания пыльцы или с применением полностью автоматического рассеивания пыльцы с помощью самоходных и (или) руководимых человеком аппаратов, таких как беспилотные летательные аппараты (дроны), оснащенные установленным на них устройством для рассеивания пыльцы, при этом рассеивание пыльцы осуществляется автоматическими средствами, в том числе (но не только) механическими средствами, средствами создания повышенного давления, средствами создания пониженного давления, или же пневматическими средствами. Использование дронов было бы особым новшеством и представляется практичным с точки зрения осуществления способа согласно предлагаемому изобретению. Небольшие дроны, использование которых не требует административного регулирования, можно было бы направлять для распыления пыльцы прямо над назначенными женскими родительскими растениями с помощью системы GPS. Авторами предлагаемого изобретения было подсчитано, что при любом из таких способов доставки пыльцы для успешного перекрестного опыления одного гектара (2,47 акра), засаженного женскими родительскими растениями кукурузы достаточно приблизительно 140 г (5 унций) мужской пыльцы, доставляемой в течение трех-четырех дней подряд. Эта оценка основывается на литературе, указывающей, сколько пыльцевых зерен кукурузы приходится на 1 мг, и оценивающей что для успешного опыления на один пестик должно быть от трех до пяти пыльцевых зерен (от трех до четырех пыльцевых зерен на пестик -это общепринятое в среде специалистов количество, необходимое для обеспечения успешного опыления (М.Е. Westgate, J. Lizaso, W., Batchelor (2003) Quantitative relationships between pollen shed density and grain yield in maize, Crop Science 43: 934-942; M. Uribelarrea, J. Carcova, M.E. Otegui, M. Westgate (2002) Pollen production, pollination dynamics, and kernel set in maize, Crop Science 42: 1910-1918).). См, например, Porter (1981) Environ. Health Perspectives 37: 53-59; Miller (1982) In Maize for Biological Research. W.F. Sheridan (ed.), pp.279-293). Время доставки пыльцы, требуемое количество пыльцы и количество дней, в течение которых следует доставлять пыльцу, могут регулироваться необходимым образом в зависимости от обстоятельств, таких как тип сельскохозяйственной культуры и метеорологические условия (то есть, доминирующая высота насаждения, плотность стояния растений, частотность дождей и их обилие, скорость и направление ветра и т.д.). Предлагаемый способ может быть приспособлен, например, для сои, у которой период опыления более долгий по сравнению с кукурузой. Кроме того, ожидается, что количество пыльцы, требующейся для опыления с целью получения гибридных семян, может быть сокращено за счет эффективности упоминавшихся выше способов доставки пыльцы. По оценке авторов предлагаемого изобретения, при применении этих более эффективных способов использование пыльцы может быть сведено к тысячной (1/1000) или еще меньшей доле от того количества пыльцы, которое производится сейчас в отрасли производства гибридных семян. Проведенные авторами предлагаемого изобретения исследования указывают, что для обеспечения полного набора зерен кукурузы на один пестик требуется приблизительно 3000 пыльцевых зерен, испускаемых на поле кукурузными метелками. Исследования по опылению вручную и тесты «открытое поле» показали, что для обеспечения полного набора зерен кукурузы достаточно от трех до четырех пыльцевых зерен на один пестик. (М.Е. Westgate, J. Lizaso, W., Batchelor (2003) Quantitative relationships between pollen shed density and grain yield in maize, Crop Science 43: 934-942; M. Uribelarrea, J. Carcova, M.E. Otegui, M. Westgate (2002) Pollen production, pollination dynamics, and kernel set in maize, Crop Science 42: 1910-1918). Результатом этого является вывод о достаточности тысячной (1/1000) доли от того количества пыльцы, которое производится сейчас в отрасли производства гибридных семян.[0040] Pollen from the designated male parent can be delivered to the female reproductive components of the designated female parent in a variety of ways, including (but not limited to) entirely manually, manually using a small hand-held device for semi-automatic pollen dispersal, using field-driven technical means equipped with mechanisms for dispersing pollen or using fully automatic dispersal of pollen using self-propelled and (or) human-guided vehicles, such as unmanned aerial vehicles (drones) equipped with a device for dispersing pollen, and the dispersal of pollen is carried out automatically means, including (but not limited to) mechanical means, means of creating increased pressure, means of creating reduced pressure, or pneumatic means. The use of drones would be a particular innovation and would seem practical from the point of view of carrying out the method according to the invention. Small drones, the use of which does not require administrative regulation, could be directed to spray pollen directly over designated female parent plants using a GPS system. It has been estimated by the present inventors that with any of these pollen delivery methods, approximately 140 g (5 oz) of male pollen delivered over three to four days is sufficient to successfully cross-pollinate one hectare (2.47 acres) of female corn parents. contract. This estimate is based on literature indicating how many corn pollen grains there are per 1 mg, and estimating that for successful pollination there should be three to five pollen grains per pistil (three to four pollen grains per pistil is the generally accepted amount among specialists necessary to ensure successful pollination (M.E. Westgate, J. Lizaso, W., Batchelor (2003) Quantitative relationships between pollen shed density and grain yield in maize, Crop Science 43: 934-942; M. Uribelarrea, J. Carcova, M.E. Otegui, M. Westgate (2002) Pollen production, pollination dynamics, and kernel set in maize, Crop Science 42: 1910-1918). See, for example, Porter (1981) Environ. Health Perspectives 37: 53-59; Miller (1982) In Maize for Biological Research. W.F. Sheridan (ed.), pp.279-293). The timing of pollen delivery, the amount of pollen required and the number of days over which pollen should be delivered can be adjusted as necessary depending on circumstances such as crop type and meteorological conditions (i.e. dominant stand height, plant density, rainfall frequency and their abundance, wind speed and direction, etc.). The proposed method can be adapted, for example, for soybeans, which have a longer pollination period compared to corn. In addition, it is expected that the amount of pollen required for pollination to produce hybrid seeds can be reduced due to the efficiency of the pollen delivery methods mentioned above. The inventors estimate that by using these more efficient methods, pollen use could be reduced to a thousandth (1/1000) or even less of the amount of pollen currently produced in the hybrid seed industry. Research conducted by the authors of the present invention indicates that to ensure a complete set of corn grains per pistil, approximately 3000 pollen grains are required, emitted by corn panicles onto the field. Hand pollination studies and open field tests have shown that three to four pollen grains per pistil are sufficient to ensure a full complement of corn kernels. (M.E. Westgate, J. Lizaso, W., Batchelor (2003) Quantitative relationships between pollen shed density and grain yield in maize, Crop Science 43: 934-942; M. Uribelarrea, J. Carcova, M.E. Otegui, M Westgate (2002) Pollen production, pollination dynamics, and kernel set in size, Crop Science 42: 1910-1918). The result of this is the conclusion that a thousandth (1/1000) of the amount of pollen currently produced in the hybrid seed industry is sufficient.
[0041] Специалист соответствующего профиля может легко модифицировать упомянутые выше варианты, если в том возникнет необходимость. Например, в некоторых обстоятельствах может представлять преимущество проведение опыления в ночное время. В других случаях может оказаться выгодно проводить опыление на протяжении всего дня. У кукурузы эффективность опыления повышается, когда здоровье пестика находится на оптимальном уровне и его жизнеспособность максимальна, что часто совпадает с условиями, когда нет жары и высока влажность воздуха, - это значит, что пестики не подвергнутся быстрому высыханию. По этим погодным признакам производитель кукурузы имеет возможность так выбрать время для опыления кукурузы, чтобы здоровье пестика было на оптимальном уровне и его жизнеспособность была максимальной.[0041] A person skilled in the art can easily modify the above options if the need arises. For example, in some circumstances it may be advantageous to conduct pollination at night. In other cases, it may be beneficial to pollinate throughout the day. In corn, pollination efficiency increases when pistil health is at optimal levels and viability is at its maximum, which often coincides with conditions where there is no heat and high humidity - meaning that the pistils will not dry out quickly. Based on these weather conditions, the corn grower has the opportunity to choose the time to pollinate the corn so that the health of the pistil is at an optimal level and its viability is maximized.
