Feminisierte Samen: Herstellung und STS-Rechner

Feminisierte Samen ergeben weibliche Pflanzen. Der Pollen, der sie zeugt, stammt selbst von einer weiblichen Pflanze. Von sich aus bildet ein Weibchen aber keinen Pollen. Meist sprüht man es dafür mit Silberthiosulfat, kurz STS. In einem Versuch an vier Hanfsorten waren nach drei Gaben 95 bis 100 % der Blüten an den Triebspitzen männlich. Triebspitzen sind die obersten Enden der Triebe.

Warum werden die Nachkommen weiblich?

Weil jedes Pollenkorn einer weiblichen Pflanze nur ein X-Chromosom weitergibt. Chromosomen tragen das Erbgut im Zellkern. Weibliche Pflanzen haben zwei X, männliche ein X und ein Y. Trifft ein solches Pollenkorn auf eine weibliche Blüte, entsteht wieder ein Samen mit zwei X. In den Versuchen waren alle geprüften Nachkommen solcher Bestäubungen weiblich. In einem Versuch ist das an den Keimlingen per PCR nachgewiesen. Dieser Erbguttest macht einen männlichen Abschnitt des Erbguts sichtbar.

Dasselbe geschieht ungeplant, wenn eine weibliche Pflanze zum Zwitter wird. Sie bildet selbst Staubbeutel und bestäubt sich damit. Staubbeutel sind die Organe, in denen Pollen reift. Samen aus solchen Blüten ergaben im Versuch nur genetisch weibliche Pflanzen. Samen aus einer Kreuzung mit einem Männchen ergaben in zwei Linien etwa zur Hälfte Männchen. Mit „autoflowering“ hat „feminisiert“ nichts zu tun. Autoflowering heißt Blühbeginn nach Alter statt nach Tageslänge.

Feminisiertes Saatgut wählen, wenn keine Männchen erwünscht sind. Zwitter bleiben möglich.
Bei Autoflower-Sorten beide Angaben getrennt prüfen. Die zwei Eigenschaften kommen unabhängig voneinander vor.

Womit bildet eine weibliche Pflanze Pollen?

Meist mit einem Mittel, das die Wirkung von Ethylen blockiert. Ethylen ist ein gasförmiger Botenstoff der Pflanze und fördert weibliche Blüten. Ohne seine Wirkung legt auch ein genetisches Weibchen männliche Blüten an. STS entsteht aus dem Silbersalz Silbernitrat und dem Salz Natriumthiosulfat im Verhältnis eins zu vier. Fast das ganze Silber liegt dann gelöst vor, je ein Silberteilchen an zwei Thiosulfat-Teilchen gebunden. So wandert es gut in den Leitbahnen, in denen die Pflanze Wasser verteilt. Reines Silbernitrat bewegt sich darin kaum. Untersucht ist die Wirkung an der Ackerschmalwand, der Modellpflanze der Botanik. Dort erkennt die Pflanze Ethylen an einer Bindestelle, dem Rezeptor. Silber nimmt in diesem Rezeptor den Platz von Kupfer ein. Ethylen bindet dann noch, das Signal geht aber nicht weiter. Für Cannabis ist das nicht gemessen.

Die anderen Mittel wirkten schwächer oder schadeten. Im Vergleich an derselben Sorte lag STS vorn, vor AVG und weit vor dem Metallsalz Kobaltnitrat und 1-MCP. AVG hemmt die Bildung von Ethylen. Als Tropfen auf die Triebspitze brachte es in einem Versuch 132 männliche Blüten, als Spray kaum welche. In höherer Dosis vergilbten die Spitzen. 1-MCP ist ein Gas, das am selben Rezeptor ansetzt. In zwei Versuchen brachte es keine einzige männliche Blüte. Kolloidales Silber besteht aus fein verteilten Silberteilchen in Wasser. Mit 30 ppm, also 30 Teilen pro Million, wirkte es nur bei täglichem Sprühen bis zur Blüte. Eine einzelne Gabe blieb wirkungslos. Das Wachstumshormon Gibberellinsäure, kurz GA3, ist der älteste Weg. 1972 brachten 50 µg je Pflanze, über zehn Tage per Docht gegeben, im Schnitt 33,8 männliche Blüten. Eine Woche später bildete die Pflanze schon wieder weibliche. Als Spray mit 0,01 % wirkte GA3 in einem anderen Versuch gar nicht. Kurztag heißt zwölf Stunden Dunkelheit oder mehr, Langtag entsprechend kürzere Nächte. Gab man GA3 beim Wechsel in den Kurztag, wuchsen die Blütenstände in einem weiteren Versuch gestreckt und locker. Dabei sanken THC und CBD, die beiden wichtigsten Wirkstoffe.

