ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОЛЕРАНТНОГО К ПАТОГЕНАМ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ КЛЕВЕРА (TRIFOLIUM), ЛЮЦЕРНЫ (MEDICAGO), ПЛЕВЕЛА (LOLIUM) И ОВСЯНИЦЫ (FESTUCA)

Поздняков, Виктор Алексеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОЛЕРАНТНОГО К ПАТОГЕНАМ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ КЛЕВЕРА (TRIFOLIUM), ЛЮЦЕРНЫ (MEDICAGO), ПЛЕВЕЛА (LOLIUM) И ОВСЯНИЦЫ (FESTUCA)
ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОЛЕРАНТНОГО К ПАТОГЕНАМ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ КЛЕВЕРА (TRIFOLIUM), ЛЮЦЕРНЫ (MEDICAGO), ПЛЕВЕЛА (LOLIUM) И ОВСЯНИЦЫ (FESTUCA)"

А'ЗШ^г

На правах рукописи

ПОЗДНЯКОВ Виктор Алексеевич

ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОЛЕРАНТНОГО К ПАТОГЕНАМ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ КЛЕВЕРА (Trifolium), ЛЮЦЕРНЫ (Medicago), ПЛЕВЕЛА (Lolium) И ОВСЯНИЦЫ (Festuca)

06.01.05 ■—Селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва 2003

Работа выполнена в отделе селекции кормовых культур Всероссийского научно-исследовательского института кормов им. В.Р. Ви-льямса и в лаборатории селекции многолетних трав Государственного научного учреждения Ленинградского научно-исследовательского института сельского хозяйства Россельхозакадемии

Научный консультант-доктор сельскохозяйственных наук, профессор Осипов А.И.

Официальные оппонента - доктор биологических наук, член-корреспондент РАСХН Шамсутдинов З.Ш.; доктор сельскохозяйственных наук, профессор Лепкович И.П.; доктор биоло1 ических наук, профессор Сосков Ю.Д.

Ведущая организация - НИИСХ Центральных районо в Нечерноземной зоны РАСХН.

Защита диссертации состоится « »__2004 г.

в_ часов на заседании диссертационного совета

Д. 220.043.10 при Московской сельскохозяйственной академии им К.А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МСХА им. К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан « » _2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Карлов Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Общепланетарные закономерности взаимодействия живых организмов с окружающей средой, сформулированные основоположник&м биогеохимии российским естествоиспытателем В .И.Вернадским в 20-30-х годах прошлого века, являются до настоящего времени глубоко современными. Воздействие организмов на окружающую среду,как и различные формы их взаимоотношений между собой, развивались на протяжении всей геологической истории планеты Земля или около 4 млрд лет. Изучение характера эволюции растений и различных патогенов позволило биологам сформулировать ряд концепций прикладного значения. Н.И. Вавиловым (1986) был предложен ботанико-географический принцип в изучении иммунитета растений к болезням. Однако до настоящего времени дискуссионными остаются ряд принципиальных моментов, среди которых проблемы целенаправленного поиска образцов, выявления й создания источников или доноров в том числе кормовых"растений с ценными биологическими и хозяйственными признаками. w

В решении проблемы дефицита пищевого и кормового растительного белка в Нечерноземной полосе России самое видное место принадлежит красному (луговому) клеверу (Trifolium pratense L.), как наиболее распространенному и старейшему среди кормовьк растений. Дикорастущий луговой клевер на территории страны представлен двумя расами: атлантической и континентальной (Бобров Е.Г., 1950). Начиная с ХУ11 века в Россию стали завозиться семена западноевропейских сортов, обогативших генофонд местных клеверов (Лисицын П.И., 1951). Автором отмечены единичные случаи грибной инфекции на возделываемых клеверах, что нельзя сказать о нынешних травостоях, где нередко естественный инфекционный фон достигает уровня искусственного.

Возможность выращивания в Нечерноземной зоне другой ценной бобовой культуры люцерны (Medicago L.) была определена впервую очередь успехами селекционеров (Константинова А.М., 1951). Достижения в селекции гибридной кукурузы и сорго, в том числе с использованием цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), стимулировали подобные работы по другим кормовым культурам, включая люцерну. Одним из узких мест в практическом использовании сортов как люцерны, так и клевера является их неустойчивая по

годам и недостаточная семенная продуктивное^^-

ЦН5 МСХА

Фонд

kJEjM&z-i

PoflLoiium. (плевел) включает 10 видов, семь из которых встречаются в нашей стране (Цвелев H.H., 1976) Lolium perenne L - перекрестноопыляющийся вид,известный в литературе как райграс пастбищный. используется для залужения и характеризуется ценными вкусовыми качествами Проведенная в селекционных центрах России, в том числе на Северо-Западе оценка образцов из коллекции ВИР показала отсутствие необходимого ассортимента сортов этой культуры, прежде всего,из-за недостаточной зимостойкости и долголетия. В этом плане перспективным может оказаться скрещивание райграсов с овсяницами (род Festuca), хотя иммунологический статус последних также не совсем безупречен.

В предлагаемой диссертационной работе рассматриваются проблемы формирования исходного селекционного материала растений клевера,лкперны,плевела и овсяницы (биоразнообразия) в условиях северо-западной (Ленинградская) и центральной (Московская) областей Европейской части России. В термине формирование автор попытался выразить собственное понимание логики развития современной биологии,включающей как последние открытия в области молекулярной генетики,в том числе болезнеустойчивости растений, так и исследования более раннего времени, органически вписывающиеся в современные научные представления

Цель и задачи исследований. Цель исследований расширение спектра биологических и хозяйственно ценных признаков и свойств селекционных образцов клевера, люцерны, плевела и овсяницы посредством гибридизации, втом числе с испочь-'ованйем полиплоидии ЦМС и инбридинга, повышение их адаптационных возможностей в условиях северо-западного и центрального районов Нечерноземной зоны России, выявления возможностей использования в селекции кормовых растений на устойчивость к патогенам биогеохимических особенностей образцов. В задачу экспериментальной работы входило изучение закономерностей эколого-генетической дифференциации сор-тообразцов и гибридов клевера, люцерны, плевела и овсяницы по признакам продуктивности, срокам цветения, устойчивости к патогенам, выявление особенностей формирования их репродуктивных органов в конкретных почвенно-климатических условиях выращивания растений, установление характера наследования признаков стерильности пыльцы у гибридных растений люцерны, устойчивости к болезням у xFestulolium при межсортовых, межвидовых и межродовых скрещиваниях, использовании инбридинга, полиплоидии и ЦМС.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Формирование толерантного к патогенам нового исходного селекционного материала клевера (Trifo 1 ium), люцерны (Medicago), плевела (Lolium) и овсяницы (Festuca) должно базироваться на пршг.щ- ■ пах эколого-генетической дифференциации и использования биогеохимических особенностей сортообразцов путем использования гибридизации, экспериментальной полиплоипии, ЦМС и инбридинга.

2. Сформированный автором для конкретных экологических условий Нечерноземья России (Ленинградская, Московская области) исходный материал (популяции, гибриды, линии) клевергцлюцерны, плевела и овсяницы превосходит по продуктивности, продолжительности периода отрастание-начало цветения, устойчивости к болезням как районированные в зоне сорта, так и имеющиеся в генетических коллекциях ВИР и ВИК исходные образцы.

3. Путем межвидовой гибридизации многолетнего видаТгИЪНит pratense L. с однолетним австралийским T.diffiusum Ehrh. удалось стабилизировать проявление важного для перекрестников биологического признака-самосовместимости. Лучшие гибридные образцы клевера F.-б и F. I.-28-1 превзошли по массе семян среднюю по опыту наЗб,1-67,3%.

4. Обусловленные дивергентной эволюцией различия растений-хозяев и патогенов позволили создать толерантные к трем листовым возбудителям болезней гетерозисные по вегетативной массе и семенам межродовые овсянице-райграсовые гибриды F3-F6.

Научная новизна исследований. Впервые предложена комплексная программа формирования исходного материала клевера, люцерны, плевела и овсяницы, включающая традиционные и новые методы селекции и базирующаяся на принципах эколого-генетической дифференциации количественных признаков и использования биогеохимических особенностей используемых в скрещиваниях образцов. Одними из первых в России в 70-е годы показана эффективность метода определения комбинационной ценности исходных сортов и отдельных генотипов люцерны при получении межвидовых гибридов люцерны на стерильной основе.

Использование принципов эколого-генетической модели дифференциации сортообразцов в сочетании с экспериментальной полиплоидией,учет биогеохимического разнообразия мест их происхождения позволило сформировать д ля условий центральных областей России шесть поликроссных популяций С4 клевера лугового. Лучшие из них превосходили стандартные сорта клевера Волосовский (2п) и ВИК

"4 (4п) по зеленой,сухой массе, скороспелости,семенам и имели хорошие, результаты по устойчивости к почвенным патогенам.

Аллополиплоидные гибриды Р4-6 и ^1,-28-1 от скрещивания сортов Север и Невский (северотаежная европейская и скандинавская фуппы сортотипов) с образцом клевера раскидистого из Австралии имели более короткий (на 8-14 дней) период отрастание-начало цветения, чем стандартный сорт клевера лугового Сиворицкий 41 б, превысили по урожайности семян в течение трех лет испытаний (1991 -1993) среднюю по опыту на 36,1-67,3%.

Обнаружение большого количества хлорофилльных нарушений в потомстве гибридов клевера позволило сделать предположение о значительном насыщении леталями родительских сортов исходных видов. Предложен способ получения межвидовых гибридов клевера, наследующих в сцепленном состоянии признаки соцветия с фенотипом клевера лугового, наличие опушения отстоящими волосками, хло-рофилльной недостаточности, автогамности и самофертильности, позволяющий визуально по маркерным признакам проводить отбор селекционно ценных форм растений Определены параметры электромагнитной индукции цветения растений межвидовых гибридов. 11ри выращивании гибридных растений в фитотроне интегральная величина положительных (активных) температур варьировала в пределах 1300-2700° С при освещенности 12-103 лк в спектре ламп ДРЛФ-400. Выявлена существенная корреляция между развитием возбудителей стечфилиоза и антракноза (г ~ 0,724 ±0,331) на листьях гибридов клевера.

При селекции межвидовых и межсортовых гибридов люцерны на стерильной основе лучшие комбинационные свойства показали сорта, имеющие эколош-генетически и географически отдаленное происхождение (Северная гибридная 69, Московская гибридная. Ташкентская 721, Омега,дикорастущие северные люцерны).

Изучены биологические свойства и характер наследования признака стерильности пыльцы у люцерны Показано,что у использованных в исследованиях клонов С5 и С9 и полученных на их основе гибридов степень стерильности пыльцы сравнительно устойчива и изменяется в незначительных размерах (0-20%) независимо от генотипа опылителя, возраста гибридных растений и условий выращивания. Показано монофакториалы юе наследование признака стерильности пыльцы у поцерны Сделано предположение о спорофитном контроле восстановления стерильности пыльцы и цитоопазматичес-кой природе мужской стерильности у анализируемых материнских кло-

нов люцерны. Для целей селекции гибридной люцерны получено восемь высокостерильных линий ВС, .Отдельные инбредные семьи превысили районированный сорт Северная гибридная 69 по относительной облиственности,зимостойкости и имели более высокое содержание сырого протеина и,нао6орот,низкое сырой клетчатки.

При селекции xFestulolium на устойчивость к листовым патогенам учитывалась обнаруженная широкая специализация последних, необязательность искуственного инфекционного фона, возможность дивергенции растения-хозяина и местных популяций возбудителей мучнистой росы,ржавчины и сетчатой пятнистости. Синтезированы гетерозис ные по вегетативной массе и семенам межродовые овсяни-це-райграсовые гибриды,устойчивые или слабо восприимчивые к местным популяциям патогенов в условиях Ленинградской и Московской областей.

Практическая ценность.