[0042] Предлагаемое изобретение может быть применено к любой сельскохозяйственной культуре с целью повысить или обеспечить производство зерновой продукции. Оно применимо в любых окружающих средах, в том числе (но не только) в идеальных или целевых средах для выращивания, в средах внесезонного выращивания или в средах контролируемого выращивания (например, в теневом домике, в теплице, в вегетационном домике, в арочной теплице, в ростовой камере, в установке для вертикального выращивания культур, в гидропонной установке, в аэропонной установке и т.д.). Нанесение пыльцы назначенных мужских родительских растений на женские репродуктивные компоненты назначенных женских родительских растений может быть выполнено, как только последние станут восприимчивы к опылению и независимо от жизнеспособности собственной пыльцы женских родительских растений или другой нежелательной пыльцы. Предлагаемое изобретение может быть использовано также для повышения эффективности приемов, применяемых в настоящее при производстве зерновой продукции даже при наличии всех обычных обстоятельств, обеспечивая таким образом повышение урожая зерновой продукции в проблемных ситуациях.[0042] The present invention can be applied to any agricultural crop in order to increase or ensure the production of grain products. It is applicable in any environment, including (but not limited to) ideal or targeted growing environments, out-of-season growing environments, or controlled growing environments (e.g., shade house, greenhouse, grow house, arch greenhouse, in a growth chamber, in an installation for vertical cultivation of crops, in a hydroponic installation, in an aeroponic installation, etc.). Application of pollen from the designated male parent plants to the female reproductive components of the designated female parent plants can be done as soon as the latter are receptive to pollination and regardless of the viability of the female parent plants' own pollen or other unwanted pollen. The present invention can also be used to increase the efficiency of methods currently used in the production of grain products even in the presence of all normal circumstances, thus ensuring an increase in the yield of grain products in problem situations.
[0043] Согласно одному из вариантов своего осуществления, предлагаемое изобретение может быть использовано для недопущения или снижения потерь, вызываемых засухой. Это представляет преимущество для всех, кто занят в этой отрасли сельскохозяйственного производства, включая как непосредственных производителей, так и страховщиков. Во время засухи растения переживают стресс.В состоянии стресса растение часто производит только мужские репродуктивные компоненты. Соответственно, есть пыльца, но нет женских репродуктивных компонентов, которые могли бы ее принять. Иногда растение производит женские репродуктивные компоненты позже, однако в это время пыльца уже нежизнеспособна и к опылению не пригодна. При использовании способа согласно предлагаемому изобретению к переживающим стресс растениям при готовности их женских репродуктивных компонентов к опылению пыльца может быть доставлена из банка пыльцы или из контролируемой среды, и тем самым хотя бы до некоторой степени можно обеспечить урожай зерновой продукции.[0043] According to one of its embodiments, the present invention can be used to prevent or reduce losses caused by drought. This represents an advantage for everyone involved in this sector of agricultural production, including both direct producers and insurers. During drought, plants experience stress. When stressed, a plant often produces only male reproductive components. Accordingly, there is pollen, but no female reproductive components to accept it. Sometimes a plant produces female reproductive components later, but at this time the pollen is no longer viable and is not suitable for pollination. When using the method according to the invention to stressed plants, when their female reproductive components are ready for pollination, pollen can be delivered from a pollen bank or from a controlled environment, and thus, at least to some extent, the harvest of grain products can be ensured.
[0044] Кроме того, согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, в отношении пыльцы, предназначенной для опыления, исследовательские или производственные решения могут приниматься в реальном времени, чтобы обеспечить получение зерновых растений с характеристиками, которые желательны производителю, в том числе (но не только) повышенная масличность зерен, пониженная масличность зерен, повышенная крахмалистость зерен, пониженная крахмалистость зерен, повышенная засухоустойчивость, устойчивость к затоплению или другим факторам избыточной влаги, повышенная продуктивность в условиях высоких температур, повышенная продуктивность в условиях низких температур, повышенная устойчивость к грибковым заболеваниям, повышенная устойчивость к воздействию насекомых, повышенная урожайность, повышенная опыляемость в случае несинхронности репродуктивных циклов мужских и женских репродуктивных компонентов. Любая из этих целей достигается выбором конкретно оптимизированного для максимизации урожая в соответствующих условиях источника пыльцы сельскохозяйственной зерновой культуры, представляющей интерес. Располагая спектром источников пыльцы, хранимой в банке пыльцы, пользователь имеет возможность принимать исследовательские или производственные решения этого типа непосредственно перед нанесением пыльцы на женские репродуктивные компоненты опыляемого растения. В частности, пыльцу назначенного мужского родительского растения можно наносить до того, как начнется самоопыление или возникнут условия для опыления соседними растениями, или же одновременно с самоопылением или потенциальным опылением соседними растениями. Банк пыльцы, из которого производитель берет пыльцу, может содержать источники пыльцы, оптимальной с точки зрения конкретных условий окружающей среды. Кроме того, любая пыльца, используемая в предлагаемом изобретении, включая рассматриваемый вариант его осуществления, может быть взята как из единственного источника, так и из сведенных вместе множества источников.[0044] In addition, according to another embodiment of the present invention, with respect to pollen intended for pollination, research or production decisions can be made in real time to ensure the production of crop plants with characteristics that are desired by the manufacturer, including (but not only) increased oil content of grains, decreased oil content of grains, increased starchy grain content, reduced starchy grain content, increased drought resistance, resistance to flooding or other factors of excess moisture, increased productivity in conditions of high temperatures, increased productivity in conditions of low temperatures, increased resistance to fungal diseases, increased resistance to insects, increased productivity, increased pollination in case of non-synchrony of the reproductive cycles of male and female reproductive components. Any of these objectives is achieved by selecting a pollen source specifically optimized to maximize yield under appropriate conditions from the crop of interest. With a range of pollen sources stored in a pollen bank, the user has the opportunity to make research or production decisions of this type immediately before applying pollen to the female reproductive components of the pollinated plant. In particular, pollen from the designated male parent plant may be applied before self-pollination has begun or conditions for pollination by neighboring plants have occurred, or simultaneously with self-pollination or potential pollination by neighboring plants. The pollen bank from which the grower takes pollen may contain sources of pollen that are optimal for specific environmental conditions. In addition, any pollen used in the present invention, including the contemplated embodiment, can be taken either from a single source or from a combination of multiple sources.
[0045] В качестве одного из примеров производственного решения, принимаемого в реальном времени, может быть названо использование данных о продуктивности растения, чтобы принять решение о том, какое мужское родительское растение использовать для получения гибрида или производства зерновой продукции. Например, в южном полушарии часто практикуют зимнее производство зерновой продукции вне вегетативных сезонов северного полушария. Часто бывает так, что в южном полушарии поля засаживают до того, как в северном полушарии собрали полные данные о продуктивности растения. Поэтому в южном полушарии решения, касающиеся выращивания растений, часто принимаются на основе неполной информации и (или) с опозданием, результатом чего являются ошибки в отношении выбора растения для выращивания или объемов его выращивания в условиях ограниченных располагаемых площадей. Предлагаемое изобретение обеспечивает для сельхозпроизводителя возможность вырастить назначенные женские родительские растения и затем подождать приблизительно от 45 до 75 дополнительных дней, чтобы принять более информированное решение о том, которое мужское растение использовать для опыления этих женских растений. Производственные решения этого типа были бы применимы также при производстве зерновой продукции, когда производитель зерновой продукции в северном полушарии ждет более полной информации из южного полушария, с тем чтобы решить, которое мужское родительское растение ему использовать.[0045] One example of a real-time production decision would be the use of plant performance data to decide which male parent plant to use for hybrid or grain production. For example, in the southern hemisphere, winter grain production is often practiced outside the growing seasons of the northern hemisphere. It often happens that fields in the southern hemisphere are planted before complete data on plant productivity have been collected in the northern hemisphere. Therefore, in the southern hemisphere, decisions regarding plant production are often made on the basis of incomplete information and/or delays, resulting in errors in the choice of plant to grow or the volume to grow when space is limited. The present invention provides the ability for a grower to grow designated female parent plants and then wait approximately 45 to 75 additional days to make a more informed decision about which male plant to use to pollinate those female plants. Production solutions of this type would also be applicable in cereal production, where a cereal producer in the northern hemisphere is waiting for better information from the southern hemisphere in order to decide which male parent plant to use.
