CC BY
176
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 3
УДК 633.853.59:631.52
СЕЛЕКЦИЯ ХЛОПЧАТНИКА НА УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОКРАШЕННОГО ВОЛОКНА
С.В. ГРИГОРЬЕВ1, К.В. ИЛЛАРИОНОВА2
Провели сравнительное изучение образцов хлопчатника (признаковая коллекция, ГНУ ГНЦ РФ Всероссийский НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова) с белым и окрашенным волокном по физико-механическим показателям, устойчивости к биодеструкции спонтанной микрофлорой, бактерицидности. Представлены результаты селекционного улучшения мексиканского хлопчатника с естественно окрашенным волокном. Обсуждаются перспективы внедрения в текстильное производство цветного хлопка.
Ключевые слова: естественно окрашенный хлопок, микронейр, крепость, биостойкость
волокна.
Key words: naturally colored cotton, micronaire, fiber strength, fiber’s resistanse to biodestruction.
Белое волокно культивируемых видов и большинства современных сортов хлопчатника — результат длительной селекции. Развитие текстильной промышленности в прошлом веке обусловило появление разнообразных искусственных красителей, и естественно окрашенный хлопок практически исчез из производства. Однако из-за высокой активности химических агентов в процессе отбеливания и крашения происходит линька и разрушение хлопкового волокна, что приводит к снижению прочности ткани и неоднородности тона окраски изделий (1). Кроме того, используемые в текстильной химии вещества часто канцерогенны и аллергенны (2).
В настоящее время ведется поиск новых безопасных, высокоэффективных и экологически чистых натуральных продуктов, резко возросли требования к экологичности и качеству одежды (3). На рынке все шире предлагается текстиль из хлопка с натуральной окраской. Существует мнение, что такие изделия лучше аэрируются, имеют большую теплоемкость, неаллергенны, не оставляют воспалений и расчесов на коже (1).
Волокно и подпушек диких видов хлопчатника окрашены в бежевый или розовато-бронзовый (Gossypium anomalum Wawra et Peyr.), желтоватый (Gossypium areysianum Defl.), светло-коричневый (Gossypium harknessii Brandg.), коричневый (Gossypium triphyllum Hohr.), темно-коричневый (Gossypium armourianum Kearney.), бурый (Gossypium somalense Hutch.), буроватозеленый (Gossypium klotzschianum Andress.), зеленый (Gossypium sturtianum var. nandawarense (Der.) Fryx.), темно-зеленый (Gossypium davidsonii Kell.) тона (4). Как показывает селекционная практика, признак окрашенности волокна связан с его химическим составом, который, в свою очередь, определяет прочность и тонину. Так, в белом волокне содержится не более 0,7-0,8 % жировосковых веществ, тогда как в зеленом — до 17,0 % (5). Цвет волокну придают катехины — ароматические вещества из группы флавоноидов, продукты окисления которых образуют флобафены, обусловливающие коричневую, желто-бурую и черноватую окраску и играющие роль антисептика (1).
Каждое волоконце хлопка представляет собой одну сильно вытянутую (до 60 мм) клетку эпидермиса семени, которая в живом состоянии имеет вид пустотелого цилиндрического волоска. После созревания коробочки высохшее волоконце приобретает форму спирально извитой ленточки, сохраняющей внутренний канал. Низкую прочность цветного волоконца можно объяснить разрушением структуры молекул целлюлозы в
83
стенке из-за включения жировосковых веществ.
Первые работы по изучению наследования признаков зеленой и коричневой окраски волокна хлопчатника появились в 20-х годах прошлого века. Было показано, что незрелость окрашенного волокна с тонкой стенкой и малым внутренним диаметром — результат присутствия зеленого пигмента. Такая окраска волокна и высокое содержание воска генетически не сцеплены и обусловлены плейотропным действием генов. Экспрессия признака тонины волокна — аддитивный эффект генов зеленой и коричневой окраски, которые ингибируют развитие волоконца (цит. по 6).