Сформированы шесть поликроссныхтетраплоидньк популяций С4 клевера лугового. Лучшие из них в питомниках конкурсного сортоиспытания достоверно превысили районированные сорта клевера лугового Волосовский (2п) и ВИК 84 (4п) по зеленой, сухой массе,скороспелости,семенам и устойчивости к почвенным патогенам.

Получены четыре гетерозисных овсянице-райграсовых гибрида F3-F6, характеризующиеся комплексной устойчивостью или слабой восприимчивостью к листовым патогенам в условиях Ленинградской и Московской областей. С1992 г. они испытываются в конкурсном сортоиспытании. 35 гибридных семей F -F6 проходят комплексную фигопатологическую оценку в Германии (Martin-Luther-Universitat Halle-Wittenberg), пять гибридных образцов переданы в Технологический институт (г. С.-Петербург) для изучения возможности использования вегетативной массы растений в качестве пищевого субстрата микроорганизмов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференции молодых ученых по кормопроизводству во ВНИИ кормов им.В.Р. Вильямса(1974), международных конференциях в Германии (1995) и в Италии (1999), конфессах ЭУКАРПИА в Венгрии (1974), Польше (1996) и в России (1999), конференции "Вклад молодежи в интенсификацию земледелия Нечерноземной зовы" в п.Бело-горка (1978) и "Новые пищевые и кормовые растения в народном хозяйстве" в г.Киеве (1981), совещании "Пути дальнейшего совершенствования защиты растений в республиках Прибалтики и Белоруссии" в г.Риге (1983), 1 ,У 111,1Х Всесоюзных (Всероссийских) со-

вещаниях по иммунитету растений к болезням в г Риге,Минске (1986,1991) и Санкт-Петербурге (1995,1998), конференции РАСХН в Москве (1994), на 1, 11, Y,'Y[, съездах ВОГИС им.Н.И.Вавилова (1987,1992,1994,2000), на конференции "Растение и почва", на международном конгрессе по азотфнксации и международной конференции "Агрофизика XXI века" в С.-Петербурге (1995,1999,2002)

Публикации. 49 опубликованных работ объемом 8 и одна монография общим объемом 13 авторских листов

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 232 страницах машинописного текста,содержит 46 таблиц, иллюстрированных 16 рисунками и состоит ш введения,шести глав.выводов и предложений для научно-производственного использования. Список использованной литературы включает 389 наименований,в том числе 64 - на иностранных языках. Приложение включает семь копий документов, подтверждающих внедрение результатов исследований

ГЛАВА 1. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ НА ИММУНИТЕТ

Формирование нового исходного материала культурных растений, включая многолетние кормовые травы,предполагает знание биогеохимических особенностей их мест происхождения "геохимической организованности" растений по Вернадскому В И. (Добровольский В.В, 1998). Сходство геологических структур, богатейшие залежи полезных ископаемых в вавиловских центрах происхождения растений указывает на большую роль различных физических факторов в возникновении многообразия видов, в том числе, видимо, и в отношении устойчивости к различным патогенам

Растения,как один из основных компонентов биосферы в ходе эволюции выработали целый комплекс защитных и приспособительных реакций на сопряженный абиотический и биотический (патогены) стрессы. По современным представлениям он носит неспецифический системный характер

Нашими исследованиями установлено влияние гелиогеофизичес-ких факторов среды на поражаемость многолетних трав патогенами В 1982-1983 гг в селекционных питомниках в п Бело горка наблюдалось сильное поражениеовсянице-райграсовыхгибридов мучнистой росой (Erysiphe grammis DC f. lestucae Jaez.) и ржавчиной (Puccinia coromferaKleb f. festucae), что коррелировало с окончанием активности однинадцатилетнего цикла Солнца (Поздняков В А и др , 1983,1986)

В период солнечной активности 1988-1992 гг. поражаемостьтет-раплоидных популяций Сз фузариозом в селекционных питомниках составила 15-61,6%. Большинство растений третьего года жизни на 40-80% были поражены возбудителями аскохитоза и бурой пятнистости. В1991 г. году популяции клевера поражались возбудителями склеротинии на 1,3-11,5%ифузариоза-на 1,6-23,5%. Вследующий 11-ти летний цикл солнечной активности (1998-2001гг.) наблюдалось массовое поражение популяций С4 клевера возбудителями фузариоза. В экспериментальных популяциях С4-11 иС4-14 всильной степени было поражено 25% растений, в то же время у сортов Волосовский (2п) и ВИК 84 (4п) таких растений насчитывалось 62,5-66,7% (Поздняков В .А. и др., 2002).

В диссертации также представлен экспериментальный материал по индукции цветения растений межвидовых гибридов клевера светом с преобладанием лучей длинноволновой области спектра (раздел 3.4).

При анализе содержания железа в листьях злаковых трав выявлены достоверные различия у образцов различного географического происхождения (Рогс1пуакоу V. А. е1а!., 1997).

В последующих главах диссертации при селекции растений на устойчивость к патогенам рассматривается возможность учета биогеохимических особега юстей мест происхождения исходных образцов.

ГЛАВА ?. АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Почвенно-климатическше условия северо-западного

и центрального районов Нечерноземной зоны России (Ленинградская и Московская обл.)

Опыты с клевером и злаковыми растениями проводились в ГНУ СЗНИИСХ (ЛНИИСХ с 2003 г.) РАСХН (п. Белогорка Гатчинского района Ленинградской области). Область относится к зоне избыточного увлажнения. Максимальное количество осад ков по 45-95мм в месяц выпадает в июле и августе в период массового цветения и созревания семян трав. Снеговой покров иноща ложится на незамер-зшую почву, что приводит к выпреванию растений. Почва опытного участка в п.Белогорка дерново-среднеподзолистаялегкосуглинистая, хорошо окультуренная, содержание подвижного фосфора и калия, со-

ответственно, 20-25 мг и 10-15 мгна 100 г почвы Сумма активных температур выше 10°С 1500-1700°С. Продолжительность безморозного периода 115-120 дней

Экспериментальная работа с люцерной проводилась во ВНИИ кормов им. В.Р Вильямса (ВИК, Московская обл) Климат Московской области умеренно-континентальный, зима умеренно холодная, иногда с оттепелями. Самый холодный месяц по средним многолетним данным за 1881-1953 гг январь (-Ю,4°С), самый теплый-ию ib (-*-18,0°С) Продолжительность вегетационного периода для люцерны в среднем 180-200 дней По обеспеченности влагой Московская область относится к зоне достаточного увлажнения Среднегодовое количество осадков составляет 500-600 мм.

1.2. Исходный материал и методика исследований

В работе с клевером.плевелом, овсяницей и гибридами плевела и овсяницы (Festulolium) в Северо-Западном научно- производсвенном объединении "Белогорка" (с 2003 г ЛНИИСХ) был привлечен коллекционный материал Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И Вавилова (ВИР) Для проведения опытов с люцерной использовали синтезированные,в том числе с нашим участием, в отделе селекцииВИК межсортовые и межвидовые гибриды на фертильной и стерильной основе (табч. 2.1).

Закладку опытов, проведение учетов и наблюдении осуществляли согласно методических указаний, разработанных в ВИК (1969.1978, 1985) и ВИР (1979)

Для определения степени фертилыюсти растений клевера зрелую пыльцу красили раствором Беллинга и анализировали на микроскопе МБИ-15. При изучении характера мейоза (на 30 материнских клетках микроспор одного растения) и подсчете числа хромосом использовали общепринягые методики Перевод сортов клевера лугового и образца клевера раскидистого ва тетраплоидный уровень путем кол-хицинирования проростков проводили по И Г. Одинцовой (1970) иН К. Навалихиной (1973) Растения клевера, выращенные изколхшщниро-ванных проростков, обозначали С(|. следующие поколения - С,, С„ С,, С4. При самоопылении растений получали инбредные семьи [,,[,, 13. В результате межвидовой гибридизации клевера лугового и клевера раскидистого были пол\ чены мутантные по хлорофиллу растения, обозначенные буквой М

Таблица 2.1

Межсортовые, межвидовые и межродовые гибриды, образцы коллекций кормовых культур ВИР и ВИК, использованные в экспериментальной работе

Вид, гибрид Всего В том числе из

СНГ Западной Европы США Австралии, Японии

Trifolium pratense L. 13 13 -

Trifolium diffusum Ehrh. 1 - - 1

Гибриды клевера F, 18 18 - - -

Medicago sativa L. 11 1 10 - -

Medicago varia T.Martyn 7 7 - - -

Medicago borealis Grossh. 2 2 - - -

Гибриды люцерны F, на фертильной 192 192 - - -

основе,

на стерильной основе 57 57 - - -

Festuca arundinacea Schreb. 18 3 10 4 1

Festuca pratensis L. 5 5 - - -

Lolium perenne L. 4 1 3 - -

X Festulolium F, 35 35 - - -

x Festulolium F.Aschers.et Graebn. 2 1 1 -

Всего 365 335 24 4 2

При описании вегетативных признаков и биологических свойств гибридных растений люцерны использовали краткий обзор рода Medicago L. и классификацию подрода Falcago (Reichenb.) Grossh. (Лубенец П.А.,1972).

В насыщающих скрещиваниях в качестве материнских форм были использованы растения (клоны) люцерны С5 и С9, несущие полностью стерильную пыльцу. Растение С5 выделено из сорта люцерны Кубанская в ВИРе, растение С9 - из сорта Северная гибридная 69 в ВИКе. Оба сорта принадлежат к виду Medicago varia T. Martyn.

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена по В.Г. Вольфу (1966), Н.А. Плохинскому (1970), Б.А. Доспехо-ву(1973,1979), Д.Ф. Рокицкому (1974).

При искусственном заражении спорами патогенов листьев растений и полевой оценке устойчивости использовали методы,описан-ные 3 Кирай и др.( 1974), методики Всероссийского института защиты растений (ВИЗР, 1977,1986), Петербургского Государственного Аграрного Университета (ПГАУ, 1980) Незрелые гибридные зародыши злаков выращивали в асептических условиях на среде Рандольфа-Кокса (Бутенко Р Г., 1964) Содержание тяжелых металлов в листьях -¡лаковых растений определяли по М Sillanpaa (1990).

При оценке питательной ценности селекционных образцов содержание сырого протеина (белка) определяли по методу Кьельда-ля, сырой клетчатки - по методу Ганнеберга и Штомана. каротина -по Сапожникову Геноннженерные машшупяции с растениями межвидовых гибридов клевера и на модельных объектах выполняли по Т. ¿Маниатису (1984) и протоколам компании Promega (США).

ГЛАВА 3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ЕЕ РОЛЬ В СОЗДАНИИ ИСХОДНОГО СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА КЛЕВЕРА ЛУГОВОГО

О клевере луговом имеется обширная литература (Малашенко B.C. идр ,1992, Зарьянова3 A ,1996;JansoneB ,1997;"НовоселоваА.С. и др, 1998, Шамсутдинов 3 Ш ,1998; Kersuliene Z.,1998). Однако основополагающими среди отечественных авторов, конечно,являются пубчикации П.И. Лисицына (1951), который пишет, что теперь нужно считать бесспорным, что у клевера громадное значение имеет jкота п, являющийся результатом многолетнего естественного отбора под влиянием определенных местных факторов Клевер настолько богат "наследственными свойствами", что способен реагировать на все мелкие местные особенности выделением соответс гвующих рас Вместе с тем имеющиеся в производстве сорта клевера лугового до-вочьно однообразны в плане большой восприимчивости к различным патогенам К настоящему времени по многим болезням клевера естественный инфекционный фон довольно часто достигает уровня искусственного Стоит задач а. как \ яснить причины явления, гак и селектировать новые сорта, адаптированные к сегодняшним \ стовиям выращивания

При внутривидовой классификации клевера лугового К Г. Хоро-шайловым (1964) был применен метод жолого-географическои типизации популяций В классификации 11.А Мухиной (1978) агро. жотипы заменены экотипами, включена новая группа сортотипов полиплоид-

ная с сортотипами юго-западный европейский, центральноевропейс-кий, центральнонечерноземный, скандинавский и сибирский.