[0046] Как должно быть понятно специалистам соответствующего профиля, выбор мужской пыльцы, предназначенной для использования при осуществлении способа согласно предлагаемому изобретению имеет большое значение с точки зрения потенциальной выгоды от применения предлагаемого изобретения. Сила и жизнеспособность пыльцы - это факторы, которые необходимо учитывать, наряду с различными генетическими признаками и характеристиками, которыми наделена пыльца. Возможны обстоятельства, когда использование пыльцы с более низкой силой или жизнеспособностью все же является правильным выбором благодаря генетическим признакам, которые будут переданы зерновой продукции, которая будет получена. В таких обстоятельствах, когда известно, что пыльца имеет более низкую силу или жизнеспособность, следует ожидать более скромного прироста урожайности. Такие решения могут быть сделаны сельхозпроизводителем на основе конкретных характеристик зерновой культуры, желаемой зерновой продукции и превалирующих условий в ожидаемое время опыления в виду воздействий окружающей среды и других биологических и небиологических воздействий. Таким образом, возможность выбирать пыльцу во время опыления представляет собой дополнительный значительный фактор выгоды от использования предлагаемого изобретения. В Таблице 1, приводимой ниже, отражены потенциальные выгоды от использования предлагаемого изобретения. [0046] As will be appreciated by those skilled in the art, the selection of male pollen to be used in the process of the invention is of great importance in terms of the potential benefits of the invention. Pollen vigor and vitality are factors that need to be considered, along with the various genetic traits and characteristics that pollen is endowed with. There may be circumstances where using pollen with lower vigor or viability is still the right choice due to the genetic traits that will be transferred to the resulting grain product. In such circumstances, where pollen is known to have lower vigor or viability, a more modest increase in yield should be expected. Such decisions can be made by the grower based on the specific characteristics of the crop, the desired grain product, and the prevailing conditions at the expected time of pollination due to environmental influences and other biological and non-biological influences. Thus, the ability to select pollen during pollination represents an additional significant benefit from the use of the present invention. Table 1 below shows the potential benefits of using the present invention.
[0047] Как должно быть понятно специалистам соответствующего профиля, раскрываемая предлагаемым изобретением технология может быть применена для модификации перекрестного опыления путем повышения уровня перекрестного опыления (например, с целью повышения эффекта гетерозиса / ксения-эффекта у кукурузы и повышения, тем самым, урожайности поля по производству зерновой продукции), но она может быть использована также для понижения уровня перекрестного опыления и вместо этого сфокусироваться на самоопылении (например, при реализации так называемого органического производства или при производстве зерновой продукции, не связанной с получением генетически модифицированных организмов, чтобы повысить успешность самоопыления и, тем самым, сократить число случаев нежелательного перекрестного опыления). В таком случае предлагаемое изобретение может быть использовано конкретно для недопущения перекрестного опыления путем повышения эффективности самоопыления, способствуя, тем самым, снижению уровня генетического загрязнения из являющихся генетически модифицированными организмами источников нежелательной пыльцы.[0047] As should be clear to those skilled in the relevant field, the technology disclosed by the present invention can be used to modify cross-pollination by increasing the level of cross-pollination (for example, to increase the heterosis / xenia effect in corn and thereby increase field yield grain production), but it can also be used to reduce the level of cross-pollination and instead focus on self-pollination (for example, in so-called organic production or in the production of grain products that do not involve the production of genetically modified organisms, to increase the success of self-pollination and , thereby reducing the incidence of unwanted cross-pollination). In such a case, the present invention can be used specifically to prevent cross-pollination by increasing the efficiency of self-pollination, thereby helping to reduce the level of genetic contamination from sources of unwanted pollen that are genetically modified organisms.
[0048] Кроме того, предлагаемое изобретения обеспечивает для сельхозпроизводителя возможность использовать для опыления сельскохозяйственной культуры вариетет, который в естественных условиях не мог бы достичь зрелости или не был бы подходящим донором пыльцы в том климате, в котором работает сельхозпроизводитель. Такой вариетет мог бы иметь превосходные характеристики, которые сделали бы его донором пыльцы для перекрестного опыления, подходящим с точки зрения максимизации урожайности сельскохозяйственной культуры, однако его выращивание в климате, в котором работает сельхозпроизводитель, невозможно, или же в этом климате он не может достичь стадии, на которой он мог бы испускать пыльцу. Предлагаемое изобретение преодолевает это ограничение и обеспечивает для сельхозпроизводителя более широкий диапазон типов пыльцы, из которого можно выбрать идеального кандидата для конкретной сельскохозяйственной культуры и с учетом конкретных стрессов, которым она может подвергаться при приближении времени для опыления.[0048] In addition, the proposed invention provides the agricultural producer with the opportunity to use varieties for pollination of a crop that would not naturally reach maturity or would not be a suitable pollen donor in the climate in which the agricultural producer operates. Such a variety might have superior characteristics that would make it a pollen donor for cross-pollination suitable for maximizing crop yield, but it is not possible to grow it in the climate in which the grower operates, or in that climate it cannot reach the stage , on which it could emit pollen. The present invention overcomes this limitation and provides the grower with a wider range of pollen types from which to select the ideal candidate for a particular crop and the particular stresses it may be exposed to as pollination time approaches.
[0049] Еще одно производственное решение в реальном времени, возможность которого обеспечена предлагаемым изобретением, - это решение о том, какую пыльцу использовать на основе рыночной информации и информации о ценах на товарно-сырьевые ресурсы. Производитель зерновой продукции мог бы иметь в запасе приблизительно от 45 до 75 дней, чтобы понаблюдать за рыночными тенденциями и принять решение, какого мужского родителя использовать из частных рыночных соображений, например, восковидную кукурузу или продовольственную кукурузу, или же на кукурузу желтую зубовидную №2 (на рынке товарного зерна).[0049] Another real-time production decision enabled by the present invention is deciding which pollen to use based on market and commodity price information. A grain producer might have approximately 45 to 75 days to observe market trends and decide which male parent to use for private market reasons, such as waxy corn or food corn, or No. 2 yellow dent corn ( on the commodity grain market).
[0050] Кроме того, производственные решения в реальном времени могли бы приниматься на основе информации об окружающей среде. Например, производитель зерновой продукции мог знать по опыту о том, цветению предшествует сухой период, и поэтому может выбрать для опыления женских родительских растений пыльцу мужского родителя, о котором известно, что он обладает засухоустойчивостью. Такое решение сокращает процент недоразвития семян из-за стресса, вызванного засухой, с обеспечением, тем самым, повышения урожайности по сравнению с предоставлением гибриду возможности самоопыления при производстве зерновой продукции. Сходная ситуация сложилась бы у сельхозпроизводителя, сталкивающегося с проблемой сельскохозяйственных вредителей, питающихся семенами. В этом случае в качестве источника пыльцы мог бы быть выбран мужской родитель, имеющий ген, придающий сопротивляемость сельскохозяйственным вредителям, питающимся семенами, и защищающий развивающиеся семена, обеспечивая, таким образом, повышение урожайности гибридных семян по сравнению с тем случаем, когда в качестве источника пыльцы был бы использован мужской родитель, который был запланирован первоначально, до того, как возникла проблема, связанная с сельскохозяйственными вредителями, питающимися семенами, или же который был бы выбран в более удобной системе блоков. Информация об окружающей среде, используемая при принятии производственных решений в реальном времени, может включать такие (но не только) абиотические факторы окружающей среды, как засуха, доступность азота или других питательных веществ, колебания влажности и крайняя температура, и такие (но не только) биотические факторы окружающей среды, как вредные насекомые и нематоды, сорняки и заболевания.[0050] In addition, real-time production decisions could be made based on environmental information. For example, a grain producer might know from experience that flowering is preceded by a dry period and might therefore choose to pollinate female parent plants with pollen from a male parent known to be drought-tolerant. This solution reduces the percentage of seed underdevelopment due to stress caused by drought, thereby ensuring increased yield compared to allowing the hybrid to self-pollinate in grain production. A similar situation would arise for an agricultural producer faced with the problem of seed-eating pests. In this case, the pollen source could be the male parent, which has a gene that confers resistance to seed-eating pests and protects the developing seeds, thereby providing increased yield of the hybrid seeds compared to the case when the pollen source the male parent that was originally planned before the problem of seed-eating pests arose, or that would have been selected from a more convenient block system, would have been used. Environmental information used in real-time production decisions may include, but is not limited to, abiotic environmental factors such as drought, nitrogen or other nutrient availability, moisture fluctuations and temperature extremes, and such (but not limited to) biotic environmental factors such as harmful insects and nematodes, weeds and diseases.
[0051] Далее рассматриваются примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение более подробно и поясняющие, как предлагаемое изобретение может быть осуществлено в отношении кукурузы. В своей основе предлагаемый способ применим к любой сельскохозяйственной культуре с надлежащими модификациями, соответствующими конкретной сельскохозяйственной культуре. Результаты Примеров 1 и 2 были получены в полях в центральной части штата Айова летом 2015 года.[0051] The following are examples that illustrate the present invention in more detail and explain how the proposed invention can be implemented in relation to corn. Basically, the proposed method is applicable to any crop with appropriate modifications appropriate to the specific crop. The results of Examples 1 and 2 were collected in fields in central Iowa during the summer of 2015.