Наблюдение характера расщепления в F2 позволило сделать вывод о комплементарном взаимодействии генов, отвечающих за окраску волокна. Установлено, что у средневолокнистого хлопчатника этот признак контролируется тремя генами — Lci, LC2 и Lcj (7). При перекрестном переопылении беловолокнистых форм хлопчатника с генотипом LciLcilc^lc2 и lcilciLc^Lc2 у гибридов присутствовали оба доминатных комплементарных гена, а волокно у потомства было окрашенным.
Масштабное создание сортов с естественно окрашенным волокном в нашей стране было начато в довоенные годы. В 1947 году в Узбекской ССР выведены сорта С-4042, С-4043, С-4050 со штапельной массодлиной 30-32 мм, которые, по данным автора, почти не уступали лучшим промышленным сортам с белым волокном (8). Буроволокнитые сорта G. hirsutum и зеленоволокнистые сорта G. barbadense характеризовались высокой масличностью семян — соответственно 26 и 28 %. Сорт 7631-И, полученный на основе перуанского и мексиканского видов, имел зеленое волокно. Сорт 2И3 с кремовым волокном к 1947 году выращивали в Таджикистане и Туркмении на площади 103 тыс. га. К 1944 году были созданы сорта С-4017 и С-4018 с коричневым волокном, которые в 1946 году заняли 8 тыс. га в Узбекистане (9). Однако волокно этих сортов было коротким (26,6-27,0 мм) и непрочным. К 1955 году районирован сорт С-4086 с крупной (до 6,7 г) коробочкой и волокном длиной до 33 мм с промежуточной крепостью. Также выведены сорта G. hirsutum С-4081, С-4047, С-4106 и др. с приемлемыми показателями выхода, длины и крепости коричневого волокна.
В опытах по селекции хлопчатника G. barbadense, проведенных другими исследователями, не удалось создать сорта, сочетающие окрашенность волокна и его качество. Технологические свойства волокна несколько улучшались только при снижении содержания пигментов (6). Вместе с тем создание сортов с окрашенным волокном в СССР посчитали утратившим актуальность в связи с развитием промышленного химического крашения (7).
В настоящее время в Туркмении продолжаются исследования хлопчатника с естественно окрашенным волокном (10). Несмотря на мелкоко-робочность, выделенные линии характеризуются скороспелостью (124 сут) и длиной волокна до 31 мм.
Целью настоящей работы было создание на территории России продуктивных линий средневолокнистого хлопчатника с натурально окрашенным волокном, физико-механические параметры которого соответствуют требованиям промышленного прядения.
Методика. Опыты проводили в 2000-2006 годах в Астраханской области. Объектом исследования служили интродуцированные образцы средневолокнистого хлопчатника, полученные на основе межвидовой и сложной межсортовой гибридизации (11).
Почвы — луговые, лугово-ильменные, оглеенные, супесчаные и суглинистые с содержанием доступных форм фосфора, азота и калия со-
84
ответственно 72,2; 28,0-32,2 и 50,0-70,0 мг/кг. Плотный остаток солей — до 0,720 %, концентрация ионов хлорида — 0,116 %. Климат региона очень сухой (ГТК < 0,3), жаркий. В 2004 году отмечено 3-кратное превышение количества осадков в июле над среднемноголетними значениями (до 43 мм).
Посев проводили в поле по гребням борозд в середине мая по схеме 70^12 см (одно растение). В норме объем полива дождеванием составлял не более 3500 м3/га за сезон вегетации. Скороспелость и показатели продуктивности хлопчатника оценивали на 130-е сут после посева. Продуктивность учитывалась первым поделяночным сбором хлопка-сырца. Средний размер одной многорядковой делянки в опыте — 30,5 м2, выделенной площади учета каждого образца — 9,8 м2. Размещение делянок — рендомизированное, в 3 повторностях.