В приложении к виду Trifolium pratense L. эколого-генетическая модель В.А. Драгавцева (1993) предусматривает дифференциацию селекционных образцов в конкретных агроклиматических условиях Нечерноземной зоны по признакам продуктивности в первую очередь семян,устойчивости к стрессовым факторам (патогенам), качеству вегетативной массы. Для клевера может быть использован модальный отбор, разработанный Ю.П. Алтуховым (1989). Во взаимодействии организма со средой у высокогетерозиготных популяций этого широко расселенного вида формируются такие признаки как скорость роста, продуктивность, устойчивость к заболеваниям. Экспериментальная полиплоидия расширяет спектр изменчивости генотипов, позволяет использовать преимущества аллополиплоидии, юпрогрессивной гибридизации для устранения пониженной фертильности, обогащения генофонда новыми полезными признаками и свойствами.

Целью исследований явилась необходимость расширения путем ■ полиплоидизацни спектра изменчивости, в том числе в области болезнеустойчивости, имеющихся диплоидных образцов клевера лугового.

3.1. Полиплоидия в селекция клевера лугового

3.1.1. Экспериментальные полиплоиды клевера лугового (северовосточный и среднерусский сортотипы, северотаежная европейская группа сортотипов)

Исследования по получению тетраплоидов клевера лугового проводили, начиная с 1977 г., в отделе селекции многолетних трав ЛНИИСХ.

Для колхицинирования были взяты 12 диплоидных в основном среднепоздних,среднеустойчивых к патогенам сортов клевера лугового, полученных из коллекции ВИР и предварительно отселектиро-ванных в п. Белогорка по признакам высокой семенной продуктивности и другим биологическим и хозяйственно ценным признакам.Сре-ди нихСуйдинец, Московский I, Котласский, Север, Бийский, Ось-минский, Каскад, Рубин, Шимской, Суминский, Ратинский, Рабитиц-кий, принадлежащие к северовосточной,среднерусской и северотаежной европейской группам сортотипов. В 1982 г. в фитотроне было проведено искусственное переопыление индуцированных тетраплои-

дов в количестве 13 5 шт. или 0,4-12% общего количества обработанных проростков В скрещивание также включили отобранные по признаку высокой семенной продуктивности отдельные тетраплоидные растения клевера лугового сорт Невский В этом же году был заложен при индивидуальном стоянии растений селекционный питомник С,. Отобрано среди них по семенной продуктивности восемь растений При таком же размещении были заложены питомники С, и С,. В питомнике тетраплоидных растений С, (посев 1985 г) было высажено 19 семей и 1277 растений, в питомнике посева 1988 г. - 25 семей С. и 1436 растений.

В течение трех циклов в тетраплоидных семьях проводился отбор растений по завязываемости и урожайности семян при открытом цветении.скороспелости.устойчивости к патогенам, фиксировались характерные фенотипические признаки. Среди семей С , в 1989 г. превысили посемейной продуктивности отдельных растении среднюю по опыту, которая равнялась 9,5±0,8 г, двенадцать семей, в 1990 г. девять (средняя урожайность одного растения 5,4±0,5 г)

На Северо-Западе России, являющимся зоной постоянной вредоносности для кормовых культур, культивируемые сорта клевера лугового в значительной степени особенно на втором и гретьем годах жизни поражаются патогенами. В питомнике посева 1988г тетраплоидные растения клевера поражались возбудителями фузариоза, ант-ракноза, ржавчины. Среди оцененных семей С3отнесены к группе сред неустойчивых к фузариозу (1,1 -3,5 балла) девять образцов и по антракнозу — пятнадцать образцов, а по ржавчине к данной группе был отнесен весь анализируемый материал за исключением одной слабоустойчивой семьи. Большинство растений С, третьего года жизни на 40-80% были поражены возбудителями аскохитоза и бурой пятнистости В целом популяции С}, как и исходные родительские сорта, характеризовались значительной гетерогенностью по признакам устойчивости к грибным патогенам Было отобрано несколько перспективных в плане устойчивости к грибам семей (ЬГМ 5,14,22)

В 1990 г. был заложен питомник оценки общей комбинационной способности (ОКС) потомств семей Для его формирования отбирались растения С, с средней и высокой семенной продуктивностью, более выносливые к патогенам (модальный отбор по Ю П Алтухову, 1989). По каждой семье составлена механическая смесь семян.

Модальный отбор растений, в первую очередь, по признаку семенной продуктивности оказался зффективным при формировании перспективных полиплоидных популяций клевера лугового В популя-

Таблица 3.1

Агробиологическая характеристика тетраплоидкых популяций С4 клевера лугового в питомнике конкурсного сортоиспытания,п.Белогорка,пос£в 1996г.,учет 1997-1998гг.

Образец

иши- | иернод ирасташк к. < шепние, ■X) т/га №ШН Ж т/га % к стандар- ^/удеш мздде, . ^смсоо, % к стан дар- кг/га

% дней дней ту ту

ГШг \ш 'Ш ЛШ 1998г. Ч997г.Т19Ж 1997г. 1998г. |1997г.1 199Вг

С4-2 6 4 100 74.3 68 69 37.8 20.1* 105.9 130.4* 87.5 124,5 100* 9.3*

- С4-27 4 100 83.4 68 69 42.7* 18.0* 119.6* 116.9* 102.5 104.3 82,3* 11.5

" С4-11 4 100 52.7 68 69 41.4* 14.8 116.0 96.3 93.8 87.4 102.0 2.9

С4-12 4 100 84.3 68 69 43.2* 18.0* 121.0* 116.7* 100 105.2 112.0* 2.4

С4-13 4 100 74.0 68 69 42.8* 16.9 119.9* 109.6 107.5 97.0 116.0* 1.0

С4-14 4 100 70.3 68 69 416« 19.3* 116.5* 125.2* 98.8 123.2 78,7* 0.9

сВолосо- 100

вскийхт, 4 100 77.2 72 • 35.7 15.4 100 100 100 - -

с.ВИК

84,ст. - 85.7 - 100 - ■- 52,5 2.9

НСРо.5 4.1 2.1 10.2 4.0

Cfas

iSLättii-

e«M«ci 2n 3mUin

C4-21 C4-1f Г4-15 CI } Cfl<

Рио 3,1. Пор»Ж»Мв»Т1, {%) ьозбудитвлями Fusarium »p Т6ТР*ПЛ0ИДНЫХ оврмцов M .< î

луговог<з,пов»й 1ffSr Штерне,учет i$*8r.

цию С4 -27 была включена семья N 22, выделившаяся при оценке комбинационных свойств тетраплоидных семей. Семьи NN 17,18 и 23, вошедшие в популяцию С4-2б, характеризовались несколько замедленным отрастанием весной,последние две отличались относительной скороспелостью как в Сз, так и в С4. Их устойчивость к грибным заболеваниям была на среднем уровне.

Полученные данные по оценке комбинационных свойств тетраплоидных семей и дифференциации их по скороспелости, долшлетнос-ти, энергии ранневесеннего отрастания и устойчивости к патогенам позволили сформировать из оставшихся половинок семян урожая 1989г. шесть поликроссных популяций С4. По данным 1 -го года пользования в поликроссном питомнике посева 1991 г при широкорядном посеве селекционный интерес представили две тетраплоидные популяции С -26 и С4-27, состоящие из потомств 17,18,21,23 - первая и 2,4, 6,8,22 - вторая.

В 1994 г. данные популяции испытывались в питомнике конкурсного сортоиспытания (посев 1993 г.). Популяции С4-2б и С4-27 достоверно превысили районированный сорт клевера лугового Волосов-ский (2п) по зеленой и сухой массе,соответственно, на 14,6-19,5% и 6,9-12,3%.Их зимостойкость составила 90-95% (у стандарта 75%). Содержание сырого протеина в фазу начала цветения - 13,2-14,1 % (у сорта Волосовский - 13,2%). При повторном испытании (19971998гг.) лучшие поликроссные тетраплоидные популяции не только превосходили стандартные сорта клевера лугового Волосовский (2 п) и ВИК 84 (4 п) по зеленой,сухой массе,скороспелости, семенам, но и показали хорошие результаты по устойчивости к возбудителям фузариозаисклеротиниоза(табл. 3.1,рис. 3.1).

Можно сделать вывод о том, что учет биогеохимического разнообразия мест происхождения образцов имеет существенное значение при определении стратегии при скрещиваниях и формировании новых тетраплоидных популяций клевера лугового (Поздняков В А. и др., 1999).

3.2 Дифференциация межвидовых гибридов между клевером луговым в клевером раскидистым по признаку автофертильности

Отдаленная гибридизация, используемая в геномном анализе для установления происхождения видов, является обширной областью исследований, представляющих интерес для селекции и биологии.

Использование гибридной мощности, репродуктивного гетерозиса у перекрестников, в том числе у клевера, препятствует наличие аллелей несовместимости в геномах растений. Подробно генетика явлений совместимости и несовместимости у растений описана U.M. Суриковым (1991).

Для клевера лугового может оказаться перспективной интрогрес-сия локусов самосовместимости от вида Trifolium diffiusum Ehrh. (Taylor N.L. 1959, Schwer J.F et al, 1972; Taylor N L etal, 1973 ; Ком-кова T H и др., 1981 ) в силу того,что эти два вида относятся к одной субсекции Trifolium (ZoharyM., 1972)

Известно, что у высокогетерозиготных особей,полученных при гибридизации ячменя линий кукурузы частота спонтанных хромосомных мутаций (перестроек) повышается в несколько раз (Стрельчук С И., 1981 ) При этом в гибридном организме может мутировать один или несколько локусов, контролирующих процесс оплодотворения. Межвидовые гибриды сложногетерозигогных видов, к которым можно отнести и клевер, являются хорошим объектом изучения взаимодействия ядра и цитоплазмы. Дисгармония генома и пластома проявляется в нарушении процессов микро- и макроспорогенеза, фотосинтетических реакций. Мугантные растения имеют желтую, желто-зеленую или белесую окраску с летальный исходом. Показано,что аномалии хлоропластов и синтеза пигментов могут быть обусловлены мутациями как ядерных, так и пластидных генов. Генетическим анализом установлено,что абсолютное большинство индуцированных пигментных мутации имеют ядерное происхождение, наследуются мо-ногенно и имеют рецессивную природу (Насыров Ю.С , 1975; Фадеева Т.С., 1980, Струнников В.А., 1982). У кукурузы показано также наличие доминантных мутаций Les 8, Les 9, Les 15,обусловливающих появление на листьях мелких хлоротичных и некротичных повреждений (Хавкин Э.Е. и др, 1995). Хлорофилльные мутанты клевера могут представить интерес и в плане формирования генетических коллекций растений (Соснихина С.П. и др., 1994).

Для межвидовых скрещиваний использовали переведенные на тетраплоидный уровень диплоидные сорта клевера лугового восточноевропейской и северотаежной групп сортотипов Север, Московский I, Суминский, Рубин, Котласский, а также образец клевера раскидистого Trifolium diffiibum Ehrh из Австралии (к-34698) В скрещивание был еще включен тетраплоидный селекционный образец клевера дугового Невский североевропейской группы. Последовательное беккроссирование и самоопыление растений родительских сор-

тов и гибридов, проведенное в 1981-1984 гг., позволило получить ряд гибридных селекционных номеров и инбредных форм.

В 1981 г. было синтезировано 18 гибридов Fr Завязываемость семян у материнских растений клевера лугового составила 0-12,4%, намного больше она была у растений клевера раскидистого -16,5-240,0%-Межвидовые гибриды по фенотипу в основном напоминали материнские растения.Особенностью некоторых гибридов с фенотипом клевера лугового явилась депрессия процессов жизнедеятельности,задержавшая рост и развитие на 55-60 дней в сравнении с родительскими растениями.