[0052] Пример 1[0052] Example 1
[0053] Описываемое здесь изобретение было исследовано на практике на одном из полей в центральной части штата Айова, при этом в качестве женского родительского растения использовали имеющийся на рынке гибрид (Н1). Выращивали блоки из 12 рядов (ширина каждого ряда составляла 0,76 м (2,5 фута), общая ширина блока составляла 9,1 м (30 футов)) длиной 13,7 м (45 футов) для каждого гибрида. Один инбредный донор пыльцы (Р1), неродственный Н1, выращивался на расстоянии более 45,7 м (150 футов) от гибридного блока. Этот донор пыльцы представлял собой общедоступную линию из Национальной системы идиоплазмы растений Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США и являлся носителем гена, ответственного за антоцианин в эндосперме зерна. При использовании Р1 в качестве мужского родителя - источника пыльцы в успешности опыления вскоре можно убедиться без помощи оптических приборов по видимой пурпурной окраске зрелых зерен в початке.[0053] The invention described herein was field tested in a field in central Iowa using a commercially available hybrid (H1) as the female parent. Blocks of 12 rows (each row was 0.76 m (2.5 ft) wide for a total block width of 9.1 m (30 ft)) 13.7 m (45 ft) long for each hybrid were grown. One inbred pollen donor (P1), unrelated to H1, was grown more than 45.7 m (150 ft) from the hybrid block. This pollen donor was a publicly available line from the USDA Agricultural Research Service's National Plant Germplasm System and carried the gene responsible for anthocyanin in grain endosperm. When using P1 as a male parent - a source of pollen, the success of pollination can soon be verified without the help of optical instruments by the visible purple color of mature grains on the cob.
[0054] Для практического осуществления предлагаемого изобретения на метелки блока с растениями для производства зерновой продукции (Н1) в период времени от приблизительно 8.15 утра до приблизительно 8.45 утра брызгали воду с целью задержки испускания этими назначенными женскими родительскими растениями собственной пыльцы. По окончании брызгания воды на эти метелки сразу приступали к осуществлению предлагаемого изобретения на практике, для чего из метелок Р1 принудительно брали пыльцу, которую помещали в мешочки. Затем эту пыльцу назначенного мужского родителя без промедления наносили на пестики Н1 вручную, используя хорошо известную в отрасли технологию, заключающуюся в осторожном постукивании по мешочку с пыльцой, чтобы выпустить пыльцевые зерна на пестики. Эти акты опыления совершали до того, как гибриды испускали пыльцу. В производственном блоке Н1 провели 13 актов опыления, направляя пыльцу на пестики растений блока Н1, которые находились в середине блока. Это была имитация случая, когда пыльца могла быть собрана с близлежащего поля от неродственного гибрида кукурузы, помещена в хранилище для кратковременного хранения, а затем взята из хранилища в ранние утренние часы до того, как начнется испускание пыльцы на поле по производству зерновой продукции, засаженном гибридом, используемым в качестве женского родителя. Можно предположить, что на этих початках после сбора урожая большинство желтых зерен, если не все, будут результатом самоопыления растений Н1 в блоке по производству зерновой продукции, в то время как пурпурные зерна на этих початках- это результат перекрестного опыления пыльцой донора пыльцы Р1. Важно отметить, что ручное нанесение пыльцы было очень точным и дозированным, так как на шести соседних початках, на которые пыльцу донора пыльцы Р1 не наносили непосредственно, было найдено только два пурпурных зерна, (см. Таблицу 2). Эти початки и образовавшиеся зерна служили в качестве контрольного образца для измерения базового процента самоопыления в блоке. Поэтому из этих данных можно заключить, что частота самоопыления в середине этого блока гибридов при известных способах производства зерновой продукции близка к 100%. Этот эксперимент воспроизводил тот результат, который можно было бы ожидать от предлагаемого изобретения, если бы пыльца была собрана на близлежащем поле с неродственным кукурузным гибридом, помещена в хранилище для кратковременного хранения, а затем взята из хранилища в ранние утренние часы до того, как естественным образом начнут испускать пыльцу гибридные растения, используемые в качестве женских родителей.[0054] To practice the present invention, water was sprayed onto the panicles of a grain production block (H1) from approximately 8:15 a.m. to approximately 8:45 a.m. to delay the release of pollen by these designated female parent plants. After splashing water on these panicles, they immediately began to put the proposed invention into practice, for which pollen was forcibly taken from panicles P1, which was placed in bags. This designated male parent pollen was then promptly applied to the H1 pistils by hand using a well-known industry technique of gently tapping the pollen sac to release pollen grains onto the pistils. These acts of pollination took place before the hybrids emitted pollen. In the production block H1, 13 acts of pollination were carried out, directing pollen to the pistils of plants in block H1, which were located in the middle of the block. This was a simulated case where pollen could be collected from a nearby field from an unrelated corn hybrid, placed in storage for short-term storage, and then removed from storage in the early morning hours before pollen emission began in the grain field planted with the hybrid. , used as a female parent. It can be assumed that on these ears, after harvest, most, if not all, of the yellow kernels will be the result of self-pollination from the H1 plants in the grain production block, while the purple kernels on these ears are the result of cross-pollination with pollen from the P1 pollen donor. It is important to note that the manual application of pollen was very precise and measured, since only two purple grains were found on six adjacent ears on which pollen from pollen donor P1 was not directly applied (see Table 2). These ears and the resulting kernels served as a control to measure the basal percentage of selfing in the block. Therefore, from these data we can conclude that the frequency of self-pollination in the middle of this block of hybrids with known methods of grain production is close to 100%. This experiment replicated the result that would be expected from the present invention if pollen were collected from a nearby field of unrelated corn hybrid, placed in storage for short-term storage, and then removed from storage in the early morning hours before naturally occurring. hybrid plants used as female parents will begin to emit pollen.
[0055] Результаты, приведенные в Таблице 2, свидетельствуют о том, что предлагаемое изобретение очень эффективно с точки зрения повышения процента перекрестного опыления в области производства зерновой продукции. На 13 початках, на которых предлагаемое изобретение было осуществлено на практике, всего было 6564 зерна, из которых 2034 зерна, или 31% от общего числа, были пурпурными. Это огромное увеличение частоты актов перекрестного опыления на более, чем 38 000% (или в 38 раз) по сравнению с шестью початками, которые служили в качестве контрольной группы. Важно отметить, что Р1 и другие доноры пыльцы, упоминаемые ниже в Примере 2, не являются элитными инбредными растениями, эти инбредные линии созданы более 20 лет назад и никогда не использовались для производства товарного зерна. Кроме того, согласно литературным источникам (Sari Gorla, (1975) Theor. Appl. Genet. 46: 289-94), пыльца гибридов, таких как Н1, более жизнестойка и сильна, чем пыльца инбредных растений. В результате пыльца Р1 имела неблагоприятные конкурентные условия в отношении жизнестойкости и силы по сравнению с пыльцой Н1. Это дополнительно иллюстрирует эффективность предлагаемого изобретения для повышения процента перекрестного опыления.[0055] The results shown in Table 2 indicate that the proposed invention is very effective in terms of increasing the percentage of cross-pollination in the field of grain production. The 13 ears on which the present invention was practiced had a total of 6564 kernels, of which 2034 kernels, or 31% of the total, were purple. This is a huge increase in the frequency of cross-pollination events of more than 38,000% (or 38 times) compared to the six ears that served as the control group. It is important to note that P1 and the other pollen donors mentioned below in Example 2 are not elite inbreds, these inbred lines are more than 20 years old and have never been used for commercial grain production. In addition, according to the literature (Sari Gorla, (1975) Theor. Appl. Genet. 46: 289-94), pollen from hybrids such as H1 is more resilient and stronger than pollen from inbred plants. As a result, P1 pollen had unfavorable competitive conditions in terms of viability and vigor compared to H1 pollen. This further illustrates the effectiveness of the present invention in increasing the percentage of cross-pollination.
