Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Формообразовательный процесс у гибридов пшеницыс амфидиплоидами редких её видов и диких сородичей

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Формообразовательный процесс у гибридов пшеницыс амфидиплоидами редких её видов и диких сородичей"

і’.іі? 1$*/' Харківський державний університет

Голік Олег Вікторович

УДК 633. 11 : 575.

ФОРМОТВОРЧИЙ ПРОЦЕС У ГІБРИДІВ ПШЕНИЦІ З АМФІДИПЛОЇДАМИ РІДКИХ її ВИДІВ ТА ДИКИХ

СПІВРОДИЧІВ

03. 00. 15 - генетика

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Харків - 1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті рослинництва ім. В.Я.Юр'єва УААН.

Науковий керівник: кандидат біологічних наук, завідуючий

лабораторією інтродукції та збереження Національного центру генетичних ресурсів рослин України БОГУСЛАВСЬКИЙ РОМАН ЛЬВОВИЧ

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, старший науко-

вий співробітник, завідуючий відділом селекції кукурудзи Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр' єва КОЗУБЕНКО ЛЕОНІД ВАСИЛЬОВИЧ кандидат сільськогосподарських наук, професор, завідуючий кафедрою генетики, селекції та насінництва Харківського державного аграрного університету ім. В.В. Докучаева ПРОСКУРНІН МИКОЛА ВАСИЛЬОВИЧ

Провідна установа: Інстшут фізіологіі рослин і генетики НАН України (м. Київ)

Відділ генетичних основ гетерозису

Захист відбудеться 1 квітня 1998 р. о 14 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 02. 02. 18 Харківського державного університету ( 310077, м.Харків, майд. Свободи, 4, ауд. З - 15 )

З дисертацією можна ознайомитися у Центральній науковій бібліотеці Харківського державного університету за адресою: м. Харків, майд.Свободи, 4.

Автореферат розісланий 27 лютого 1998 р. '

. Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат біологічних наук

Некрасова А. В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Як показала світова практика, можливості генетичного покращення культурної пшениці T.aestivum L. і Т. durum Desf. за рахунок їх внутрішньовидового потенціалу в основному вичерпані. Подальше збагачення їх генофонду цінними генами можливе шляхом використання у селекційному процесі близьких видів і родів, які мають корисні спадкові ознаки, що або відсутні у пшениці, або недостатньо виражені (Конарев, 1995).Такими ознаками є перш за все адаптивність до біо- та абіогенних чинників середовища, а також ознаки, що обумовлюють якість продукції (Генетика культурных растений, 1986). Віддалена гібридизація є традиційним шляхом передачі цінного генетичного матеріалу від споріднених видів та родів у геном культурної пшениці. Але безпосереднє використання в схрещуваннях вказаних форм пов’язане з рядом труднощів, серед яких низька сумісність з пшеницею, для підвищення якої потрібні спеціальні біотехнологічні прийоми; тривалий формотворчий процес, який не завжди веде до появи бажаних форм.

Використання штучних амфідиплоїдів як носіїв корисних ознак споріднених видів, дає у цьому відношенні ряд переваг. Сам по собі підвищений рівень плоїдності зумовлює підвищення сумісності компонентів при гібридизації, включаючи життєздатність і плодовитість гібридів та їх потомства. Поєднання в амфідиплоїдах геномів різних видів дозволяє здійснити передачу цінних генів одразу принаймі від двох джерел. Все це сприяє розширенню різноманіття форм у гібридному потомстві та підвищує імовірність відбору бажаних форм вже у ранніх поколіннях.

На даний час створена і описана велика кількість штучних амфідиплоїдів за участю рідких видів пшениці та споріднених форм - егілопсу, дазіпіруму та ін. Разом з тим, у світовій та особливо вітчизняній літературі дуже обмежена інформація (за виключенням трітікале) .про генетико - селекційний потенціал та стабільність амфідиплоїдів, їх сумісність з пшеницею, успадкування ознак та їх комплексу у поколіннях. Дослідження цих питань, спрямоване на підвищення ефективності використання амфідиплоїдів як у поліпшенні геному пшениці, так і у вивченні закономірностей мікроеволюційного процесу шляхом його моделювання, є актуальним.

Тема диссертації є складовою частиною наукової програми Національного центру генетичних ресурсів рослин України «Генетичні ресурси рослин. Формування та ведення Національного банку генетичних ресурсів рослин України для використання в селекції високопродуктивних сортів та гібридів сільськогосподарських культур», розділу 5.01.02.01 « Комплексне вивчення зразків генофонду за основними господарсько - цінними ознаками. Формування ознакових та базових колекцій» (номер державної реєстрації

0197Ш12408).

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень полягала у вивченг генофонду штучних амфідиплоїдів рідких видів пшениці та ії дики співродичів як джерела спадкової основи для генетичного поліпшенн культурної пшениці

У зв’язку с цим було поставлено такі задачі:

- дати порівняльну характеристику колекції штучних АД різної ге номної структури по фенотиповим ознакам , характеру та спектру спонтанне мінливості; знайти джерела генів, що відповідні за практично значущі ознаки;

- визначити сумісність окремих АД з генотипами Т.аезттіт Ь. пр; штучній гібридизації , успадкування комплексу фенотипових ознак ; поколіннях гибридів; порівняти гібридні комбінації за характером та спектро? формотворення і можливості відбору у ранніх поколіннях інтрогресивни; селекційно-цінних форм.

Наукова новизна : вперше в Україні об'єктом порівняльного вивченн по комплексу фенотипових, в тому числі господарсько - цінних, ознак т; властивостей є колекція амфідиплоїдів рідких видів та диких співродичі; пшениці з різною геномною структурою. Виявлені джерела спадкових ознак що мають селекційне значення: специфічної та групової стійкості проті грибкових хвороб, підвищеного вмісту білку в зерні при добрій ЙОГІ виповненості; опушення пластинки листка як фактора стійкості проти злаково п'явиці. Досліджена спонтанна мінливість у амфідиплоїдів. Вивчені формотворчий процес при спонтанній гібридизації амфідиплоїдів та при ї; штучних схрещуваннях з носіями конкретних генотипів - сортами м'яко пшениці харківської селекції - Харківська 2 та Харківська 93. Запропоновані оригінальну модифікацію багатомірного аналізу для інтегральної оціни морфотипу рослин та його успадкування в поколіннях гібридів.

Практична цінність роботи. Комплексна оцінка колекції штучни; амфідиплоїдів дозволила виділити зразки з груповою стійкістю проти грибко вих хвороб, злакової п'явиці та до вилягання, які передано для подальшогі вивчення і використання в Селекційно - генетичний інститут та на кафедр; генетики, селекції та насінництва Харківського аграрного университету. Нов створені інтрогресивні форми передано для використання у селекційних про грамах Миронівського інституту пшениці ім.В.М.Ремесло та відділу селекці ярої пшениці Інституту рослинництва ім.В.Я.Юр’єва. Запропонована мо дифікація багатомірного аналізу використовується в учбовому процес Харківського державного аграрного університету для підготовки студентів за спеціальністю генетика та селекція сільськогосподарських культур.

з

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доповідалися на засіданнях секції теоретичних та прикладних досліджень вченої ради Інституту рослинництва ім. В.Я.Юр’єва, міжнародному симпозіумі «Методологические основы формирования, ведения и использования коллекций генетических ресурсов растений» ( Харків, 1996), міжнародній науково - практичній конференції «Наслідки наукових пошуків молодих вчених - аграрників в умовах реформування АПК» (Чабани,1996), науково - практичній конференції «Проблеми захисту рослин від шкідливих організмів в сучасних економічних та екологічних умовах» (Київ, 1996).

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що ним безпосередньо здійснено планування, підготовка та проведення польових та лабораторних досліджень, проведений аналіз експериментальних даних, зроблені висновки та рекомендації для практичного використання; розроблена нова модифікація бага-томірного аналізу для інтегральної оцінки морфотипу гібридного потомства при віддалених схрещуваннях. Конкретний внесок здобувача у статті «Perspectives of using wild relatives in wheat breeding» полягає в узагальненні літературних даних, самостійному проведенні оцінки колекції амфідиплоїдів за комплексом ознак, розробці програми схрещувань, їх проведенні та узагальненні результатів. В статті «Амфідиплоїди рідких видів пшениці та її диких співродичів як джерела цінних ознак для селекції» представлені дані, особисто отримані здобувачем шляхом оцінки колекції, узагальнені результати оцінки вмісту’ білка та електрофоретичних спектрів глютенінів кращих зразків. В статті «Формоутворення в гібридах м'якої пшениці з амфідиплоїдом ПЕАГ (T.dicoccum х Ae.taushii), 2п=42» конкретний внесок здобувача полягає в самостійній розробці модифікації багатомірного аналізу, із застосуванням якого здобувачем був оброблений експериментальний матеріал і зроблені відповідні висновки. Персональний внесок здобувача у наукових працях та дослідах, що опубліковані у співавторстві, складає не менше 80%. .

Публікації. Результати дисертації опубліковано у чотирьох статтях в наукових журналах і п'яти тезах доповідей.

' Структура і обсяг дисертації. Дисертація містить перелік умовних скорочень, перелік повних назв родів та видів, що згадуються в дисертаційній роботі, вступ, шість розділів, висновки, практичні рекомендації, перелік посилань і додатки. Робота викладена на 198 сторінках машинописного тексту, ілюстрована 34 рисунками, містить 25 таблиць в основній частині та 12 - у додатках. Список використаних літературних джерелнараховує 180 найменувань, у т.ч. 89 публікацій зарубіжних авторів.

МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Експериментальні дослідження виконувалися у 1993...1997 роках в Інституті рослинництва ім.В.Я.Юр'єва, у Національному центрі генетичних ресурсів рослин України. Польові досліди проводились на полях дослідного господарства «Елітне» Інституту рослинництва, що розташоване у північно -східній частині Лісостепу України (Харківська область, Харківський район).

Вивчалася колекція з 44 амфідиплоїдів колекції ВІРа, що створені за участю 10 рідких видів роду Triticum, шести видів Aegilops та одного виду Dasypyrum. Амфідиплоїди порівнювались по комплексу біологічних та господарсько - цінних ознак із сортами ярої пшениці селекції Інститут}’ рослинництва: м'якої - Харківська 2 та Харківська 93; твердої - Харківська 15 та Харківська 19. У 1994 році 16 кращих виділених зразків були схрещені з сортами Харківська 2 та Харківська 93.

Сівба проводилась вручну, ділянки мали площу 2 м2. Сорти Т. aestivum L. та Т. durum Desf. висівались у триразовій повторності, амфідиплоїди - без повторностей. Гібридизація проведена загальноприйнятим способом з використанням твел-методу та індивідуальних ізоляторів. По кожній комбінації кастрували не менш ЗО колосів. Прямими вважались схрещування, в яких амфідиплоїд був материнською рослиною; зворотніми - якщо материнським компонентом була пшениця.

Фенологічні спостереження, оцінка на стійкість до вилягання, опис рослин проводились згідно «Методических указаний по изучению мировой коллекции пшеницы» (ВИР, 1977). Оцінка на стійкість проти хвороб в польових умовах та при штучному зараженні проводилась за методами, ще використовуються в Інституті рослинництва. Вміст білку визначали пс К'єльдалю (ТОСТ 10846-74), фертильність пилку - при забарвленні ацетокарміном ( Паушева, 1988), електрофоретичний аналіз вмісту глютенінії у деяких спонтанних та штучних гібридів - по Ng, Scanlon, Bushuk (1988).

Математична обробка даних проводилась за допомогою Пакету Прикладних Програм, розробленого спеціалістами Інституту рослинництва, г також програми «Stati stica». Для характеристики спадкування ознаї використовували ступінь домінування, частоту та ступінь трансгресі (Рокицкий, 1974).

Нами запропонований новий спосіб представлення успадкуванню комплексу фенотипових ознак із використанням метрик багатомірного аналізу зокрема евклідової метрики. На підставі морфометрії 19 ознак розраховувалі евклідові відстані гібридних рослин першого, другого та третього поколінь, як позначали як Fb F2 та F3, одно- та двократного бекросування пшеничним бать ком, а також потомства першого бекросу від кожного з батьків. Потомства бек

росів позначили як ВСху, де х- № бекросу, у- № батька, яким проводили бекросу-вання ( у=1- мати; у=2- батько). Потомство першого бекросу позначали як Р2всху-Будували двумірну систему координат, осі якої відповідали: ось абсцис - материнськії!, ось ординат - батьківській формам. На цій системі координат відмічали відстані від осей абсцис та ординат, що дорівнювали евклідовим відстаням між рослинами гібридних поколінь з одного боку і відповідно материнською та батьківською формами - з другого. Бісектриса кута між осями координат об'єднує крапки, евклідові відстані яких від обох батьків рівні, і, відповідно, успадкування комплексу фенотипових ознак проміжне ( домінування відсутнє). Розміщення крапок, що містилися між цією лінією та однією з осей координат, вказує на домінування батьківської форми, котра відповідає цій осі.

Форма та орієнтація отриманого скупчення крапок дає уявлення про характер розміщення потомків відносно батьківських форм. Необхідно підкреслити, що це двомірне поле необхідно розглядати як проекцію на площину деякої сукупності крапок багатомірного простору, і тому відстані між крапками в цій системі координат не відповідатимуть евклідовим відстаням, що отримані шляхом кластерного аналізу.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ПОЛІМОРФІЗМ АМФІДИПЛОЇДІВ ЗА ФЕНОТИПОВИМИ ОЗНАКАМИ

Необхідною передумовою ефективного використання існуючого різноманіття амфідиплоїдів в експериментальній генетиці та селекційній роботі є їх всебічне вивчення за комплексом фенотипових ознак. В нашій роботі критерієм для оцінки фенотипу були сорти ярої м'якої та твердої пшениці.

Вивчення колекції амфідиплоїдів показало слідуюче. Найбільш раннє колосіння та визрівання пов'язане з наявністю у них субгеномів Б, Б, и, №; найбільш повільний розвиток - з подвійною дозою субгеному А та субгеномом Є. Найбільш ранньостиглими та близькими до стандарту Харківська 2 є зразки: ПАГ-12а, ПАГ-13, ПЕАГ, АД (Ае.уеіШісоБа-Т.сІісоссит), НаупаШсит, АД (Т.сіигшп- АеЛо^ієзіта), АД (Т.сІісоссит-Ае.БрекоісІез), АД-13.

Колекція амфідиплоїдів оцінювалась на стійкість проти борошнистої роси, септоріозу та бурої іржі в польових умовах, а також проти порошисгої та твердої сажки, борошнистої роси, септоріозу, бурої іржі при штучному зараженні. Високу комплексну стійкість відмічено у 21 зразка, середню - у 17. При цьому у більшої частини амфідиплоїдів повна стійкість проти деяких хвороб поєднана з високою та середньою - проти інших. Підвищення стійкості спостерігається при заміщенні геномів В та Б гомеологічними С, Б, и, Є/В, а також при збільшенні плоїдності шляхом додавання геномів N та С від

Асл'епІгісоБа та АеЛгіипсіаІІБ. У гомологів Т.асБіЬиіп Ь,- штучних спель' (ПЕАГ, АБ-б, АБ-7, АД 221-4) відмічена низька стійкість проти хвороб, щ< вивчались.

Амфідиплоїди значно перевищують сорти Т.аеБиушп Ь. та ТЛигап Оєбґ. по вмісту білка в зерні. В середньому за три роки цей показник ; амфідиплоїдів дорівнював 19.68...24.92 %, у сортів м'якої пшениці ні перевищував 13.43 %, у твердої - 14.83 %. Важливо також, що у вивчени: амфідиплоїдів висока білковість зерна поєднана з доброю його виповненістю.

Виділено вісім стійких до вилягання зразків з висотою рослин на рівн стандарту м'якої пшениці :Тдеі:гатопососсит, Т.БІпзкоигаПісиш, Т.Птопоуит ПАГ-Іа, ПАГ-2, ПАГ-3, ПАГ-9, ПАГ-39. Всі вони мають подвійну' дозі субгеному А.

Вивчали морфологічні ознаки, що є фенотиповими маркерами геном] амфідиплоїдів : опушення пластинки листка, опушення листкового втулища забарвлення вушок на відгибі пластинки листка, присутність вій на вушках ті їх колір, опушення стеблового вузла та його колір. Ознака опушення листка < фактором стійкості проти злакової п'явиці і спостерігається у амфідиплоїдів що містять субгеном в - Т.кіііагае, Тлішопоуиш, Т.ґиі^ісігіит, Т.итососсит, £ також створених за участю ТЛісоссиш - АД (Т.сІісоссит-Ае.БреиоісІез), А£ (Т.Шсоссит-АеЛгіипсіаІів).

Для АД (T.dicoccum-Ae.speltoides) та НаутШлсит характерниі перехресний характер запилення, який успадковано від диких вихідних форм може бути використаний в експериментальних дослідженнях по створеннк синтетичних популяцій пшениці та гетерозисних гібридів.

СПОНТАННА МІНЛИВІСТЬ У АМФІДИПЛОЇДІВ

При вирощуванні на протязі 5 років колекції амфідиплоідії спостерігалась значна спонтанна мінливість у межах зразків. Це пов'язане : тим, що штучні амфідиплоїди є філогенетично молодими структурами, і том) мають хромосомну нестабільність. В наших дослідах спостерігалосі вищеплення змінених форм з широким спектром варіювання морфотипу ті виникнення спонтанних гібридів. Використані нами амфідиплоїди цитологічне вже вивчені (Таврин, Ибрагимова, 1988, Летифова, 1992). Цими авторам* встановлений значний рівень хромосомних порушень в амфідиплоїдах у різню фазах онтогенезу. Саме ними можна пояснити спонтанні фенотипові зміни причому, в залежності від глибини хромосомних перебудов, або виникаюті змінені форми в межах радикалу, визначеного геномом амфідиплоїда, абс утворюються стерильні гамети, що веде до спонтанної гібридизації. Виявлені намі вшцепенці були в цілому плідні, хоч і в різній мірі. Частина зернівок (до 10%)

виявилась нежитгєздатньою, від інших отримане потомство, що успадковувало ознаки вищепенців. Але і в цьому випадку спостерігалась значне варіювання по фенотипу.

В отриманому нами потомстві спонтанних гібридів амфідиплоїдів спостерігали розщеплення по стійкості проти борошнистої роси, бурої іржі та септоріозу. 2 % рослин проміжного та амфідиплоїдного типів в Р2 були імунними. Нащадки цих рослин в Из в цілому зберігали стійкість. В потомстві рослин проміжного або амфідиплоїдного типів, що походять від штучної спельти ПЕАГ, виявлено 7% рослин пшеничного типу, декотрі з яких також були стійкими.

Аналізом електрофоретичних спектрів глютенинів спонтанних гібридів ПЕАГ з Т. аеБНушп Ь. встановлено, що зерновки рослин пшеничного типу Р3 містять компоненти, відповідні за високі хлібопекарські властивості - 2*(С1и-А1); 7+9 (С1и-В1) та 5+10 (С1іі-01) ( Пархоменко. Панченко, Усова, 1996). Дані компоненти успадковано від Т. аеБЙУШп Ь. Це вказує на принципову можливість поєднання в спонтанних гібридах пшеничного типу високих хлібопекарських властивостей пшениці з іншими цінними ознаками, успадкованими від амфідиплоїдів.

СУМІСНІСТЬ АМФІДИПЛОЇДІВ З Т.АЕБТІУЦМ Ь.

ПРИ ШТУЧНІЙ ГІБРИДИЗАЦІЇ

Необхідною умовою реалізації комбінативної мінливості є сумісність партнерів по схрещуванню. Ця сумісність фенотипово проявляється на різних рівнях - від схрещуваності до життєздатності та плідності гібридних поколінь. Для її з'ясування в наших дослідженнях «молоді» штучні амфідиплоїди з ще не стабілізованим генотипом схрещувались з «старим» природним амфідиплоїдом -Т.аеБЙуит Ь. . .

При гібридизації амфідиплоїдів, виділених за селекційно - цінними ознаками, з сортами м'якої пшениці більш висом показники по зав'язуваності та життєздатності гібридних зернівок спостерігаються в прямих схрещуваннях, де амфідиплоїди є джерелом цітоплазми, у порівнянні із зворотніми (табл.1). Найбільша зав'язуваність відмічена в комбінації Т.кіїїагае х Харківська 93 -69.3%, найменша - в комбінації Харківська 2 х Наупаїгісит - 7.9%.

Оцінювалась фертильність пилку гібридів Р]. Р; та батьківських форм. В р] при високому' ступені гомеології геномів батьківських форм фертильність пилку була більшою за 50%, в реципрокних схрещуваннях АД 217 х Харківська 93 - не перевищувала 24.3%, в інших випадках пилок був стерильним В Б2 відмічено відновлення фертильності пилку в гібридах амфідиплоїдів Т. кіііагае, Т. ті^БСІюуае , АД (Т. сіісоссит - Ае^реИоісІез) з Т.аезиушп Ь., але вона не

перевищувала 50%, що вказує на контроль фертильності з боку гаметоцидних генів.

Таблиця 1. Схрещуваність амфідиплоїдів з сортами Т.аезИушп Ь., 1994 р.

Зав'язалось Маса Випов- Жипє

Гібридна комбінація та Г сном. зерен, 1000 неність здат-

батьківські форми 2п шт. % Зфен, зерні- ність,

г. вок,бал %

АДСТ.сІсіп.-Ае.Бреи.) АиАиВВ55 - 72.2 23.6 7 73.1

X* -93 х А Д(Т. сіс іпАе. Брсі 1.) АиАиВВБ8 25 13.9 12.8 5 0.0

АД(Т.с1сіп.-Ае.Брси.)х Х*-93 АиАиВВ5Б 107 61.5 15.4 5 35.5

АД(Ае.уеЩг.-Т.<іст.) А^ВВБОШ - 87.4 37.1 5 88.5

Х*-93 х АД(Асл’етг.-Т.сІсіп) АиАиВВОБН 22 16.9 22.7 9 40.0

АД(Аел'еЩг.-Т.с1ст)х Х*-93 АиАиВЕЮОК 81 50.6 48.4 9 44.8

ПЕАГ АиАиВВОБ - 88.5 25.3 8 97.0

Х*-93 х ПЕАГ АиАиВВОБ 18 8.3 27.7 8 66.7

ПЕАГ х Х*-93 АиАиВВВБ 163 69.1 21.8 9 14.1

Т.кіїїагае АьАЧЮББ - 83.2 20.3 8 92.0

Х*-93 х Т.кіїїагае АиАьВСББ 20 9.7 26.0 9 100.0

Т.кіїїагае х Х*-93 АьАиСВБО 133 69.3 19.1 9 9.0

Т.кіїїагае х Х*-2 АьАиСВББ 43 79.6 20.5 5 23.2

АД217 АьАьЦШО - 67.3 27.9 5 78.1

Х*-93 х АД217 АиАьВОБи 21 9.0 21.9 5 19.0

АД 217 х Х*-93 АьАиСВШ 58 38.7 15.0 9 20.7

Наупаїгісит АиАиВВНН - 53.2 27.0 5 72.0

Х*-2 х Наупаїгісит АиНВАиВВ 19 7.9 12.2 8 31.6

Наупаїгісит х Х*-2 НАиАиВВБ 36 21.7 13.9 5 47.2

Наупаїгісит х Х*-93 НАиАиВВО 30 13.9 15.3 5 20.0

Харківська 2 АиАиВВВВ - 99.3 38.9 7 97.2

Харківська 93 АиАиВВВБ - 98.5 40.1 8 95.9

Примітка . .

* - Харківська

Зав'язуваність гібридних зернівок при вільному запиленні та бекросуванні залежить від ступеня гомеології геномів батьківських форм. При частковій гомеології геномів можливе одержання гібридних зернівок переважно внаслідок бекросування, але також і самозапилення; при віддаленості геномів виключно шляхом бекросування або при вільному запиленні.

Відомо, що більша кількість рідкісних видів пшениці та диких споріднених форм погано або зовсім не схрещуються з культурною пшеницею без використання спеціальних .методів ( Вавілов, 1987, Дорофєєв та ін., 1987). Наші дані вказують на те, що, на відміну від початкових видів, амфідиплоїди достатньо сумісні з пшеницею без використання біотехнологічних методів.

УСПАДКУВАННЯ ФЕНОТИПОВИХ ОЗНАК В ПОКОЛІННЯХ ШТУЧНИХ ГІБРИДІВ

Схрещування амфідиплоїдів з культурною пшеницею є інконгруентними, і тому в гібридних поколіннях елімінують окремі генотипи, або навіть цілі класи розщеплення. Це різко порушує співвідношення класів, очікуване виходячи з менделевських закономірностей. Тому в даному випадку' не можна використовувати класичний генетичний аналіз. Інформативним є аналіз прояву фенотипових ознак у реципрокних схрещуваннях; визначення імовірності вищеплення цінних фенотипів; аналіз кореляцій між ознаками та їх спадкування в гібридному' потомстві. Актуальним є системний підхід до живого організму7, розуміння його як єдності, а не сукупності окремих ознак (Корчинский А.А., Литун П.П.,1991, Нсуймин С.И., 1991 та ін.). Інтегровану' оцінку7 фенотипів проводили з використанням метрик багатомірного аналізу.

В усіх вивчених комбінаціях спостерігався реципрокний ефект по тих чи інших ознаках, що свідчить про генетичні відмінності цитоплазм амфідиплоїдів від цитоплазми Т. aestivum L. Не виявлено контролю з боку плазмону ознак ширини колосу та довжини вістюків. Прояв інших ознак в різній мірі детермінується плазмоном. Під час гібридизації амфідиплоїдів з Т. aestivum L. в F) спостерігаються усі типи спадкування : від гібридної депресії до

надломінування (гетерозису). Частіше за все спостерігається відсутність домінування та наддомінування амфідиплоїда, що був материнською формою.

Комплекс небажаних ознак дикого виду1, що передається гібридам амфідиплоїдів з пшеницею, зводить нанівець переваги, заради яких амфідиплоїди залучаються до схрещувань. Тому з'ясування характеру спадкування комплексу ознак окультуреності було одним з основних завдань нашого дослідження.

Аналіз гібридних поколінь показав, що прямі комбінації є найбільш ефективними для отримання рослин пшеничного типуг. Відсоток таких рослин в них збільшується значно швидше, ніж у зворотніх (табл.2). Таким чином, спостерігається успадкування «проти джерела цитоплазми». Під час схрещування штучної спельти ПЕАГ з Харківською 93 частка рослин амфідиплоїдного типу сягала 76 %, що вказує на домінування морфотипу ПЕАГ . Бекрос пшеничним батьком сприяв збільшенню кількості рослин пше-

ничного типу, яких в ВС2 прямої комбінації було 74%. При більш віддалених схрещуваннях отримано обмежену кількість рослин, переважно проміжного та амфідиплоїдного типів.

Таблиця 2. Розподілення рослин в гібридних поколіннях по ступеню набли-_____________ження до пшениці згідно візуальної оцінки. 1995... 1997 рр._____

Комбінація Покоління Кількість рослин по типах:

пшеничний проміжний амфідиплоїдний

штук % штук % штук %

ПЕАГ х Рі 0 0 23 100 0 0

Харківська 93 Р2 2 6 6 18 26 76

Рз 31 7 78 17 351 76

ВС12 10 29 18 51 7 20

Ргвсіг 181 41 161 37 99 22

вс22 20 74 1 4 6 22

Харківська 93 х Рі 0 0 12 100 0 0

ПЕАГ Р2 0 0 9 36 16 64

ВС„ 1 9 4 . зз 7 58

Р 2ВС11 зо 26 49 42 37 32

АД (Т.сіісосит- р] 0 0 38 100 0 0

Ае.БреНоісІез) X р2 0 0 0 0 1 100

Харківська 93 вс12 1 10 3 зо 6 60

Р2ВС12 9 31 11 38 9 31

вс22 12 80 2 13 1 7

АД(Аелшйісоєа- Рі 0 0 144 100 0 0

Т.сіісоссшп) х р2 0 0 0 0 8 100

Харківська 93 вс12 0 0 1 20 4 80

Ргвсіг 2 19 4 • 36 5 45

По ознаках, що пов'язані з продуктивністю - довжині колосу, кількості колосків у ньому та продуктивній кущистості - найбільш продуктивними відносно додатних трансгресій є ВС]2 (Т.тіціксіюуае х Харківська 93); ВС1; {АД (Т.сІст.-Ае.БреІІ.) х Харківська 93}; Р2 (ПЕАГ х Харківська 93); ВСи (Т.кіїїагае х Харківська 93). Комбінація ВС12 (Т.кіїїагае х Харківська 93] виділилась також трансгресією по виносу колоса та довжині верхнього міжвузля - ознаках, пов'язаних з адаптивністю. Найкращими були комбінації за участю сорту Харківська 93 у порівнянні з Харківською 2.

Інтегровану оцінку морфотипу рослин гібридів між амфідиплоїдами т; Т.аезйушп Ь. проводили з використанням розробленої нами модифікації багатомірного аналізу.

У гібридів, батьківськими формами яких є з одного боку м'яка пшениця, а з іншого - амфідиплоїди з геномною структурою АИЕШ (ПЕАГ), АВСБ (Т.кіїїагае, АД Жирова) та А' ВБ { АД (Т.сіісоссшп- Ас^реИоісІеБ)}, в їїі домінує морфометричний тип амфідиплоїду (рис. 1.1; графіки інших комбінацій схрещувань подані в дисертації). Форму ванню у гібридів Б, всіх комбінацій морфотипу

Рис. 1. Розподіл.рослин гібридних поколінь за евклідовими відстанями від батьківських форм в комбінації ПЕАГ х Харківська 93.

амфідиплоїду відповідало доміну вання його ознак - ширини колосу та ширини плеча колоскової луски. В Р2 морфометричний тип рослин був в цілому більш проміжним (рис. 1.2), бекрос призводив до зсуву морфотипу рослин в бік пше-

ниці (рис. 1.4). У рослин F3) F2bci та ВС2 відмічено перевагу морфометричного комплексу пшениці та звуження розмаху його варіювання (рис.1.3, 1.5,1.6).

При схрещуванні сортів T.aestivum L. з амфідиплоїдами, геноми яких філогенетично більш віддалені від м'якої пшениці - T.miguscliovae, Нау-natricum, АД (Ае.venlrіcosa-T.dicoccum). АД 217 в Fj спостерігається проміжний характер успадкування морфометричного комплексу. Формуванню морфотипу амфідиплоїда відповідала відсутність домінування по двох - семи ознаках, котрі були різними в усіх комбінаціях. Бекросування пшеничним батьком сприяло зміщенню морфотипу гібридних рослин в бік пшениці.

Вивчалось успадкування коефіцієнту парної кореляції в ранніх поколіннях реципрокних гібридів між амфідиплоїдами ПЕАГ, T.kiharae та T.aestivum L. Аналізували 171 пару ознак. Для цілого ряду пар ознак виявлені достовірні коефіцієнти парної кореляції більше 0.5. Для ознак, що є однорідними, припускається плейотропна дія одного гена або комплекса генів, що визначають ознаки : висота рослин - довжина верхнього міжвузля - винос колосу; довжина флатового листка - довжина другого листка, ширина флагового листка - ширина другого листка, довжина колосового стрижня - кількість колосків в колосі. Для пояснення кореляції між різнорідними ознаками припускається зчеплення між генами, що визначають ці ознаки : довжина -ширина флагового листка, ширина флагового листка - довжина другого листка, ширина - товщина колоса, товщина колоса - ширина плеча колоскової лу ски.

Вивчення в польових умовах стійкості гібридного потомства проти грибкових хвороб, що є набільш шкодочинними для зони Лісостепу України -бурої іржі та септоріозу, а також борошнистої роси свідчить про те, що в гібридних поколіннях спостерігається розщеплення по ознаках стійкості проти цих хвороб. Кількість високо- та середньостійких проти бурої іржі рослин варіювала від 15% в F2Bci2 (ПЕАГ х Харківська 93) до 100% в F2Bci2 (T.miguschovae х Харківська 93). Наявність означеної кількості середнє - та високостійких рослин дає можливість вже в ранніх поколіннях гібридів виділяти стійкі проти грибкових хвороб форми.

При вивченні електрофоретичних спектрів глютенінів в бекросному потомстві гібриду ПЕАГ з Харківською 2 у порівнянні з Харківською 93 відмічено більш високий поліморфизм субодиниць, в тому числі компонента 5+10 (Glu-Dl), який більш за все пов'язаний з високими хлібопекарськими якостями. В «чистому вигляді» цей компонент виділений лише у трьох рослин ВС22(ПЕАГ х Харківська 2).

13

висновки

1.Штучні амфідиплоїда рідких видів пшениці та її диких співродичів становлять теоретичний інтерес як модельний об'єкт для вивчення спонтанної мінливості та практичну цінність як джерела спадкової основи ознак для покращення вирощуваної пшениці.

2.Раннє колосіння та визрівання пов'язане з присутністю у амфідиплоїдів субгеномів Б, Б, и, №, найбільш повільний розвиток - з подвійною дозою субгенома А та субгеномом Є. Найбільш ранньостиглими та близькими до стандартних сортів пшениці є ПАГ-12а, ПАГ-13, ПЕАГ, АД (Ае.уетгісоБа-Т.сіісоссит), Наупаїгісит, АД (Т.сіигит- Ас.1оп§І55Іта), АД (Т.сіісоссит-Ae.speltoides), АД-13.

3.Більшість вивчених амфідиплоїдів характеризуються специфічною або груповою стійкістю проти грибкових хвороб : бурої іржі, борошнистої роси, сеп-торіозу, порошистої та твердої сажок. Висока стійкість пов'язана з наявністю субгеномів Є, 5, и, И, С.

4.Амфідиплоїди значно перевищують м'яку' та тверду пшениці по вмісту білку в зерні, який сполучається з доброю його виповненістю.

5.Вивчені штучні амфідиплоїди характеризуються значною спонтанною мінливістю; вона проявляється як у вищепленні змінених форм з широким спектром варіювання морфотипу, так і в появленні спонтанних гібридів.

6.В потомстві спонтанних гібридів виділено форми, що успадковують від амфідиплоїдів стійкість проти грибкових хвороб, від пшениці - високі хлібопекарські властивості.

7.Амфідиплоїди в більшості сумісні з пшеницею без застосування био-

технологічних методів. Це дозволяє отримати достатню кількість нащадків для добору вже в ранніх поколіннях форм пшеничного типу з необхідним сполученням генів. . .

8.Більш високі показники зав'язуваності, життєздатності та маси 1000 гібридних зернівок спостерігаються у прямих комбінаціях, де амфідиплоїди є джерелом цитоплазми, у порівнянні із зворотніми.

9.Показана можливість утворення у рослин Б] фертильних гамет у випадку віддаленості геномів батьків, а також контроль фертильності з боку гаметоцидних генів.

Ю.Зав'язуваність гібридних зернівок при вільному запиленні та бекросуванні залежить від ступеня гомеології геномів батьківських форм. При частковій гомеології геномів можливе одержання гібридних зернівок переважно внаслідок бекросування, але також і самозапилення; при віддаленості геномів -виключно шляхом бекросування або при вільному запиленні.

и.В усіх вивчених комбінаціях спостерігався реципрокний ефект по тих чи інших ознаках, що свідчить про генетичні відмінності цитоплазм амфідиплоїдів від цитоплазми Т.аеБЬтпп Ь. Не виявлено контроль з боку плазмону ознак ширини колосу та довжини вістюків.

ї2.При гібридизації амфідиплоїдів з Т.аеБІЇуит Ь. в Р] спостерігаються всі типи спадкування : від гібридної депресії до надцомінування. Частіше за все спостерігається відсутність домінування та наддомінування амфідиплоїда. що був материнською формою.

13.В ранніх поколіннях гібридів амфідиплоїдів з пшеницею стійко домінує спельтоїдний морфотип, що свідчить про еволюційну первинність спельти відносно м'якої пшениці.

44.Рослини гібридних поколінь характеризуються трансгресією за ознаками, що пов'язані, в першу чергу, з продуктивністю та адаптивністю.

15.Запропоновано засіб наочного зображення спадкування інтегрального морфотипу рослин у гібридів амфідиплоїдів з пшеницею на основі метрик багатомірного аналізу. У гібридів, батьківськими формами яких є з одного боку м'яка пшениця, а з іншого амфідиплоїди з геномною структурою АиВО, АВСЭ та АиВБ, в Б, домінує морфометричний тип амфідиплоїду. В ¥2 морфометричний тип рослин був в цілому більш проміжним, бекрос призводив до зсуву морфотипу рослин в бік пшениці. У рослин наступних поколінь відмічено перевагу морфомегричного комплексу пшениці та звуження розмаху його варіювання. При схрещуванні сортів Т.аезНушп Ь. з амфідиплоїдами, геноми яких філогенетично більш віддалені від м'якої пшениці -Т.тщиБсЬоуас, Наупатсит, АД (Аел’сіигісоБа-Т.сІісоссит), АД 217 в її] спостерігається проміжний характер успадкування морфометричного комплексу. Бекросування пшеничним батьком сприяло зміщенню морфотипу гібридних рослин в бік пшениці.

Іб.Потомство гібридів амфідиплоїдів з пшеницею успадковує стійкість проти бурої іржі, септоріозу та борошнистої роси. Вже в ранніх поколіннях можливе виділення стійких проти грибкових хвороб форм пшеничного типу. Аналогічна частота виникнення стійких форм спостерігається у спонтанних гібридів.

17.3 точки зору успадкування складу високомолекулярних глютенінів найбільш цінними є спонтанні гібриди, які в більшості повторюють субодиниці пшеничного батька. Це гарантує збереження хлібопекарських властивостей зерна поряд з іншими цінними ознаками в подальших гібридних поколіннях.

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

• Для використання в селекційних програмах рекомендуються слідуючі зразки амфідиплоідів:

Як джерела групової стійкості проти:

- борошнистої роси, бурої іржі, септоріозу, твердої та летючої сажки: Тлеігатопососспт, Т.топососсоигаПісит. Т.іпіцшсіюуае, Т.йі^ісісІит, ПАГ-2, ПАГ-3, ПАГ-5, ПАТ-12а, ПАГ-14, ПАГ-15, АД Жирова д.7568, АД 217;

- борошнистої роси, бурої іржі, твердої та летючої сажки при средній стійкості проти септоріозу : ПАГ-4, ПАГ-12, ПАГ-31, ПАГ-39, АД (Т.сіісоссшп-Ае^реНоігіев), Т.кіїїагае;

- борошнистої роси, бурої іржі, септоріозу, летючої сажки: ПЕАГ,

Т. віпБкоигагіісиш;

- бурої іржі, септоріозу, твердої та летючої сажки - ПАТ-32;

- бурої іржі, септоріозу, твердої сажки - Тлішососсиш;

- борошнистої роси, бурої іржі, септоріозу : АД Жирова д.337, АД-13, Тлі тополині;

- борошнистої роси, септоріозу : ПАГ-13, АД (Т.сіишпі- Ае.ІоїщІБйіта);

- борошнистої роси, бурої іржі - АД (Т.сІісоссшп-АсЛгіипсіаІіз);

- септоріозу - ПАГ-9;

- борошнистої роси - НаупаШсшп.

Джерела опушення листа як фактора стійкості проти зернової п’явиці:

- із щетинистим опушенням: Т.кіїїагае, Т.тіциБСІїоуае, Тлітососсит,

Т.йтопоуит, Т.йищісісіит, T.flaksbergeri;

- із бархатистим опушенням: АД (Т.сІісоссшп-Ае.БреІІоісІез), АД 8 (Т.сіісоссит-ЛеЛгіїшсіаІіз).

• В селекції ярої пшениці рекомендуется використовувати як вихідний матеріал інтрогресивні форми, що отримані нами в потомстві гібридів ПЕАГ х Харківська 93, Т.кіїїагае х Харківська 93, Т.ті^сіюуае х Харківська 93, а також спонтанних гібридів, материнськими формами яких є ці амфідиплоїди.

• В експериментальних дослідженнях по створенню гетерозисних гібридів пшениці та синтетичних популяцій рекомендується використовувати комплекс ознак, що зумовлюють перехресний характер опилення, яким володіють амфідиплоїди АД (Т.сІісоссшп-Ае.БреиоісІез) та НаупаШсит.

• Для оцінки успадкування интегрованої характеристики комплексу фенотипо-вих ознак рекомендується до використання запропонована нами модифікація багатомірного аналізу, що базується на визначенні евклідових відстаней гібридів та їх потомків від батьківських форм.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ТАКИХ РОБОТАХ:

1. Boguslavskyi R.L., Rabinovich S.V., Golik O.V. Perspectives of Using Wild Relatives in Wheat Breeding // Wheat Breeding: Objectives, Metodology, and Progress. Proceedings of the Ukraine.- CIMMYT Workshop.- 1995,- P.29-30.

2. Golik O.V. Useful traits of wheat amphidiploids and their hybridization with bread and durum wheat cultivars // Annual Wheat Newsletter.- 1997,- V. 43.-P.243-245.

3. Голік O.B., Пархоменко Р.Г., Долгова O.M., Рогуліна Л.В., Богуславський Р.Л. Амфідиплоїди рідких видів пшениці та її диких співродичів як джерела цінних ознак для селекції // Селекція і насінництво.- 1997,- № 77.- С.26-31.

4. Голік О.В., Литун П.П.,Боіуславський Р.Л. Формоутворення в гібридах м'якої пшениці з амфідиплоїдом ПЕАГ (T.dicoccum х Ae.taushii), 2п=42 // Селекція і насінництво.- 1997,- № 79,- С. 32-41.

5. Богуславский Р.Л., Голик О.В. Перспективы селекционного улучшения культуры спельты // Материалы III Международной конференции по селекции, технологиям возделывания и переработки нетрадиционных растений.-Симферополь,- 1994.- С. 102-103.

6. Голик О.В., Богуславский Р.Л., Долгова Е.М. Выделение источников ценных признаков в коллекции амфидиплоидов // Материалы международного симпозиума «Методологические основы формирования, ведения и использования коллекций генетических ресурсов растений».- Харьков,- 1996.-С. 37.

7. Голік О.В. Амфідиплоїди як джерела групового імунітету проти хвороб і селекції ярої пшениці // Тези доповідей науково - практичної конф «Проблеми захисту рослин від шкідливих організмів в сучасних економічних та екологічних умовах»,- 1996,- Київ,- 1996,- С.38.

8. Голік О.В. Успадкування морфологічних ознак в Fi гібридів м'якої пшениці з штучною спельтою // Матеріали міжнародної науково - практичної конф. «Наслідки наукових пошуків молодих вчених - аграрників в умова* реформування АПК».- Ч. І,- Чабани: Інстигут землеробства УААН. - 1996,- С 150.

9. Boguslavskyi R.L., Tkachenko Т.Т., Golik O.V., Zadorozhna O.A. Hullec wheats in the sustainable agriculture // International Conference Sustainable Agriculture for Food, Energy and industry.- Braunshweig.- 1997.- P.311.

Голік О.В. Формотворчий процес у гібридів пшениці з амфіднплоїдами рідких її видів та диких співродпчів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 - генетика.- Харківський державний університет, Харків, 1998.

Наведено результати вивчення колекції штучних амфідиплоїдів, що створені за участю рідких видів пшениці та її диких співродичів, по комплексу фенотипових ознак, у тому числі практично цінних. Виявлені джерела спадкових ознак, що мають селекційне значення: стійкості проти грибкових хвороб та вилягання, підвищенного вмісту білку в зерні та ін. Вивчено формотворчий процес при спонтанній гібридизації амфідиплоїдів та при їх штучних схрещуваннях з Triticum aestivum L. Створені селекційно - цінні форми пшеничного типу, що використовуються в селекційних програмах. Запропоновано оригінальну модифікацію багатомірного аналізу для інтегрованої оцінки морфотипу рослин та його спадкування в поколіннях гібридів.

Ключові слова: амфідиплоїди, Triticum aestivum L., віддалена

гібридизація, спадкування, пшеничний тип, багатомірний аналіз

Golik O.V. Form-building process in hybrids between wheat and am-phidiploids of its underutilized species and wild relatives. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 03.00.15 - genetics. - The Kharkiv State University, Kharkiv, 1998.

The results of study collection of artifical amphidiploids created using underutilized species of wheat and its wild relatives on a complex of phenotypic characters are presented. Sources of inherited characters having value for wheat breeding, as resistance to fungal diseases and lodging, higher protein content in a grain et al., are selected. The form-building process at spontaneous hybridization of amphidiploids and their artifical crosses with Triticum aestivum L. was investigated. Breeding-valuable forms of wheat type are created and used in breeding programms. Original modification of multimeasured analisis for integral evaluation of plant morphological type and its inheritance in hybrid generations is proposed.

Key words: amphidiploids, Triticum aestivum L., distant hybridization, inheritance, wheat type, multimeasured analysis

Голик О.В. Формообразовательный процесс у гибридов пшеницы с амфидиплоидамн редких её видов и диких сородичей. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика, Харьковский государственный университет, Харьков, 1998.

Представлены результаты изучения коллекции искусственных амфидип-лоидов, созданных с участием редких видов пшеницы и ее диких сородичей, пс комплексу фенотипических признаков, в том числе практически ценных. Выявлены источники наследуемых признаков, имеющих селекционное значение: устойчивости к грибным болезням и полеганию, повышенного содержания белка в зерне и др. Изучен формообразовательный процесс при спонтанно* гибридизации амфидиплоидов и при их искусственных скрещиваниях с Triti-cum aestivum L. Созданы селекционно - ценные формы пшеничного типа, которые используются в селекционных программах. Предложена оригинальна? модификация многомерного анализа для интегральной оценки морфотипа растений и его наследования в поколениях гибридов.

Ключевые слова: амфидиплоиды, Triticum aestivum L., отдаленная гибридизация, наследование, пшеничный тип, лшогомерный анализ