Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Создание нового исходного материала для селекци мяты на устойчивость к ржавчине

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Создание нового исходного материала для селекци мяты на устойчивость к ржавчине"

п о ид

2 6 ДПР 1393

УКРАИНСКАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК ИНСТИТУТ ЭФИРОМАСЛИЧНЫХ И ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

На правах рукописи ДАВЫДОВА Ольга Абрамовна

СОЗДАНИЕ НОВОГО ИСХОДОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ МЯТЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К РЖАВЧИНЕ

06.01.05 - СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Симферополь - 1993

Диссертационная работа выполнена в лаборатории экспериментальной биологии института эфиромасличных и лекарственных растений УААН в 198б-89гг.

Научный руководитель - доктор биологических наук,

Бугаенко Л.А.

Официальные оппоненты:

- доктор сельскохозяйственных наук, Назаренко Л.Г.

- кандидат биологических наук, Теплицкая Л.М.

Ведущее предприятие - Государственный Никитский ботанический сад.

щита диссертации состоится года

часов, на заседании специализированного совета инсти-

эфиромасличных и лекарственных растений. Адрес: 333620, г.Симферополь, ул.Киевская,150.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инстгтута эфиромасличных и лекарственных растений.

Автореферат разослан £^¿^£¿2^1993 год

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат биологических наук А.Н.Погорельская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Мята - одна из важнейших эфиромасличных культур. Возделывается она для получения эфирного масла, основным и наиболее ценным компонентом которого является ментол» широко используемый в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности.

На Украине в настоящее время производится около 7,9 тыс.т мятного сырья и 26,7 т эфирного масла. Однако, широко районированные на севере Украины сорта Прилукская б, Краснодарская 2 обладают целым рядом недостатков: невысокое содержание эфирного масла /2,5-3,5% в сухом листе/ и ментола /40-535?/, незимостс'ки, поражаются ржавчиной. В последние годы районированы и возделыва-ются в производстве сорта с повышенным содержанием эфирного масла /4-4,6%/ и ментола /55-805?/ селекции ВНИИЭМК и Украинской опытной станции (Симферопольская- 200, Прилукская 14), и ВИЛРа (Лекарственная I;. Наиболее высокопродуктивным из них является сорт Симферопольская 200, обеспечивающий сбор масла 126 кг/га.

Большинство перечисленных сортов получено методом межвидовой гибридизации. С разработкой генетических основ селекции мяты на качественный состав эфирного масла открылись широкие .возможности привлечения в межвидовые скрещивания доноров устойчивости к ржавчине и зимостойкости, а также других видов и форм мяты, проявляющих признаки устойчивости, несмотря на то, что состав их эфирного масла не отвечает требованиям селекции /Бугаенко, 1985/.

Метод межвидовой гибридизации с привлечением дикорастущих доноров устойчивости позволяет успешно преодолевать поражаемость ржавчиной, как одну из основных причин снижения продуктивности.

Однако, устойчивость сорта не является постоянным признаком и с появлением новых рас патогена преодолевается. Поэтому ассортимент болезнеустойчивых сортов должен постоянно обновляться.

t Исследованиями .установлено, что устойчивость мяты к различ- * ным формам ржавчины контролируется моногенно и является доминантным признаком (Murray , 1961; Бугаенко и др. 1979; Бугаенко, 1985), поэтому наибольшую ценность представляют сорта, имеющие несколько генов устойчивости, s особенности те, устойчивость которых к разным расам обусловлена разными генами / Flor , 1942,1971; Person , Sidhu , 1971; Day , 1974; Вандерпланк,1972,1981/. Одним из методов создания таких сортов является многовидовая гибридизация. Этим методом получены устойчивые к заболеваниям формы хлопчатника /Demo! , Louant , Camermaa , 1969; Аблаева, 1977/, картофеля / Herrasen. , Raraanna , 1973; Kalasa

Balika t 1976/, пшеницы / Козловская, Григорьева, 1985/, фасоли /Camarería t Baudoin , 1987/.

Создание многовидовых гибридов мяты путем последовательного включениялв скрещивание нескольких доноров устойчивости к ржавчине позволит получить уникальные генотипы с несколькими различными генами устойчивости.

Сохранение и быстрое размножение полученных перспективных гибридных форм - важный этап селекционного процесса. Одним из методов его интенсификации в настоящее время является микроклональ-ное размножение с помощью культуры тканей /Катаева, Бутенко, 1983/. Индукция адвентивного почкообразования или прямая регенерация побегов in vitro позволяет получить большое количество однородного посадочного материала.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является выявление закономерностей изменчивости и наследования основных хозяйственно ценных признаков при многовидовых скрещиваниях мяты и реализация их при решении актуальных задач селекции на устойчивость к ржавчине.

В связи с этим ставились задачи:

1. Изучить родительские формы по основным хозяйственно*ценным признакам.

2. Получить трехвидовые гибриды.

3. Изучить характер изменчивости и закономерности наследования содержания и качества эфирного масла, .урожайности, устойчивости к ржавчине при трехвидовых скрещиваниях в гибридном потомстве Fj- .

4. Выделить перспективные гибридные формы с комплексом ценных признаков, в том числе устойчивых к ржавчине.

5. Разработать метод апикальных меристем с целью клонально-го микроразмножения ценных генотипов мяты.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Впервые проведено изучение попупций трехвидовых гибридов, полученных на основе полиплоидной формы мяты Mentha canadensisК59, дикорастущих форм М. rotundifolia , М. aquatica И М, spicata.

Выявлены закономерности наследования основных хозяйственно ценных признаков при многовидовой гибридизации. Изучено проявление эффекта гетерозиса по урожайности и массовой доле эфирного масла у трехвидовых гибридов.

Определена вероятность нахождения в потомстве высокопродуктивных, высокомасличных /массовая доля эфирного масла > 4%/, высокоментольных /массовая доля ментола в масле >- 60%/ и устойчивых к ржавчине образцов.

По комплексу хозяйственно ценных признаков выделены высокопродуктивные, устойчивые к ржавчине образцы, превышающие контроль Симферопольскую 200 по сбору эфирного масла. Выделенные перспективные образцы размножены вегетативно и находятся на разных этапах селекционного процесса.

Разработан метод клональиого микроразмножения мяты с помощью культуры апикальных меристем.

Апробация работы.

Результаты исследований были доложены на конференции молодых •ученых /Симферополь, 1987/, на международной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология" /Новосибирск, 1988/, на У симпозиуме по эфироносам /Симферополь, 1990/, на IX Всесоюзном совещании по иммунитету растений к болезням и вредителям /Минск, 1991/, на У1 съезде УОГиС /Киев, 1992/, на ХП международном конгрессе по эфирным маслам, ароматизаторам и отдушкам / 12th. International congress of flavours, fragranuea and essential oils. Vienna, Austria, October, 4-8, 1992/.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 208 наименований, в том числе 96 работ зарубежных авторов. Работа изложена на 179 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы, 22 рисунка, 14 приложений.

Материал, методы и условия исследований.

Исследования проводились с 1936 по 1989 гг. в лаборатории экспериментальной биологии на опытной базе ВНИИВМК /п.Крымская роза, Белогорский район, Республика Крым/.

Материалом для исследования служили дикорастущие виды мяты ИЗ коллекции ВНИИЭМК - М. aquatica L. Кб, М. rotundifolia L. К37 и культивируемые, в том числе экспериментально полученные: полиплоиды - М. canadensis L. К59 /Бугаенко и др., 1977/, М. piperita L. Ag / Лутков, 1956/, самоопыленные линии -

- М. зр±са!а ь. 2.8.14 /Бугаенко, 1976/, межвидовые гибриды от скрещивания - К59хК37 - селекционные номера 84.57.1, 84.57.2, 84,57.3. А также полученные нами трехвидовые гибриды ? от скрещивания межвидовых гибридов К59хК37 с различными формами и видами мяты в количестве 760 образцов по 9 комбинациям скрещивания:

I. 84.57.1 /К59хК37/хМ. ачиа«са Кб - 64 гибрида

2. 84.57.1 /К59хК37/хМ. зР1о£^а 2.8.14 - 7 гг

3. 84.57.1 /К59хК37/хМ. р±рег«а Л2 - Ю и

4. 84.57.2 /К59хК37/хМ. аЧиа1;1са Кб - 141 II

5. 84.57.2 /К59хК37/хМ. зР1са*а 2.8.14 - 352 1»

6. 84.37.2 /К59хК37/хМ. р1региа А2 - 33 II

7. 84.57.3 /К59хК37/хМ. а^иаиса Кб - 43 II

8. 84.57.3 /К59хК37/хМ. spicata 2.8.14 - 108 II

9. 84.57,3 /К59хК37/хМ. р1регПа А2 ■- 3 11

Материалом для разработки метода апикальных меристем служили

растения высокопродуктивных сортов мяты Симферопольская 200, ВНИИЭМК 20, Прилукская 6, Дв.ухукосная, различные перспективные формы, полученные методом межвидовой гибридизации, а. также дикорастущие виды из коллекции ВНИИЭМК, используемые в качестве исходного материала в селекции мяты - М. гоЪип^оНа К37, М. ь. 81.18.2, М. сапайепахэ КЮЗ.

Многовидовые гибриды получены методом искусственной гибридизации по методике Л.А.Бугаенко /1985/.

В соответствии с методикой селекции эфиромасличных культур /1977/ сеянцы из теплицы высаживались на полевом участке с площадью питания 70x70 см, где проводили предварительную оценку по морфологическим и биохимическим признакам, а также устойчивости к ржавчине.

Для закладки питомника второго года изучения использовали рассаду, полученную весной при отрастании корневищ. Каждый образец

.высаживали на однорядковых делянках 0,7 i/ без повторений с частым /через Ю-15 номеров/ стандартом Прил.укской б и родительски-' ми формами. В питомнике 2-го года изучения гибриды оценивали по комплексу хозяйственно ценных признаков.

Лучшие гибридные образцы включались в селекционный процесс и проходили оценку в контрольном питомнике. Питомник закладывался

о

рассадой, в двух повторениях парным методом, размер делянки 4,2м .

Фитопатологическую оценку родительских форм и гибридов осуществляли на естественном инфекционном фоне и лабораторным методом /Чумак, Жалнина, Петров, I960/.

Содержание эфирного масла в листьях и соцветиях определяли методом Гинзберга /Гинзберг, 1932/. Содержание основных компонентов эфирного масла - методом газожидкостной хроматографии на хроматографе Хром-4.

Полученные экспериментальные данные подвергались статистической обработке /Плохинский, I960; Доспехов, 1972; Рсчицкий, 1974/. Степень изменчивости признаков определяли с помощью коэффициентов вариации v . Изменчивость считали незначительной, если V < 10%, средней V =10-20% и высокой - V>20% /Доспехов,

1972/. Для определения доли генотипической изменчивости определя-

р

ли коэффициент наследуемости в широком смысле слова Н /Драгав-цев, 1971; Рокицкий, 1974/, где за парат'ипичеокую варианту принимали среднюю вариансу родительских форм - клонов /Б.угаенко, Резникова, 1984/,

Сила влияния отдельных факторов /генотипы родительских форм, специфические .условия года /определялась по Снедекору/ Плохинский, I960-, Рокицкий, 1973/.

Степень доминирования / hp / определяли по формуле ' Бейла и .Аткинса / Beil , Atkins , 1965/.

Эффект гетерозиса рассматривали в двух аспектах: истинный и конкурсный гетерозис. Гетерозис вычисляли по формуле Густафсона /Воронкова, 1981/.

При разработке метода апикальных меристем в качестве эксплан-тов использовались апикальные и паз.ушные меристемы растений мяты. Вычленение собственно меристематической верхушки проводили в стерильном помещении с соблюдением всек условий асептики. С помощью стереоскопического микроскопа МБС-1 при увеличении х16 выделяли апикальные меристемы с 2-4 зачатками листьев - примордиям'.., высотой от 0,5 до 2 мм. Среды готовились в соответствии с существующими методическими рекомендациями /Бутенко, 1964; иигааМде, 1374/. Меристемы культивировались в условиях термостатируемого помещения при температуре 26+1°С, влажности во?пуха 60-70% и длительности фотопериода 18ч. По мере достижения пробирочными растениями высоты 4-6 см и 5-6 пар листьев, их черенковали и повторно выращивали на питательной срзде для укоренения. Затем растения с достаточно развитой корневой системой /около 3 см/ пересаживали в субстрат /торф-перлит/, через 10-12 дней проводили закаливание. Полученные из меристем растения доращивали в теплице, а при необходимости высаживали в поле.

Анатомическое исследование особенностей используемых нами верхушечных вегетативных меристем осуществлялось на постоянных препаратах, окрашенных по Мэдилевскому /Паушева, 1980/.

При выборе питательной среды для индукции морфогенеза и получения регенерантов использовали питательные среды М.урасиге и Скуга / РигаэМ^е , Зкооз , 1962/, Лина и Стабы / Ып , Staba , 1961/, Зиммермана / 21пппегтап ,

Згооте , 1980/. Пооле того как было установлено, что наиболее подходящей средой является среда Мурасиге и Скуга, проводили ее оптимизацию по трем факторам: наличие микроэлементов и вита-

минов, агара /0,7%/, кинетина /I мг/л/, а затем отдельно подбирали оптимальную концентрацию кинетина /0,5; I; 2; 5 мг/л/.

В ходе эксперимента полученные пробирочные растения анализировались по морфологическим признакам.

При разработке метода клонального микроразмножения мяты использовалась среда Мурасиге и Скуга с уменьшенной вдвое концентрацией микроэлементов, дополненная индолилмасляной кислотой 0,10,2 мг/л /ИМК/,гибберелловой кислотой 0,1 мг/л /ГК/ и б-бенэила-минопурином /БАИ/ в различных концентрациях /0,1-5 мг/л/. Полученные регенеранты черенковали и высаживали на ту же питательную среду без цитокининов для укоренения. Подсчитывали количество образовавшихся побегов на один эксплант, таким образом, определяя коэффициент размножения. Полученные экспериментальные данные подвергались статистической обработке методом дисперсионного и регрессионного анализов /Максимов, Федоров, 1969; Кафаров, 1976; Лакин, 1980/.

Получение трехвидовых гибридов.

Данные, полученные нами при изучении родительских фогм по основным хозяйственно ценным признакам, суммированы в таблице I. По 9 комбинациям скрещивания опылено 19,4 тысячи цветков, получено 4,1 тысячи семян.

Количество оплодотворенных семяпочек в процентах от числа опыленных цветков варьировало в зависимости от комбинаций скрещивания и от специфических условий года. Наиболее высокой оказалась завязываемость по комбинациям скрещивания 84.57.IxM.spicata 2.8.14, 84.57.2хМ. spicata 2.8.14, 84.57.3х М. spicata 2.8.14 /7,2-8,8$?/. Менее эффективны скрещивания этих же материнских форм с М. aquatica Кб /3,2-6,1$/ и М. piperita А£ /1,3-3,7$/.

Всхожесть гибридных семян колебалась от 5,1 до 68,2%. Наибольшее число всходов отмечено для комбинации с М. spicata 2.8.14

Таблица I

Характеристика родительских форм по основным хозяйственно ценным признакам {19В8-1989гг.)

[Период от ¡Урожай зе- ¡Массовая ¡Основной ком- Ыоражаемость ржавчи-

!посадки до!леной массы,!доля эфирно-!понечт и его 'ной, % -------"7

Родительские формы 'начала цве?-кг с делян-!го масла в ¡содержание в !на иск.ус~!на естест-!тения,дни !ки 0,7 м< 'абсолютно 'эфирном масле,!ственном !венном ! ! !сухих листьях % !фоне 'фоне ! ! !и соцветиях,! ! ! _|_!_! % \_!_!_

К.сапа<1епа1з М. го^шсЦ^Иа К59 (4п) К37 112 73 0,30 1,35 6.38 1.39 ментол 80,6 оксипиперитон 97,0 18,3 0 0

Гибриды К59хК37: 84.57.1 126 0,20 4,95 ментол 79,0 10,0 11,3

84.57.2 112 0,41 7,84 73,0 22,6 0,1

84.57.3 124 0,30 С,60 70,0 10,0 0,5

M.aquatica Кб 132. 0,78 0,93 ментоф^ран 0 0

M.эpicata ( 51 К65) 2.8.14 78 ■ 0,99 4,81 изоментон 58,0 0 7,2

1,;.р1регЗДа Д2 (аллополиплоидная форма) 103 1,10 • 2,40 ментол 64,0 0 0

Прил.укская б ■ (контроль) 90 1,02 4,41 менто-45,0 22,0 0

/20,3-68,2$/. Приживаемость сеянцев составила 70,9$. Таким обра- . зом, за 4 года получено 760 гибридов, включающих геномы трех различных ввдов: /М. canadensis хМ. rotundifolia /хМ. aqua

tica ;/ М.canadensis хМ. rotundifolia /хМ. spioata ; /М. canadensis хМ. rotundifolia )х М. piperita

Изменчивость морфологических, биохимических

и хозяйственно ценных признаков при многовидовых скрещиваниях_

Урожайность. По этому признаку гибриды исследуемых комбинаций скрещивания имеют значительную степень изменчивости / v =32,5 - 55,3$/ и широкие пределы варьирования от 0,2 до 4,5 кг с делянки /рис.1,а1, табл.2/.

В гибридных популяциях 84.57.IxM. aquatica Кб, 84.57.2хМ. aquatica Кб, 84.57.3хМ. aquatica Кб выделены высокопродуктивные / более 2 кг зеленой массы с делянки/ образцы, количество которых составило 5,2-19,0$. . Значительное количество гибридов комбинации 84.57.2хМ. aquatica Кб /88,4%/ гревысили контроль Прилукскую б по изучаемому признаку. В двух других Гибридных популяциях количество таких гибридов составило 44,7 и 64,3%.

Большая часть гибридов 84.57.2хМ. spicata 2.8.14 и 84.57.3хМ. spicata 2.8.14 /56,8 и 77,3%/ имеет урожайность менее I кг, а остальные до I,8 кг. Превысили контроль 27% гибридов от скрещивания 84.57.2x2.8.14 и 4,5$ гибридов 84.57.3х spicata X2.8.I4.

Дисперсионный анализ показал, что на 35-55% изменчивость по урожаю зеленой массы определяется генотипом отцовской формы.

Анализ степени доминирования показал, что по .урожаю надземной массы у большинства гибридов, полученных с участием М. aquatica ]{б /50-79$/, наблюдается гетерозис или частичное

50 38

а х-гя-п ■

<тт ггтт

-Ш--

<ттггг( тт~г~гтт еш-?о.о 70,г-в4о вц*-яио

Рис Д. Изменчивость основных хозяйственно пенных признаков у трехвидовых гибридов

а - урожай зеленой массы (кг с делянки); б - массовая доля эфирного масла (% в абсолютно сухом весе); в - содержание общего ментола в масле {%); Комбинации скрещивания: I - 84.57.1 х М. аацаиса Кб; 2- 84.57.2хМ. ачиаПса Кб: 3- 84.57.ЗхМ. ааиа«са Кё; 4- 84.57.2хМ. spioata 2.8.14; 5- 84.57.Зх

X М. spicata 2.8.14. По оси ординат - количество гибридов в %.

в

Таблица 2

Изменчивость .урожая зеленой массы (кг с делянки) у трехвидовых гибридов, 1989 г.

Комбинаций ! Пределы Г

скрещивания_? варьирования !

84.57.1 х Кб 0,5-4,5 ' 55,3

84.57.2 х Кб 0,5-2,5 32,5

84.57.3 х Кб 0,6-2,4 33,1

84.57.2 x 2.8.14 0,4-1,8 40,0

84.57.3 x 2.8.14' 0,2-1,7 46,3

V

Таблица 3

Изменчивость массовой доли эфирного масла {%) у трехвидовых гибридов, 1989 г.

Комбинации ! Пределы ! ~

скрещивания_! варьирования ! 4 ' ..

84.57.1 х Кб 2,89-6,73 18,6

84.57.2 х Кб 2,76-7,58 20,5

84.57.3 х Кб 2,44-5,26 15,3

84.57.2 х 2.8.14 2,35-8,54 28,7

84.57.3 x 2.8.14; 2,92-7,35 21,4

Таблица 4

Изменчивость массовой доли общего ментола (%) в эфирном масле трехвидовых гибридов, 1989 г.

Комбинаций ! пределы скрещивания_1 варьирования

84.57.1 х Кб 57,2-75,6 7,7

84.57.2 х Кб 62,4-87,2 8,9

84.57.3 х Кб 60,5-80,2 6,0

84.57.2 х 2.8.14 51,3-76,5 9,2

84.57.3 х 2.8.14 44,0-67,6 II,0

[оминирование лучшей родительской формы /16,3-36,8%/ (табл.5). > гибридной популяции 84.57.2хМ. spicata 2.8.14 в равной тепени представлены гибриды с эффектом гетерозиса и с частичным ^минированием лучшей родительской формы /43,3 и 37,8% соответ-твенно/. Среди гибридов 84.57.3хМ. spicata 2.8.14 выявлено 3,6% растений с эффектом гетерозиса.

Большинство гибридов, полученных по комбинациям скрещивания ■4.57.1x11. piperita А^, 84.57.2хМ. piperita Ag, превысили ■рожай зеленой массы .у отцовской формы.

Наибольшая частота высоких эффектов гетерозиса достигается : скрещиваниях 84.5?.2хК6 / у 30% растений величина эффекта гете-юзиса составила 50-100% и у 6,7% форм - 100-150%/.

Комбинация скрещивания 84.57.2хМ. aquatic Кб рекомендуйся для получения высокоурожайных гибридов.

Массовая доля эфирного масла.

Одним из главных требований, предъявляемых к сортам мяты, вляется высокая масличность сырья, поскольку этот показатель большой степени определяет сбор эфирного масла. Изучение гибри-,ов по признаку масличности показало, что для комбинаций с учас-ием М. aquatics Кб характерна средняя степень изменчивости, для комбинаций с М, spicata 2.8.14 - сильная / v^20%/. иапазон изменчивости содержания эфирного масла составил от 2,35 ,о 8,54%. Во всех изученных гибридных популяциях имеются значи-ельные группы гибридов /44,4-100,0%/, превысившие контроль рилукскую 6 / табл.3 /.

В потомстве от скрещивания контрасных по масличности роди-ельсих форм /84.57.IxM. aquatica Кб, 84.57.2хМ. aquatica Кб, 4.57.3хМ. aquatica Кб/ выделено 26,6-67,5% высокомасличных > гибридов /рис. 1,6'/.

Наследование урожая зеленой массы у трехвидовых гибридов (% гибридов, имеющих тип наследования), 1989 г.

Таблица 5

84.57.1 X К б 60,9 30,4 ' - 8,7 -

84.57.2 X К б 79,0 16,3 - 4,7 -

84.57.3 X К б 50,0 36,8 10,5 - 2,7

84.57.2 X 2.8.14 43,3 37,8 _ 18,9 _

84.57.3 X 2.8.14 13,6 40,9 - 36,4 9,1

Таблица 6

Наследование массовой доли эфионого масла у трехвидовых гибридов {% гибридов, имеющих тип наследования), 1985 г.

Комбинация скрещивания

Гете-!Частичное 'Соответст- 'Частичное розис'доминиро- !вие призна-'доминирова-!вание луч-!ка родите- !ние худшей !шей роди- !лей и гиб- !родительс-!тельской !ридного по-!кой формы _! формы_! томства !_

Депрессия

84.57.1 х К б

84.57.2 х К б

84.57.3 х К б

2,2 5,0 0

80,0 82,5 94,4

17,8 12,5 5,6

84.57.2 x 2.8.14 29,4 38,2 - 14,7 17,7

84.57.3x2.8.14 57,1 23,8 - 5,8 14,3

В гибридных популяциях 84.57.2хМ. spicata 2.8.14, 84.57.3хМ. зpicata 2,8.14, полученных при скрещивании двух высокомасличных компонентов, выделено 82-86% образцов с высоким содержанием эфирного масла.

Анализ степени доминирования показал, что по массовой доле эфирного масла у большинства гибридов, полученных с участием М. ачиа1;1са Кб /80-94,4%/, наблюдается частичное доминирование лучшей /материнской/ родительской формы, что соответствует промежуточному типу наследования /табл.6/.

Для гибридов, полученных с участием М. spicata 2.8.14 характерно наличие больших групп с эффектом гетерозиса /29,4-57,1%/ и с частичным доминированием лучшей родительской формы /23,8-38,2%/. Такой тип наследования следует отнести к сверхдоминированию.

Наиболее эффективны для отбора высокомасличных форм комбинации скрещивания 84.57.2хМ. spicata 2.8.14 и 84.57.3х хМ. яpieata 2.8.14.

Качественный состав эфирного масла.

Основную ценность в эфирном масле возделываемых сортов представляет ментол, образующийся из его непосредственного предшественника ментона под контролем доминантного аллеля К /пиггау , 1960; Бугаенко, Резникова, 1981, 1985/.

Полученные нами трехвидовые гибриды в качестве основного компонента эфирного масла синтезируют ментол. Содержание ментола варьирует от 44,0 до 82,2% /табл.4/. Степень изменчивости незначительная /V =6,0-11,0%/. Количество высокоментольных гибридов / > 60%/ 71,4-100%, а превышающих контроль 90,5-100% /рис.1,в/. Наибольшее количество высокоментольных гибридов выделено в гибридном потомстве, полученном при скрещивании материнских форм 84.57.1, 84.57.2 , 84.57.3 с М. аЧиа1;1еа Кб /93-100%/.

Получение ментольного потомства обеспечивается особенностями генотипов родительских форм.

Материнская форма М. сапааепзхэ К59/4п/, используемая на первом этапе гибридизации при скрещивании с М. гс^шкИГоИа К37, является гомозиготной по рецессивным аллеям гена С, что определяет направленность маслообразовательного процесса в сторону синтеза С-3 окисленных соединений, а также обладает доминантным аллзлем гена к , контролирующим накопление ментола из его непосредственного предшественника - ментона. Данный ген представлен в гомозиготной форме. Отцовская форма М. гс^игк^оНа К37,

синтезирующая терленоид С-3 окисленного ряда - оксипиперитон, гомозиготна по рецессивным аллелям гена Я / гг / /бугаенко, 1985/. Межвидовые гибриды К59хК37 являются гетерозиготгыми по гену R и синтезируют ментол. В дальнейшем они скрещиваются с М, spicata 2.8.14 гомозиготной по рецессивным аллелям 'гена Н и К, aquatics Кб - гетерозиготной по этому ген.у. Таким образом, гибриды, полученные с участием М. aquatica Кб, определенно имеют генотип с доминантным аллелем R , тогда как при участии М. spicata 2.8.14 теоретически возможно появление нементольных гибридов.

Устойчивость к ржавчине.

Ранее установлено, что родительские формы в различной степени ВОСПРИИМЧИВЫ К ржаВЧИНе. И. canadensis К59 (4п) и М. spicata 2.8,14 устойчивы к мятно-перечной форме ржавчины и поражаются мятно-спикатной формой и имеют гомозиготные рецессивные генотипы по гену s , определяющему устойчивость к последней (Бугаенко и др. 1979; Бугаенко, 1985).

При скрещивании М. canadensis К59 (4п) с М. rotundifolia К37 получены практически .устойчивые гибриды, используемые нами в дальнейших скрещиваниях в качестве материнских форм. Следовательно М. rotundifolia К37 имеет в своем генотипе доминантный аллель гена 3

Дальнейшее скрещивание двухвидовых гибридов (гетерозиготных по ген.у s ) с устойчивой к обеим формам ржавчины М. aquatica Кб (гомозиготный доминантный генотип 35 ) позволило получить больше устойчивых гибридов, чем в потомстве (М. canadensis К59 х М. rotundifolia К37) х М. spicata '2.8.14, (табл.7).

Гибридное потомство, полученное с участием М. aquatica Кб устойчиво как в полевых условиях, так и при увеличении инфекционной нагрузки при анализе лабораторным методом.

Гибриды, полученные при вовлечении в скрещивания М. spicata ■ 2.8.14 иммунные или практически устойчивые (92,2-100%) на естественном фоне, за исключением группы сильно поражаемых образцов (4,5-7,1%). Однако при искусственном заракени указанные гибриды в основном поражаются в средней и сильной степени (61,3-90,0% и 9,1-29,0% соответственно).

Таким образом, наиболее эффективной для получения иммунных ъ ржавчине гибридов, является многовидовая гибридизация с вовлечением в скрещивание с М. canadensis К59 (4п) двух источников иммунности - М. rotundifolia К37 и М. aquatica Кб.

Таблица 7

Устойчивость трехвидовых гибридов к ржавчине

» 5

п/п;

Комбинация скрещивания

;Изучено I гибридов

Гибриды с различной степенью поражения, %

1-10

11-25

26-50

51-100

Естественный фон, 1989 г.

I. 84.57.1 х К 6 46 97,8 2,2 0,0 0,0 0,0

2. 84.57.2 х К 6 45 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0

3. 84.57.3 х К 6 38 100,0 0,0 0,0 . 0,0 0,0

4. 84.57.2 х 2.8.14 39 76,9 20,5 0,0 0,0 2,6

5. 84.57.3 х 2.8.14 22 50,0 45,5 0,0 •4,5 0,0

Искусственный фон, 1990 г.

I. 84.57.2 х К 6 33 54,5 33,2 12,3 0,0 0,0

2, 84.57.2 х А 2 10 37,5 25,0 37,5 0,0 0,0

3. 84.57.2 х 2.8.14 31 0,0 3,2 6,5 61,3 29,0

4. 84.57.3 х 2.8.14 II 0,0 0,0 0,0 90,9 9,1

0

Таким образом, .устойчивость гибридного потомства определяется генотипом родительских форм. Признак устойчивости доминирует в потомстве , при гибридизации форм с различной степенью устойчивости.

Разработка метода культуры апикальных меристем мяты для целей селекции.__;_

Одним из обязательных условий для успешной работы по микроразмножению растений является получение питательной среды, на которой бы морфогенез шел в нужном направлении и обеспечивался быстрый переход к горшечной культуре.

В результате предварительных экспериментов наиболее подходящей оказалась жидкая среда Мурасиге и Скуга / кигазМйе , Зкоов , 1962/ с добавлением кинатина. Приживаемость меристем на этой среде составила 60%. Регенеранты имели морфологический тип "сеянец", характерный для ранних стадий онтогенеза мяты, с хорошо развитой корневой системой. В дальнейшем среда оптимизировалась по трем факторам /наличие или отсутствие микроэлементов и витаминов по Мура-сиге и Ск.угу, агара /0,7%/, кинетина /I мг/л/. Результаты были обработаны методом регрессионного анализа по матрице полного факторного эксперимента.

Получено уравнение регрессии: у=15-15Х2+П,25X^-11,25X^X2. Анализ уравнения показал, что положительным эффектом обладает наличие в среде микроэлементов и витаминов /Х^/. Коэффициент регрессии при факторе Х£ /агар/ указывает на отрицательное влияние этого фактора на приживаемость меристем. Кинетин в концентрации I мг/л существенного влияния на количество прижившихся меристем не оказывает. Однако при наличии цитокинина в среде формируются растения, имеющие лучшую корневую систему и более развитую надземную часть, чем на среде без цитокининов.

Показано, что концентрации кинетина 0,5; I; 2; 5 мг/л также не оказывают никакого систематического действия на приживаемость меристем, а наблюдаемые между групповыми средними различия случайны.

На питательной среде Мурасигз и Ск.уга параллельная регенера-и.1Я побегов и корней наблюдалась через 3-4 недели после эксплантации меристем. Внесение в питательную среду ростовых регуляторов не было обязательным. Однако дополнение ее небольшими дозами /0,1-0,2 мг/л/ индолилмасляной (ШК)и гибберелловой кислот /ГК/ благоприятно влияло на развитие образующихся растений.

Введение в среду 6-бензиламинопурина /БАП/ в концентрациях 0,5 и I мг/л вызывало индукцию множественного побегообразования.

При использовании БАП в концентрации 0,5 мг/л получали в среднем три побега на эксплант, при увеличении концентрации БАП до X мг/л - десять побегов и более. Концентрация БАП 0,1 мг/л не влияла на количество побегов, но вызывала рост регенеранта в длину.

С целью получения большего количества растений регенеранты черенковали, разрезая на фрагменты, состоящие из участков междоузлий с одной парой пазушных почек или отделяли побеги от экс-планта. Укоренение полученных микрочеренков осуществлялось в присутствии ИМК.

При увеличении дозы БАП до 5 мг/л морфогенез угнетался. При замене ИМК на ИУК /индолилуксусная кислота/ БАП стимулировал множественную закладку стеблевых почек на экспланте. При переносе таких объектов на регенерационную среду / 1/2 концентрации макросолей по Мурасиге и Скугу, 0,1 мг/л ИМК и 0,1 мг/л ГК / наблюдалось образование из них большого числа побегов /до нескольких десятков/, однако они были тонкими, хлоротичными и маложизнеспособными. Более целесообразным представляется проведение нескольких (двуг-трех) последовательных циклов выращивания побегов на средах с относительно невысокой концентрацией БАП /0,5 мг/л/, что в совокупности с микрочеренкованием регенерирующих побегов-позволяет достичь коэффициента размножения 1:60 .и выше,при сохранении высокой жизнеспособности растений.

Изучение морфологического и анатомического строения экспланта показало, что участок верхушечной оси побега высотой'1-2 мм включает апекс с двумя парами примордиев, апексы с одной парой примор-диев были не более I мм в высоту. Иногда использовались также апексы с тремя парами листовых зачатков. Величина таких эксплантов была 4-5 мм.

Исследование микрофотографий поперечных срезов верхушки оси побега показало, что крупные экспланты имели развитые прокамбиаль-ные тяжи, определяющие более быстрое развитие сосудистой системы, v что способствует лучшему питанию а, следовательно, и приживаемости меристем на среде. Однако, они могут быть более инфецированными, чем мелкие. Поэтому лучше использовать экспланты величиной 1-2 мм с двумя парами примордиев.

Изучение полученных меристемных растений по составу и содержанию масла показало, что при микроклональном размножении мяты сохраняется генетическая стабильность регенерантов.

Итого и перспективы исследования по созданию трехвидовых

гибридов мяты и микроклональном.у размножению_

Выделение гибридов с комплексом важных для селекции признаков и выбор перспективных комбинаций для создания высокопродуктивных устойчивых к ржавчине сортов мяты является наиболее ценным практическим результатам исследования.

Комбинациями, дающими наибольший выход устойчивых к ржавчине гибридов, ЯВЛЯЮТСЯ (М. canadensis К59хМ. rotundifolia К37)

х М. aquatica Кб. Сочетание геномов (М. canadensis К59 х х М. rotundifolia К37)хМ. spioata 2.8.14 может рекомендоваться для получения высокомасличного селекционного материала, менее устойчивого к ржавчине.

Наибольшее количесгзо перспективных для селекции мяты форм отобрано из гибридной популяции 84.57.2 (К59хК37)хМ. aquatica Кб. Эти гибриды устойчивы к ржавчине, отличаются хорошим урожаем зеленой массы I10-186 ц/га, высокой масличностью 3,0-7,4% и ментоль-ностыо 72-80%.

Сохранение и быстрое размножение полученных перспективных гибридных форм - важный этап селекционного процесса. Разработка метода микроклонального размножения in vitro с помощью апикальных меристем позволила его интенсифицировать.

Выделенные в селекционных питомниках гибриды были размножены и прошли оценку по комплексу хозяйственно ценных признаков. В 1989-1992 гг. в контрольных питомниках института было оценено 33 трехвидовых гибрида.

В контрольном питомнике 1991 г. изучено 12 трехвидовых гибридов. Все образцы характеризуются высокой масличностью /массовая доля эфирного ма^ла в абсолютно сухих листьях составила от 4,03 до 7,П%/, 7 образцов превысили контроль Симферопольскую 200 по сбору эфирного масла на 5-70%. Среди них выделено четыре гибрида, сочетающие высокую продуктивность /урожай зеленой массы от 214,3 до 316,7 ц/га, сбор эфирного масла от 130,0 до 224,5 кг/га/ с устойчивостью к ржавчине. Выделенные образцы содержат от 56 до 80% ментола /табл.8/.

Отобранные перспективные трехвидовые гибриды были переданы на Украинскую (8 образцов) и на Вознесенскую (4 образца) опытные станции для испытания в различных экологических условиях.

В конкурсном испытании Украинской опытной станции /1992г./ в сравнении с лучшими районированными сортами проходила оценку трехвидовой гибрид 86.14.2 /84.57.2xlv!. aquatica Кб/. Отмечена

гез.ультаты оценки перспективных образцов мяты в контрольном питомнике (1991г. )х>

Урожай iCoop ¡Массовая '¿бор

ТМассовая !Coop ¡доля эфир!эфирного!доля об- !мен-!ного мае-!масла, !щего мен-!тола, !ла, % на !кг/га !тола в !кг/га !абсолютно! !эфирном ! !сухую ! !масле, ! ! массу !_! % !_

"ПТоража-!емость !ржавчиной , ^

!

Образец

зеленой массы, ц/га

!сухого !листа, 'ц/га

89.2.180 84.57.2x2.8.14 250,0 35,2 7,03 224,5 56,0 125,7 0

88.6.53 « 214,3 27,1 7,11 166,9 64,9 108,3 0,4

88.4.5 84.57.2хК6 278,6 33,3 4,12 130,0 80,2 111,7 0

88.4.22 _ Г» 316,7 41,2 4,54 116,2 76,5 127,1 0

Симферопольская 200 (контроль) 209,5 25,2 5,94 131,9 71,8 • 94,8 0

лэ

Примечание. - данные получены совместно с Шульгой Е.Р.

его высокая продуктивность в сочетании с устойчивостью к ржавчине: урожайность зеленой массы 120,4 ц/га, сбор эфирного масла 75,8 кг/га /табл,9/, что соответственно на 30 и 15% превышает контроль Симферопольскую 200.

В условиях юга России /Краснодарский край/ гибрид 86.14.2 "(на 55%) превысил контроль (Симферопольскую 200) по урожаю зеленой массы и проявил иммунность к ржавчине. Сбор эфирного масла составил 45,7 кг/га, что на 4% больше контроля.

Таким образом, трехвидовые гибриды не уступают лучшим межвидовым по урожайности, маеличности и уровню накопления ментола, а также обладают устойчивостью к различным формам ржавчины.

Следовательно, многовидовая гибридизация является перспективным методом в селекции мяты и имеет преимущество перед межвидовой, которое состоит в том, что .участие в скрещиваниях различных источников устойчивости к ржавчине позволяет объединить различные гены устойчивости в одном высокопродуктивном генотипе.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Получены трехвидовые гибриды мяты при искусственном скрещивании гибридов М. canadensis К59 /4п/хМ. rotundifolia K37/84.57.1, 84.57.2,' 84.57.3/ с различными видами M.aquatica К( М. spicata 2.8.14, М. piperita А2 .

2. Установлено, что устойчивость гибридного потомства к ржавчине в значительной степени зависит от генотипа привлекаемых в скрещивание источников иммунности. Наибольшее количество устойчивых к ржавчине гибридов выделено в гибридных популяциях

/м. canadensis К59хМ. rotundifolia К37/хМ. aquatica Кб, где в качестве опылителей используются имуунные генотипы.

3. Показано, что трехвидовые гибриды т^ по массовой доле эфирного масла занимают промежуточное положение между родительскими формами. Большинство гибридов по выраженности этого признака приближаются к более высокомасличному родителю /материнской форме/. При вовлечение в скрещивание с двухвидовыми гибридами 84.57.1, 84.57.2, 84.57.3 /К59хК37/ высокомасличной линии 2.8.14 получено от 29,4 до 57,1% гетерозисных гибридов.

4. Маслообразсвательный процесс у полученных гибридов идет в направлении синтеза ментола. Накопление в гибридном потомстве

в больших количествах ментола обусловлено наличием у М.canadensis К59/4п/, используемой на первом этапе скрещивания, увеличенной дозы гена R , контролирующего превращение кетонов в спирты.

таблица У

Про&уктивнооть трехвидового гибрида 86.14,2 в межстанционном конкурсном испытании (1992г.)

.Урожай зеленой массы

.Урожай сухого листа ТТГ

!Массовая доля !эфирного масла 1% на 1%к~

'Ьбор эфирного _масла

Образец

ц/га ¡контролю

ц/га !контро- !абсолютно!конт-!лю !сухую !ролю _|_! массу !_

. \% к ' кг/га !конт-!ролю

Поражае-мость ржавчиной ,%

86.14.2 (84.S7.2xK6)

Симферопольская 200 (контроль)

86.14,2 (84.57.2хК6)

Симферопольская 200 (контроль)

Украинская опытная станция (совместно с Шило Н.Г.)

120,4 130,0 80,3х 156,5 2,ЮХ 73,9 75,8 115,5

92,6 - 53,3х - 2,84х - 65,6

Вознесенская опытная станция (Краснодарский край) (совместно с Маскуновой В А.)_

107,9 155,3 11,8 П3,5 4,81 94,5 45,7 104,3

69,5

10,4

5,09

43,8

0,0 0,0

0,0 3,6

м

U)

Примечание. Урожайность целых подвяленных растений при 55% влажности¡массовая доля эфирного масла в целых подвяленных растениях на абсолютно сухую массу

5. Выявлено, что при вовлечении в скрещивание М.aquatica Кб, получено больше высокоментольных / 60%/ гибридов /93-100%/, чем при скрещивании с М. spicata 2.8.14 /42,9-71,4%/, что объясняется наличием у М. aquatica Ко доминантного гена R , в отличие от гомозиготного рецессивного генотипа гг у М.spicata 2.8.14.

. 6. Значительная часть полученных гибридов имеет ярко выраженный гетерозис по урожаю надземной массы. Наиболее урожайные формы чаще встречаются при скрещивании межвидовых гибридов М. canadensis К59хМ. rotundifolia К37 с М. aquatica Кб /40-70%/.

7. Установлено, что для отбора высокопродуктивных устойчивых к ржавчине гибридов наибольший интерес представляет комбинация скрещивания 84.57.2 /М. canadensis К59хМ. rotundifolia К37/ хМ. aquatica Кб.

8. Разработан метод культуры апикальных меристем in vitro , который использован для размножения ценных форм мяты с коэффициентом 1:60, позволяющий сохранять стабильность генотипов размножаемых растений.

9. Выделены и размножены 33 перспективные образца, сочетающие устойчивость к ржавчине с высокими показателями по основным хозяйственно ценным признакам, которые изучаются в настоящее время на различных этапах селекционного процесса.

10. По комплексу хозяйственно ценных признаков выделен гибрид /М. canadensis К59хМ, rotundifolia К37/хМ. aquatica Кб селекционный номер 86.14.2,- который по данным конкурсного испытания (Украинская! опытная станция) проявил иммунность к ржавчине, высокую урожайность (120,4 ц/га зеленой массы), сбор эфирного масла составил 75,8 кг/га, что на 30 и 15% соответственно презышает показатели контроля Симферопольская 200.

Предложения для практического использования

результатов работы._

1. Для получения высокопродуктивных, устойчивых к ржавчине сортов рекомендуется использовать комбинации трехвидовых скрещиваний /М. canadensis К59/4п/хМ. rotundifolia К37/хМ. aquatica Кб

2. Для получения ценного селекционного материала с высоким содержанием эфирного масла и комплексом других хозяйственно -ценных признаков рекомендуется использовать комбинации трехвидовых скрещиваний /М. canadensis К59/4п/хМ. rotundifolia К37/хМ. spicata 2.8.14.

3. Рекомендуется использовать для размножения и сохранения перспективных гибридов и ценного селекционного материала метод клонального микроразмножения in vitro с помощью апикальных меристем.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Родов B.C., Давыдова O.A. Размножение растений мяты методом культуры меристем // Тр. ВНИИЭМК.-Симферополь.-1987.-Т.ХУТП.--С.78-83.

2. Бугаенко I.A., Давыдова O.A., Родов B.C., Гладун С.М. Получение полиплоидных растений мяты с использованием культуры

//Биология культивируемых клеток и биотехнология. Тез. докл.- Новосибирск.- 1988.-С.91.

3. Бугаенко Ji.А., Давыдова O.A. Многовидовые гибриды мяты -новый исходный материал для селекции// Тр.ВНИИЭМК.-Симферополь.-1989.-Т.XX.-С.25-31.

4. Давыдова O.A., Бугаенко Л.А. Изменчивость и наследуемость урожая зеленой массы у трехвидовых гьоридов ыяты// Тр. БНИИЭМК.-Симферополь.- I990.-Т.XXI.-С.33-40.

5. Бугаенко Л.А., Давыдова O.A., Шульга Е.Б. Многовидовая гибридизация - перспективное направление в селекции мяты // Основные направления научных исследований по интенсификации эфиромаслич-ного производства. У симпозиум по эфироносам.-Тез. Докл.- Симферополь. -1990. -С. 5-6.

6. Давыдова O.A., Бугаенко Л.А. Трехвидовые гибриды мяты в селекции на устойчивость к ржавчине // Тез.докл. IX всесоюзн. совещ. по иммунитету растений к болезням и вредителям.-Минск.-I99I.-T.I.-С.123-124.

7. Бугаенко Л.А., Шульга Е.Б., Давыдова O.A., Островерхов В.О. Новый сорт мяты Раздольная - перспективный для возделывания в Крыму // Тр.ВНИИЗМК.-Симферополь.-1991.-Т.XXII.-С.57-63.

8. Бугаенко Л.А., Шило Н.П., Шульга Е.Б., Давыдова O.A. Селекция мяты на устойчивость к экстремальным факторам среды и болезням // У1 съезд генетиков и селекционеров Украины. Тез. докл.-Киев.-1992.-Т.Ш .-С.7-8.

9. Bugayenko L.A. , Shilo II.P., Shulga I.B., Davydova O.A. Achievements and prospects in selection of menthol type mint// 12th International congress of flavours, fragransea and essential oils.-Vienna,Austria.-1992.