[0056] Пример 2. Предлагаемое изобретение осуществляли на практике с использованием двух товарных гибридов (Н1 и Н2) в качестве женских родителей в одном из центральных районов штата Айова. Выращивали блоки из 12 рядов (ширина каждого ряда составляла 0,76 м (2,5 фута), общая ширина блока составляла 9,1 м (30 футов)) длиной 13,7 м (45 футов) для каждого гибрида. На расстоянии более 45,7 м (150 футов) от блоков с упомянутыми гибридами выращивали три инбредных донора пыльцы (Р1, Р2 и Р3), которые не были родственны упомянутым гибридам. Эти три донора пыльцы представляли собой общедоступные линии из Национальной системы идиоплазмы растений Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США и являлись носителем гена, ответственного за антоцианин в эндосперме зерна. При использовании этих источников пыльцы в успешности опыления вскоре можно убедиться без помощи оптических приборов по видимой пурпурной окраске зрелых зерен в початке.[0056] Example 2. The present invention was put into practice using two commercial hybrids (H1 and H2) as female parents in one of the central areas of Iowa. Blocks of 12 rows (each row was 0.76 m (2.5 ft) wide for a total block width of 9.1 m (30 ft)) 13.7 m (45 ft) long for each hybrid were grown. Three inbred pollen donors (P1, P2, and P3) that were not related to the hybrids were grown more than 45.7 m (150 ft) from the hybrid blocks. These three pollen donors were publicly available lines from the USDA Agricultural Research Service's National Plant Germplasm System and carried the gene responsible for anthocyanin in grain endosperm. When using these pollen sources, the success of pollination can soon be confirmed without the aid of optical instruments by the visible purple color of the mature grains on the cob.
[0057] В самом начале окна предлагаемое изобретение осуществляли на практике, для чего из метелок мужских растений - доноров пыльцы (Р1, Р2, и Р3) принудительно брали пыльцу, которую помещали в мешочки. Затем эту пыльцу назначенных мужских родителей без промедления наносили на пестики гибридов Н1 и Н2 вручную, используя хорошо известную в отрасли технологию, заключающуюся в осторожном постукивании по мешочку с пыльцой, чтобы выпустить пыльцевые зерна на пестики. Женский родитель гибрид Н1 был сортом раннего созревания, также как и донор пыльцы Р1, поэтому пыльца этого донора пыльцы Р1 была использована для нанесения на пестики женского родителя Н1. Следует заметить, что часть початков женского родителя Н1, которая в данном эксперименте состояла из 11 початков, которые в рассмотренном выше Примере 1 удовлетворяли критерию включения в этот набор данных и поэтому были результатом «брызгания воды» для задержки испускания женским родителем Н1 собственной пыльцы и результатом опыления, осуществленного до испускания гибридом Н1 собственной пыльцы. Женский родитель гибрид Н2 был сортом, созревающим позже, как и доноры пыльцы Р2 и Р3. Поэтому пыльца доноров Р2 и Р3 была использована для опыления пестиков материнского родителя Н2. Все акты опыления Н2 и большинство актов опыления Н1 (за исключением 11 опылений Н1, выполненных до окна естественного опыления, как это было описано в Примере 1) выполняли в самом начале окна в утреннее время.[0057] At the very beginning windows, the proposed invention was put into practice, for which pollen was forcibly taken from the panicles of male pollen donor plants (P1, P2, and P3), which was placed in bags. This pollen from the designated male parents was then promptly applied to the pistils of the H1 and H2 hybrids by hand using a well-known industry technique of gently tapping the pollen sac to release the pollen grains onto the pistils. The female parent of the hybrid H1 was an early maturing variety, as was the pollen donor P1, so pollen from this pollen donor P1 was used to apply to the pistils of the female parent H1. It should be noted that the portion of the ears of the female parent H1, which in this experiment consisted of 11 ears, which in Example 1 above met the criterion for inclusion in this data set and therefore were the result of "splashing water" to delay the release of the female parent H1 of its own pollen and the result pollination carried out before the H1 hybrid emitted its own pollen. The female parent hybrid H2 was a later maturing variety, as were the pollen donors P2 and P3. Therefore, pollen from donors P2 and P3 was used to pollinate the pistils of the maternal parent H2. All H2 pollinations and most H1 pollinations (with the exception of 11 H1 pollinations performed before natural pollination windows, as described in Example 1) were performed at the very beginning windows in the morning.
[0058] В течение раннего отрезка окна опыления в отношении женских родительских растений Н1 и Н2 было осуществлено более 75 совершенных вручную актов опыления путем нанесения пыльцы на пестики тех растений Н1 и Н2, которые произрастали в середине блока. Этот способ реализует вариант осуществления предлагаемого изобретения, в котором в ранней части окна естественного опыления может быть собрана свежая пыльца, которая должна быть без промедления нанесена непосредственно на неродственные гибридные растения, растущие на соседнем поле. Кроме того, данный эксперимент имитировал, хотя и не точно, случай, когда пыльцу могли собрать на близлежащем поле с неродственными растениями, поместить в хранилище на некоторое время, после чего извлечь из хранилища в ранние утренние часы до того, как растениями, используемыми в качестве женских родителей, начнет испускаться собственная пыльца, и нанести на женские репродуктивные компоненты упомянутых женских родительских растений. Опыления маркировали в отношении того, который из доноров пыльцы был использован для каждого опыленного початка. Зерна желтого цвета на этих початках, как можно предположить, по большей части, если не целиком, являются результатом самоопыления, в то время как зерна пурпурного цвета на этих початках являются результатом перекрестного опыления от доноров пыльцы. Как было замечено в рассмотренном выше Примере 1, можно предположить также, что в этом эксперименте при использовании известных способов производства зерновой продукции в середине блоков с гибридами самоопыление было близко к 100%.[0058] During the early period pollination window, in relation to the female parent plants H1 and H2, more than 75 manual pollination acts were carried out by applying pollen to the pistils of those plants H1 and H2 that grew in the middle of the block. This method implements an embodiment of the proposed invention, in which in the early part During natural pollination windows, fresh pollen can be collected and immediately applied directly to unrelated hybrid plants growing in an adjacent field. In addition, this experiment simulated, although not exactly, the case where pollen could be collected from a nearby field of unrelated plants, placed in storage for a period of time, and then removed from storage in the early morning hours before the plants used as female parents will begin to emit their own pollen, and apply to the female reproductive components of said female parent plants. Pollinations were labeled as to which pollen donor was used for each pollinated ear. The yellow grains on these ears can be assumed to be largely, if not entirely, the result of self-pollination, while the purple grains on these ears are the result of cross-pollination from pollen donors. As noted in Example 1 discussed above, it can also be assumed that in this experiment, using known methods of producing grain products in the middle of blocks with hybrids, selfing was close to 100%.
[0059] Часть собранных початков, ставших объектами целенаправленного опыления, имеет высокий процент зерен, являющихся результатом перекрестного опыления, часто это более 50%. Эти початки часто имеют большие сплошные блоки пурпурных семян в одной части початка, в то время как остальная площадь початка занята желтыми семенами. Это можно видеть на фиг. 3, где изображен початок, у которого доля зерен, полученных в результате перекрестного опыления (имеют темный (в цветном изображении пурпурный) цвет), составляет приблизительно 85%. В других случаях были получены початки с более низкой долей пурпурных зерен, часто это от 10% до 30%. Среди них было всего 49 початков, в которых образовывали смесь разобщенные пурпурные и желтые зерна, не образующие сплошных блоков. Два образца початков представлены на фиг. 1 и фиг. 2. Эти початки демонстрируют явную смесь темных (пурпурных) и светлых (желтых) зерен. Эти початки были особенно иллюстративны с точки зрения урожайности при самоопылении по сравнению с урожайностью при перекрестном опылении, в то время как початок, представленный на фиг. 3, не является иллюстративным с точки зрения урожайности, так как зерен, полученных в результате самоопыления, в нем недостаточно, чтобы установить достаточный для сравнения объем выборки. Зерна в этих початках развивались в почти одинаковых условиях среды с единственным различием, которое состоит в разном генофонде мужских родительских растений (самоопыление по сравнению с перекрестным опылением). Эти зерна были собраны и для каждого початка разделены на две группы: 100 желтых и 100 пурпурных зерен приблизительно из середины початка (иногда, когда не было достаточного количества пурпурных зерен, могло быть использовано меньшее количество - но не менее 40 зерен каждого типа). Для каждого початка проводили измерения по этим наборам зерен. В Таблице 3a и Таблице 3b показаны различия между желтыми и пурпурными зернами из этих початков в массе отдельного зерна и натурной массе зерна (масса на единицу объема). Данные, сведенные в Таблицу 3a и Таблицу 3b, иллюстрируют несколько моментов:[0059] Some of the harvested ears subject to targeted pollination have a high percentage of kernels that are the result of cross-pollination, often more than 50%. These ears often have large solid blocks of purple seeds in one part of the ear, while the rest of the ear is occupied by yellow seeds. This can be seen in Fig. 3, which shows an ear in which the proportion of kernels resulting from cross-pollination (have a dark (in color image purple) color) is approximately 85%. In other cases, ears have been produced with a lower proportion of purple kernels, often between 10% and 30%. Among them there were only 49 ears, in which a mixture of separated purple and yellow grains formed, not forming solid blocks. Two cob samples are shown in Fig. 1 and fig. 2. These ears show a clear mixture of dark (purple) and light (yellow) kernels. These ears were particularly illustrative in terms of self-pollinated yield compared to cross-pollinated yield, while the ear shown in FIG. 3 is not illustrative in terms of yield, since there are not enough grains obtained as a result of self-pollination to establish a sample size sufficient for comparison. The grains in these cobs developed under almost identical environmental conditions with the only difference being the different gene pool of the male parent plants (self-pollination versus cross-pollination). These kernels were collected and, for each cob, divided into two groups: 100 yellow and 100 purple kernels from approximately the middle of the cob (sometimes when there were not enough purple kernels, a smaller number could be used - but not less than 40 kernels of each type). For each cob, measurements were taken from these sets of kernels. Table 3a and Table 3b show the differences between yellow and purple kernels from these ears in individual kernel weight and kernel weight (weight per unit volume). The data summarized in Table 3a and Table 3b illustrates several points:
[0060] Во-первых, результатом осуществления предлагаемого изобретения на практике было повышение полезной продуктивности по меньшей мере по одному параметру (масса зерна или натурная масса зерна) у зерен, полученных в результате перекрестного опыления, по сравнению с зернами, полученными в результате самоопыления, у всех трех типов зерен, полученных в результате перекрестного опыления (Таблица 3a и Таблица 3b).[0060] Firstly, the result of the implementation of the proposed invention in practice was an increase in useful productivity in at least one parameter (grain weight or natural grain weight) of grains obtained as a result of cross-pollination, compared with grains obtained as a result of self-pollination, in all three grain types resulting from cross-pollination (Table 3a and Table 3b).
