Как создают новые сорта хмеля

На сегодня известно более 100 сортов хмеля, однако пивовары постоянно пребывают в поиске новых сортов с уникальными чертами, и в этом их интересы совпадают с интересами хмелеводов. Крис Колби в журнале Craft Beer & Brewing рассказывает, как создают новые сорта хмеля – от первого сеянца до поступления в продажу.

Вероятно, вы не задумываетесь о ботанике и генетике, когда вдыхаете сложный, цветочный аромат IPA. Однако эти ароматы и сорта хмеля, которые их создают – результат работы селекционеров. Новые сорта хмеля появляются непрерывно, а тех, что находятся в разработке, в разы больше. Создаются они следующим образом.

Чтобы получить полноценное представление, необходимо начать с самого начала. Известно, что пиво производится из солода, хмеля, воды и дрожжей. Пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) — это грибы, а вода – неорганическое соединение с химической формулой H₂O. Солод чаще всего получают из ячменя (Hordeum vulgare), являющегося цветковым (или покрытосеменным) растением. Как и все злаки (в том числе все зерновые), ячмень – однодольное растение (его семя содержит только один зачаточный лист), один из двух видов покрытосеменных растений.

Вводная информация

Хмель (Humulus lupulus) также является цветковым растением, но он относится к двудольным, более многочисленному классу покрытосеменных растений. Его семя имеет два зачаточных листа. Из более чем сорока порядков двудольных растений, хмель относится к порядку Розоцветных, в который входят розы и родственные им растения, в том числе яблоки, клубника и персики. Из девяти семейств, входящих в порядок Розоцветных, хмель относится к семейству Коноплёвых, наряду с коноплёй. Существует три вида хмеля – Humulus yunnanensis, Humulus japonicus и Humulus lupulus,  применяемый в пивоварении.

Половая принадлежность

Хмель — двудомное растение, то есть у него есть мужские и женские цветы на отдельных мужских и женских растениях. Растения хмеля не имеют ярких цветов с большими лепестками. Цветы хмеля представляют собой небольшие колючие структуры.

Дикие сорта хмеля являются диплоидными, то есть они имеют два набора хромосом – один унаследован от матери, другой от отца. Некоторые коммерческие сорта — триплоидные, то есть у них три набора хромосом. Растения хмеля имеют десять хромосом, девять из которых являются аутосомами («правильными» хромосомами). Последняя хромосома определяет пол.

Как и у людей, у хмеля есть половые хромосомы, помеченные X и Y, XX —  женский пол, а XY —мужской. (Отметим, что, хотя они помечены, как X и Y хромосомы, хромосомы хмеля не гомологичны человеческим хромосомам.)

В дикой природе хмель размножается половым путем. Пыльца мужского растения, хранящая по одной копии каждой из его десяти хромосом, попадает на шишку женского растения и оплодотворяет яйцеклетку. Яйцеклетка тоже имеет по одной копии каждой из своих десяти хромосом. Слияние пыльцы и яйцеклетки создает зиготу, которая содержит две копии каждой из десяти хромосом.

Диплоидная зигота инкапсулируется в семя, и семя вырастает в сеянец (либо мужское, либо женское растение), затем цикл повторяется. Хмель также производит корневища, или ризомы (подземные стебли, которые могут вырастать как в корни, так и в стебли), а также может распространяться бесполым путем при помощи боковых побегов.

Клонирование

В коммерческих масштабах хмель размножается бесполым путём (клонально), для пивоварения выращиваются только женские растения, поскольку именно они дают семенные шишки (или стробилы), имеющие лупулиновые железы, содержащие как альфа-, так и бета-кислоты, а также эфирные масла, используемые в пивоварении. Растения мужского пола не имеют шишек, и их присутствие рядом с женскими растениями к тому же заставит женские шишки образовывать семена, что снижает их ценность для пивоварения.

Растения хмеля многолетние, и, как только они приживаются в почве, они начинают прорастать из корневищ каждую весну. В коммерческих условиях первые побеги каждую весну обрезаются, а вторые привязываются к шпалерам, когда они достигают требуемой длины. Побег – разновидность лозы, у которой отсутствуют усики. В дикой природе побеги хмеля растут на любой доступной опоре – деревьях, заборах и тому подобном. Хмель может вырастать до девяти метров в длину. В конце лета растение зацветает, а затем появляются шишки.

Как правило, наибольшая концентрация шишек наблюдается в верхней части стебля. Обычно требуется три года для того, чтобы побег начал давать достойный урожай шишек.