В мире наиболее распространена система оценки качества волокна Spinlab HVI. В России на текстильных предприятиях дополнительно анализируют партии импортного волокна, используя как принятые в СССР ГОСТы, так и аналогичный стандарт Узбекистана (O’zDSt) — лидирующего мирового производителя и поставщика хлопка. Мы оценивали качество волокна по системе HVI 900, а также по ГОСТ 3274.0, ГОСТ 3274.5, УзРСТ 629, УзРСТ 619. Поврежденность хлопка спонтанной микрофлорой и бактерицидность определяли согласно описанию (12), разнообразие окраски волокна — по шкале А.С. Бондарцева (13).
Волокно испытывали на биостойкость в течение 8 мес, выдерживая в термостате при температуре (около 28 °С) и влажности (около 90 %), благоприятных для развития микроорганизмов.
Статистическую обработку данных проводили по БА. Доспехову (14).
Результаты. В опытах 2000-2002 годов темпы созревания растений всех образцов с волокном, окрашенным в оттенки коричневого и зеленого тонов (за исключением линии Kur10), были в 2 раза ниже, чем у стандартного сорта Ас5. Образец Sfgr с зеленым волокном оказался наиболее позднеспелым.
Линии не уступали беловолокнистому стандарту по числу коробочек с растения и мас-
1. Показатели скороспелости и продуктивности у се сырца с коробоч-
образцов хлопчатника с окрашенным волокном тт F „
/ian * г к оппп ки. Линия Kur10 пре-
(130 сут вегетации, Астраханская обл., 20002002 годы) восходила стандарт по
урожаю сырца с одного растения, массе сырца с одной коробочки и выделялась высоким выходом волокна (табл.1).
В 2003-2004 годах длина окрашенного волокна у растений изучаемых линий была меньше, чем у стандартов (табл. 2), показатели его равномерности по длине (более 81 %) существенно не различались. Прочность волокна достаточно сильно варьировала по годам исследования. К 2004 году из линий Kur10 и Sf были отобраны растения-родоначальники с крепким волокном — соответственно
28,3 и 25,3 гс/текс.
Линия, сорт Сзр СоКр Ур1р Вл1р Ср1к Вх
Kur10 58,0 4,0 28,6 10,9 7,3 43
KurN 47,0 3,7 20,7 8,3 6,0 29
Sf 67,0 5,0 22,3 12,4 4,6 37
Sfgr 19,0 - 7,8 1,3 5,0 18
Ас5 86,0 4,0 22,5 - 5,5 39
П р и м е ч а н и е. Ас5 — сорт-стандарт с белым волокном, Sfgr — линия с зеленым волокном; Сзр — доля растений, имеющих хотя бы одну открытую коробочку, %; СоКр — число коробочек, собранных с одного растения, шт.; Ур1р — урожай сырца с одного растения, г; Вл1р — урожай волокна с одного растения, г; Ср1к — масса сырца с коробочки, г; Вх — выход волокна, %. Прочерки означают отсутствие данных.
85
Окрашенное волокно отличалось от белого незрелостью и тониной, но в целом по этим показателям уступало ему незначительно. Так, в опытах 2003-2004 годов с увеличенным числом беловолокнистых сортов-стандартов, районированных в Астраханской области, тонина и зрелость волокна оказались неудовлетворительными: у сортов Ас5 и Югтекс 1 оно было тонкое и незрелое, у сорта Михайловский — либо тонкое и незрелое (микронейр 3,2), либо слишком грубое (микронейр 5,1) (см. табл. 2).