[0061] Во-вторых, осуществление предлагаемого изобретения на практике может повысить полезную продуктивность различными способами в зависимости от конкретной комбинации опыляемого гибрида и донора пыльцы (Таблица 3a и Таблица 3b). Первый кросс (совокупность организмов, полученных в результате перекрестного опыления) - гибрид Н1, опыленный инбредным донором пыльцы Р1, - благодаря перекрестному опылению дал увеличение массы зерна на 8,7% и увеличение натурной массы зерна на 1,9%. Второй кросс- гибрид Н2, опыленный инбредным донором пыльцы Р2, - дал увеличение натурной массы зерна на 2,8%, но не дал увеличения массы зерна. Третий кросс - гибрид Н2, опыленный инбредным донором пыльцы Р3, - благодаря перекрестному опылению дал увеличение массы зерна на 5,1%, но не дал увеличения натурной массы зерна.[0061] Secondly, the implementation of the present invention in practice can increase useful productivity in various ways depending on the specific combination of pollinated hybrid and pollen donor (Table 3a and Table 3b). The first cross (a set of organisms obtained as a result of cross-pollination) - hybrid H1, pollinated by the inbred pollen donor P1 - due to cross-pollination, gave an increase in grain weight by 8.7% and an increase in natural grain weight by 1.9%. The second cross-hybrid H2, pollinated by the inbred pollen donor P2, gave an increase in the natural grain weight by 2.8%, but did not increase the grain weight. The third cross - hybrid H2, pollinated by the inbred pollen donor P3 - due to cross-pollination, gave an increase in grain weight by 5.1%, but did not increase the natural grain weight.
[0062] Пример 3. Описываемый здесь вариант осуществления предлагаемого изобретения характеризует общую ситуацию в товарном производстве зерновой продукции, когда используются большие площади (поля от 20,2 га до 40,5 га (от 50 до 100 акров)), засаженные различными неродственными гибридными растениями, которые во многих случаях происходят от разных продавцов. Эти поля в большой степени самоопыляются, и поэтому они дают урожайность более низкую, чем она могла бы быть при перекрестном опылении из неродственных источников пыльцы. При чистом насаждении кукурузы в среднем более собранных 95% зерен являются результатом самоопыления. Гогги и др. (Goggi et al. (2006) Field Crops Res. 99: 147-157) показали, что непреднамеренное скрещивание разных линий между соседними полями по производству зерновой продукции было намного меньше: оно составляло 0,4% при расстоянии 35 м и менее 0,05% при расстоянии 100 м. Многие из этих больших кукурузных полей находятся на разных стадиях зрелости, и поэтому цветение и испускание пыльцы на них происходят в разное время. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения пыльцу с одного поля, где созревание произошло раньше, собирают и консервируют/хранят до тех пор, пока не начнется цветение на другом поле с неродственными гибридными растениями, и тогда пыльцу с первого поля используют для опыления второго поля, нанося ее на женские репродуктивные компоненты растений рано утром (например, в пять часов утра), чтобы на этом втором поле максимизировать перекрестное опыление и минимизировать самоопыление. Это нанесение пыльцы выполняют в течение двух или трех дней подряд в течение периода самого буйного цветения. Этот процесс сбора пыльцы, ее консервирования и хранения повторяют для второго поля и используют эту пыльцу для опыления начинающих цвести неродственных гибридных растений на третьем поле и так далее для всех полей, пока на них не закончится время цветения. При таком решении значительная часть зерен кукурузы в данной округе будет получена как результат перекрестного опыления, а не самоопыления, что скажется на урожайности в виде ее повышения на 5-10%. Следует заметить, что описанный выше процесс не обязательно должен осуществляться точно в той последовательности, которая описана выше. Можно было бы брать пыльцу с первого поля (которое зацвело раньше всех) и использовать ее для опыления многих (например, пяти или больше) полей. При таком конкретном решении перекрестное опыление в соответствии с предлагаемым изобретением могло бы очень быстро распространяться с одного поля на группу из пяти полей, с пяти полей на 25 полей и так далее. В результате перекрестное опыление было бы осуществлено на большинстве кукурузных полей в данной округе.[0062] Example 3. The embodiment of the present invention described here characterizes the general situation in commercial grain production, where large areas (fields from 20.2 hectares to 40.5 hectares (50 to 100 acres)) are planted with various unrelated hybrids. plants, which in many cases come from different sellers. These fields are largely self-pollinating and therefore produce lower yields than would otherwise be the case if cross-pollinated from unrelated pollen sources. In a pure stand of corn, on average, more than 95% of the kernels harvested are the result of selfing. Goggi et al. (2006) Field Crops Res. 99: 147-157 showed that inadvertent cross-breeding between adjacent grain fields was much lower: 0.4% at 35 m. and less than 0.05% at a distance of 100 m. Many of these large corn fields are at different stages of maturity, and therefore flowering and pollen release occur at different times in them. In this embodiment, pollen from one field, where ripening occurred earlier, is collected and preserved/stored until flowering begins in another field with unrelated hybrid plants, and then pollen from the first field is used to pollinate the second field, causing it on the female reproductive components of the plants early in the morning (for example, at five o'clock in the morning) in order to maximize cross-pollination and minimize self-pollination in this second field. This application of pollen is carried out for two or three days in a row during the period of the most vigorous flowering. This process of collecting pollen, preserving it and storing it is repeated for the second field and this pollen is used to pollinate unrelated hybrid plants starting to bloom in the third field and so on for all fields until the flowering time ends for them. With this solution, a significant part of the corn grains in a given district will be obtained as a result of cross-pollination, rather than self-pollination, which will affect the yield in the form of an increase of 5-10%. It should be noted that the process described above does not necessarily have to be carried out in the exact sequence described above. One could take pollen from the first field (the one that bloomed first) and use it to pollinate many (say, five or more) fields. With this particular solution, cross-pollination according to the present invention could very quickly spread from one field to a group of five fields, from five fields to 25 fields, and so on. As a result, cross-pollination would occur in most of the corn fields in the county.
[0063] Пример 4. Этот пример осуществления одного из вариантов описываемого здесь изобретения похож на рассмотренный выше Пример 2, в котором пыльцу с полей, засаженных неродственными гибридами, цветущими приблизительно в одно время, на каждом из полей собирали, как только метелки начинали испускать пыльцу. Часть пыльцы с каждого поля без промедления наносили непосредственно на открывшиеся пестики растений на другом поле, а оставшуюся пыльцу консервировали / помещали на хранение. Цветение гибридных растений на полях обычно длится приблизительно три-четыре дня, и хранимую пыльцу используют для опыления в течение следующих двух-трех дней подряд ранним утром до того, как начнется естественное испускание собственной пыльцы - с целью повышения процента перекрестного опыления. При таком решении обеспечено повышение процента перекрестного опыления, и следовательно, урожайность на обоих полях будет повышена на 5-10%.[0063] Example 4 This embodiment of an embodiment of the invention described herein is similar to Example 2 discussed above, in which pollen from fields planted with unrelated hybrids flowering at approximately the same time in each field was collected as soon as the panicles began to emit pollen. . Some of the pollen from each field was immediately applied directly to the opened pistils of plants in the other field, and the remaining pollen was canned/stored. Flowering of hybrid plants in fields usually lasts approximately three to four days, and the stored pollen is used for pollination for the next two to three days in a row in the early morning before the natural release of its own pollen begins - in order to increase the percentage of cross-pollination. With this solution, an increase in the percentage of cross-pollination is ensured, and therefore, the yield on both fields will be increased by 5-10%.