STS als Mittel wählen.
Kolloidales Silber nur nehmen, wenn täglich bis zur Blüte gesprüht werden kann.
Auf GA3 und 1-MCP verzichten. Nach Ansicht der Autoren einer Untersuchung ist GA3 in der Praxis weitgehend von STS abgelöst.

Wie setzt man die STS-Lösung an und sprüht sie?

Man mischt STS selbst aus zwei Salzen aus dem Labor- oder Chemikalienhandel. Gesprüht wird eine Lösung mit 3 mM, dreimal im Abstand von einer Woche. Konzentrationen stehen in Millimol je Liter, kurz mM. 0,1 M sind 100 mM. Für eine Pflanze mit drei Gaben zu je 400 ml braucht man 180 ml Stammlösung, also zwei Ansätze. Ein Ansatz von 100 ml reicht rechnerisch für gut 660 ml Spritzlösung. Nach dem Rezept unten kauft man dafür 1,7 g Silbernitrat. Dazu kommen 3,16 g wasserfreies Natriumthiosulfat oder 4,96 g Natriumthiosulfat-Pentahydrat. In die Spritzlösung gelangen davon rechnerisch nur 0,61 g Silbernitrat und 2,28 g bzw. 3,57 g Natriumthiosulfat. Für andere Mengen rechnet der Rechner unten. Auf die Einkaufsliste gehören:

Silbernitrat (AgNO₃).
Natriumthiosulfat (Na₂S₂O₃), wasserfrei oder als Pentahydrat (Na₂S₂O₃ · 5 H₂O). Welche Form im Gebinde ist, steht auf dem Etikett. Das Pentahydrat enthält Kristallwasser und liefert je Gramm weniger Thiosulfat.
Destilliertes Wasser, wie in den Versuchen.
Ein Netzmittel, damit die Lösung auf den Blättern bleibt. In einem Versuch waren es 0,1 % Tween 20.
Eine Feinwaage mit 0,01 g Teilung, ein Messzylinder, zwei dunkle Flaschen und eine Sprühflasche.

Lösung A, Silbernitrat 0,1 M: 1,7 g Silbernitrat in destilliertem Wasser lösen und auf 100 ml auffüllen.
Lösung B, Natriumthiosulfat 0,1 M: 3,16 g wasserfreies Salz oder 4,96 g Pentahydrat lösen und auf 200 ml auffüllen. Das reicht für zwei Ansätze Stammlösung.
Beide Lösungen bis zum Gebrauch dunkel aufbewahren.
Stammlösung, 20 mM STS: 20 ml Lösung A langsam in 80 ml Lösung B gießen, in dieser Reihenfolge. Das ergibt 100 ml. Für drei Gaben zu 400 ml zweimal ansetzen. Im Kühlschrank hält sie bis zu einem Monat. Frisch ansetzen ist empfohlen.
Spritzlösung, 3 mM: 150 ml Stammlösung mit destilliertem Wasser auf 1 l auffüllen und das Netzmittel zugeben.

Mit 3 mM in drei Gaben waren im eingangs genannten Versuch 95 bis 100 % der Blüten an den Triebspitzen männlich. Ein Zehntel davon, 0,3 mM, brachte nur 42 bis 91 %. In einem anderen Versuch reichte bei drei Sorten eine einzige frühe Gabe mit 1,5 mM. Drei Gaben wirkten auch dort besser. An drei Sorten mit hohem THC-Gehalt wechselten mit 3 mM in drei Gaben 80,5 bis 94,7 % der Blüten das Geschlecht. Die erste Gabe kam dort beim Wechsel in den Kurztag. Mehr bringt nichts: 20 mM verursachten gelbe Flecken und Blattverlust. Zu wenig wirkt gar nicht. Insgesamt 100 µg STS je Pflanze brachten in einem Versuch keine einzige männliche Blüte. Das ist rechnerisch weniger als ein Tausendstel des Silbers einer einzigen Gabe von 400 ml mit 3 mM.

