Спосіб відокремлення інбредного насіння і машина для його здійснення

Реферат: Винахід належить до способу відокремлення інбредного насіння від змішаної популяції інбредного та гібридного насіння. Спосіб включає піддавання зазначеного насіння дії пристрою, який розділяє зазначену змішану популяцію на (і) популяцію головним чином інбредного насіння та (іі) популяцію головним чином гібридного насіння. Пристрій відокремлює зазначене інбредне насіння на основі відмінності, яку виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. UA 109154 C2 (12) UA 109154 C2 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується способу створення популяції гібридного насіння F1 та інбредного насіння і потім сортування зазначеного насіння на основі відмінності між зазначеним гібридним F1 і зазначеним інбредним насінням. Особливо даний спосіб застосовний до сортування насіння злаків, особливо насіння пшениці, насіння ячменю, насіння тритикале та насіння жита. Злакові сільськогосподарські культури культивуються в більшості країн по всьому світу і є багатим джерелом білка, вуглеводів, мінеральних речовин, вітамінів, олій та жирів. Вираз "злак", як правило, охоплює трав’янисті рослини з родин однодольних рослин, відомих як Poaceae або Gramineae. Особливий інтерес представляють злакові сільськогосподарські культури пшениці та ячменю. Пшениця є ключовою глобальною продовольчою сільськогосподарською культурою; вона є провідним джерелом рослинного білка в їжі та продовольчою культурою, найбільшою мірою залученою в міжнародну торгівлю. Зерно пшениці застосовується у створенні різноманітних продуктів харчування, включаючи хлібобулочні вироби; бісквіти; макаронні вироби; сухі сніданки з продуктів переробки зерна; корм для тварин, і може зброджуватися для застосування в пивоварінні або застосовуватися в створенні біологічного палива. До того ж інші частини рослини пшениці можна застосовувати як будівельні матеріали, такі як покрівельний матеріал. Дивно, що глобальне виробництво пшениці збільшується менш ніж на 1% за рік, тоді як державне замовлення на деякі джерела збільшується на 1,5% за рік. За умов збільшення населення світу залишається необхідність створення ще більш ефективних способів максимізації віддачі від усе більш цінних і дорогих світових земель сільськогосподарського призначення. Ячмінь є злаковим зерном, отримуваним від Hordeum vulgare. У звітах стверджується, що його вирощують більш ніж в 100 країнах по всьому світу, і його зерно застосовують переважно як продукт харчування. Зокрема, ячмінь широко застосовують у кормі для тварин, однак, його також застосовують у виробництві солоду для створення ключового ароматичного інгредієнта пива та віскі. Ячмінь також застосовують в інших продуктах харчування та у виробництві інших алкогольних та безалкогольних напоїв. Переваги високоврожайних гібридних рослин визнали давно. Гібридні сорти будуть часто проявляти надзвичайно однорідний фенотип у порівнянні з їхніми інбредними батьками. Гібриди отримують користь від поєднаних ознак батьків, які приводять до посиленої опірності захворюванням і потужності, що, в свою чергу, може зумовлювати збільшений урожай. Гібриди також дають можливість простого схрещування для поєднання характерних рис або ознак, поєднання яких іншими способами могло бути складним, і зазвичай дають більший вихід з одиниці площі при використанні факторів росту, таких як вода та добриво. Гібриди F1 виробляють за допомогою запліднення жіночої рослини, що має чоловічу стерильність, пилком від чоловічої рослини-донора. Отже, одним із критичних аспектів виробництва гібридів є гарантування того, що стосовно жіночої рослини запобігають самозапиленню, залишаючи її в той же час фертильною. З рівня техніки відомі різноманітні способи та методики отримання чоловічої стерильності жіночої батьківської особини. Приклади включають механічне видалення чоловічого пилку, який продукує частину рослини, таке як "видалення волотей", виконуване на кукурудзі. Застосування цитоплазматичної чоловічої стерильності (CMS) для комерційного виробництва гібридів потребує стабільної цитоплазми, що має чоловічу стерильність, та джерела пилку. Цитоплазматична генетична система чоловічої стерильності потребує існування трьох типів ліній для виробництва гібридів, лінії A (яка має цитоплазматичну чоловічу стерильність), лінії B (закріплювача чоловічої фертильності) і лінії R (яка має чоловічу фертильність, з генами-відновлювачами). Схрещування, які виконують при використанні даної системи, включаютьзакріплення та виробництво трьох ліній, лінії A і лінії B однієї з інбредних особин, які схрещують для збільшення насіння жіночої складової в стані лінії A для застосування на кінцевому етапі виробництва гібридів, і лінії R, що має чоловічу фертильність, яка містить ген(и) відновлення, що застосовують як чоловічу складову на кінцевому етапі виробництва гібридів. Гібридне насіння також можна виробляти за допомогою застосування хімічних речовин, що інгібують утворення життєздатного пилку. Ці хімічні речовини, названі гаметоцидами, застосовують для надання транзиторної чоловічої стерильності. Гібриди можна додатково створювати за допомогою застосування методик молекулярної біології. У цілому, жіночу батьківську особину можна сконструювати таким чином, щоб унеможливлювати продукування пилку з метою досягнення чоловічої стерильності. Про такі методики також широко повідомлялося, і вони є добре відомими фахівцеві в даній галузі. Останнє вдосконалення таких методик включає хімічну систему чоловічої стерильності, 1 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 основану на перетворенні неактивного D-енантіомеру (D-глюфосинату) гербіциду на основі глюфосинату на фітотоксичний