2. Пределы значений для показателей качества неокрашенного и окрашенного волокна (оценка по HVI 900) у образцов хлопчатника (Астраханская обл., 2003-2004 годы)
Линия, сорт | Uhml | Unf 1 Str | Elg | Mic I O’zDSt
Kur10 25,8-26,4 78,7-83,8 23,7-28,3 7,5-6,2 3,1-4,8 6
KurN 25,7-24,6 81,0-84,5 16,8-22,5 7,8-5,5 3,1-4,3 7
Sf 24,8-25,7 81,3-86,5 18,7-25,3 7,8-5,9 3,4-4,8 7
Ас5 26,6-29,6 81,4-82,6 22,5-23,0 6,3-6,5 2,8-3,9 5-4
Михайловский 26,1-27,6 83,7-85,0 25,0-25,3 6,5-6,0 3,2-5,1 5-6
Югтекс1 27,8 82,0 19,9 7,0 2,9 5
П р и м е ч а н и е. Ас5, Михайловский, Югтекс1 — сорта-стандарты; Uhm! — средняя длина наиболее длинных волокон, мм; Unf — индекс равномерности по длине, %; Str — удельная разрывная нагрузка, гс/текс; Elg — удлинение при разрыве, %; Mic — микронейр (тонина и зрелость); O’zDSt — тип волокна (стандарт Узбекистана).
Из линии Kur10 отобрали линию 3305 Марон с мраморно-розовой окраской волокна. При большей массе сырца с коробочки (6,9 г) эта линия уступала лучшему беловолокнистому сорту-стандарту Михайловский по урожайности сырца и урожаю с одного растения (табл. 3). В то же время полученное волокно характеризовалась приемлемыми показателями выхода (38,2 %), тонины и зрелости (4,9), высоким индексом равномерности по длине (83,9 %) и удельной разрывной нагрузкой выше средней (Str — 28,4 гс/текс, Ун — 25,7 гс/текс) (см. табл. 3), что соответствует значениям для качественного волокна 5-го типа. Иными словами, у линии 3305 Марон по сравнению с беловолокнистым сортом Михайловский волокно оказалось более прочным и зрелым, то есть соответствующим технологическим требованиям распространенного метода пневмомеханического прядения.
3. Показатели продуктивности и качества волокна (оценки по HVI 900 и ГОСТ) у растений хлопчатника линии 3305 Марон с окрашенным волокном и беловолокнистого сорта-стандарта Михайловский (Астраханская обл., 2005-2006 годы)
Линия, сорт У1м У1р С1к Вх Ul Uf Str El M Ун Пвр Бк
3305 Марон 224,9 23,2 6,9 38,2 26,3 83,9 28,4 6,1 4,9 25,7 1,1 24,8
Михайловский 480,0 63,7 6,2 39,0 26,2 85,1 25,4 6,1 5,2 24,5 2,2 7,1
НСР05 45,0 6,2 0,3 0,5 0,6 0,9 1,0 0,2 0,3
П р и м е ч а н и е. У1м — урожайность сырца, г/м2; У1р — урожай сырца с одного растения, г; С1к — масса сырца с коробочки, г; Вх — выход волокна, %; Ul — длина волокна, мм; Uf — индекс равномерности по длине, %; Str — удельная разрывная нагрузка, гс/текс; El — удлинение при разрыве, %; M — мик-ронейр (все по HVI 900); Ун — удельная разрывная нагрузка, гс/текс (ГОСТ); Пвр — поврежденность хлопка спонтанной микрофлорой через 8 мес; Бк — бактерицидность хлопка, КОЕ на кровяном агаре (степень подавления развития условно патогенной микрофлоры кожи человека, %).
При 8-месячных испытаниях на биостойкость цветное волокно линии 3305 Марон приобретало новую богатую колористику и насыщенность цвета. Волокно обладало такими важными свойствами, как устойчивость к биоповреждениям спонтанной микрофлорой и высокая бактерицидность (табл. 3).
Таким образом, в Астраханской области нами создана линия хлопчатника 3305 Марон, которая сочетает приемлемые показатели продуктивности, выхода и качества волокна с мраморно-розовой окраской.