[0064] Пример 5. С точки зрения рынков специальной зерновой продукции очень важно, чтобы поле было предоставлено самоопылению, так чтобы процент перекрестного опыления от близлежащих полей был очень низким. В качестве одного из примеров такой специальной зерновой продукции может быть упомянута так называемая продовольственная кукуруза, которая, чтобы удовлетворять установленным требованиям, должна быть на 99% или более получена самоопылением (Strayer, D. (2002) Preserved Systems: A reference handbook. CRC Press.). В этом примере предлагаемое изобретение использовано для сокращения процента перекрестных опылений с целью обеспечить генетически чистый урожай специальной зерновой продукции, которая будет продана конечному потребителю по повышенной цене. В этом случае пыльцу собирают сразу, как только на поле по выращиванию специальной зерновой продукции начнут испускать пыльцу первые метелки. Часть этой пыльцы без промедления целенаправленно наносят непосредственно на открывшиеся пестики на этом поле. На этой начальной стадии цветения открыта только небольшая доля пестиков. Остальную собранную пыльцу консервируют / помещают на хранение и используют в течение последующих двух-трех дней подряд для опыления очень ранним утром до того, как начнется естественное испускание пыльцы, с тем чтобы усилить самоопыление и минимизировать перекрестное опыление. При таком решении производитель специальной зерновой продукции с успехом обеспечивает выращивание и поставку специальной зерновой продукции, удовлетворяющей требованиям конечного потребителя. В этом варианте предлагаемое изобретение могло бы быть осуществлено также с меньшей интенсивностью, а именно, нанесение пыльцы можно было бы осуществлять только по внешнему окаймлению поля полосой приблизительно 12,2 м (40 футов) шириной, то есть, там, где существует наибольший риск перекрестного опыления, а внутреннюю область поля можно предоставить естественному самоопылению.[0064] Example 5 From the perspective of specialty grain markets, it is important that a field be left to self-pollinate so that the percentage of cross-pollination from nearby fields is very low. One example of such a specialty grain product is so-called food corn, which must be 99% or more self-fertilized to qualify (Strayer, D. (2002) Preserved Systems: A reference handbook. CRC Press .). In this example, the present invention is used to reduce the percentage of cross-pollination in order to provide a genetically pure harvest of a specialty grain product that will be sold to the end consumer at a premium price. In this case, pollen is collected as soon as the first panicles begin to emit pollen in the field for growing special grain products. Some of this pollen is immediately and purposefully applied directly to the opened pistils in this field. At this initial stage of flowering, only a small proportion of the pistils are open. The remaining pollen collected is canned/stored and used for the next two to three consecutive days for very early morning pollination before natural pollen emission begins, so as to enhance self-pollination and minimize cross-pollination. With this solution, the manufacturer of specialty grain products successfully ensures the cultivation and supply of specialty grain products that meet the requirements of the end consumer. In this embodiment, the proposed invention could also be carried out with less intensity, namely, the application of pollen could be carried out only along the outer edge of the field in a strip of approximately 12.2 m (40 ft) wide, that is, where there is the greatest risk of cross-pollination. pollination, and the inner area of the field can be left to natural self-pollination.
[0065] Пример 6. Предлагаемое изобретение может быть применено в индустрии производства зерновой кукурузы таким образом, что оно обеспечивает для производителя возможность принимать решения на основе рыночных показателей вплоть до момента опыления (от начала до середины июля), а не до посадки, как это имеет место на предшествующем уровне техники. Путем сбора и консервирования/отправки на хранение пыльцы из многих разных источников, которые для разных производственных ситуаций в изобилии доступны по всему миру, за счет выбора пыльцы для опыления можно обеспечить различные характеристики зерновой продукции, которая будет снята с поля. Сельхозпроизводитель имеет возможность следить за рынком и принимать решение касательно специальной зерновой продукции, такой как высокомасличная кукуруза или товарная кукуруза желтая зубовидная №2, и может отдать приказ («разместить ордер») на покупку пыльцы, которая обеспечит получение желаемой зерновой продукции. В рассматриваемом примере насаженный гибрид - это просто женское родительское растение для принятия пыльцы и в целом имеет желаемые характеристики. Пыльца содержит гены, требуемые на рынке, и при таком решении возможность удовлетворить потребности рынка путем модификации зерновой культуры сохраняется вплоть до времени опыления. Есть много других сходных признаков, которые применимы в данном примере. Например, если возникла засуха, то может быть использован такой источник пыльцы, который минимизирует процент недоразвитых зерновок в процессе налива зерна. В альтернативном варианте, если сезон не был ограничен в воде, может быть использован такой источник пыльцы, который максимизирует интенсивность всасывания и урожайность зерновой культуры.[0065] Example 6 The present invention can be applied to the grain corn industry in such a way that it allows the producer to make decisions based on market indicators up to the point of pollination (early to mid-July), rather than before planting, as is the case. occurs in the prior art. By collecting and preserving/storing pollen from many different sources, which are available in abundance around the world for different production situations, the selection of pollen for pollination can ensure different characteristics of the grain product that is removed from the field. The farmer has the ability to monitor the market and make decisions regarding specialty grain products, such as high-oil corn or No. 2 yellow dent corn, and can issue orders (“place an order”) to purchase pollen that will produce the desired grain product. In this example, the planted hybrid is simply a female parent plant to accept pollen and generally has the desired characteristics. The pollen contains the genes required by the market, and with this solution, the ability to satisfy market needs by modifying the crop remains until the time of pollination. There are many other similar signs that apply in this example. For example, if a drought occurs, a pollen source can be used that minimizes the percentage of underdeveloped grains during grain filling. Alternatively, if the season has not been water limited, a pollen source may be used that maximizes absorption rates and crop yield.
[0066] Для упомянутых выше высокомасличной кукурузы и кукурузы желтой зубовидной №2, а также для многих других требуемые характеристики могут быть достигнуты с помощью естественных, не связанных с генетически модифицированными организмами, источников пыльцы. В отношении других признаков, таких как устойчивость к насекомым-вредителям, желаемые характеристики могут быть достигнуты с привлечением в качестве источников пыльцы генетически модифицированных организмов. Кроме того, предлагаемое изобретение обеспечивает возможность придания зерновой продукции характеристик генетически модифицированного организма, не вызывая обеспокоенности общества негативным эффектом обычных генетически модифицированных организмов. Таким образом, предлагаемое изобретение обходит серьезный барьер, который вынуждены преодолевать производители полезных генетически модифицированных организмов, чтобы протолкнуть их на рынок.[0066] For the high-oil corn and No. 2 yellow dent corn mentioned above, as well as many others, the desired characteristics can be achieved using natural, non-GM pollen sources. For other traits, such as resistance to insect pests, the desired characteristics can be achieved using genetically modified organisms as pollen sources. In addition, the proposed invention makes it possible to impart the characteristics of a genetically modified organism to grain products without causing public concern about the negative effect of conventional genetically modified organisms. Thus, the proposed invention bypasses a serious barrier that manufacturers of useful genetically modified organisms are forced to overcome in order to push them to the market.