L-енантіомер (L-глюфосинат), чиє перетворення локалізоване в пиляках. Перетворення нефітотоксичного D-глюфосинату на фітотоксичний L-глюфосинат призводить в результаті до сильно локалізованого руйнування пиляка, у такий спосіб приводячи рослину до стану чоловічої стерильності. Це перетворення здійснюють за допомогою активуючого ферменту (модифікованої форми оксидази D-амінокислот), який специфічно експресується в пиляках. Ця система додатково описана в WO2005/005641. Головним недоліком традиційних систем виробництва гібридного насіння є необхідність висаджувати окремі ряди, смуги або блоки чоловічих і жіночих батьківських ліній. Стосовно виробництва гібридів пшениці, наприклад, це іноді називають системою посадки з ізоляцією насіннєвих ділянок. Однією з характерних властивостей системи посадки з ізоляцією насіннєвих ділянок є те, що чоловічі та жіночі рослини розділяють по різних насіннєвих ділянках. Чоловіча насіннєва ділянка містить чоловічі рослини-запильники, і вона повністю відокремлена від жіночої насіннєвої ділянки, яка містить жіночі особини, що мають чоловічу стерильність. Насіннєві ділянки відокремлюють настільки, що із цілої жіночої насіннєвої ділянки можна збирати врожай з цілковитою впевненістю, що він не буде містити будь-якого чоловічого інбредного насіння з огляду на те, що чоловічі особини присутні в окремій насіннєвій ділянці. Існує аналогічна система для виробництва гібридів ячменю, де рослини вирощують у смугах чоловічих і жіночих особин. У цьому випадку низькоефективне запилення є особливо гострою проблемою для таких видів сільськогосподарських культур, як пшениця і ячмінь, які вивільняють невеликі кількості пилку, що не поширюється далеко за вітром та залишається життєздатним лише протягом дуже короткого періоду часу. За таких сільськогосподарських культур до двох третин поля, на якому виробляють гібриди, необхідно виділити під чоловічі рослини, що є донорами пилку, і тоді виробництво гібридного насіння, у зв'язку з цим, стає економічно невигідним. З метою досягнення економічно більш вигідного виробництва насіння сільськогосподарських культур пшениці та ячменю було б необхідно перемістити чоловічі та жіночі рослини на більш близьку відстань одна від одної з метою більш ефективного перенесення пилку; найбільш ефективно шляхом посадки в міжряддях чоловічих і жіночих особин у межах декількох сантиметрів одна від одної в одних і тих же рядах. Однак у такій системі було б непрактичним збирати врожай насіння тільки з жіночих батьківських особин (які мають чоловічу стерильність). Крім того, у той час як гібриди ячменю можна створювати за допомогою системи посадки в міжряддях, практичний обсяг цих дій обмежений, оскільки насіння із зібраного врожаю включає як гібридне, так і інбредне, і стійкість до інбредного "забруднення" у насіння із зібраного врожаю є відносно низькою. Одна із проблем методики посадки в міжряддях стосується загальної ефективності виробництва гібридів, оскільки число чоловічих особин, застосованих в методиці посадки в міжряддях, може бути лише невеликим, щоб дотримуватися строгих меж низької відсоткової частки інбредного насіння, що присутнє в загальному врожаї гібридного насіння, отриманого за допомогою даної методики. Низьке число застосованих чоловічих особин означає, що з урахуванням низької ефективності запилення, як зазначено вище, частина жіночих рослин не буде запилюватися і, таким чином, зовсім не буде продукувати ніякого зерна. Це впливає на загальний урожай з поля, і за допомогою збільшення числа чоловічих особин з метою збільшення ефективності запилення це явище не подолають, оскільки такий захід збільшить число інбредного насіння у загальному врожаї, якщо припустити, що відсоткова частка інбредних форм, отриманих в загальному врожаї, перебуває за допустимими межами. Це представляє собою істотну перешкоду, що впливає на ефективність системи посадки гібридів у міжряддях. Крім того, існує необхідність забезпечення системи, за допомогою якої врожай гібридного насіння можна було б легко перевірити, щоб гарантувати, що відсоткова частка інбредного насіння знаходиться в затверджених межах. До того ж існує необхідність забезпечення системи, яка може гарантувати, що інбредне насіння, яке присутнє в гібридному насінні із зібраного врожаю, відповідає таким межам, шляхом, за необхідності, видалення будьякого надлишкового інбредного насіння задля відповідності офіційним вимогам. Створення гібридних злаків, таких як пшениця і ячмінь, економічно обґрунтованим способом залишається проблемою. Як описано вище, метод роздільної посадки з ізоляцією насіннєвих ділянок/стрічкової посадки є дорогим методом, і більш дешева система посадки в міжряддях залишається непрактичною із дещо більш низьким урожаєм гібридного насіння. З урахуванням цих проблем існує необхідність розробки способів збільшення врожаю пшениці та ячменю і забезпеченні механізму, за допомогою якого можна було б збирати врожай зерна пшениці та ячменю комерційно доцільним способом. Даний винахід направлений на вирішення різноманітних проблем, що існують у даних способах виробництва гібридної пшениці 2 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 та гібридного ячменю, особливо гібридного ячменю. Більше того, з підвищенням потреби в їжі населення світу, що збільшується, залишається необхідність в більш ефективних способах виробництва високоякісних сільськогосподарських культур, таких як гібридний ячмінь і пшениця, та максимізації застосування обмежених земель сільськогосподарського призначення, доступних завдяки, зокрема, зменшенню відходів у зв'язку з відсутністю запилення жіночих рослин у виробництві гібридів. За даним винаходом забезпечується спосіб відокремлення інбредного насіння