В1982-1983гг. при искусственном скрещивании получено 23 гибрида F2 и 34 гибрида F3, при принудительном самоопылении синтезирована 121 инбредная семья 1,-12. Лучшие генотипы сортообразца клевера лугового Невский имели в самофертильность 41,8% ив12 - 47,5-59,4%. Высокой самозавязываемостью характеризовался образец клевера раскидистого, особенно на диплоидном уровне (99,1 %). Его особи незначительно отличались друг от друга по этому признаку, напротив, сортообразцы клевера лугового имели высокую изменчивость по этому показателю (коэффициент вариации 21,5-24,4%). Наличие в исходных гетерозиготных сортах локусов самосовмесгги-мости позволило получить ряд межвидовых гибридов с хорошей за-вязываемостью семян при механической самоопылении. Отдельные гибриды, в родословную которых были включены самофертильные генотипы клевера лугового Невский, имели высокую завязываемость семян при самоопылении (52,3-64,2%).

Косвенным доказательством аллополипловдносги селектируемого материала служит анализ характера мейоза, а также некоторых физиологических реакций. Два гибридных растения р160-1F, и р160-2 Fj с фенотипом клевера лугового с отмеченным замедленным прохождением второго-третьего этапов органогенеза имели нерегулярный мейоз, в метафазе М1 и анафазе AI у них отмечено отставание хромосом, дезориентация метафазных пластинок, образование мостов, появление унивалентов.В археспориальнык клетках при делении в результате обособления негомологичных унивалентных хромосом сформировалось значительное количество микроядер (18,0-62,5%).

Аллополиплоидный ядерно-цитоплазматический дисбаланс способствовал выявлению в F(-F2 значительного количества разнообразных хлорофилл ьных мутантов.Частота их появления составила в среднем 15,2%.

Гибридные растения клевера (42 гибридные семьи) разного уровня самоопыления (1,-1,) изучались в полевых условиях в питомнике посева 1987 г. По результатам двух лет оценки (1988-1989) предпочтительней других выглядел гибрид ^1,-28. Он энергично отрастал весной,по зимостойкости.массе семян с растения, завязываемо-сти семян был примерно равен улучшенному нами отбором, включая хдаголотУНййкш. контроль, по биологическим и хозяйственно ценным признакам тетраплоидному образцу клевера лугового Невский (стандарт) Вместе с тем гибрид был скороспелее стандартного образца на 10-12 дней. По завязываемости семян и зимостойкости выделился гибрид Р3-6.Последний гибрид вместе с гибридами Р,1,-27 и £,1,-28 был взят для дальнейшего изучения при сплошном способе посева.

При таком же способе посева превышение средней по опыту у лучших из трех гибридных образцов составило в течение трех лет изучения (1991 -1993) по вегетативной массе 16,7-35,3% и по Семенам- 36,1-67,3%. Гибрид Р,-6 высеян в 1993г. в питомнике конкурсного сортоиспытания.

Инбредная депрессия, определяемая наличием у растений клевера лугового большого количества аллелей локусов самонесовмес-тиности и их продуктов, являющихся, возможно, результатом или сборки генов по типу иммуноглобулиновых или альтернативного сплаи-синга различных мРНК, предпочтительное оплодотворение чужой пыльцой ограничивают возможности селекционера дифференцировать семьи как по фенотипу, так и по семенной продуктивности

3.3. Маркерные признаки в селекции самофертильных межвидовых гибридов клевера

Замечено, что очень часто новые сорта растений создаются не на основе отбора генотипов, возникающих на базе регулярной генетической сегрегации в популяциях, а на основе "вылавливания" случайных генетических событий (кроссинговер,мутации, эпигенетические переключения). Успех селекции, проводимой путем отборов, в основном определяется разрешающей способностью методов идентификации генотипов по фенотипам и в меньшей мере глубиной генетической информации о признаках продуктивности (Драгавцев В. А , 1982). О необходимости развития фенетики популяций пишет А В Яблоков (1982). Здесь же он указывает, что использование подобных признаков позволило Н.И. Вавилову разобраться в природном генетическом многообразии культурных растений и их предков, а А.С

Серебровскому - сформулировать представление о геногеографии (по существу феногеографии).

В селекции межвидовых гибридов клевера нами разработан способ идентификации генотипов, характеризующихся наличием ряда селекционно ценных маркерных признаков. В качестве маркеров использовали хлорофилльную недостаточность, величину и форму различных элементов цветка, характер опушения растений, автогамность.

Было проверено по способности к естественному самоопылению (авггогамности) 70 гибридных семей F,- F3, полученных путем насыщающих скрещиваний и принудительного самоопыления вручную. Частота появления самофертильных (автогамных) растений составила 0,18-1,43%. Одно из них А-1 -2 х Д F, получено при скрещивании с кастрацией материнского растения, характеризующегося высокой (41,8%) завязываемостью семян при принудительном самоопылении вручную,выделенного из тетраплоидного образца клевера лугового Невский, с образцом клевера раскидистого (S), было отобрано несколько растений с высокой завязываемостью семян. У отцовских же растений при самоопылении завязываемость равнялась 36%. При естественном самоопылении в цветках растения А-1 -2 х Д F, завязалось 25,6% семян, а при принудительном - 35,3%-Количество тетрад с одним микроядром равнялось 6,1%, с тремя - 3,0%. Фертильность пыльцы составила 85,2%. Данный генотип явился родоначальником самофертильных гибридных семей клевера: семи семей F2 и шести - F3.

Характерной особенностью самофертильных гибридных растений F, - F3 было наличие хлорофилльной недостаточности типа viridis. В сцепленном состояния с данным признаком наследовалось еще несколько других. Приводим их описание.

Венчик светло-розовый, превышает зубцы чашечки почти вдвое. Крылья у основания ноготка (венчика) с мешкообразными вздутыми выростами, охватывающими трубку. Чашечка трубчато-колокольча-тая, светло-зеленая или буроватая, с пятью узкими прямыми зубцами, из которых нижний более длинный, верхняя часть чашечки и зубцы ее щетинисто-волосистые. Верхние зубцы чашечки равны трубке. Стебель и листья опушены отстоящими волосками. Обнаружена автогамия в зрелом цветке, к маслянистой головке пестика легко прилипает пыльца своего цветка. Число хромосом 32.

Установлена коррелятивная зависимость уровня завязываемости семян при естественном самоопылении и наличия морфологических маркерных признаков у гибридных растений: опушение отстоящими

волосками, высота венчика вдвое выше зубцов чашечки, верхние зубцы чашечки равны трубке, полученных - первый признак от клевера раскидистого и два остальных - от клевера лугового. Коэффициент корреляции составил - 0,69.

ГЛАВА 4. НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МОРФОГЕНЕЗА МНОГОЛЕТНИХ БОБОВЫХ ТРАВ ПРИ ОТДАЛЕННЫХ СКРЕЩИВАНИЯХ

4.1. Онтогенетическая изменчивость межвидовых гибридов клевера

Вся морфология организма может быть представлена как систе-элементарных признаков. Без признания прерывности и неравномерности развития нельзя понять механизм приспособительных ответных реакций организма на воздействие различных факторов внешней среды, эволюционное усложнение онтогенеза и его дискретную генетическую детерминацию (Лобашев М.Е., 1967). Обусловленные нормой реакции (нормой наследственной изменчивости) адаптивные модификации дают возможность растениям выжить и оставить потомство. При наличии такой возможности последующие генокопии модификаций, те. мутации, фенотипическое проявление которых копирует модификация, подхватываются естественным отбором и тем самым возрастает приспособленность организма к новым изменившимся условиям (Инге-Вечтомов С.Г., 1989).

4.1.1. Экологические факторы индукции цветения у межвидовых гибридов клевера

Ритмичность фшиологических процессов у клевера лугового изучали В.С.Шевелуха и др. (1980). Характеристика типов развития клевера дается в работах В.И Разумова (1961), В Ф Корякиной 1964), Н.А.Мухиной и др. (1977,1978), М А. Смурыгина и др. (1982). Однако многие другие элементы онтогенетического развития клевера изучены пока недостаточно.

Для опыта были взяты два близких по происхождению межвидовых гибрида Р,-6 Г, и Р3-б. Гибридные растения имели фенотип клевера лугового и характеризовались выровненностью по многим морфологическим и биологическим признакам.Исходное растение обоих гибридов Р,-б имело хорошую завязываемость семян при

т>

механическом самоопылении (31,4%)ЛЗыборка опытных растений: Б -61,-8711^.^3-6-177 шт.

Изучали механизм индукции цветения у межвидовых гибридов клевера в факторостатных условиях фитотрона.Отмечено ингибиру-ющее влияние восьмичасового дня на индуцирование генеративного развития растений. У обоих гибридов первого года жизни цветение ранних биотипов на 8+24 ч фотопериоде при примерно одинаковой сумме активных (выше+10°С) температур задержалось в сравнении с круглосуточным освещением на две (гибрид Ё2-61,) и на пять (гибрид Р3-б) декад. Гибрид Р3-б второго года жизни зацвел при укороченном фотопериоде (экспозиция два месяца) на 20 дней позднее контроля (круглосуточное освещение).Учитывая,что уровень освещенности во всех вариантах опыта был одинаковый,замедление онтогенетических процессов на коротком дне можно объяснить темпера-турно-световым лимитированием физиологических реакций. В вариантах 24+8 ч и 8+8 ч отмечено большее разнообразие растений по длине стебля и числу их листьев.

При этом формирование морфологических признаков у гибридных растений клевера зависело в основном от средовых факторов. Коэффициент вариации числа листьев у растений первого года жизни был 53,7-141,2%, несколько меньшим он был на втором году жизни. Генетические различия по числу листьев на растениидлине главного стебля практически отсутствовали.

Таким образом показана электромагнитная индукция цветения межвидовых гибридов клевера при использовании ламп ДРЛФ-400, имеющих в своем спектре большой кусок красных лучей длиной 500600 нм. Воздействием электромагнитного поля на ВКМ, цитоплазму и далее на локусы цветения запускается цикл биохимических реакций, заканчивающихся формированием репродуктивных органов растений клевера. Цикл развития возможен лишь при наличии компетентных меристематических клеток. Эти параметры были достигнуты при выращивании растений при освещенности 12* 103 лк и сумме активных температур 1300-2700°С.

В последние годы в селекции растений,в том числе клевера лугового,стали использоваться методы генетической инженерии.Ряд геноинженерных манипуляций были выполнены автором диссертации в лаборатории иммунитета филиала ВИЗР (г.Рига, Латвия), в лаборатории генетической инженерии растений Института Молекулярной Генетики АН РАН (г. Москва) и в отделе молекулярной биологии Тар-тусского университета (Эстония).

4.2. Особенности формирования мужскостерильных линий люцерны

Особенности формообразования,формирования исходного материала изучались нами также на другой ценной кормовой культуре-люцерне.История культуры люцерны изучена достаточно подробно. Территория нашей страны - самый богатый естественный носитель генофонда данной культуры (Иванов А.И и др., 1986) Здесь располагаются Среднеазиатский, Переднеазиатский и Европейско-Сибирс-кий генцентры,из которых в коллекцию ВИР (по состоянию на 1.1 1981 г.) привлечено 2056 образцов по 17 многолетним видам люцерны или 79% всех образцов коллекции. Как замечает A.M. Константинова (1970) исследования по изучению комбинационной способности и использованию гетерозиса гибридов люцерны первого поколения проводились, главным образом, на межсортовом уровне.