[0067] Пример 7[0067] Example 7
[0068] Еще один пример реализации описываемого здесь изобретения касается спасения завязавшихся семян, теряемых в условиях засухи, которая случилась до или во время цветения. Засуха в этот период - это до сих пор главная причина потери зерновой продукции в пересчете на год в США. В благоприятных условиях, то есть при адекватной влажности и нормальных температурах имеет место тесная синхронность испускания пыльцы мужскими цветками на метелках и появлением восприимчивых к пыльце репродуктивных компонентов (пестиков) у женских цветков. Однако в условиях засухи возникают три проблемы, которые препятствуют успешному опылению. Во-первых, при засухе появление пестиков запаздывает относительно испускания пыльцы (Basset, Р. & М. Westgate (1993) Crop Sci. 33: 279-282). То есть, удлиняется интервал между испусканием пыльцы метелками и выметыванием пестичных столбиков в початках, что может привести к абсолютной невозможности опыления поздно выметанных пестичных столбиков. Во-вторых, засуха сокращает время, в течение которого появившиеся пестики восприимчивы к пыльце (Araus, J.L. et al. (2012) Front. Physiol. 3: 305). To есть, их способность поддерживать прорастание пыльцы и рост пыльцевой трубки сокращается на несколько дней. В-третьих, низкая влажность и высокие температуры, которые обычно сопровождают засуху, уменьшают жизнеспособность и долговечность пыльцы (Schoper, J.В. et al. (1987) Plant Physiol. 83 (1): 121-125). Чтобы применить к этому случаю предлагаемое изобретение, собирают свежую пыльцу с этого поля или с близлежащего поля, на котором высажен раньше созревший гибрид кукурузы. При необходимости пыльцу хранят в течение некоторого времени, а затем наносят непосредственно на женские цветки, как только на них показались пестики. Это нанесение пыльцы преодолевает все три вышеописанных обусловленных засухой ограничения в отношении опыления и завязывания семян. Чтобы усилить естественное самоопыление/сибс-опыление, хранимую пыльцу можно наносить на протяжении нескольких дней подряд. В случаях, когда засуха удлиняет интервал между испусканием пыльцы метелками и выметыванием пестичных столбиков в початках до четырех или более дней, применение предлагаемого изобретения может повысить урожайность на 25% или более.[0068] Another example of the invention described herein concerns the rescue of set seeds that are lost under drought conditions that occur before or during flowering. Drought during this period is still the main cause of loss of grain production per year in the United States. Under favorable conditions, that is, at adequate humidity and normal temperatures, there is a close synchronicity between the release of pollen by male flowers on panicles and the appearance of pollen-sensitive reproductive components (pistils) in female flowers. However, in drought conditions, three problems arise that prevent successful pollination. First, during drought, pistil emergence lags behind pollen release (Basset, R. & M. Westgate (1993) Crop Sci. 33: 279-282). That is, it lengthens the interval between the emission of pollen by panicles and the spawning of pistillate styles in the cobs, which can lead to the absolute impossibility of pollination of late swept pistillate styles. Second, drought reduces the time that emerging pistils are receptive to pollen (Araus, JL et al. (2012) Front. Physiol. 3: 305). That is, their ability to support pollen germination and pollen tube growth is reduced for several days. Third, the low humidity and high temperatures that typically accompany drought reduce pollen viability and longevity (Schoper, J.B. et al. (1987) Plant Physiol. 83 (1): 121-125). To apply the present invention to this case, fresh pollen is collected from this field or from a nearby field in which an earlier mature corn hybrid has been planted. If necessary, the pollen is stored for some time and then applied directly to the female flowers as soon as the pistils appear. This pollen application overcomes all three of the above drought-related limitations on pollination and seed set. To enhance natural self/sib pollination, stored pollen can be applied for several days in a row. In cases where drought prolongs the interval between the emission of pollen by the panicles and the emergence of pistillate columns in the cobs is up to four or more days, the use of the present invention can increase the yield by 25% or more.
[0069] Выше с определенной степенью детализации были описаны различные варианты осуществления предлагаемого изобретения, однако специалисты соответствующего профиля в состоянии сделать многочисленные модификации описанных вариантов осуществления предлагаемого изобретения без отклонения от его духа и не выходя за пределы его объема, как он раскрыт в данном описании и прилагаемой формуле изобретения. В некоторых случаях в методике, которая здесь раскрыта прямо или косвенно, различные стадии и операции описаны при одном возможном порядке работы, но специалистам соответствующего профиля должно быть понятно, что переупорядочение, замена или устранения некоторых из этих стадий и операций не обязательно ведут к отклонению от духа предлагаемого изобретения и к выходу за пределы его объема. Предполагается, что весь материал, содержащийся в данном описании или на прилагаемых чертежах, следует интерпретировать как всего лишь иллюстративный, но не ограничивающий. Изменения в деталях или структуре могут быть сделаны без отклонения от духа предлагаемого изобретения и выхода за пределы его объема, который определен прилагаемой к сему формулой изобретения.[0069] Various embodiments of the present invention have been described in some detail above, however, those skilled in the art are able to make numerous modifications to the described embodiments of the present invention without deviating from its spirit and without going beyond its scope as disclosed herein and the attached claims. In some cases, in the procedures disclosed herein, directly or indirectly, the various steps and operations are described in one possible order of operation, but those skilled in the art will appreciate that rearranging, substituting, or eliminating some of these steps and operations will not necessarily result in a departure from spirit of the proposed invention and to go beyond its scope. It is intended that all material contained in this specification or in the accompanying drawings should be interpreted as merely illustrative and not limiting. Changes in details or structure may be made without deviating from the spirit of the proposed invention and without going beyond the scope thereof, which is defined by the appended claims.
[0070] Предлагаемое изобретение было описано со ссылками на рассмотренные выше варианты его осуществления, однако тем, кто обладает хотя бы средней квалификацией в данной отрасли, станут понятны различные альтернативные варианты, модификации, вариации, усовершенствования и (или) эквиваленты по существу, как известные, так и такие, которые спрогнозированы или могут быть спрогнозированы. Перечисление стадий способа в определенном порядке не накладывает никаких ограничений на порядок выполнения этих стадий способа. Таким образом, описанные выше варианты осуществления предлагаемого изобретения следует понимать как иллюстративные, а не ограничивающие. Специалистам соответствующего профиля должно быть понятно, что изменения могут быть внесены в изобретение по форме и в деталях без отклонения от духа предлагаемого изобретения и выхода за пределы его объема. Поэтому предполагается, что объем предлагаемого изобретения охватывает все известные или ранее разработанные альтернативные варианты, модификации, вариации, усовершенствования и (или) эквиваленты по существу.[0070] The present invention has been described with reference to the embodiments discussed above, however, those with at least average skill in the art will recognize various alternatives, modifications, variations, improvements and/or equivalents per se as are known , and those that are predicted or can be predicted. Listing the stages of the method in a certain order does not impose any restrictions on the order in which these stages of the method are performed. Thus, the embodiments of the present invention described above are to be understood as illustrative and not limiting. It should be clear to those skilled in the relevant field that changes can be made to the invention in form and detail without deviating from the spirit of the proposed invention or going beyond its scope. It is therefore intended that the scope of the present invention cover all known or previously developed alternatives, modifications, variations, improvements and/or equivalents in essence.
Claims (56)
Applications Claiming Priority (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201562184596P | 2015-06-25 | 2015-06-25 | |
US62/184,596 | 2015-06-25 | ||
US201562269514P | 2015-12-18 | 2015-12-18 | |
US201562269496P | 2015-12-18 | 2015-12-18 | |
US201562269531P | 2015-12-18 | 2015-12-18 | |
US62/269,496 | 2015-12-18 | ||
US62/269,514 | 2015-12-18 | ||
US62/269,531 | 2015-12-18 | ||
PCT/US2016/039355 WO2016210324A1 (en) | 2015-06-25 | 2016-06-24 | Grain production |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018102577A RU2018102577A (en) | 2019-07-25 |
RU2018102577A3 RU2018102577A3 (en) | 2021-10-01 |
RU2815108C2 true RU2815108C2 (en) | 2024-03-11 |
Family
ID=
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2351120C1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-04-10 | Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской Академии наук | Method of obtaining transgenic corn plants |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2351120C1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-04-10 | Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской Академии наук | Method of obtaining transgenic corn plants |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WEILAND R.T. Cross-pollination effects onmaize (zea maysl.) hybrid yields, Can. J. Plant, 1992, n.72, pp.27-33. TSAI C-L, Effects of Cross-pollination on Dry Matter Accumulation, Nutrient Partitioning and Grain Yield of Maize Hybrids Grown under Different Levels of N Fertility, J Sci Food Agric, 1991, n.57, pp.163-174. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11844321B2 (en) | Grain production with male-sterile female plants | |
US20230172133A1 (en) | Low pungency, long day onion | |
JP2009501528A (en) | Long day onion with less spiciness | |
Bethke et al. | Genetic and environmental factors contributing to reproductive success and failure in potato | |
US10993390B2 (en) | Breeding methods to develop improved xenia pollinators | |
RU2815108C2 (en) | Production of grain products | |
US20240365735A1 (en) | Rice seed production | |
RU2827571C2 (en) | Seed production method | |
Streiff | Possibilities for Hybrid | |
Hewage | Seed production in dianthus (Dianthus plumaris L.): a thesis presented in partial fulfilment of the requirement for the degree of Master of Applied Science in Seed Technology at Massey University, Palmerston North, New Zealand |