86
Авторы выражают благодарность генеральному директору прядильно-ниточного комбината им. С.М. Кирова к.т.н. В.Ф. Мартынову, а также директору по качеству Е.А. Бондаренко и ведущему инженеру по сырью В.М. Бегининой за консультации
и помощь в проведении испытаний волокна.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Ф у р с о в В.Н. Экспериментальный мутагенез и создание исходного селекционного материала у тонковолокнистого хлопчатника. Ашхабад, 1981.
2. М о р ы г а н о в А.П. Производство льносодержащих текстильных материалов. Текстильная химия, 2000, 2(18): 34-40.
3. G r i g o r y e v O. Application of hempseed oil in the treatment of ENT disorders. J. Idustr. Hemp, 2002, 7(2): 5-15.
4. М а у е р Ф.М. Хлопчатник. Ташкент, 1954. Т. 1: 131-135.
5. П о п о в а П.Я., Х а ф и з о в И.К. Естественная окраска хлопкового волокна. В кн.: Энциклопедия хлопководства. Ташкент, 1985: 306-307.
6. К е р б а б а е в а З.И. Создание и изучение генетической коллекции хлопчатника и ее роль в получении доноров селекционных признаков. Атореф. докт. дис. СПб, 1992.
7. С и м о н г у л я н Н.Г. Генетика количественных признаков хлопчатника. Ташкент, 1991.
8. К а н а ш С.С. Вопросы селекции хлопчатника. Избр. тр. Ташкент, 1981.
9. И к с а н о в М.И. Каталог сортов хлопчатника. Ташкент, 1993.
10. Д ж у м а н и я з о в Б., М а м е д о в К., К у л и е в а И. Изучение хлопчатника с природноокрашенным волокном. Тез. докл. межд. научн.-практич. конфер. по теоретич. и практич. основам селекции и семеноводства хлопчатника. Ташкент, 2002: 56-57.
11. Г р и г о р ь е в С.В. Наследование хозяйственно ценных признаков амфиплоидов хлопчатника в зависимости от кратности беккросса. Автореф. канд. дис. Ташкент, 1994.
12. И л л а р и о н о в а К.В. Влияние биоповреждений на структуру и свойства природно-окрашенного волокна новых селекционных линий хлопчатника. Автореф. канд. дис. СПб, 2007.
13. Б о н д а р ц е в А.С. Шкала цветов. М., 1954.
14. Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
1ГНУ ГНЦ РФ Всероссийский НИИ Поступила в редакцию
растениеводства им. Н.И. Вавилова, 6 июня 2008 года
190000 г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44, e-mail: [email protected];
2ГОУВПО Санкт-Петербургский торгово-экономический институт,
194021 г. Санкт-Петербург, ул. Новороссийская, 50
SELECTION OF COTTON PLANTS ON IMPROVED QUALITY OF COLORED FIBER
S.V. Grigor’ev1, K.V. Illarionova2
S u m m a r y
The authors presented the comparative investigation of cotton variants from collection of All-Russian Scientific Research Institute of Plant Growing with white and colored fiber on physic-chemical parameters, resistance to biological degradation by spontaneous microflora and bactericidal action. The results of selection work with Mexican cotton with natural colored fiber are presented. The outlooks of application of colored cotton to textile industry are discussed.
Научные конференции
XIX ПУЩИНСКИЕ ЧТЕНИЯ ПО ФОТОСИНТЕЗУ И ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ФОТОХИМИЯ ХЛОРОФИЛЛА В МОДЕЛЬНЫХ И ПРИРОДНЫХ СИСТЕМАХ», посвященные 100-летию со дня рождения В.Б. Евстигнеева
(15-19 июня 2009 года, г. Пущино, Учреждение Российской академии наук Институт фундаментальных проблем биологии — ИФПБ РАН)
Программа конференции включает доклады и стендовые сообщения по направлениям:
■ фотофизика и фотохимия хлорофилла и его аналогов в модельных системах;
■ преобразование световой энергии при фотосинтезе;
■ фотосинтез в стрессовых условиях
87