В наших исследованиях во ВНИИ кормов при создании гибридов использовались следующие виды и сорта люцерны:

1. Medicago sativa L.- Омега, ГаммаЛМ100, Кардинал, Детенинс-кая. Альфа, Польская, Айнсфорд, Йеменская, Ташкентская 721, Ме-сопотамская,

2. Medicago varia T.Martyn -Северная гибридная 69, Московская гибридная,Заря,Веселоподолянская 11, Грим Зайкевича, Полтавская 256, Таежная;

3. Medicago boreahs Grossh - Дединовская, Якутская гибридная

Значительная часть сортов синей, посевной люцерны относитс i к

средиземноморской и европейской группам сортотипов, а люцерны изменчивой - к синегибридной (украинской) и пестрогибридной (северорусской) группам (Лубенец Г1. А., 1972) Место происхождения сортов Ташкентская 721, Якутская гибридная, Таежная - упомянутый выше обширный промежуточный пояс между Среднеазиатским и Переднеазиагским очагами наюге и Европейско-Сибирским на севере

Было показано,что лучшими комбинационными свойствами характеризуются пестро гибридные люцерны местной селекции-сорта Северная гибридная 69 и Московская гибридная.сорта посевной или синей люцерны -Ташкентская 721 (естественный гибрид среднеазиатской люцерны с арабской по В Л. Голодко некому и др., 1971 ) и Омега (европейская группа сортотипов) и дикорастущие северные люцер-ны,прошедшие несколько репродукций и отборов в условиях центральных районов Нечерноземной зоны Европейской части России (Поздняков В.А, 1974). Были выделены три перспективные гибридные

комбинации.полученные при скрещивании эшлого-географически отдаленных сортов-Ташкентская 721 х Северная гибридная 69,Ташкентская 721 х Дединовская и Ташкентская 721 х Якутская гибридная. По урожаю вегетативной (сухой) массы лучшие гибриды Р, люцерны в сумме за два года достоверно превысили родительские сорта на 30-83% и стандарт-сорт Северная гибридная 69 на 30-48% (табл4 1)

В ходе морфогенеза репродуктивных органов на этапе образования и созревания микроспор, в период после прохождения мейоза возможны различные нарушения,сопровождаемые возникновением полной или частичной стерильности растений (Суриков И.М., 1991). Использование гетерозиса у люцерны на основе линий с мужской стерильностью ставит вопрос о создании гибридов на сортолинейном и межлинейном уровне пугем подбора к материнской мужскостериль-ной линии отцовского фертипьного сорта или наиболее ценных биотипов и самоопыленных лишш,выделенных из сортов с хорошими комбинационными свойствами.

При проведении исследований во ВНИИ кормов нами были синтезированы гибририды люцерны Р, на стерильной основе.В ттих скрещиваниях были использованы мужскостерильные клоны С5 и С9 и лучшие фертильные растения,огбранные из сортов с высокими комбинационными свойствами Методика получения гибридов, исходный материал,схема насыщающих скрещиваний и их результаты нами описаны (Поздняков В.А., 1975).Среди гибридов на стерильной основе первого поколения выделились два - С5 х Северная гибридная 69-1 и С5 х Московская ги6ридная,превысившие лучший отцовский сор I по сухой массе в сумме за два года на 19-26% и стандарт - на 19-28% (Поздняков В А., 1974).Гибридные растения характеризовались высокорослостью, хорошей и высокой зимостойкостью, энер-гичньм отрастанием весной. Наряду с этим они имели невысокую относительную облиственность, слабую и ниже средней кустистость и в сильной степени поражались мучнистой росой

В последующих насыщающих скрещиваниях использовали лучшие фертильные растения.выделенные из эколого-географически различных по происчождению.комбинационно-ценных сортов-Северная гибридная 69, Московская гибридная, Детенинская, Французская 100 (Рс1100), Гамма, Дединовская, Кардинал Было замечено,что у гибридных растений первого поко тения обнаруживается большое морфологическое сходство с отцовскими растениями по форме соцветия и окраске венчика. Предварительное описание вегетативных призна-

Таблица 4.1

Характеристика лучших межвидовых,виу1ривидовых и межсортовых гибридов по важнейшим биологическим и хозяйственно ценным признакам (1970-1971гг.)

Гибрид Энергия отраста- Зимостойкость^ Кустистость,0/® Высота растений, Сухая масса растении,0/® „кстаид.

9 сг иия,балл к стандарту % к стандарту .

Масса сухих листав, % к стан/1

(стандарт) 4 87 Ташкентская 721 х

Якутская гибридная 5 94 Ташкентская 72 Г х

Дедииовская 4.5 73 Московская гибридная х

Ташкентская 721 4 78 Якутская гибридная х

Московская гибридная 4 94 Ташкентская 721 х

Северная гибридная 69 5 94

Омег» х Якутская гибридная 4.5 85 Северная гибридная 69 х

Таежная 4 91 Северная гибридная 69 х

Месопотамская 4.5 91

Р0Л5 ___

100

137

95 93

100

107

107 98

110

105

100

148*

147*

135

133

130* 110

102

101

151

131

108

133

141 109

100

108

ков и биологических свойств восьми высокостерильных беккросси-рованных линий ВС,, выделенных по результатам проверки степени стерильности пыльцы,также показало их большое сходство с исходными отцовскими формами, что послужило основанием считать их перспективным материалом для продолжения селекции стерильных линий люцерны. Зеленая и сухая масса одного растения линий составила 88-149% по отношению к стандартному сорту Северная гибридная 69 Высокостерильные линии имели длинные стебли (156192 см), хорошую и высокую зимостойкость (79-100%), некоторые га них отличались энергичным ранневесенним отрастанием.В то же время у этих линий отмечена слабая кустистость (8-16 стеблей) и низкая относительная облиственность (27-44%)

При создании мужскостерильных линий люцерны большой практический интерес представляет устойчивость признака степени стерильности пыльцы и завязываемости семян у растений, выращиваемых в разных условиях (в поле и в теплице). В своих исследованиях нами было показано, что использование теплицы дает возможность в условиях Московской области получать необходимое количество семян у гибридов первого года жизни при насыщающих скрещиваниях. Было показано,что степень стерильности пыльцы гибридных растений Р, первого и второго насыщающих скрещиваний, полученных на основе мужскостерильных клонов С5 и С9, сравнительно устойчива и изменяется в незначительных пределах (0-20%) независимо от генотипа опылителя, возраста гибридных растений и условий выращивания (Поздняков В А., 1975)

Стабильное формирование гибридными растениями определенного уровня стерильной пыльцы позволило нам провести генетический анализ наследования данного признака В первом гибридном поколении было обнаружено значительное количество растений (8-50%) с полностью стерильными пыльниками. Сделано предположение, что доминантный ген И; восстанавливающий фертильность пыльцы в стерильной цитоплазме, у большинства отцовских растений, использованных при получении гибридов Р, чюцерны на стерильной основе, находится в гетерозиготном состоянии (РиН). В результате второго насыщения стерильность пыльцы у полученных гибридных растений возросла до 87-9б%,число полностью стерильных растений в семьях достигло 61 -80% (Магиг К. К., Ро7,с1пуакоуУ.А„1974).

При проверке соответствия фактически и теоретически ожидаемых (в Р, 1 1) распределений по критерию х2 было установлено,что наследование признака стерильности пыльцы у большей части гиб-

ридов, полученных по обратной схеме скрещиваний (насыщение клонов С5 и С9 фертильными гибридными растениями), укладывается в расчетные данные и нулевая гипотеза не отвергается. В силу этого наследование признака стерильности пыльцы у полученных гибридов было отнесено к монофакториальному. Проведенная проверка степени стерильности пыльцы гибридов третьего насыщения показала, что большинство гибридных растений являются стерильными. Количество стерильных микроспор в пыльниках было 93-99%, число полностью мужскостерильных растений - 77-100%.

Для объяснения обнаруженных явлений было сделано предположение,что мужская стерильность использованных нами в исследованиях клонов С5 и С9 может иметь цитоплазматическую природу, обусловленную глубокими нарушениями определенныхцепей биохимических реакций в клетках, препятствующих нормальному процессу микроспоро генеза и наследуемых по материнской линии при насыщающих скрещиваниях.

5. ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СЕЛЕКЦИИ ОВСЯНИЦЕ-РАЙГРАСОВЫХ ГИБРИДОВ, ТОЛЕРАНТНЫХ К ЛИСТОВЫМ ПАТОГЕНАМ

Генетическое однообразие многих используемых в сельскохозяйственном производстве сортов растений является одним из узких мест их практического использования.Интродуцирование новых источников и доноров хозяйственно ценных признаков и свойств часто предполагает использование в селекции отдаленных скрещиваний. Гибридизация генетически отдаленных форм растений в настоящее время остается основным методом генетического анализа (Фадеева Т.С., 1980). Согласно H.H. Цвелеву (1987) не менее 2/3 современных видов злаков имеют гибридное происхождение. Гибридогенные таксоны оказываются в какой-то степени деспециализированными, характеризуются увеличенной изменчивостью, у гибридов доминируют более древние признаки одного из родителей, например, способность к образованию длинных ползучих корневищ; пониженная фертильность гибридов преодолевается амфиплоидией. При изучении степени родства видов, в том числе многолетних злаковых трав, используются биохимические маркеры, методы дифференциальной окраски хромосом, изучается структура ДНК (Раскина О.М., 1987; Коиарев В.Г. и др., 1993).

Одним из основных недостатков используемых сортов ценного в кормовом отношении вида Lolium perenne L (плевел многолетний, райграс пастбищный или английский) в условиях Северо-Запада России является их недолговечность (Соколова A.B. и др , 1983; Кулешов Г.Ф. и др, 1989). Овсяница тростниковая (Festuca arundinacea Schreb.) выгодно отличается по этому признаку. В практике недооценивается ущерб, наносимый микозами многолетним кормовым злакам,хотя некоторые болезни на них распространены повсеместно,-например, корончатая ржавчина на райграсе в Австралии, Новой Зеландии (Latch О С.М., 1961), в Европе (Cortillot, 1965, Петраускас ШО„ и др , 1982), на овсянице в Америке (Backner R.C , 1979) и в Европе (Цагаш Б., 1980)

Задачей исследований явилось изучение эколого-генетических закономерностей наследования межродовыми овсянице-райграсовы-ми гибридами признаков устойчивости к листовым патогенам, выявления возможностей создания гибридов, толерантных к болезням.

5.1. Формообразовательный процесс у овсшшце-райграсовых гибридов ранних поколений

С целью пополнения имеющегося генофоцдазлаковых трав в 1979г. в условиях пленочной теплицы п Белогорка были проведены рецип-рокные скрещивания растений тетраплоиднош райграса с Орлинский, принадлежащего к западноевропейской группе сортотипов (Шутова З.П., 1977), с растениями овсяницы тростниковой с.Балтика (получен из коллекционного образца с о Сахалин) с кастрацией материнских растений

В результате проведенных скрещиваний получено 75 штук семян, из которых выращено 35 гибридных растений F,. Завязываемость семян при гибридизации составила 6-13,7% (о сорт Балтика) и 0,918,1% (осорт Орлинский), у родительских растений при свободном опылении-23,6% (сорт Балтика) и 37,5% (сорт Орлинский).

Среди растений F, были отмечены формы с промежуточным фенотипом, из них три растения - р 14, р59-1, р59-2 (о овсяница х d* райграс) имели негрубые райграсовые листья, неопушенные или слабо опушенные ушки, колоски с дв> мя колосковыми чешуями, соцветия промежуточно й формы в базипетальной части—метельчатое, в апиакатьной- колосовидное. По ритму развития они оказались озимыми Растениер14 F, имело42,2-46,9%фертильнойпыльцы,меио* был частично нарушен, в археспориальных клетках количество от-

ставаний хромосом в Al составило 25%. Растение р59-1 F, оказалось мужскостерильным, но цветки имели нормальное опушенное рыльце. У второго гибрида р59-2 Б^ыли дегенерированы и пестик и тычинки.