від змішаної популяції інбредного та гібридного насіння, при цьому спосіб включає: (a) забезпечення змішаної популяції інбредного та гібридного насіння; і (b) піддавання зазначеного насіння дії пристрою, який розділяє зазначену змішану популяцію на (i) популяцію головним чином інбредного насіння та (ii) популяцію головним чином гібридного насіння, який відрізняється тим, що зазначене насіння представляє собою насіння злаків, і зазначений пристрій відокремлює зазначене інбредне насіння на основі відмінності, яку виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. Спосіб за даним винаходом можна також застосовувати для відокремлення гібридного насіння від інбредного насіння. Сумарним ефектом способу за даним винаходом є забезпечення набору інбредного насіння та набору гібридного насіння, відокремлених від їх змішаної популяції. Пристрій, як правило, буде містити засіб відбору зразка кожної насінини з популяції, який, як правило, буде включати відокремлення насіння таким чином, що кожна окрема насінина може бути відібраною. Зазначений відбір зразків буде включати визначення характеристик відбиття та/або поглинання кожної насінини за допомогою світла ближньої інфрачервоної області спектра. Наприклад, насіння можна освітлювати світлом попередньо визначеного спектра та вимірювати спектральні властивості відбитого світла. Для виявлення за допомогою пропускання детектор розташовують таким чином, щоб він вимірював світло, що проходить крізь насінину, і такий чином вимірював спектральні властивості світла, що проходить крізь насінину. Після отримання цих даних пристрій буде розпізнавати насінину як інбредну або гібридну на основі вимірів, зроблених з насінини, при порівнянні з контрольними стандартами, як розпізнає пристрій. Як правило, дану операцію виконують шляхом порівняння з використанням обчислювальної машини даних, отриманих від зразка насінини, з попередньо запрограмованими стандартами так, щоб насінину можна було визначити як таку на інбредній або гібридній основі. Після виконання аналізу та визначення організму або як гібридним, або як інбредним, пристрій буде забезпечувати засіб відокремлення насінини до зони збирання, яка містить насіння, піддане такому ж аналізу і яке дало на виході такі ж результати. Змішану популяцію насіння в результаті розділяють на складові інбредну та гібридну частини за допомогою операції на цьому пристрої. Приклади пристроїв, які можна застосовувати відповідно до способів за даним винаходом, включають такі, що описані в EP1401589 і EP1578544. Відмінність між гібридним та інбредним насінням відповідно до способів та пристроїв даного винаходу в даному описі також можна виявити за допомогою застосування візуалізації терагерцевого випромінювання, електромагнітного випромінювання; звукових хвиль; ультрафіолетового світла; інфрачервоного світла, флуоресцентного світла; ультразвукових хвиль; мікрохвиль; ядерного магнітного резонансу окремо або в поєднанні. Такі способи виявлення можна також переважно поєднувати із застосуванням світла ближньої інфрачервоної області спектра. Гібридне та інбредне насіння за даним винаходом переважно розрізняють без необхідності знищення або негативного впливу на насінину. Більше того, застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра забезпечує механізм встановлення відмінностей між гібридним та інбредним насінням без необхідності сортування на основі вмісту білка, вмісту олій або кольору, яке вже є в цілому загальновідомим з відомого рівня техніки як засіб встановлення відмінностей між насінням. Спосіб за даним винаходом, таким чином, забезпечує засіб встановлення відмінностей між гібридним та інбредним насінням на основі властивостей насіння, яке не перебуває, як правило/значною мірою, під впливом навколишнього середовища, у якому відбувається вирощування. Даний винахід, більше того, забезпечує спосіб за кожним з попередніх пунктів, де зазначений пристрій містить: (a) засіб відбору зразків кожної насінини зі змішаної популяції; та (b) засіб отримання спектральних даних за ближньою інфрачервоною областю спектра для кожної насінини; та (c) засіб визначення кожної насінини як інбредної або гібридної насінини на основі зазначених спектральних даних; та (d) засіб відокремлення кожної насінини на основі зазначених даних; та (e) засіб збирання відокремленого таким чином насіння. Насіння можна визначити відповідно до даного способу за допомогою порівняння спектральних даних, 3 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 отриманих для кожного зразка, зі спектральними даними для контрольного зразка гібридного та інбредного організмів. Даний винахід, більше того, забезпечує спосіб, описаний вище, де зазначений пристрій відокремлює насіння таким чином, щоб утворювана в результаті популяція відокремленого головним чином гібридного насіння містила не більше близько 5% інбредного насіння. Спосіб за даним винаходом можна задіяти для гарантування того, що кількість інбредного насіння, присутнього в гібридному насінні, зібраному для подальшої посадки, знаходиться в затверджених межах, шляхом відокремлення будь-якого надлишку. Наприклад, якщо затверджена межа інбредного насіння в популяції гібридного насіння, створеній для подальшої посадки, становить 5%, то спосіб даного винаходу можна використовувати для гарантування того, що насіння, відібране для подальшої посадки, містить не більше 5% інбредного насіння. Спосіб за даним винаходом переважно використовують для відокремлення головним чином усього інбредного насіння, однак, спосіб можна все ж задіяти для гарантування того, що насіння, відібране для подальшої посадки, відповідає будь-яким інструкціям, пов'язаним з кількістю інбредного насіння, дозволеного бути присутнім