Кенаф (Hiniscus cannabinus L.), представитель рода гибискус семейства мальвовые, является важной лубяной культурой, известной своим быстрым ростом, высоким производством биомассы, высоким содержанием целлюлозы, широкой экологической приспособляемостью и высокой устойчивостью к стрессам. Его универсальное применение охватывает множество отраслей, включая текстильное производство, производство бумаги, строительных материалов, адсорбентов, кормов для животных и производство биотоплива.
Волокно кенафа обладает высокой прочностью на разрыв, хорошим влагопоглощением, быстрой дисперсией воды, коррозионной стойкостью и долговечностью, благодаря чему играет важную роль в композитных материалах и различных промышленных применениях, демонстрируя значительный рыночный потенциал.
Количество пучков волокон в лубе напрямую определяет выход волокна, что является ключом к высококачественной продукции. Таким образом, кора стебля является основным экономически ценным органом кенафа.
В последние годы в Китае достигнуты значительные успехи в оценке и использовании генетических ресурсов кенафа. Однако имеющихся ресурсов кенафа по-прежнему недостаточно, поэтому укрепление инноваций в области ресурсов гермоплазмы кенафа приобретает особое значение, особенно в отношении высококачественных генетических ресурсов.
Полиплоидная индукция представляет собой ключевую стратегию селекции для улучшения характеристик растений. По сравнению с диплоидами, полиплоиды демонстрируют выраженные морфологические изменения корней, стеблей и листьев. Многочисленные исследования показали, что полиплоидные растения обладают более сильной энергией роста, более длительными периодами роста, более высоким накоплением биомассы, усиленным синтезом вторичных метаболитов и улучшенной устойчивостью к абиотическим стрессам
Например, у лекарственных растений полиплоидная селекция увеличивает содержание лекарственных активных ингредиентов. Так, октаплоид пачули (Pogostemon cablin), индуцированный колхицином, содержит больше пачулиевого спирта, гексаплоид мяты (Mentha spicata L.), индуцированный оризалином, показывает увеличение содержания эфирного масла на 48,85%, а тетраплоид эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea L.) , индуцированный колхицином, накапливает на 17% больше биомассы и биологически активных веществ (производных кофейной кислоты и алкиламидов), чем диплоид.
Среди волокнистых культур полиплоидизация хлопчатника произошла примерно 1 миллион лет назад: коммерческие сорта хлопчатника обыкновенного (Gossypium hirsutum) и хлопчатника барбадосского (G. Barbadense) являются аллотетраплоидными, причем на G. hirsutum приходится более 90% мирового производства хлопка благодаря его урожайности и адаптивности, в то время как G. barbadense производит более длинные и тонкие волокна.
В настоящее время около 80% растений в мире являются полиплоидными. Хотя полиплоидия может естественным образом возникать посредством спонтанных мутаций, частота мутаций обычно очень низка, около 0,3% . Следовательно, искусственная индукция полиплоидии принята из-за ее быстрой и эффективной природы.
В искусственных методах наиболее часто используемый подход включает использование антимитотических агентов для препятствования формированию веретенного аппарата, предотвращая притягивание дуплицированных хромосом в клетке к противоположным полюсам, тем самым подавляя клеточное деление и приводя к удвоению клеточных хромосом.
Колхицин является наиболее часто используемым антимитотическим агентом из-за его широкого применения, простоты использования и высокой скорости мутагенеза у большинства изученных видов растений. Кроме того, включение диметилсульфоксида может облегчить проникновение колхицина в клетки, тем самым повышая эффективность индукции.
Увеличение числа хромосом растений часто способствует повышению стрессоустойчивости, накоплению эндогенных веществ и повышению экономической ценности.
В данном исследовании китайские ученые (Научно-исследовательский институт субтропических культур Гуанси; Гуансийская ключевая лаборатория агроэкологии и безопасности сельскохозяйственной продукции, ключевая лаборатория генетической селекции сельскохозяйственных культур и инноваций в области зародышевой плазмы, сельскохозяйственный колледж, Гуансийский университет) систематически оценивали оптимальные условия для индукции тетраплоидного кенафа, тестируя различные комбинации концентраций колхицина и продолжительности воздействия.
Кроме того, они провели всесторонний сравнительный анализ биологических характеристик диплоидного и тетраплоидного кенафа, охватывающий морфологические признаки, физиологические параметры (эффективность фотосинтеза, содержание микроэлементов) и агрономические показатели (накопление биомассы, потенциал выхода волокна).
В этом исследовании впервые была установлена оптимальная система индукции тетраплоидов для диплоидных семян кенафа с использованием колхицина. Результаты показали, что 4-часовая обработка 0,3% колхицином дала самый высокий уровень индукции тетраплоидов — 37,59%.
По сравнению с диплоидами, тетраплоидные растения продемонстрировали отличные фенотипические и физиологические характеристики: карликовость с укороченным междоузлием, увеличенную толщину стебля, более крупные и толстые листья с более насыщенной зеленой окраской и зазубринами, а также увеличенные цветки, коробочки и семена.
С физиологической точки зрения тетраплоидные листья характеризовались повышенным числом хлоропластов в замыкающих клетках, сниженной плотностью устьиц, более крупными пыльцевыми зернами и повышенным содержанием хлорофилла.
Дальнейший анализ показал, что тетраплоидный кенаф отличается повышенным содержанием различных микроэлементов, повышенной эффективностью фотосинтеза, более продолжительным ростом и превосходными агрономическими показателями, включая более высокую биомассу (сырой вес на 54,54% выше, сухой вес на 79,17%). Эти результаты подтверждают эффективность полиплоидизации кенафа, индуцированной колхицином, а полученная тетраплоидная зародышевая плазма представляет собой ценный ресурс для ускоренной селекции элитных сортов кенафа с повышенной урожайностью и качеством.
Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15102337
На заглавном фото - морфология листьев диплоидных (A) и тетраплоидных (B) растений кенафа, демонстрирующая различия в размере и окраске. Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15102337