В 1980 г. при возвратных скрещиваниях и свободном переопылении было получено 53 гибридных растения В, и 154 растения F,. Большая часть гибридных растений имела райграсовый фенотип. Некоторые из них, как и в F,, имели метельчатые соцветия. При определении степени фертильности пыльцы в мае-июне 1981 г. в условиях фитотрона обнаружено большое количество растений со стерильной пыльцой (33,3-63%). Пыльники этих растений были сморщенными, меньшего размера, чем фертильные пыльники. Вместе с тем процессы формирования женских репродуктивных органов не были нарушены, пестики имели нормальный размер, завязывание семян на растениях при панмиксии происходило без заметных нарушений.

.При цитоанализе пяти растенийF2bM1,A1,A11 отмечены различные хромосомные нарушения: отставание хромосом, асинхронность делений,слипание хромосом,появление унивалентов (от 30 до 100%).

В третьем гибридном поколении в вазонной культуре стали заметны различия гибридных семей по форме куста. Выделилось шесть гибридов с распластанно-развалистой формой.растения имели в фазе кущения тонкие стебли и уменьшенных размеров листовые пластинки. В полевых условиях они формировали плотный куст с большим количеством тонких стеблей с пластинками мелких и средних размере в.

В целях корректной идентификации синтезированных гибридов в немецкой лаборатории университета им. Мартина-Лютера (г.Галле) доктором сельскохозяйственных наук Heike Hahn были получены элет-рофореграммы и денситограммы маркерных белков семян гибридных растений (в цитируемом источнике наши гибриды идут под названием Festulolium holmbergi: см. справку из Германии в конце диссертации). Использовали диск-электрофорез в поликриламидном геле в додецилсульфате натрия (SDS-PAGÉ) и метод ультратонкого изоэ-лектрического фокусирования (UTLIFF, H.Hahn, 1996). Было показано, что у гибридов F2 - Fs, полученных на цитоплазме растений pUF(, р14 F,, p31 F,, p39Fj ( 1983-31 F2,1982-22 F4, д 4 pl8 F4, д 88 p 7 F4, д 87 plO F4) имеются незначительные отличия от родительских растений вида Lolium perenne L. по h и i маркированным полосам. Слабо окрашенная дополнительная полоса к, обнаруженная у гибридов,получена, по всей вероятности, от другого родителя Festuca

arundinacea Schreb. Полосы г отпечатывались только в некоторых образцах Lolium perenne L, но у гибридов xFestulolium они были очень хорошо окрашены.

5.2. Некоторые итоги изучения межродовых овеянице-райграсовых гибридов

В селекционных питомниках посева 1982 и 1983 гг. изучалось, соответственно, 57 гибридов F,-F3 и 60 гибридов F2 -F4 .Часть гибридов третьего поколения с фенотипом райграса пастбищного (23 шт., питомник 1982 г.) была получена на цитоплазме гетерозиснош гибридного растенияpll F, (^райграс пастбищный). Данный генотип, пред-ставленкый в питомнике клонами с райграсовым фенотипом, в течение двух лет пользования (1983-1984) характеризовался энергичным ранневесенним отрастанием,высокой зимостойкостью (100%) и за-вязы ваемостью семян (11,9±2,8%), достоверно превышал стандартный сорт райграс пасгбшцныи Орлинский по зеленой (на 101,1-1043%) и сухой (на 63,9-101,1 %) массе, семенной продуктивности (10,9± 1,4 г/растение против 3,4± 1,4 г/растение у стандарта), был хорошо обли-ственен.

Среди полученных на основе этого растения гибридов выделились в первый год пользования по зеленой массе четыре номера (17,4% от общего количества). За оба года изучения они имели хорошую зимостойкость - 75-100% (у сорта Орлинский ко второму году пользования сохранилось 78,3% растений,у сорта овсяницы тростниковой Балтика -100%,энергично отрастали весной и после скашивания, превышали стандарт по высоте растений на 16,3-24,0%

Хорошие результаты были получены при вовлечении в селекционный процесс другого гетерозисного растения рЗ 1 F, (питомник посева 1983 г.). Два высокопродуктивных гибрида, полученных на его основе и имеющих раиграсовый фенотип,превысили сорт Орлинский по зеленой массе на 19.6-55,0% в 1984г. и на 100,5-160,2%-в 1985 г. Превышение по сухой массе наблюдали только v одного из них в 1984 г. (55%),а в 19*85 г. - у обоих (91,9-124.2%)

При осмотре и проведении полевых учетов в 1982-1985 гг. в питомниках было выявлено.что растения овсянице-райграсовых гибридов поражались возбудителями мучнистой росы (Eiysiphegraminis DC f. festucae Jaez ), ржавчины (Puccinia coronifera f. festucae) и сетчатой пятнистости (Drechslera dictyoides (Drechs.) Schoemaker). Наибольшее поражение гибридных растений мучнистой росой наблюда-

лось осенью 1982 и 1983 гг. в фазу кущения растений и летом 1983 г.

- в фазу колошения. Естественный инфекционный фон 1983 г. был высоким, по силе его можно было сравнить с провокационным искусственно созданным фоном. При полевой оценке растений первого года жизни выделилось 35,3% гибридов без признаков поражения мучнистой росой. В1983 г. при повторной оценке полностью устойчивых гибридов обнаружено не было,хотя общее число или не пораженных или слабо пораженных растений в гибридных семьях превысило половину. Подобных растений у сорта Орлинский было 54,2%, у сорта Балтика-79,4%.

В питомнике посева 1983 г. новый комплект гибридов Р2- Р4 рай-грасового фенотипа по количеству не пораженных или слабо пораженных мучнистой росой растений незначительно уступал стандарту сорту Орлинский: 55,0% против 66,6%. Было выделено три образца с высоким содержанием (75-100%) в гибридных семьях слабо восприимчивых к мучнистой росе растений. Еще три других образца -19833 Р3,1983-26 Р2,1983-88 Р4 наряду с положительными биологическими и хозяйственно ценными признаками,в том числе устойчивостью или слабой восприимчивостью к мучнистой росе и ржавчине,оказались устойчивыми и к местной популяции возбудителей сетчатой пятнистости.

Лучшие межродовые овсянице-райграсовые гибриды Р2- Р5, созданные направленным скрещиванием и отбором устойчивых к грибным патогенам родительских растений, изучались в питомнике посева 1987 г. Способ посева сплошной. Гибриды представляют собой механическую смесь семян, полученных с четырех растений - у гибрида 1982-52 Р2, с трех - у гибридов 1983-87 Р5 и 1984-22 Р4 и с одного

- у 1983-3 Р4. В сумме за два года испытаний (1988-1989) выделились по зеленой массе (превышение над стандартом 9,7-22,6%) два гибрида: 1982-52 .имеющий цитоплазму овсяницы тростниковой и 1983-87 полученный на основе гетерозисного растения р!1 Рг Все четыре перечисленных гибрида испытывались ст.н.с. Н.С. Бехтиным во ВНИИ кормов (Московская обл.). За период 1988-1989 гг. гибрид 1982-52 Р2 по зеленой массе превысил среднюю по опыту на 16,8%, хотя и уступил сорту Орлинский как по зеленой, так и по сухой массе.

В1989 г. отмечалось очень сильное распространение грибной инфекции на восприимчивых сортах как в п.Белогорка, так и в п. Луговая. Наши гибриды выгодно отличались по этим показателям. Восприимчивым контролем в п. Луговая послужил районированный в

Московской области сорт овсяницы луговой ВИК-5. Его посевы в этот год стояли рыжими от массового спороношения ржавчины. В п. Белошрка сходные свойства отмечены у сортов овсяницы луговой Суйдинская и Любава.

Новые гибридные поколения данных образцов изучали в питомнике посева 1990 г. По зеленой массе стандарт достоверно был превышен в 1991 г. гибридом 1983-3 Р5, он же был равен стандартному сорту в этот год по семенам Высокий урожай семян в первый год пользования сформировали гибриды 1983-87 Р6 и 1984-22 Р4. Они же зацветали раньше, чем сорт Орлинский,на восемь дней в 1991 г.и на семь - в 1992 г. Энергичнее стандарта оба года пользования отрастали гибриды 1982-52 Р3 и 1983-87 Р6. Как и в прошлые годы оцениваемые гибриды слабо поражались или были устойчивы к листовым патогенам, хотя уровень инфекции в поле во время вегетации растений был высоким, что было заметно по чувствительному к ним сорту овсяницы луговой Любава. Следует указать, что в период селекции \FestuIolium искусственный инфекционный фон не использовался.

В 1992 г. предварительная оценка синтезированных межродовых овсянице-райграсовых гибридов была завершена. В данном году из семян урожая 1991 г. был заложен питомник конкурсного сортоиспытания.

Эпифитотийные явления в растениеводстве в последние годы заставляют задуматься о стратегии исследований в области болезнеустойчивости растений. На наш взгляд стратегия исследований в области иммунитета (болезнеустойчивости, резистентности) многолетних кормовых растений заключается в формировании травостоев, отличающихся ценными биологическими и хозяйственными признаками Механизм защиты заключается в превалировании синтеза органического вещества над деструктивными процессами. Толерантные, частично устойчивые к биотическим (патогенам) стрессовым факторам среды сор га растении имеют больше шансов на выживание

Не совсем корректно отражают суть явлений понятия об генетической и эпигенетической изменчивости растений и патогенов На наш взгляд лучше характеризует живой ор1 анизм вероятностная изменчивость, определяемая воздействием целого ряда факторов: электромагнитным полем Земли, космическим излучением,биогеохимическими характеристиками мест выращивания и происхождения растений, агроклиматическими условиями. Патогенез, очевидно, имеет вероятностную природу (Поздняков В .А и др., 1989). При активности Солнца в 126-149 чисел Вольфа в 1989-1991 гг. отмечена вспыш-

ка инфекции на кормовых злаках. В питомнике отбора райграса пастбищного распространенность мучнистой росы достигала 70-80% от площади листьев. Тремя патогенами в сильной степени поражался восприимчивый к болезням сорт овсяницы луговой Любава.

Использование в дальнейшей селекции устойчивых или толерантных к патогенам генотипов растений многолетних трав, прошедших отбор на искусственных инфекционных фонах или питательных средах, часто включающих сложные смеси рас, в том числе самые вирулентные,ускоряют преадаптацию грибов к новому растению-хозяину. Наличие общих антигенов способствует приспособлению грибов к устойчивым сортам. Постепенно по мере паразитирования фитопа-тогенов на растениях их совместимость возрастает (Гусева H.H., 1981). В течение 5-6 генераций патоген адаптируется к новому сорту (Монастырский O.A., 1991). Трудно исключить рекомбинацию генного материала симбионтов.

Таким образом полученные нами гетерозисные овсянице-райгра-совые гибриды (1983-3 F5,1982-52 F3,1984-22 F4,1983-87 F^ отличаются устойчивостью или слабой восприимчивостью к листовым па-тогенам.Географические различия мест происхождения исходного материала родительских сортов: сорт райграса пастбищного Орлин-ский получен из западноевропейского образца,сорт овсяницы тростниковой Балтика - из сахалинского, возделывание данных сортов в другой географической точке привело согласно Т.М. Хохряковой и др.(1983) к разрыву с прежней сопряженно эволюционирующей формой гриба, которая не имеет генов вирулентности к несопряженно эволюционирующему хозяину. Механизм полевой устойчивости гибридов F3 - F6 тем самым может быть объяснен дивергенцией хозяина и местных популяций мучнистой росы, ржавчины и сетчатой пятнистости в Ленинградской и Московской областях и, возможно, исключением искусственного инфекционного фона при их селекции.