Sprühen, bis die Lösung von den Blättern tropft. Bei Pflanzen von 1 bis 1,5 m Höhe waren das rund 400 ml je Gabe.
Direkt nach dem Ausschalten des Lichts sprühen, damit die Blätter nicht verbrennen. Draußen entspricht dem die Abenddämmerung, geprüft ist das im Freiland nicht.
Die ganze Pflanze besprühen. Das wirkte besser als nur die Triebspitzen.
Auch eine Teilbehandlung wirkt auf die ganze Pflanze. Schon behandelte Triebspitzen allein brachten Blattschäden an der ganzen Pflanze.
Für die Selbstbestäubung kann man einen einzelnen Ast behandeln. Ein Zuchtprogramm sprühte nur einen Ast dreimal im Abstand von zwei Tagen mit 6 mM. Ob die übrigen Äste dann männlich blühen, ist nicht gemessen.

Rechner für die STS-Lösung

Der Rechner gibt aus, wie viel Silbernitrat und Natriumthiosulfat eine Spritzlösung mit der gewählten Konzentration braucht, aus der Stammlösung verdünnt oder direkt eingewogen, und legt die Termine der Gaben sowie die ungefähren Zeitpunkte für Pollen und Samen fest.

Eingaben

Konzentration (mM) In den Versuchen wirkten 1,5 bis 3 mM; 0,3 mM wirkte nur teilweise, 20 mM schädigte die Blätter.

Spritzlösung je Pflanze und Gabe (ml) Gesprüht wird bis zum Abtropfen; Pflanzen von 1 bis 1,5 m Höhe brauchten rund 400 ml.

Pflanzen

Gaben

Abstand zwischen den Gaben (Tage)

Erste Gabe am

Ansatzaus Stammlösung direkt einwiegen

Natriumthiosulfat alswasserfreies Salz Pentahydrat

Ergebnis

Termine

Silbernitrat und Natriumthiosulfat nach dem Sicherheitsdatenblatt des jeweiligen Produkts handhaben und lagern.

Rechnerische Werte aus den Molmassen: Silbernitrat 169,87 g/mol, Natriumthiosulfat 158,11 g/mol, als Pentahydrat 248,18 g/mol. Stammlösung nach dem Protokoll von Sigma-Aldrich: 20 ml 0,1 M Silbernitrat in 80 ml 0,1 M Natriumthiosulfat ergeben 100 ml mit 20 mM.

Wann wird gesprüht, drinnen und draußen?

Früh in der Blüte. Drinnen beginnt sie an dem Tag, an dem die Zeitschaltuhr auf Kurztag umstellt. Kurztag heißt zwölf Stunden ununterbrochene Dunkelheit oder mehr. Früh im Kurztag gelang die Geschlechtsumkehr zuverlässig. Zur Mitte der Blüte reichte in einem Versuch eine Gabe nicht. Selbst drei Gaben brachten dann nur bei 26 bis 57 % der Pflanzen ein paar männliche Blüten. Nach einer Übersichtsarbeit sprüht man sogar noch in der Wachstumsphase und lässt die Pflanzen danach eine Woche im Langtag.

Draußen gibt es keinen Umschalttag. Nach der Sommersonnenwende werden die Nächte täglich etwas länger. Blüteinduktion heißt der Übergang der Pflanze in die Blüte. Wann sie einsetzt, hängt an der Sorte. Der Übergang zieht sich über Tage. In einem Kammerversuch begann ein Blütenstand bei mehr als der Hälfte der Pflanzen erst nach drei Kurztagen am Stück. Zurück im Langtag löste er sich wieder auf. Den Beginn erkennt man an der Triebspitze: Dort stehen drei oder mehr Paare von Narben dicht beieinander. Narben sind die weißen Härchen der weiblichen Blüte. Einzelne Blüten in den Blattachseln zählen nicht. Die bildet eine ältere Pflanze auch bei langen Tagen.

Drinnen die erste Gabe am Tag der Umstellung auf Kurztag geben, die beiden weiteren im Abstand von je einer Woche.
Oder nach der Übersichtsarbeit schon in der Wachstumsphase sprühen und danach noch eine Woche Langtag geben.
Draußen die erste Gabe an den Beginn des Übergangs legen oder kurz davor. Ein Freilandversuch dazu fehlt, die Regel stammt aus dem Innenraum.
Bei Sorten, die kurz nach der Sommersonnenwende umschalten, die Gaben im Juli einplanen.
Vom ersten Sprühen bis zum Pollen etwa vier Wochen einplanen, bis zum reifen Samen noch einmal drei bis vier. Die Samenreife ist an selbstbestäubten Zwitterblüten gemessen.
Draußen reift der Samen solcher Sorten damit rechnerisch zwischen der zweiten Augusthälfte und Mitte September.

Welche Pflanze taugt als Spenderin?

Eine sicher weibliche Pflanze, die unbehandelt keine männlichen Blüten zeigt. STS wirkt unabhängig davon, wie anfällig eine Pflanze ist. Die Behandlung verrät also nicht, ob die Spenderin von sich aus zu männlichen Blüten neigt. Diese Neigung wird vererbt. Töchter von Weibchen mit männlichen Blüten bildeten häufiger selbst welche. In zwei Versuchen waren es 34 % statt 23 % und 13,7 % statt 4,9 % der Weibchen.

Auch eine feminisierte Linie ist nicht automatisch stabil. „Feminisiert“ betrifft nur das Geschlecht der Nachkommen, nicht die Neigung zum Zwittern. In einem Zuchtprogramm wurden 16 Herkünfte über bis zu sechs Generationen mit sich selbst bestäubt. Ab der vierten Generation traten in allen Linien abnorme Blüten auf. Das waren etwa Blüten mit Organen beider Geschlechter oder Blüten an falscher Stelle. Zugleich bildeten sich weniger Samen. In einer Linie mit sieben Generationen nebeneinander stieg der Anteil abnormer Blüten von 0,4 % auf 13,7 %. Das ist mehr als das Dreißigfache. Diese Linie war einhäusig und trug männliche und weibliche Blüten auf einer Pflanze. Bei solchen Linien war für die Selbstung nicht immer eine Behandlung nötig. Bei Linien aus weiblichen Pflanzen lieferten die behandelten Pflanzen in späteren Generationen oft nur sehr wenig Pollen. Acht von 22 solchen Versuchen scheiterten daran. Vermutet wird, dass dabei die Fähigkeit zur Geschlechtsumkehr mit ausgelesen wird und spontane männliche Blüten häufiger werden. Gemessen ist das nicht, die Vermutung stammt von den Autoren des Zuchtprogramms. Für eine einzelne S1-Generation gibt es zur Zwitterneigung keine Messung. Nach einer Selbstung fand sich in einem Versuch kein messbarer Verlust an genetischer Vielfalt.

Die Spenderin vorher unbehandelt blühen lassen und an jedem Blattansatz prüfen. Alternativ ihr Geschlecht per Erbguttest bestätigen.
Eine Pflanze mit auch nur einer männlichen Blüte als Spenderin aussortieren. Danach zählen Gesundheit und die Eigenschaften, die sie weitergeben soll.
Eine Linie nicht über viele Generationen immer wieder mit sich selbst bestäuben.
Ab der vierten Selbstungs-Generation gezielt nach abnormen Blüten suchen.
Die Zuchtstabilität einer Spenderin vorher prüfen, wie im Artikel zum Stresstest beschrieben.

Wie gewinnt und überträgt man den Pollen?

Man sammelt ihn von den offenen männlichen Blüten, etwa vier Wochen nach der ersten Gabe. Wie viel Pollen eine behandelte Pflanze liefert, hängt stark an der Sorte. Von fünf Sorten lieferte eine ähnlich viel wie ein echtes Männchen. Drei lagen dazwischen, eine bildete gar keinen. Unter dem Pollen behandelter Pflanzen waren 37 bis 83 % der Körner missgebildet, bei den Männchen keines. Im Keimtest auf Nährboden trieben 0 bis 13 % der Körner aus, bei zwei Männchen 10 und 19 %. Männliche Blüten erschienen etwa drei Wochen nach der ersten Gabe, Pollen nach etwa vier. Die männlichen Blüten behandelter Pflanzen öffneten sich nach rund 25 Tagen, die echter Männchen nach 18. Viele öffnen sich gar nicht oder geben den Pollen nur zögernd frei.

Bei einer neuen Sorte erst einen Probelauf machen.
Pollen von offenen Blüten sammeln, etwa durch leichtes Abklopfen über einem Blatt Papier.
Pollen auf dieselbe Pflanze oder ihren Steckling bringen, also eine genetisch gleiche Kopie. Das ist eine Selbstung, die Samen bilden die Generation S1.
Für eine Kreuzung den Pollen auf eine andere weibliche Pflanze bringen. Auch deren Nachkommen sind weiblich.
Keimung einplanen: Samen aus STS-Pollen keimten in einem Versuch zu 64,3 %, knapp zwei von dreien.
Reife Samen ab etwa drei bis vier Wochen nach der Bestäubung erwarten. Gemessen ist das an selbstbestäubten Zwitterblüten mit 22 bis 48 Samen je Blütenstand und 90 bis 95 % Keimung.