в гібридній популяції. У ще одних варіантах здійснення даного винаходу спосіб можна використовувати для гарантування того, що насіння, відібране для подальшої посадки, містить не більше відсоткової частки інбредного насіння, вибраної з 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15% та більше 15%. У конкретному варіанті здійснення даного винаходу спосіб застосовують до насіння ячменю для гарантування того, що насіння, відібране для подальшої посадки, містить не більше 10% інбредного насіння. У ще одному варіанті здійснення даного винаходу спосіб застосовують до насіння тритикале для гарантування того, що насіння, відібране для подальшої посадки, містить не більше 5% інбредного насіння. Даний винахід, більше того, забезпечує спосіб, як описано вище, де зазначене насінням злаків представляє собою ячмінь або пшеницю. У конкретному варіанті здійснення даного винаходу способи та машини, як описано в даному описі, задіяні для сортування насіння ячменю. Даний винахід, більше того, забезпечує спосіб, як описано вище, де в зазначеному пристрої задіяний алгоритм встановлення відмінностей між спектральними даними ближньої інфрачервоної області спектра, отриманими від зазначеного інбредного та зазначеного гібридного насіння, що в такому випадку дає можливість відсортувати насіння на основі зазначених спектральних даних. Перед виконанням способів за даним винаходом контрольне насіння можна випробовувати для уточнення спектральних даних, даних відбивної здатності та/або пропускання щодо вибору гібридного та інбредного насіння. Після створення цих даних їх можна задіяти до створення алгоритму для застосування у виявленні відмінностей між насінням. Це також можна застосовувати у пристрої, який, як описано вище, містить засіб випробування кожної з насінин у загальній популяції та потім на основі результатів, порівнюваних зі стандартами, відбору насіння, яке належить до релевантної категорії інбредного або гібридного, і розділення відповідно до цього. Фахівець у даній галузі здатний створити належний алгоритм для застосування в пристрої, описаному в даному описі, на основі ідентифікації спектральних даних насіння, яке слід відсортувати. Даний винахід, більше того, забезпечує спосіб за кожним з попередніх пунктів, де зазначена відмінність представляє собою генотипну відмінність. Даний винахід, більше того, забезпечує спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де зазначена відмінність стосується кількості сполуки, вибраної з: глюкози; ксилози; манози; галактози; арабінози або їх поєднання, у насінні. У ще одному аспекті даного винаходу забезпечується спосіб отримання головним чином чистого гібридного насіння F1 і головним чином чистого інбредного насіння, при цьому зазначений спосіб включає: (a) посадку в міжряддях популяції батьківських рослин у полі, де зазначена популяція містить чоловічі та жіночі батьківські особини, де зазначені жіночі особини щонайменше частково мають чоловічу стерильність; та (b) забезпечення самозапліднення зазначених чоловічих особин і перехресного запліднення зазначених жіночих особин; та (c) збирання врожаю отриманого в результаті удобреного насіння; та (d) розділення зазначеного насіння на основі відмінності між зазначеним гібридним і зазначеним інбредним насінням з отриманням (i) гібридного насіння F1 та (ii) інбредного насіння, який відрізняється тим, що зазначена рослина представляє собою злакову рослину, зазначені рослини саджали в міжряддях у співвідношенні, що забезпечує запилення істотної більшості зазначених жіночих рослин, і де зазначене насіння розділяють на основі відмінності, яку виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. 4 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вираз "Гібрид" еквівалентний "Гібриду F1". Вираз "гібрид" еквівалентний "гібриду F 1". Вираз "насіння" може бути взаємозамінним з виразом "зерно". Вираз "Проводити посадку в міжряддях" означає, що чоловічі та жіночі рослини висаджують в порівняно близькому сусідстві так, щоб під час збирання врожаю насіння містило суміш гібридного насіння та інбредного насіння. Тому посадка в міжряддях буде запобігати збиранню врожаю чистого гібридного насіння, по суті, оскільки неможливо буде уникнути збирання врожаю чоловічого інбредного насіння у зв'язку із близьким сусідством чоловічих рослин у полі, що містить жіночі особини. Чоловічі рослинизапильники можна висаджувати в конкретних точках у популяції жіночих особин, у рядах або іншими схемами в популяції жіночих особин. Посадка в міжряддях буде, однак, унеможливлювати збирання врожаю з поля без збирання врожаю як гібридного, так і інбредного насіння, змішаного разом. Фахівець у даній галузі в цілому добре знайомий із принципом "посадки в міжряддях". Вираз "розділення", застосовуваний до насіння, еквівалентний "сортуванню". Для застосування в даному винаході можна створити рослину, що має чоловічу стерильність, за допомогою численних методик, добре відомих фахівцеві в даній галузі, та відповідно до викладеного вище. У конкретному варіанті здійснення рослину, що має чоловічу стерильність, створюють за допомогою методу використання цитоплазматичної чоловічої стерильності (CMS). Такий метод описаний, зокрема, в: (Wilson, J.A., and W.M. Ross. 1961. Cross-breeding in wheat, Triticum aestivum L: I. Frequency of the pollen-restoring character in hybrid wheats having Aegilops ovata cytoplasm; Crop Sci. 1:191–193; Wilson, J.A., and W.M. Ross. 1962. Cross-breeding in wheat, Triticum aestivum L: II. Hybrid seed set on a cytoplasmic male-sterile winter wheat composite subjected to cross-pollination. Crop Sci. 2:415-417; Chen. 2003. Improving male fertility restoration of common wheat for Triticum timopheevii cytoplasm. Plant Breeding 122, pp401404; і Bread Wheat – Improvement and Production 2002 Edited by Curtis, Rajaram and Gomez Macpherson ISBN: 9251048096 – особливо розділі "Hybrid Wheat" за G. Cisar та D.B. Cooper). Фахівець у даній галузі визнає, що вищезгадані загальні принципи виробництва гібридів також застосовні до виробництва гібридного ячменю. Система CMS для ячменю широко описана Ahokas та співавт. (Ahokas, H. 1979. Cytoplasmic male sterility in barley. III. Maintenance of sterility and restoration of fertility in the msml cytoplasm. Euphytica 28:409-419; Ahokas, H. 1980. Cytoplasmic male sterility in barley. VII. Nuclear genes for restoration. Theor. Appl. Genet. 