Опосредованно устойчивость к патогенам могла определяться и различиями в содержании тяжелых металлов в листьях растений (Fe, Си), обусловленных,в свою очередь, местом происхождения последних (рис.5.1). Экспериментальные данные, полученные в ходе формирования исходного материала клевера, люцерны, плевела и овсяницы для условий северо-западных и центральных областей Нечерноземной зоны России, несмотря на свой прикладной характер,расширяют опубликованные в последнее время как концепцию эколого-генетической характеристики количественных признаков продуктивности,устойчивости и качества продукции (Драгавцев В. А.,1993), так

Пвьос&Х образин: 1. Lolium perenne Цс.Орлияский 2,F«stuca arandmacea Schieb „с.Баятика 3. xFestulolium (1983-3 Р6Д982-52 F4). 4» Festuca prstemia. Ь.,а_Шобава 5 Fcstuoa pratensis 1~,четыре „opra из I'срмашш.НСР 05 для Fe 26,3 мг/кг и Cu* 3,6мг/кГ

Рис 5 1. Экологическая обусловленность болезнеустойчивости xFebtuIolium (в %) к возбудителям Puccinia sp (ряд 1) и Drechblera dictvoides (Drechs ) Shoemaker (ряд 2), посев 1994 г, п Бетогорка. 1995 г Ряд 3, 4 - содержание Fe, Си мг/кг сухого вещества листьев

и идею о термодинамической организации систем, включающих физиологические реакции и адаптивные процессы, онтогенез, экологию и динамику популяций, историческое развитие организмов-филогенез (ЗотинА.И., 1993), неспецифичности и системности ответных реакций на абиотический и биотический стрессы (Тарчевский И.А, 1993; Тарчевский И А. и др., 2001), позволяют более целенаправленно подбирать родительские образцы для селекции болезнеустойчивых сортов кормовых трав.

ГЛАВА 6. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ В СЕЛЕКЦИИ КЛЕВЕРА ЛУГОВОГО НА УСТОЙЧИВОСТЬ К БОЛЕЗНЯМ

Современная технология выращивания полевых культур предусматривает широкое применение фунгицидов, гербицидов, ростовых веществ. Получение и использование трансгенных растений в селекции клевера лугового позволит, вероятно, уменьшить антропогенную нагрузку на биосферу, уменьшить затраты на возделывание данной культуры.

Природа взаимоотношений растения-хозяина и патогена в настоящее время еще далека от разрешения. По Д.В. Метлицкому (1987) среди всех известных защитных реакций болезнеустойчивость растений наиболее четко коррелирует с их способностью продуцировать фиггоалексины. Опубликована серия работ по идентификации и клонированию генов ферментов, контролирующих различные этапы биосинтеза метаболитов, используемых растением в защите от патогенов. В каждом конкретном случае важен практический навык геноинженерных манипуляций с селектируемой культурой.

Анализ советской и зарубежной литературы позволил сформулировать рабочую гипотезу эксперимента: инфицирование спорами грибов листьев клевера лугового, идентификация новых мРНК, синтез к ДНК для получения векторных конструкций для трансформации растений. Для проведения опыта были использованы полученные нами межвидовые гибриды клевера. В латвийском филиале ВИЗР (г. Рига) совместно с сотрудником О.И. Трейкале была оценена их устойчивость к двум листовым патогенам: КаЬа^еПа саиИуогиш Кагак. - 14 образцов и 51ешрЬу1Нит £агстае1оггпе (Сау.) ^ЛЭДЫг. Выявлена существенная корреляция между развитием стемфилиоза и антракноза на листьях гибридов клевера (г = 0,724±0,331), что свидетельствует о комплексной устойчивости к этим патогенам у выделенных гибридов.

На основании литературных данных разработали интервалы темпоральной фиксации инфицированных листьев, они составили с момента заражения 1,2,3,4,5 суток. В лаборатории генетической инженерии растений ИМГ РАН (г. Москва) под руководством доктора биологических наук, профессора Э.С Пирузян были осуществлены этапы выделения тотальной мРНК из листьев растений кле вера лугового, инфицированных спорами антракноза и стемфилиоза. Проведена блот-гибридизация мРНК по Нозерну с использованием приготовленного нами радиоактивного зонда ДНК гена ингибитора протеаз. Результаты экспериментов по выделению мРНК были использованы при написании конкурсного проекта по трансформации растений клевера чужеродными хитиназными генами. Международным Научным Фондом (Фонд Дж Сороса), Академией Естественных Наук РАН он был отмечен дипломом степендиата 1992-1993 гг. по проблеме "Биоразнообразие".

Следующий подготовите 1ьный этап по трансформации растений - конструирование векторных плазм ид, включающих маркерные гены, был осуществлен в отделе молекулярной биологии Тарту сского университета (Эстония) на семинарском занятии,проведенной компанией Promega (СШ А) с помощью их реактивов и оборудования. Получены элетрофоретические спектры тотальной РНК и кДНК печени модельного объекта (лабораторной мыши).

Таким образом выполнены этапы работ по выделению мРНК, синтезу кДНК, приобретен опыт в конструировании плазмидных векторов для получения трансгенных толерантных к патогенам растений клевера лугового

ВЫВОДЫ

i. Из> чены закономерности формирования толерантных к патогенам образцов и выявлена скрытая изменчивость количественных (почтенных) признаков видов клевера (p.Trifolium L ), люцерны (р Medicago L ),плевела (р Lolium L.) и овсяницы (р Festuca L ). Для условий Ленинградской и Московской областей Нечерноземной зоны России создан экспериментальный генофонд (в количестве 68 образцов) растений с испо 1ьзованием методов экспериментальной полиплоидии (на базе 13 диплоидных сор гов и образцов), ишрогрессивной гибридизация (358 скрещиваний), инбридинга (137 семей Ij-I,) и ЦМС (два клона).

2. Апробирована и доказана эффективность методов создания исходного материала для селекции клевера - путем формирования поликроссных тетраплоидных популяций клевера лугового (Tri fol ¡um pratense L.), скрещиванием автополиплоидов данного вида с тетрап-лоидными растениями клевера раскидистого (T.diffiisum Ehrh.), характеризующимися высокой (36%) и стабильной самофертильностью, для селекции люцерны - скрещиванием фертильных и стерильных растений люцерны изменчивой (Medicago varia TMartyn), посевной (M.sativa L.) и северной (M. borealis Grossh.), овсянице-плевеловых (райграсовых) гибридов - путем скрещивания райграса пастбищного (Lolium perenne L.) с овсяницей тростниковой (Festuca arundinacea Schreb.) и выращивания незрелых гибридных зародышей на искусственной питательной среде Рандольфа-Кокса.

3. Эколого-генетическая дифференциация сортообразцов в сочетании с экспериментальной полиплоидией, учет биогеохимического разнообразия мест их происхождения является перспективным направлением при формировании поликроссных популяций клевера лугового. В четвертом поколении лучшие тетраплоидные популяции превосходили стандартные сорта клевера лугового Волосовский (2п) и ВИК 84 (4п) по зеленой, сухой массе, скороспелости, семенам и показали хорошие результаты по устойчивости к почвенным патогенам.

4. Путем самоопыления достигнута дифференциация родительских сортов и межвидовых гибридов клевера по степени завязывае-мости семян. Выделенные из тетраплоидных образцов лучшие генотипы имели при механическом открывании цветков уровень завязы-ваемости семянв 1,41,8% (шифр 1,-1) и в 12 - 47,5-59,4% (12-2), амфи-диплоидные растения с фенотипом клевера лугового (F ) имели в I -52,3-62,4% (ТГ8,1Г9).

5. При селекции клевера лугового на раннеспелость перспективным является использование аллополиплоидии. Период от отрастания до цветения у двух лучших тетераплоидных гибридных популяций, полученных при скрещивании клевера лугового с клевером раскидистым, был короче на 8-22 дня по сравнению с таким же периодом у диплоидного стандартного сорта клевера лугового Сиворицкий 416. Превышение средней по опыту у выделенных образцов составило за три года испытаний (1991-1993) по сухой надземной массе 16,739,3% (F4-6) и по семенам - 36,1-67,3% (F4-6,F41,-28-1). Выявлена существенная корреляция между развитием стемфилиоза и антракноза на листьях межвидовых гибридов клевера (г = 0,724±0,331), что мо-

жет свидетельствовать о комплексной устойчивости растений к этим патогенам.

6. Предложен способ получения межвидовых гибридов клевера, наследующих в сцепленном сос гоянии признаки соцветия с фенотипом клевера лугового высота венчика вдвое выше зубцов чашечки, верхние зубцы чашечки равны трубке и признаки наличия опушения отстоящими волосками и самофертильности, характерных для клевера раскидистого, а также автотриттпинг и хлорофилльную недостаточность. Данный способ позволяет визуально по маркерным селекционно ценным признакам проводить целенаправленный отбор гибридных растений

7. Определены параметры электромагнитной индукции цветения межвидовых гибридов клевера. При выращивании гибридных растений в фитотроне интегральная величина положительных (активных) температур варьировала в пределах 1300-2700 °С при освещенности 12\ I О3 -ж в спектре ламп ДРЛФ-400.

8. При отдаленных скрещиваниях в условиях Московской области лучшими по комбинационной ценности оказались эколого-генети-чески и географически различные по происхождению сорта Medicago varia - Северная гибридная 69, Московская гибридная (северорусская группа сортотипов), сорта люцерны посевной -Ташкентская 721, Омега, Детенинская. Fd 100, Гамма, Кардинал, Польская (средиземноморская и европейская группы сортотипов), дикорастущие образцы люцерны северной - Дединовская и Якутская гибридная,прошедшие несколько репродукций и отборов в селекционных учреждениях центральных районов европейской части России

9. В селекции люцерны на гетерозис перспективными направлениями являются межвидовая гибридизация идентифицированных по комбинационной способности генотипов, использование явления ци-топлазматической мужской стерильности и стерильных линий со спо-рофитным контролем процессов микроспорогенеза Синтезировано восемь высокостерильных беккроссированных линий ВС, люцерны (23,5% от обшеш количества), являющихся ценным исходным материалом в селекции гетерозисных гибридов люцерны

10. Эффективным приемом селекции овсянице-райграсовых гибридов рода хфестулолиум (xFestulohum F. Aschers et Graebn.), устойчивых к болезням, является интрогрессивная гибридизация Дивергенция родительских сортов,их гибридных растений-хозяев и местных популяций патогенов обеспечила в условиях Ленинградской и Московской обпастеи слабую восприимчивость или устойчивоссть гиб-

ридов F3-F6 к возбудителям мучнистой росы (Erysiphe graminis DC.f. festucae Jacz.), ржавчины (Puccinia coronifera f.festucae) и сетчатой пятнистости (Drechslera dictyoides (Drechs.) Shoemaker). Лучшие ов-сянице-райграсовые гибриды F3-F6 превысили на первом году пользования стандарт райграс пастбищный сорт Орлинский по урожайности зеленой массы на 35,9% и семенам - на 28,1-31,1%.

11. Выявлена значительная гетерогенность межродовых овсяни-це-райграсовых гибридов Ft-F4 по морфобиологическим и цитологическим признакам (нарушенный мейоз у 8,6% гибридных растений F, (<j) овсяница тростниковая х (райграс пастбищный), появление стерильных по пыльце гибридных форм с фенотипом райграса пастбищного (до 63% в одной комбинации) и альбинизм.

Установлена возможность использования овсяницы тростниковой сорт Балтика в качестве источника устойчивости при формировании толерантных к возбудителям ржавчины гибридных растений.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1. Предложен биогеохимический подход к подбору пар для скрещиваний при селекции толерантных к патогенам поликроссных тет-раплоидных популяций и гибридов клевера,люцерны,плевела и овсяницы. В четвертом поколении лучшие тетраплоидные популяции превосходили стандартные сорта клевера лугового Волосовский (2п) и ВИК 84 (4п) по зеленой, сухой массе, скороспелости, семенам и показали хорошие результаты по устойчивости к почвенным патогенам.

2. Путем интрогрессивной гибридизации получены четыре гете-розисных овсянице-райграсовых гибрида F3-F6, характеризующиеся комплексной устойчивостью или слабой восприимчивостью к возбудителям ржавчины,мучнистой росы и сетчатой пятнистости в условиях Ленинградской и Московской областей.