Выращивание на ферме

На хмелевых фермах хмель женского пола высаживается в виде ризом. Новые ризомы получают путём отделения части корневища от уже имеющегося растения. Во время высадки размер высаживаемого корневища может не превышать длины и ширины человеческого пальца. Затем они постепенно разрастаются.

Спустя три года корневище вырастает до размеров баскетбольного мяча. Большие корневища называются коронами. Разделив корону, можно получить много новых дочерних растений.

На коммерческих хмельниках ряды шпалер хмеля могут простираться от одного горизонта до другого. Если большое поле засажено растениями одного сорта хмеля  то по сути всё это одно растение, много лет назад появившееся  из одного семени, а затем разделенное на большое количество частей. В случае некоторых классических сортов хмеля это семя могло прорасти столетия назад.

Кроме того, сорт хмеля представлен одним только женским растением, а мужского растения не существует.

Возьмите любой сорт хмеля, используемый в пивоварении, и  мужских растений этого сорта существовать не будет. (Разумеется, существуют особи мужского пола, которые разделяют часть генетического кода, но совпадение не будет стопроцентным.).

Селекция хмеля

Хотя сегодня существует более 100 сортов хмеля, селекционеры продолжают создавать новые. Пивовары всегда ищут новые сорта с интересными для пивоварения характеристиками. Фермерам нужны сорта с высокой урожайностью, устойчивостью к болезням, хорошими темпами роста и высоким содержанием альфа-кислот (поскольку некоторые хмелеводы получают оплату за содержащуюся в хмеле альфа-кислоту, а не за его вес). Более того, новые сорта должны быть удобны для уборки существующей техникой, которая собирает урожай и отделяет шишки от побега.

Пригодность к хранению — тоже весьма существенный критерий. Можно вывести лучший в мире сорт хмеля, но если его шишки через пару месяцев теряют альфа-кислоты, ни одна пивоварня не захочет его использовать.

Растения хмеля имеют высокий уровень гетерозиготности (мера генетической дисперсии). Диплоидные организмы несут по две копии каждого гена. Каждая из этих копий называется аллелью. Если организм имеет две разных аллели для одного гена, он гетерозиготен для этого гена или гетерозиготен в данном локусе (термин «локус» обозначает место.)

Если бы организм имел два одинаковых аллели в этом локусе, он был бы гомозиготным.

В качестве примера возьмем ген группы крови человека. Существует три аллели: A, B и O. Если бы индивид имел AA (или BB или OO), он был бы гомозиготным. Люди, которые были AB, AO или BO, были бы гетерозиготными. Гетерозиготность – мера того, какой процент локусов (генетических локусов или генов) является гетерозиготным в организме или популяции.

Новые сорта хмеля создаются путём скрещивания женского растения хмеля (почти всегда известного пивоваренного сорта) и мужского растения с желательной характеристикой. Когда появляются женские цветки, они изолируются от случайного попадания пыльцы. Пыльца с мужских цветков собирается и наносится на женские цветки, в результате чего образуются семена. Эти семена высаживают в небольшие горшки (обычно в теплице) и проращивают. Ни один сеянец, полученный путем скрещивания, не имеет точного совпадения генов ни с одним из родителей. К примеру, если скрестить женское растение сорта Cascade с мужским растением (даже имеющим гены сорта Cascade), ни одно семя не станет растением соответствующего сорта. Хмель гетерозиготен до такой степени, что каждое семя содержит новую смесь аллелей. Хотя все сеянцы – растения хмеля, однако каждый из них является уникальным сортом хмеля.

Оценка рассады

В течение первого года рассаду выращивают в теплице. Затем растения с явными недостатками в их агрономических свойствах отбраковывают, а остальные саженцы перемещают под открытое небо. После двух лет на открытом воздухе растения хмеля оценивают на предмет устойчивости к болезням, силу роста и урожайность. Также проводится первоначальная оценка химического состава на предмет пригодности для пивоварения (содержание альфа-кислот и другие параметры).

Многоуровневая оценка

Корневища растений, которые пригодны для перехода на следующую стадию, разделяются на 15-30 клонов. Эти растения после созревания оцениваю по тем же параметрам, чтобы убедиться, что производительность одного сеянца не была случайной или не зависела от местных условий. (Например, сеянец может быть лучше других, потому что случайно он был посажен в необычайно богатый участок почвы.) Анализ свойств растений продолжается, и те, что подтверждают свою пригодность, высаживаются на более крупные участки.

Испытания в промышленных масштабах

Если какой-либо из сортов достигает данной заключительной стадии, его высаживают на двухакровом участке (80 соток). Этот размер участка позволяет вырастить достаточное количество хмеля, чтобы покрыть дно хмелесушилки – «печи», в которой сушится хмель (хотя это скорее здание, чем установка). Конструкция используется для сушки хмеля в промышленных масштабах. Хмель проходит все стадии: сбор урожая, отделение шишек, сушку и упаковку, в результате фермеру станет ясно, пригоден ли данный сорт для выращивания с использованием имеющихся технологий и оборудования. На данном этапе также возможно проведение коммерческих пивоваренных испытаний. Если все испытания пройдены, селекционер должен решить, стоит ли продолжать выращивать сорт. Сортов хмеля уже существует много, поэтому новый сорт должен чем-то отличаться от остальных, чтобы быть конкурентоспособным на рынке.

Сравнение с селекцией других растений

Цели селекционеров хмеля и других растений во многом совпадают. Все селекционеры стремятся вывести сорта с повышенной устойчивостью к болезням, повышенной урожайностью (для сельскохозяйственных культур), лучшим потенциалом хранения. Они хотят создавать растения одновременно привлекательные как для производителей, так и для потребителей. Однако есть и некоторые заметные отличия.

Большинство сельскохозяйственных культур и коммерчески выращиваемых цветов — однолетники. Из семян получают ростки, затем завязываются цветы, из которых вырастают семена, фрукты или другие съедобные части растений. Все этапы проходят за один вегетационный период. Селекционер, работающий с фасолью или петуниями, может скрестить два растения и оценить результат скрещивания через несколько месяцев. Имея хорошее оборудование и теплицу, селекционер может выращивать и оценивать не менее двух поколений однолетнего растения в год.

Большей части растений не нужны шпалеры, поскольку они не вырастают до девяти метров в длину. Многие сельскохозяйственные растения и цветы могут быть выведены в относительно небольших теплицах и испытаны в полевых условиях на сравнительно небольших участках без специальной инфраструктуры. При выведении сельскохозяйственных культур для выращивания в промышленных масштабах требуется проведение крупномасштабных испытаний с использованием уборочной техники.

Большинство селекционеров работают с сортами растений, которые способны передавать признак потомству. К примеру, в результате оплодотворения пестика томата тычинкой томата селекционер получит семена конкретно взятого сорта томата. Обычно это происходит потому, что после первоначального скрещивания гибридное потомство повторно скрещивается с родительским типом. Предположим, что мы взяли сорт помидоров под условным названием Ранний красный, удовлетворяющий нашим требованиям, и скрестили его с другими сортом помидоров, обладающим геном устойчивости к вирусу табачной мозаики (ВТМ).

В результате получилось гибридное потомство, которое генетически наполовину Ранний красный, а наполовину — другое растение. Если бы потомство, содержащее ген резистентности к ВТМ, было скрещено с Ранним красным, то потомство второго поколения генетически было бы на 75%  Ранним красным и на 25% — другим растением.

Если второе потомство с геном устойчивости к ВТМ было бы скрещено с Ранним красным повторно, полученное потомство было бы на 87,5% Ранним красным и на 12,5% — другого типа. Повторное обратное скрещивание с устойчивыми к ВТМ растениями, отобранными в каждом поколении, в конечном итоге привело бы к созданию растения, которое было бы почти неотличимо от Раннего красного, но обладало бы геном устойчивости к ВТМ.

Гетерозиготный хмель не сохраняет чистоту породы. Однако, поскольку он может размножаться путем клонирования (расщепления и посадки корневищ), поле любого сорта хмеля будет состоять из идентичных растений, даже если родительские растения не сохраняют чистоту породы.

Перспективные саженцы

Таким образом, селекция хмеля предполагает скрещивание двух высоко-гетерозиготных родительских растений и отбор среди всех их потомков одного или нескольких перспективных сеянцев. Первоначально перспективные саженцы будут многократно клонироваться до тех пор, пока они не смогут пройти полномасштабное испытание с машинной уборкой и отделением шишек.

С момента появления первого сеянца до того, когда сорт хмеля будет готов к выпуску, может пройти десятилетие, и число клонов этого сеянца может исчисляться десятками тысяч. На каждом акре (40 соток) хмеля, посаженного со стандартным интервалом, насчитывается 889 лунок.

На каждый новый сорт, выпущенный в продажу, приходится сотни гибридов, которые не отобрали. Поэтому в следующий раз, поднимая бокал IPA, знайте, что для создания хмелевого профиля напитка было проделана грандиозная работа в лабораториях, теплицах и полях.