57:193202; Ahokas, H. 1982. Cytoplasmic male sterility in barley. XI. The msm2 cytoplasm. Genetics 102:285-295; Ahokas, H., and E. A. Hockett. 1981. Performance tests of cytoplasmic male-sterile barley at two different latitudes. Crop Sci. 21:607-611), та її застосовували у виробництві гібридів ячменю (Ramage RT (1983) Heterosis and hybrid seed production in barley. In: Frankel R (ed) Heterosis: reappraisal of theory and practice. (Monogr Theor Appl Genet vol 6). Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 71-93), що згодом розвинулося в комерційну систему. У додатковому варіанті здійснення рослину, що має чоловічу стерильність, створювали за допомогою хімічного методу із залученням генетичної модифікації, такого як система, додатково описана в WO2005/005641. Варто також мати на увазі, що спосіб за даним винаходом переважно дає можливість проводити посадку в міжряддях чоловічих і жіночих батьківських особин без необхідності видалення батьківської особини-донора, що має чоловічу фертильність, з популяції слідом за запиленням жіночої батьківської особини. Тому даний спосіб позбавляє необхідності та витрат, пов'язаних з хімічним або механічним видаленням чоловічих особин з популяції після запилення. Ще більш переважно, у способах за даним винаходом долають проблеми та витрати, пов'язані з системою посадки з ізоляцією насіннєвих ділянок, як описано вище. До того ж спосіб за даним винаходом надає можливість задіяти з комерційної точки зору як гібридне насіння, так і інбредне насіння. Вираз "щонайменше часткова чоловіча стерильність" означає, що жіноча батьківська особина здатна або зазнавати перехресного запилення пилком від відокремленої чоловічої батьківської рослини, або може за певних умов самозапилюватися. Для виробництва гібридних рослин жіночу батьківську особину будуть запилювати за допомогою пилку від відокремленої чоловічої батьківської рослини, посадженої в міжряддях із жіночою рослиною. Фахівець у даній галузі техніки прийме до уваги, що чоловічі рослини варто саджати в міжряддях з жіночими рослинами таким способом, щоб для пилку була максимально сприятлива можливість перенесення на жіночі рослини у полі. Це при нормальних умовах буде включати рівномірний розподіл чоловічих рослин по всьому полю так, щоб усі жіночі особини перебували в сусідстві з чоловічою рослиною на відстані, яка може бути визнана фахівцем у даній галузі як прийнятна для досягнення запилення. В компетентності фахівця в даній галузі 5 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 30 цілком можливо спроектувати польовий план посадки в міжряддях на основі розміру та форми поля. Більше того даний винахід передбачає спосіб, як описано вище, де зазначене співвідношення забезпечує запилення істотної більшості зазначених жіночих рослин, при цьому мінімізуючи число самозапилюваних чоловічих рослин, таким чином максимізуючи врожай гібридного насіння в загальному врожаї насіння із зазначеного поля. У конкретному варіанті здійснення даного винаходу зазначене співвідношення забезпечує мінімальне число чоловічих рослин, необхідних для досягнення запилення істотної більшості зазначених жіночих рослин, таким чином максимізуючи врожай гібридного насіння у загальному врожаї насіння із зазначеного поля. Більше того даний винахід забезпечує спосіб, як описано вище, де зазначені жіночі батьківські особини мають повністю чоловічу стерильність. Вираз "повністю чоловіча стерильність" означає, що жіноча батьківська особина не здатна до самозапилення і таким чином може тільки бути перехресно запилена пилком з відокремленої чоловічої батьківської рослини, посадженої в міжряддях з жіночою особиною. Вираз "повністю чоловіча стерильність" може також бути взаємозамінним з виразом "чоловіча стерильність". Більше того даний винахід забезпечує спосіб, як описано вище, де зазначене співвідношення забезпечує запилення щонайменше близько 80% зазначених жіночих рослин. У додатковому варіанті здійснення даного винаходу зазначене співвідношення забезпечує запилення більше 80% зазначених жіночих рослин. У ще одному варіанті здійснення зазначене співвідношення забезпечує запилення більше 85% зазначених жіночих рослин. У ще одному варіанті здійснення даного винаходу зазначене співвідношення забезпечує запилення щонайменше близько 90% зазначених жіночих рослин. У ще одному варіанті здійснення даного винаходу зазначене співвідношення забезпечує запилення більше 90% зазначених жіночих рослин. У ще одному варіанті здійснення даного винаходу зазначене співвідношення забезпечує запилення щонайменше близько 95% зазначених жіночих рослин. У ще одному варіанті здійснення даного винаходу зазначене співвідношення забезпечує запилення більше 90% зазначених жіночих рослин. У ще одному варіанті здійснення даного винаходу зазначене співвідношення забезпечує запилення істотної більшості зазначених жіночих рослин. Як зазначено вище, бажано максимізувати врожай гібридів з поля, при цьому мінімізуючи число самозапилюваних чоловічих рослин, таким чином максимізуючи врожай гібридного насіння в загальному врожаї насіння із зазначеного поля. Це можна продемонструвати чисельно за допомогою розташованої нижче таблиці A, у якій наведено типовий результат виробництва гібридів: 35 Таблиця A (A) (B) (C) (D) (E) (F) (G) Отримане в Насіння Загальний F1 насіння Урожай Посаджена в Посаджена в чоловічих Запилення урожай з жіночих гібридів як % міжряддях міжряддях особин, %, з жіночої лінії поля як % від особин, %, з від жіноча лінія чоловіча лінія поля, з якого A, % нормальних поля, з якого нормальних A, % R, % зібрали урожаїв зібрали урожаїв врожай врожай 100% 99% 98% 97% 96% 95% 94% 93% 92% 91% 90% 89% 88% 87% 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 0% 13% 26% 39% 52% 65% 67% 68% 70% 71% 73% 74% 76% 77% 0% 14% 27% 41% 54% 67% 69% 70% 72% 74% 75% 77% 78% 80% 6 0% 93% 93% 93% 93% 93% 91% 90% 89% 88% 87% 86% 85% 84% 0% 7% 7% 7% 7% 7% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 0% 13% 25% 38% 50% 62% 63% 63% 64% 65% 65% 66% 66% 67% UA 109154 C2 86% 85% 84% 83% 82% 81% 80% 79% 78% 77% 76% 75% 74% 73% 72% 71% 70% 69% 68% 67% 66% 65% 64% 63% 62% 61% 60% 59% 58% 57% 56% 55% 54% 53% 52% 51% 50% 5 10 15 20 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% 21% 22% 23% 24% 25% 26% 27% 28% 29% 30% 31% 32% 33% 34% 35% 36% 37% 38% 39% 40% 41% 42% 43% 44% 45% 46% 47% 48% 49% 50% 79% 80% 82% 83% 85% 86% 88% 89% 91% 92% 94% 95% 95% 95% 96% 96% 96% 96% 96% 97% 97% 97% 97% 97% 98% 98% 98% 98% 98% 99% 99% 99% 99% 99% 100% 100% 100% 82% 83% 84% 86% 87% 89% 90% 91% 93% 94% 95% 96% 96% 97% 97% 97% 97% 97% 98% 98% 98% 98% 98% 98% 99% 99% 99% 99% 99% 99% 99% 99% 100% 100% 100% 100% 100% 83% 82% 81% 80% 79% 79% 78% 77% 76% 75% 75% 74% 73% 72% 71% 70% 69% 68% 67% 66% 65% 64% 63% 62% 61% 60% 60% 59% 58% 57% 56% 55% 54% 53% 52% 51% 50% 17% 18% 19% 20% 21% 21% 22% 23% 24% 25% 25% 26% 27% 28% 29% 30% 31% 32% 33% 34% 35% 36% 37% 38% 39% 40% 40% 41% 42% 43% 44% 45% 46% 47% 48% 49% 50% 68% 68% 68% 69% 69% 70% 70% 70% 71% 71% 71% 71% 70% 70% 69% 68% 67% 66% 66% 65% 64% 63% 62% 61% 61% 60% 59% 58% 57% 56% 55% 54% 54% 53% 52% 51% 50% Тому з цього випливає, що виробниче поле з 25 % складової чоловічих особин і 75 % складової жіночих особин забезпечить урожай гібридів 74 % та врожай чоловічих самозапилених особин 26 % з поля. Даний розподіл чоловічих/жіночих особин забезпечує більш високий урожай гібридів як відсоток від нормальних повністю фертильних урожаїв (71 %). Відповідно до даного винаходу цю популяцію можна потім відсортувати на відповідні 74 % гібридного насіння та 26 % чоловічого інбредного насіння, надаючи можливість продажу чистого гібридного насіння і застосування чоловічого насіння у подальшому виробництві або продажі добре відомими шляхами збуту зерна. Фахівець у даній галузі здатний вибрати належне співвідношення чоловічих особин: жіночих особин для максимізації врожаю гібридів у загальному врожаї насіння з поля. Фахівець у даній галузі також прийме до уваги, що кожне окреме генетичне поєднання чоловічих особин / жіночих особин може мати власну оптимальну відсоткову суміш у зв'язку з різною здатністю зав'язування насіння, пов'язаною з генетичним контролем чутливості жіночих особин та продуктивності пилку чоловічих особин. Одним з аспектів даного винаходу також є те, що розділення можна здійснювати швидко. У конкретному варіанті здійснення насіння можна розділяти при швидкості близько 10 імперських тонн (із загальної кількості насіння) за годину. У ще одному варіанті здійснення насіння можна розділяти при швидкості близько 30 імперських тонн за годину. У ще одному варіанті здійснення насіння можна розділяти при швидкості понад 55 імперських тонн за годину. В усьому даному описі вираз "тонни" виражають у "імперських тоннах". У ще одному аспекті даного винаходу забезпечується збиральна машина для збирання врожаю та розділення головним чином чистого гібридного насіння злаків F1 і головним чином 7 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 чистого інбредного насіння злаків, при цьому машина містить засіб збирання врожаю насіння злаків від зрілих злакових рослин і засіб розділення зазначеного насіння на основі відмінності між зазначеним гібридним та зазначеним інбредним насінням із отриманням (i) гібридного насіння злаків F1 та (ii) інбредного насіння злаків, де зазначене насіння розділяють на основі відмінності, яку виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. У конкретному варіанті здійснення даного винаходу зазначене насіння злаку представляє собою насіння ячменю. У ще одному аспекті даного винаходу забезпечується застосування пристрою для розділення насіння у розділенні гібридного насіння злаків і інбредного насіння злаків, де зазначене розділення здійснюють на основі відмінності між зазначеним гібридним та зазначеним інбредним насінням, де зазначену відмінність виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. У конкретному варіанті здійснення зазначеного застосування зазначене насіння злаку представляє собою насіння ячменю. В альтернативному варіанті здійснення зазначеного застосування зазначене насіння злаку представляє собою насіння пшениці. Способи, описані в даному описі, можуть бути застосовними до інших злакових рослин, де переважним є відокремити гібридне насіння від інбредного батьківського насіння. Зокрема, способи, описані вище, можна задіяти для створення головним чином чистого гібридного насіння ячменю та головним чином чистого інбредного насіння ячменю. Крім того, способи можна задіяти для створення головним чином чистого гібридного насіння пшениці та головним чином чистого інбредного насіння пшениці. Крім того, способи можна задіяти для створення головним чином чистого гібридного насіння жита та головним чином чистого інбредного насіння жита. Крім того, способи можна задіяти для створення головним чином чистого гібридного насіння тритикале та головним чином чистого інбредного насіння тритикале. У ще одному аспекті даного винаходу забезпечується спосіб, машина та застосування, як описано в усьому даному описі, де вираз "ячмінь" замінено на "пшеницю". У ще одному аспекті даного винаходу забезпечується спосіб, машина та застосування, як описано в усьому даному описі, де вираз "ячмінь" замінено на "жито". У ще одному аспекті даного винаходу забезпечується спосіб, машина та застосування, як описано в усьому даному описі, де вираз "ячмінь" замінено на "тритикале". Даний винахід далі буде продемонстрований за допомогою наступного необмежуючого прикладу. ПРИКЛАД Протокол експерименту для вимірів однієї насінини із застосуванням NIR Існує багато технологій оптичного сортування, доступних сьогодні на ринку, для сортування, основаного на одній насінині. Кожну насінину вимірюють, та її спектральні властивості порівнюють із попередньо визначеними значеннями. На основі цього порівняння насіння можна класифікувати та сортувати на різні фракції, щоб кожна фракція показувала різну якість насіння. Наступний спосіб розробили для відсортування гібридного насіння злаків від інбредних чоловічих ліній із застосуванням спектроскопії в ближній інфрачервоній області спектра. Сім (7) зразків схрещування ячменю (таблиці 1 і 2) аналізували із застосуванням NIR як на відбивну здатність (NIRS), так і на режим пропускання (NITS), і отримані в результаті спектральні дані застосовували для розробки класифікаційної моделі. Результати показали, що спектри окремих інтактних насінин при застосуванні нормованих спектрів відрізнялися несуттєво; ці виміри можна усереднити із отриманням одного спектра на множину. Однак, згідно з цілями даного дослідження в класифікації застосовували один спектр на насінину, а не середній спектр на множину. Спектральні області виявляли у випадках, коли гібридне та чоловіче інбредне насіння відрізнялося за нормованим сигналом. Стосовно вибраного набору зразків картинки розподілу частково перекривалися, однак, можна розробити математичну модель для виявлення відмінностей між різними класами. Можна застосовувати ефективний спосіб сортування для гарантування того, що гібридне насіння із зібраного врожаю відповідає рівням стійкості для інбредного "забруднення" – тобто коли число інбредного насіння, що присутнє у популяції гібридного насіння, обмежене до конкретної відсоткової частки. 8 UA 109154 C2 Таблиця 1 Виміри відбивної здатності: набір зразків 1 Множина RE 07 RE 11 RE 15 RE 18 Fm 37-97 10-1500 10-1517 Число виміряних насінин 12 24 24 12 48 48 60 Тип Чоловіча інбредна лінія Жіноча інбредна лінія Гібриди Загальна кількість зразків 72 48 108 Таблиця 2 Виміри пропускання: набір зразків 2 Множина RE 11 RE 15 Fm 37-97 10-1500 10-1517 5 Число виміряних насінин 12 12 24 11 12 Тип Чоловіча інбредна лінія Жіноча інбредна лінія Гібриди Загальна кількість зразків 24 24 23 Загальна процедура: інструмент NIR та отримання спектрів Інструмент складається з NIR-cпектрометра типу багатоцільового аналізатора FT-NIR Bruker MPA (http://www.brukeroptics.com/ft-nir.html?&L=1). Докладні дані обладнання показані в таблиці 3. Таблиця 3 Технічні характеристики Тип детектора Діапазон хвильових чисел Діапазон довжин хвиль Число сканувань Спектральна роздільна здатність 10 15 20 Відбивна здатність PbS (Сульфід свинцю) -1 12500-3600 см 800-2780 нм 32 4 см -1 Пропускання InGaAs (Арсенід галію-індію) -1 12500-5800 см 800-1720 нм 32 4 см -1 У режимі відбиття освітлювали окремі насінини світлом попередньо визначеного спектра та вимірювали спектральні властивості відбитого світла. Світло частково поглинається в різних інтервалах довжин хвиль залежно від різних властивостей насіння. Світло, що повертається від насіння, вловлюється детектором і аналізується. Насіння вимірювали по черзі ручним способом. Це означає, що кожну окрему насінину розташовували вручну на невеликій металевій пластині, центрованій по отвору діаметром 2 мм у центрі пластини. Пластину розташовували на 2 см вище скляного вікна приладу, і світло фокусували для освітлення невеликої плями на насінині. Будь-яке світло, що відбилося назад на фотометричну кулю, реєстрували, і спектр, що утворювався в результаті, фіксували за допомогою комп'ютера та зберігали на жорсткому диску. У режимі пропускання детектор розташовували напроти джерела світла для вимірювання поглинання світла окремими насінинами. На початку кожного експерименту приладу надавали можливість нагрітися до його робочого режиму протягом щонайменше однієї (1) години, і потім реєстрували спектр фону за допомогою поверхні, вкритої золотом. Новий спектр фону реєстрували через кожні 12 зразків. Кожну насінину сканували тридцять два (32) рази, і середній зареєстрований спектр містив 2307 9 UA 109154 C2 5 10 15 20 25 (відбивна здатність) або 1737 (пропускання) точок даних. Оскільки виміри основані на одній насінині, кожний спектр давав унікальний код, що належав виміряним насінинам. Для ідентифікації насіння потім зберігали в одній з лунок 96-лункового планшета. Було виявлено, що спектри окремих насінин тієї ж множини при застосуванні нормованих спектрів відрізнялися несуттєво; ці виміри можна усереднити із отриманням одного спектра на множину. Обробка даних Спектральні дані завантажували в R (статистична програма, http://cran.r-project.org/), при цьому кожне з них має унікальний код і кожне належить до одного з трьох класів: чоловічі особини, жіночі особини або гібриди. Спектральні дані різних інбредних чоловічих насінин поєднували в класифікаційній моделі для забезпечення набору даних, що відповідає чоловічому насінню, характерному для певної групи. Подібним чином поєднували спектральні дані від двох гібридних зразків PLS-DA (дискримінантний аналіз за методом часткових найменших квадратів) застосовували для виявлення відмінностей між різними класами. Шістдесят сім відсотків (67) від загальної кількості зразків у кожному класі (таблиці 1 і 2) довільно вибирали для калібрувального набору, і тридцять три (33) відсотки, що залишилися, застосовували для валідаційного набору. Даний спосіб повторювали десять (10) разів з різними валідаційними та тренувальними (калібрувальними) наборами. Задля оптимізації класифікації досліджували різні області спектрів і застосовували різні методи попередньої обробки, такі як: з використанням першої та другої похідної; з та без множинної корекції розсіювання. Зрештою, обробка з використанням першої похідної та MSC дозволяла створити прогностичні таблиці, показані в таблицях 4 і 5. Результати Спектральні області виявляли у випадках, коли гібридне та чоловіче інбредне насіння відрізнялося за нормованим сигналом. Стосовно вибраного набору зразків і за умови, що зразки групували по класах, картини розподілу частково перекривалися. Однак можливо розробити математичну модель для виявлення відмінностей між різними класами. Результати наведені в таблицях 4 і 5 та показують середню точність класифікації після десяти (10) повторів математичної моделі для правильного прогнозування та встановлення валідаційного набору відносно калібрувального набору для кожного класу насіння. 30 Таблиця 4 Прогностичні результати в режимі відбиття: середня відсоткова частка окремих насінин, правильно класифікованих у валідаційному наборі Прогнозовані за допомогою NIR Гібриди Жіночі особини Чоловічі особини Гібриди 85 7 8 Істинні Жіночі особини Чоловічі особини 14 5 85 1 1 94 Таблиця 5 Прогностичні результати в режимі пропускання: середня відсоткова частка окремих насінин, правильно класифікованих у валідаційному наборі Прогнозовані за допомогою NIR 35 Гібриди Жіночі особини Чоловічі особини Гібриди 74 20 7 Істинні Жіночі особини Чоловічі особини 22 11 78 0 0 89 Насамкінець, в калібрувальних моделях NIRS і NITS, розроблених у даному прикладі, допускається сортування по одній насінині без руйнування гібридних зразків ячменю від їхніх відповідних чоловічих інбредних особин. 10 UA 109154 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1. Спосіб відокремлення інбредного насіння від змішаної популяції інбредного та гібридного насіння, при цьому спосіб включає: (а) забезпечення змішаної популяції інбредного та гібридного насіння; та (b) піддавання зазначеного насіння дії пристрою, який розділяє зазначену змішану популяцію на (і) популяцію головним чином інбредного насіння та (іі) популяцію головним чином гібридного насіння, який відрізняється тим, що зазначене насіння являє собою насіння злаку, і зазначений пристрій відокремлює зазначене інбредне насіння на основі відмінності, яку виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. 2. Спосіб за п. 1, де зазначений пристрій відокремлює насіння так, що утворена в результаті популяція відокремленого головним чином гібридного насіння містить не більше близько 5 % інбредного насіння. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, де зазначене насіння злаків являє собою ячмінь. 4. Спосіб за п. 1 або п. 2, де зазначене насіння являє собою пшеницю. 5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де в зазначеному пристрої задіяний алгоритм встановлення відмінностей між спектральними даними ближньої інфрачервоної області спектра, отриманими від зазначеного інбредного та зазначеного гібридного насіння, що потім дає можливість відсортувати насіння на основі зазначених спектральних даних. 6. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де зазначений пристрій містить: (a) засіб відбору зразків кожної насінини зі змішаної популяції; та (b) засіб отримання спектральних даних ближньої інфрачервоної області спектра для кожної насінини; та (c) засіб визначення кожної насінини як інбредної або гібридної насінини на основі зазначених спектральних даних; та (d) засіб відокремлення кожної насінини на основі зазначених даних; та (e) засіб збирання відокремленого таким чином насіння. 7. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де зазначена відмінність являє собою генотипну відмінність. 8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де зазначена відмінність стосується кількості сполуки, вибраної з: глюкози; ксилози; манози; галактози; арабінози або їх поєднання у насінні. 9. Збиральна машина для збирання врожаю та розділення головним чином чистого гібридного насіння злаків F1 і головним чином чистого інбредного насіння злаків, яка включає засіб збирання врожаю насіння злаків від зрілих злакових рослин і засіб розділення зазначеного насіння на основі відмінності між зазначеним гібридним та зазначеним інбредним насінням із отриманням (і) гібридного насіння злаків F1 та (іі) інбредного насіння злаків, де зазначене насіння розділяють на основі відмінності, яку виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. 10. Машина за п. 9, де зазначене насіння злаків являє собою насіння ячменю. 11. Застосування пристрою для розділення насіння при розділенні гібридного насіння злаків та інбредного насіння злаків, де зазначене розділення здійснюють на основі відмінності між зазначеним гібридним та зазначеним інбредним насінням, де зазначену відмінність виявляють за допомогою застосування світла ближньої інфрачервоної області спектра. 12. Застосування за п. 11, де зазначене насіння злаків являє собою насіння ячменю. 13. Застосування за п. 11, де зазначене насіння злаків являє собою насіння пшениці. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11