3. Тетраплоидная популяция клевера лугового С4-27 и два межродовых овсянице-райграсовых гибрида 1982-52 F4 и 1983-3F6 размножаются и готовятся к передаче в Государственную комиссию Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ст. н. е., канд. с.-х. наук ПОЗДНЯКОВЫМ В.А.

Поздняков В А Возделывание клевера розового Суйдинский на семена//Информ листок. -М1402-78.-Ск л., 1978.

Поздняков В А. Выращивание клевера белого Белогорский 1 на семсна//Информ листок-N1304-78 -Сх.л.,1978.

Поздняков В А. Дифференциация межвидовых гибридов между клевером луговым и клевером раскидистым по признаку автофер-тильности // Создание новых сортов многолетних трав и технология их возделывания на Северо-Западе РСФСР -Л , 1985.-С.55-61.

Поздняков В А Опыт насыщающих скрещиваний при создании мужешетерильных линий люцерны/У Конференция молодых ученых по кормопроизводству/ВНИИ кормов -М.: ВИК.1974.-С 84-87.

Поздняков В А Принципы подбора сортообразцов при формировании тетраплоидных популяций клевера лугового // Научные проблемы создания новых сортов сельскохозяйственных культур, адаптированных к современным условиям производства и переработки.-С-П6.. 1998.-С. 157-158.

Поздняков В А. Способ получения межвидовых гибридов клевера//Науч.-техн. бюл /ВИР.-Л., 1991.- Вып.211.- С.35-39.

Поздняков В А Создание экспериментального полиплоидного материала клевера красного, райграса пастбищного и овсяницы тростниковой путем колхициннрования//Вклад молодежи в интенсификацию земледелия Нечерноземной зоньг Тез докл.- Л.: СЗНИИСХ, 1°78 -С 170-171

Поздняков В А Состояние исследований по селекции и семеноводству кормовых культур в России и за рубежом (по материалам конференции Ш^РИй, 1995 г) // Пути повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур на Северо-Западе России / Сб. ГНУАПСЗНИИСХ,2000 -С 147-151.

Поздняков В А Хозяйственно-биологическая оценка гетерозис-ных гибридов люцерны // Биологические основы повышения продуктивности сельскохозяйственных растений -М ТСХА, 1974 - С.56-58

Поздняков В А Эко тогическая обусловленность признака устойчивости к листовым патогенам у овсянице-райграсовых гибридов И Методы комплексной оценки продуктивности и устойчивости сельскохозяйственных растений /Тезисы совещания - М: Р\СХН, 1994.-С.40-41.

Поздняков В.А. Эффективность наличия эндофитных грибов p. Acremonium в семенах овсяницы луговой с. Любава // Генетика: Приложение // Материалы 1-го Съезда ВОГИС: Тез.докл. -1994,-Т.ЗО.-С.121-122.

Поздняков В. А., Дрнжаченко А.И. Биогеохимическая направленность в селекции многолетних трав на устойчивость к патогенам // Растения и почва / Тезисы конференции.- С-П6., 1999. - С. 182-183.

Поздняков В. А., Дрнжаченко А.И. Гуманитарные аспекты в селекции многолетних кормовых растений // Роль научного обеспечения в реформировании АПК /Сб. СПбГАУ, 2000. - С. 76-78.

Поздняков B.A., Дрижаченко А.И. Некоторые аспекты 1умани-таризации в селекции многолетних кормовых растений // Защита растений от вредителей, болезней и сорняков. - СПб.,2001.- С.367-372.

Поздняков В.А., Дрижаченко А.И. Первичное выявление устойчивых к корончатой ржавчине овсянице-райграсовых гибридов F^R // Пути дальнейшего совершенствования защиты растений в республиках Прибалтики и Белоруссии: Конференция.—Рига, 1983. - Ч. 11. -С.60-61.

Поздняков В.А., Дрижаченко А.И. Состояние исследований по селекции и семеноводству кормовых культур в России и за рубежом (по материалам конференции IHSPRG, 1999)// Защита растений от вредителей, болезней и сорняков.-СПб.,2001 .-С.65-70.

Поздняков В. А., Дрижаченко А.И. Формообразовательный процесс у овсянице-райфасовых гибридов ранних поколений // С6./СЗ НПО "Белогорка".-Л., 1983. - С.43-52.

Поздняков В. А., Дрижаченко А.И., Ковачева Т. С. "Новые" представления о селекции xFestulolium // Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность / Тезисы 1 -го Всероссийского съезда по защите растений. -С.-Петербург, 1995.-С.230-231.

Поздняков В. А., Дрижаченко А.И., Костицын В.В. Дифференциация сортообразцов овсяницы тростниковой и овсянице-райграсовых гибридов по устойчивости к сетчатой пятнистости // Сб./ СЗ НПО "Белогорка". - Л., 1987. - С.47-50.

Поздняков В А., Дрижаченко А.И., Костицын В.В. Некоторые итога изучения межродовых овсянице-райграсовых гибридов // Сб.на-уч. тр. по прикл.бот., ген. и сел. - 1986.- Т. 103.- С.67-70.

Поздняков В.А., Дрижаченко А. И, Костицын В.В. Природа устойчивости к патогенам у многолетних трав //Экоген.-Томск, 1982. -Nl.-C.12.

Поздняков В А , Дрижаченко А И, Кастицын В В. Селекция овсянице-райграсовых гибридов на комплексную устойчивость к патогенам //V Съезд ВОГИС им Н.И Вавилова. - М., 1987.-Т. 1У,ч.4. -С 138.

Поздняков В А„ Дрижаченко А И, Малахова МИ Слабые поля и поражение патогенами тетрагоюидных популяций клевера луговою // Агрофизика XXI века. - С-Петербург, 2002. - С.115-117.

Поздняков В А ,Иванова Н В Отбор тетраплоидного материала клевера красного по ряду цитоморфологических признаков // Селекция,семеноводство и сортовая агротехника с -х. культур.-Л.: СЗНИИСХ, 1981.-С. 120-122.

Поздняков В А , Иванова Н В Создание исходного селекционного материала путем скрещивания райграса пастбищного и овсяницы тростниковой // Новые пищевые и кормовые растения в народном хозяйстве Конференция - Киев: Наукова думка, 1981.-4.2.-С.47.

Поздняков В А, Ильичева Г И. Выращивание семян клевера высоких репродукций // Селекция.семеноводство и сортовая агротехника с.-х. культур.- Л.: СЗНИИСХ, 1977 - С. 84-86.

Поздняков В А , Коновалова О Ф. Селекция овсянице-райграсовых гибридов по признаку поражаемости грибными болезнями // Всесоюзн.совещание по иммунитету с.-х растений к болезням и вредителям//Тез. докл -Рига, 1986 -С 113-114.

Поздняков В А , Костицын В В Границы патогенности местных популяций листовых патогенов на посевах злаковых трав// Защита растений от вредителей и болезней в условиях экологизации сельскохозяйственного производства. - Л , 1992. - С.51 -53.

По,дняков В А, Борисов В Ф , Дрижаченко А И Генетически модифицированные продукты опасная замена или спасительное открытие // С.-х. вести. - 2003.-М I (52). - С.37.

Поздняков В А , Коромысюьа МИ, Дрижаченко А.И. Происхождение образцов клевера луговою и их устойчивость к возбудителям болезней растений // Защита растений от вредителей, болезней и сорняков - С-П6 ,1999 - С.46-50

Поздняков В 4, Метр К К Особенности использования стерильных по пыльце растений при насыщающих скрещиваниях//Селекция и семеноводство -1975 - N 5 - С 24-46

Поздняков В А , Рудзевич В А ,Коновалова О Ф. Реакция межвидовых гибридов клевера на гемпературно-световой режим// Нетрадиционные методы селекции зерновых культур и кормовых трав в Северо-Западной зоне РСФСР-Л :СЗНИИСХ,1985. - С 41-48.

Поздняков В А., ТрейкалеЮ.И. Биологические основы устойчивости межвидовых гибридов клевера к листовым патогенам // Сб. / СЗ НПО "Белогорка". - Л., 1989.- С.53-56.

Дрижаченко А.И, Поздняков В А. Некоторые вопросы расширения нормы реакции районируемых сортов злаковых трав // IX Всесоюзное совещание по иммунитету растений к болезням и вредителям. -Минск, 1991.-С. 130-131.

Коромыслова М.И.,Поздняков В А., Дрижаченко А.И. Эдафи-ческая изменчивость и толерантность клевера лугового к патогенам // Второй съезд ВОГИС. - С-П6., 2000. - С.318-319.

Костицын В.В., Дрижаченко АИ, Поздняков В А., Тарасов A.B. Фитопатологический мониторинг и селекция злаковых трав И Защита растений от вредителей,болезней и сорняков.-С-П6., 1997.-С. 126132.

Мазур К.К., Поздняков В А. Изучение закономерностей наследования цитоплазматической мужской стерильности в селекции ге-терозисных гибридов люцерны (M.sativa L.) // Труды 7-го конгресса ЭУКАРГША / Тезисы. - Будапешт,1974.- С. 25-25а (англ.яз.).

Поздняков В.А. Полиплоидия в селекции клевера лугового // Третья международная конференция по семеноводству кормовых трав / Тезисы.-Галле, Германия, 1995.-С. 11 (анпл.яз.).

Поздняков В А. Эколого-генетические аспекты полиплоидии в селекции клевера лугового // Третья международная конференция по семеноводству кормовых трав.-Галле, Германия, 1995.- С.167-170 (ангалз.).

Поздняков В А., КудумсА., Дрижаченко А.И. Тяжелые металлы и дифференциация многолетних злаковых трав по признаку устойчивости к патогенам // Труды IAMFE/RUSSIA"97.-YroK^a - СПб, 1998. - С.163-164 (ант.яз.).

Поздняков ВА., Дрижаченко А.И. Использование географической изменчивости образцов в селекции кормовых злаков // 4-я Международная конференция по семеноводству кормовых культур.-Пе-руджи, Италия,1999. - С.300-303 (англ.яз.).

Поздняков ВА., Дрижаченко А.И. Влияние условий среды на индукцию цветения межвидовых гибридов Trifolium pratense L.x T.diffusum Ehrh. // Новые подходы и методика селекции кормовых культур // Труды 22-го конгресса ЭУКАРПИА. - СПб., 1999.- С. 110112 (англ.яз.).

Поздняков В.А., Дрижаченко, КудумсА. Эколого-генетические аспекты устойчивости к патогенам xFestulolium // Труды 20-го конг-

ресса ЭУКАРПИА / Тезисы.-Радзиков, Польша, 1996. - С.81-82 (англ .яз.).

Поздняков В А , Дрижаченко, KvóyMc А Эколого-генетические аспекты устойчивости к патогенам xFestulolium //Труды 20-го конгресса ЭУКАР11ИА.-Радзиков, Польша, 1997. - С. 160-163 (анш.яз.).

Пондняков В А , Дрижаченко А И, Петрова О С. Структура фиторегуляторов и эндофитсодержащие растения злаков II Аспекты прикладной биологии - 2001,63. - С. 91-92 (англ яз.).

Поздняков В А , Пфанчечлер М, Еггерштайн С, Шоберляйн В Вид Festuca и эффективность его симбиоза с грибами Acremonium //10-й Международный конгресс по азотфиксации / Тезисы. - СПб., 1995. - С 651 (англ яз.).

Объем. 3 п. л._Зак. 587_Тир. 100 экз.

AHO «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

Информация о работе

Поздняков, Виктор Алексеевич
доктора сельскохозяйственных наук
Москва, 2003
ВАК 06.01.05

Автореферат

ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОЛЕРАНТНОГО К ПАТОГЕНАМ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ КЛЕВЕРА (TRIFOLIUM), ЛЮЦЕРНЫ (MEDICAGO), ПЛЕВЕЛА (LOLIUM) И ОВСЯНИЦЫ (FESTUCA) - тема автореферата по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы