Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетические принципы создания и отбора исходного материала в селекции картофеля на гетерозис

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетические принципы создания и отбора исходного материала в селекции картофеля на гетерозис"

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ

УДК 631.527:635.21

3 од

О НЮЛ 1998

Ермишин Александр Петрович

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ И ОТБОРА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА В СЕЛЕКЦИИ КАРТОФЕЛЯ НА ГЕТЕРОЗИС

03.00.15 - Генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Минск-1998

Работа выполнена в Институте генетики и цитологии HAH Беларуси Научный консультант:

академик HAH Беларуси, доктор биологических наук, профессор Хотылева Л.В.

Официальные оппоненты: докт. с-х. наук, профессор Гончаров Н.Д.

докт. биол. наук, профессор, член-корр. ААН Республики Беларусь Кильчевский A.B. докт. биол. наук, профессор Палилова А.Н.

Оппонирующая организация: Институт картофелеводства Украинской Академии аграрных наук

Защита состоится « С » и^с л S 1998 г. в «/О» часов на заседании совета по защите диссертаций Д 01.31.01 на соискание ученой степени доктора биологических наук в Институте генетики и цитологии HAH Беларуси по адресу: 220072, Минск, ул. Академическая 27, Тел.: 2841911.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. .Я. Кол аса HAH Беларуси.

Автореферат разослан « / » Lc-f-^S-i ■_<. 1998 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций кандидат биологических наук

J1.A. Тарутина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема гетерозиса имеет для селекции картофеля особое значение. С одной стороны, благодаря тетраплоидной природе возможно достижение более высокого по сравнению с диплоидами уровня гетерозиготности и более широкого спектра взаимодействия генов. Вегетативное размножение снимает вопрос о закреплении гетерозиса, так как любой выдающийся гибрид может быть размножен в неограниченных масштабах без изменения его генотипа. Однако, с другой стороны, тетраплоиды имеют более сложное расщепление, что затрудняет отбор требуемых генных комбинаций. Многие формы картофеля стерильны или имеют пониженную фертильность. Взаимодействие «генотип - клоновое поколение» осложняет отбор в ранних поколениях.

Большие перспективы связывают с переводом части селекционной работы с картофелем на диплоидный уровень, где намного проще комбинировать и аккумулировать гены ценных признаков, привлекать материал диких видов Solanum. Продемонстрированы широкие возможности этого подхода для селекции на гетерозис [Swiezynski et al., 1985; Peloquin et al, 1989]. Однако существующие схемы селекции не используют в полной мере преимущества отбора на диплоидном уровне, не учитывают факторы стерильности и пониженной фер-тильносги дигаплоидов, наличие у них гаметофитной самонесовместимости, недостаточного формирования фертильных нередуцированных гамет и др. С другой стороны, далеко не исчерпаны возможности совершенствования традиционных методов селекции на гетерозис, связанных, в частности, с выделением лучших родительских форм, их гибридизацией, отбором гетерозисных. гибридов в ранних поколениях. Решение проблемы повышения эффективности селекции картофеля видится в сочетании традиционных и новых генетических подходов.

Связь работы с крупными научными программами. Диссертационная работа выполнена в рамках научно-исследовательских программ и тем: «Генетический контроль онтогенетического развития и урожайности растений при гетерозисе» ( N госрегистрации 01.85.0004575), «Генетический контроль развития растений и метаболических процессов, обеспечивающих реализацию потенциальной продуктивности при гетерозисе» (N госрегистрации 01890015838), проектов Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь Б 15-333 «Генетическая концепция создания продуктивных экологически стабильных гибридов и популяций картофеля (N госрегистрации 1994444) и Б 94-124 «Отбор на диплоидном уровне у картофеля: генетические аспекты создания исходного материала» (N госрегистрации 19951040 ), договоров с БелНИИ картофелеводства «Разработка технологии получения дигаплоидов в культуре пыльников картофеля», с Гомельским облагропромом «Разработка технологии производства безвирусных клонов картофеля на безагаровых питательных средах», с Институтом микробиологии HAH Беларуси «Создание и поддержание генетической коллекции культур клеток сельскохозяйственных растений».

Цель и задачи исследования. Цель исследования - разработка концепции создания и отбора исходного материала в гетерозисной селекции картофеля на основе оптимального со-

четания генетических манипуляций на диплоидном и тетраплоидном уровне. Для ее решения были поставлены следующие задачи:

- Предложить новые генетические подходы к решению ключевых проблем гетерозисной селекции тетраплоидных сортов картофеля - выделения лучших родительских комбинаций среди больших коллекций исходного материала и повышения эффективности отбора гете-розисных гибридов в ранних поколениях.

- Разработать схему эксперимента, позволяющего разграничить эффекты «клонового поколения» и «среды» при испытании гибридов картофеля. Изучить в таком эксперименте особенности взаимодействия «генотип - клоновое поколение» и возможные причины его возникновения.

- Усовершенствовать методы гибридизации и микроклонального размножения сортов и форм картофеля.

- Исследовать возможность повышения андрогенетической способности сортов картофеля с помощью экспериментальных воздействий на растения доноры-пыльников.

- На основе анализа фертильности дигаплоидов картофеля и изучения наследования соответствующих признаков предложить пути повышения эффективности гибридизации дигаплоидов картофеля.

- Изучить особенности формирования нередуцированных гамет в связи с фертилыго-стью диплоидных популяций картофеля.

- Сформулировать генетические принципы, разработать схемы создания исходных диплоидных популяций и селекции картофеля на гетерозис, которые бы обеспечили максимальное использование преимуществ отбора на диплоидном уровне.

Научная новизна полученных результатов. В результате проведенных исследований предложены и научно обоснованы оригинальные генетические подходы к решению важных проблем гетерозисной селекции картофеля на тетраплоидном уровне: выделения лучших комбинаций среди больших коллекций исходного материала и отбора в ранних поколениях. Для решения первой из названных проблем последовательно используется оригинальная модификация поликросс-теста и многотестерный топкросс, в котором в качестве тестеров берутся лучшие по общей комбинационной способности (ОКС) материнские формы, выделившиеся в поликроссе. Это позволяет с высокой точностью и небольшими трудозатратами определить гибридные комбинации с оптимальным сочетанием ОКС обоих родителей и их специфической комбинационной способности (СКС).

С целью повышения эффективности селекции в ранних поколениях разработан метод массового отбора . Его применение обеспечивает возможность снижения неблагоприятных для селекции эффектов взаимодействия «генотип-кяоновое поколение» и взаимодействия «генотип-среда».

Впервые проведена оценка значимости фактора «клоновое поколение» у картофеля в эксперименте, позволяющем разграничить эффекты «клонового поколения» и «среды». Установлено существенное влияние взаимодействия «генотип - клоновое поколение» на вариацию признаков количество и масса клубней с растения при испытании гибридов. Полу-

чены доказательства, что одной из причин выявленного расхождения в оценках генотипов могут быть неодинаковые размеры семенных клубней при испытании первого клопового поколения.

Впервые проведен комплексный анализ уровня и характера наследования показателей фертильности и формирования 2п-гамет в популяции вторичных дигаплоидов картофеля. Полученные результаты позволили сделать заключение о необходимости специальной селекции, направленной на повышение фертильности исходного материала, а также введения и поддержания в генном пуле популяции определенных мейотических мутаций, связанных с формированием нередуцированных гамет.

Сформулированы генетические принципы создания исходных диплоидных популяций и разработана схема селекции картофеля на гетерозис, которая, в отличие от существующих схем, позволяет в максимальной степени использовать преимущества отбора на диплоидном уровне.

В результате изучения влияния ряда экспериментальных воздействий на растения- доноры пыльников установлены факторы, существенно повышающие андрогенетическую способность сортов картофеля: использование в качестве источника освещения ламп дуговых ртутных с иодидами металлов, прививка на томаты, опрыскивание бутонов в фазу мей-оза растворами б-бензиладенина или гиббереллина ( A.c. N 1554368).

Разработаны эффективные методы гибридизации картофеля ( A.c.N 1597125 и N 1621824), микроклонального размножения ценных генотипов (A.c. N 1792971), предложена структура производственного цикла с оптимальным сочетанием микроклонирования и получения микроклубней, выведены формулы для расчета объемов питомников при производстве микроклубней безвирусных клонов картофеля.

Практическая значимость полученных результатов. Несмотря на то, что работа в основном имеет фундаментальный характер, многие подходы, а также разработанные методы и технологии могут быть использованы в селекции и семеноводстве картофеля. Для выделения лучших комбинаций среди больших коллекций исходного материала целесообразно применять разработанную нами схему, предусматривающую комплексную селекционную оценку гибридов (а не только данные об их продуктивности).

«Повышение эффективности отбора в ранних поколениях» - селекционная технология, которая может быть использована после производственных испытаний и «доводки» отдельных ее частей, в частности, метода идентификации гибридов. Сформулированные в работе принципы «популяционного семеноводства» представляют интерес для исследователей, занимающихся вопросами повышения экологической стабильности картофеля.

Принципы создания исходных диплоидных популяций и схема селекции на диплоидном уровне у картофеля, результаты изучения генетики фертильности дигаплоидов, формирования у них нередуцированных гамет, ряд выделенных селекционно-ценных диплоидных форм (источники генов самосовместимости, мейотических мутаций и др.), богатая коллекция диплоидного и тетраплоидного картофеля - основа для развертывания селекционных

исследований с использованием отбора на диплоидном уровне. Это позволит на качественно новом методическом уровне создавать сорта картофеля, превосходящие существующие.

«Способ выращивания растений картофеля для получения гибридных семян» (A.c. N 1597125) в течение многих лет успешно используется в Институте генетики и цитологии HAH Беларуси. Определенные перспективы для получения особо ценных гибридных комбинаций в селекции картофеля может иметь и «Способ выращивания растений картофеля для гибридизации» (A.c. N 1621824).

Технология микроклонального размножения картофеля, в основе которой «Способ мик-роклонального размножения картофеля» (A.c. N 1792971), применяется в ИГиЦ HAH Беларуси с 1990 г. В это же время заказчику - Гомельскому облагропрому - были переданы «Методические рекомендации» с ее подробным описанием.

Полученный нами селекционный материал передан для изучения и использования в Белорусский НИИ картофелеводства ААН Республики Беларусь.

Экономическая значимость полученных результатов определяется возможностью повышения эффективности селекции и семеноводства картофеля в случае использования разработок, перечисленных в предыдущем пункте. Если повышение эффективности селекции можно прогнозировать в отдаленном будущем (селекция - длительный процесс), то применение предложенной технологии микроклонального размножения в семеноводстве может иметь значительный экономический эффект уже в ближайшее время.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

- Программа оценки комбинационной способности исходного материала картофеля и выделения лучших гибридных комбинаций среди больших коллекций, дающая возможность полнее учитывать эффекты ОКС и СКС родительских форм, снизить трудозатраты.

- Результаты изучения взаимодействия «генотип - клоновое поколение» и факторов его определяющих, полученные в эксперименте, позволяющем разграничить эффекты «кленового поколения» и «среды».

- Метод массового отбора в ранних поколениях, обеспечивающий снижение неблагоприятных для селекции картофеля эффектов взаимодействия «генотип - клоновое поколение» и взаимодействия «генотип - среда».

- Генетические принципы, схемы создания исходных диплоидных популяций и селекции картофеля на гетерозис, которые позволяют в максимальной степени использовать преимущества отбора на диплоидном уровне.

- Эффективная технология микроклонального размножения ценных генотипов картофеля, методы повышения результативности гибридизации.

Личный вклад соискателя. Основные теоретические разработки, содержащиеся в диссертации, выполнены лично соискателем. Экспериментальные данные получены совместно с сотрудниками руководимого автором коллектива: В.Е. Подлисских, Е.В. Воронковой, A.B. Савчук, Н.В. Калашниковой, И.О. Шуралевой, В.Л. Подлисских, Н.А.Анохиной. Компьютерное моделирование изменения показателей продуктивности гибридов в ходе массового отбора, а также программа изучения разнообразия S-аллелей дигаплоидов картофеля вы-

полнены Б.Ю. Аношенко. При анализе экспериментальных данных использовали программы для ЭВМ, разработанные С.Р. Мацем и пакет прикладных программ АБ-Стат (автор -Б.Ю. Аношенко). Всем им автор выражает искреннюю признательность и благодарность.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы доложены: на заседаниях Ученого совета Института генетики и цитологии АН Беларуси (ежегодно на протяжении 1984-1997гг), на конференции молодых ученых «Вклад молодых ученых Украины в интенсификацию сельскохозяйственного производства» (Харьков, 1986), V съезде ВОГиС (Москва, 1987), международной конференции «Биология культивируемых клеток и биотехнология» (Новосибирск, 1988), конференции молодых ученых и специалистов «Основные направления научно-технического прогресса в картофелеводстве, плодоводстве и овощеводстве (Самохваловичи,1989), VI съезде БелОГиС (Горки, 1992), VI съезде ВОГиС (Минск, 1992), республиканской конференции «Современные проблемы генетики и селекции» (Минск, 1995), научно-производственном совещании Института картофелеводства Украинской ААН (Немешаево, 1996), генетическом семинаре Всероссийского института растениеводства (Санкт-Петербург, 1997), V съезде БелОГиС (Горки, 1997), международном симпозиуме «Гетерозис сельскохозяйственных растений» (Москва, 1997), научно-производственном совещании НИИ картофельного хозяйства (Коренево, 1997).

Опубликованность результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в монографии, коллективной монографии , 17 статьях, 4 описаниях изобретений, 2 информационных изданиях и 12 тезисах докладов научных конференций, симпозиумов, съездов. Общее количество страниц опубликованных материалов - 315 .

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 317 стр. машинописного текста и состоит из введения, 10 глав, заключения, выводов, предложений, списка использованных источников, который включает 465 наименований, в том числе 311 иностранных, приложений. Материал представлен в 57 таблицах и 13 рисунках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРИГОД4 КАРТОФЕЛЯ КАК ОБЪЕКТА ГЕТЕРОЗИОТОЙ СЕЛЕКЦИИ

В представленном обзоре литературы рассматриваются особенности тетрасомного наследования, характерного для культурного картофеля, вопросы гетерозиса и инбридинга у автополиплоидов в связи с теорией тетрааллелизма, влияние уровня плоидности на проявление различных признаков. Подробно обсуждаются важнейшие проблемы отбора на диплоидном уровне у картофеля, в частности, способы получения дигаплоидов и ресинтеза тетраплоидов, генетические последствия изменения уровня плоидности у картофеля, преимущества отбора на диплоидном уровне по сравнению с традиционной селекцией.

ПРИНЦИПЫ ПОДБОРА РОДИТЕЛЬСКИХ ФОРМ КАРТОФЕЛЯ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ КОМБИНАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА

Эффективность гетерозисной селекции во многом зависит от того, насколько успешно подобраны родительские формы. Практика показала, что в решении этой проблемы наиболее перспективны подходы, основанные на оценке комбинационной способности исходного материала. Задача генетики - предложить селекционерам такие схемы, которые бы при минимальных трудозатратах позволяли в максимальной степени учитывать как общую (ОКС), так и специфическую (СКС) комбинационную способность родителей. Для существующих схем, применяемых в селекционно-генетических исследованиях по картофелю, характерна недооценка эффектов последней. Высокой остается и трудоемкость процедуры. Представленная в диссертации программа в значительной степени устраняет эти недостатки.

Программа включает последовательное выделение лучших по общей комбинационной способности материнских форм и опылителей из числа анализируемых генотипов (рис.1). На первом этапе эксперимента для оценки ОКС материнских форм используют оригинальную модификацию поликросс-теста. Взятые в анализ сорта опыляют смесью пыльцы как минимум 5-6 форм изучаемого набора генотипов. Причем в нее не должна входить пыльца опыляемого образца. Смесь составляют таким образом, чтобы доля пыльцы каждого из опылителей была обратно пропорциональна ее жизнеспособности (определенной, например, простым ацетокарминовым методом). Таким образом, генетическая база «тестера» достаточно широкая, она содержит генетический материал, который предполагается использовать для получения искомой гибридной комбинации, исключается возможное влияние на оценки ОКС инбредной депрессии.

На втором этапе анализа оценивается комбинационная способность изучаемых форм при использовании их в качестве опылителей. Для этого предлагается применять метод многотестерного топкросса (нерегулярная схема), в которой тестерами служат лучшие по комбинационной способности материнские формы, выделенные на первом этапе. Применение тестеров с высокой ОКС позволяет определить и непосредственно оценить наиболее продуктивные комбинации.

Из математической модели анализа комбинационной способности продуктивность комбинации Хй тем выше, чем больше сумма & + ^ + где gi и gJ - эффекты ОКС соответственно ¡-й и .¡-й родительских форм, - их константа СКС. Для лучших гибридных комбинаций эта сумма может, вероятнее всего, складываться следующим образом:

1) высокие положительные значения gi,

2) высокие положительные & и щ; - незначим (около нуля, или несколько выше);

3) высокие положительные g1 и Ба; щ,- положительная, но невысокая;

4) высокие положительные gj и положительная, но невысокая.

1 ЭТАП

1. Опыление л образцов смесью пыльцы фертильных опылителей (С ) N1 N2 Нэ Нл N5 . . . . Н» ..... Кп

Смесь пыльцы (С)

2. Испытание л поликроссов, выделение лучших по ОКС материнских форм

2 ЭТАП

1. Скрещивания выбранных к тестеров с сортами -опылителями (кп - к комбинаций).

N1 N2 Нз N4 N5 N.. .... Нп

N1 X

N4 X

N5 X

Н» X

2. Испытание кп - к топхроссов. Выделение лучших комбинаций. Определение КС опылителей* *

N4 хН1

Я4ХКЗ

№ХИ1

^н^

Н1ХЯ4

... ... ^Емс^г

Я«ХН4

Примечание * - смесь не содержит пыльцу опыляемого образца ;

* * - применяется метод расчета для нерегулярной матрицы с*рещивакня

Рис, 1. Программа выделения лучших родительских комбинаций среди больших коллекщгй исходного материала картофеля

Обсуждаемая программа после проведения двух этапов анализа представляет полную информацию о селекционной ценности гибридных комбинаций, относящихся к первым трем типам сочетаний ОКС и СКС родителей. В многотестерном топхроссе используют в качестве тестеров лучшие по ОКС (g,) материнские формы. Следовательно наиболее продуктивные комбинации 2-го этапа анализа должны иметь наибольшие суммы g, и s^. Данные об ОКС опылителей (g,) позволяют разделить эти комбинации на такие, у которых эта сумма высокая за счет высоких значений gJ5 и комбинации, оказавшиеся среди лучших благодаря большим константам СКС. Как правило, на этом анализ можно закончить и рассматривать комбинации четвертого типа (высокие значения g, и s,. при умеренном g,) в качестве резервных. По необходимости они могут быть получены и проанализированы.

Экспериментальная проверка эффективности программы показала следующее:

1. Использование для скрещиваний смеси пыльцы и простейших способов стимуляции цветения материнских форм позволяет без труда получить все необходимые для анализа поликроссные гибриды.

2. Предложенная модификация поликросс-теста обеспечивает высокую точность оценок ОКС материнских форм (Рис.2). Коэффициенты ранговой корреляции с показателями ОКС 7 сортов картофеля, определенными с помощью многотестерного топкросса (6 опылителей) были: по массе клубней с растения - 0.75, по количеству клубней с растения - 0.63, по средней массе клубня - 0.89 (Р<0.05), содержанию крахмала - 0.89 (Р<0.05). Аналогичные результаты были получены и по массе микроклубней с растения в культуре in vitro (0.89, Р<0.05).

юа

so

-100

3 Поликросс ПТестхросс

О Поликросс ПТесткросс

Рис. 2. Эффекты ОКС сортов картофеля по массе клубней с растения (а) и массе микроклубней (б), определенные двум« методами: полихросс теста и многотестерного топкросса. Сорта картофеля: 1 -Тайга, 2-Гранола, 3 - Добро, 4-Ласунак, 5- Ирис, 6-Омега, 7-Огонек.

3. Многолетние испытания гибридов полной диаллельной схемы 7x7 (прямые и обратные комбинации, без самоопыления) показали, что продуктивность лучших гибридных комби-

наций обусловлена в основном высокой ОКС обоих родителей (наибольшая сумма Гибриды с высокой СКС выделялись лишь в отдельные годы. В диссертации приведен пример реализации программы для 23 сортов картофеля. В этом опыте благодаря использованию широкого набора сортов отмечены среди лучших гибридные комбинации с высокой ОКС одного из родителей и высокой СКС, что подтверждает большую ценность комбинаций такого типа для гетерозисной селекции картофеля.

Описан способ проращивания незрелых семян картофеля, дающий возможность проводить испытания сеянцев уже в год гибридизации, что позволяет сократить процедуру оценки комбинационной способности материала на один год.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИБРИДИЗАЦИИ СЕЛЕКЦИОННЫХ ОБРАЗЦОВ КАРТОФЕЛЯ

Реализация любой программы гетерозисной селекции связана с проведением скрещиваний. Как известно, для картофеля - это весьма существенная проблема. В этой главе анализируются возможности повышения скрещиваемости сортов картофеля путем оптимизации условий выращивания растений, применения специальных приемов. Показано, что предотвращение клубнеобразования позволяет повысить интенсивность цветения практически любого сорта картофеля.

Посадка клубней в верхнюю часть гребня, выведение столонов из почвы, заполнение междурядий водой при недостатке осадков существенно повышают интенсивность цветения, завязываемость ягод при использовании фертильных опылителей. Способ (A.c. N 1597125) обеспечивает высокую эффективность гибридизации сортов картофеля в полевых условиях.

Выращивание растений в защищенном грунте с досветкой лампами дуговыми ртутными с иодидами металлов, например, ДРИ-2000-6, позволяет повысить количество пыльцы, дает возможность получить пыльцу у обычно не пылящих сортов картофеля (A.c. N 1621824).

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ «ГЕНОТИП - КЛОНОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ» В СЕЛЕКЦИИ КАРТОФЕЛЯ НА ГЕТЕРОЗИС

Использование явления гетерозиса в селекции в основном направлено на повышение продуктивности. В то же время показатели продуктивности растения - это, как правило, признаки с низкой наследуемостью. Различная технология и тип посадочного материала, применяемые при выращивании сеянцев первого года (F,S), первого (F,C,), второго (F,C3) и последующих клоновых поколений гибридов картофеля могут приводить к несовпадению селекционных оценок исходного материала на ранних этапах отбора.

Несмотря на наличие обширной литературы по этому вопросу, значимость фактора «клоновое поколение» при оценке генотипов картофеля точно не определена. Сравнение различных вегетативных поколений отдельных клонов проводилось по данным их испытания в разные годы, в разных средах, в экспериментах без повторностей [Maris, 1964, 1988; Tai, 1975; Логинов, 1980; Завирюха, 1985; Brown et. а!., 1987; Dorozhkin, Cadychegov, 1987;

Neele et al., 1989 и др.]. Разграничить же действие факторов «среда» и «¡слоновое поколение» можно по результатам испытания в одинаковых условиях среды одних и тех же генотипов в эксперименте с повторностями. Нами предложено два варианта решения этой задачи.

В первом случае проводилось сравнение показателей продуктивности клоновых поколений ряда поликроссных популяций картофеля. Во втором - было предложено использовать методы микроклонального размножения и сохранения in vitro набора генотипов картофеля.

При использовании выборки достаточно большого размера (70-100 растений) средние величины показателей продуктивности объективно отражают генетически детерминированные особенности конкретной гибридной комбинации. Они не зависят от набора входящих в гибридную популяцию генотипов. Благодаря этому, выращивая в течение нескольких лет из семян требуемое количество сеянцев изучаемых гибридных комбинаций, можно получить ряд последовательных клоновых поколений гибридов и провести их испытание в одинаковых условиях среды. При этом имеется возможность строить эксперимент в соответствии с требованиями методики полевого опыта (наличие повторностей, рендомизиро-ванное размещение вариантов опыта, анализ результатов многолетних испытаний).

В 1985-1988 гг. в двух пунктах проведено изучение семенного и двух первых клубневых поколений 11 поликроссных гибридных популяций. Установлено, что по большинству признаков продуктивности имеется корреляция между сеянцами 1-го года и клубневыми поколениями. Между первым и вторым клоновыми поколениями достоверная корреляция имеет место по количеству клубней с растения и по содержанию крахмала.

Трехфакторный дисперсионный анализ показал достоверное влияние факторов «генотип» и «пункт испытания» на вариацию всех изученных признаков. Влияние фактора «кло-новое поколение» доказано для признаков масса клубней с растения, количество клубней и содержание крахмала. Особо следует обратить внимание на достоверное влияние взаимодействия «генотип - клоновое поколение» на вариацию признаков масса клубней с растения и количество клубней, а также взаимодействия «генотип - клоновое поколение - пункт испытания» на количество клубней с растения. Наличие таких взаимодействий может изменять ранги исследуемых гибридных комбинаций в зависимости от клонового поколения и условий среды.

Двухфакторный дисперсионный анализ результатов испытаний по каждому пункту в отдельности показал, что взаимодействие «генотип - клоновое поколение» по массе клубней с растения было достоверным в условиях Экспериментальной базы ИГиЦ НАНБ (ЭБ ИГиЦ) и недостоверным в БелНИИ картофелеводства . Следовательно, взаимодействие «генотип - клоновое поколение» может быть в одних условиях среды и отсутствовать в других (Табл.1).

Таблица 1.

Дисперсионный анализ результатов одновременного испытания первого и второго клоновых поколений поликроссных гибридов картофеля (1987 г.)

Источник вариации Пункт1 F-критерий Фишера

Масса клубней с Кол-во клубней с Средняя масса Содержание

растения растения клубня крахмала

Клоновое по- 1 25.27 ** 68.18** 1.45 5.73 *

коление (А) 2 81.74** 212.14** 0.005 6.28*

Генотип (В) 1 2 1.74 2.61 * 2.77 ** 6.76 ** 4.81 ** 4.18 ** 4.37** 8.02 **

А хВ 1 1.24 2.02* 1.37 1.00

2 2.58* 2.17* 1.15 1.20

Примечание: 1 1 - опытное поле БелНИИК, 2 - Экспериментальная база ИГиЦ HAH Беларуси.

*Р<0.05, **Р<0.01.

Сравнение показателей продуктивности гибридных комбинаций картофеля позволило в корректном эксперименте показать наличие взаимодействия «генотип-клоповое поколение». Для выяснения причин его возникновения нами проведено изучение характера изменения признаков у разных клоновых поколений отдельных гибридов.

В качестве материала использовали 21 случайно выбранный межсортовой (Ирис х Огонек) гибрид. В марте 1990 г. семена прорастили in vitro. Полученные пробирочные растения прошли два цикла микроклонального размножения. В мае 1990 г. часть пробирочных растений каждого гибрида (по 5-7 шт.) была высажена в горшочки с торфом. Оставшиеся пробирочные растения сохраняли в культуре, раз в 2 месяца перенося черенки на свежую питательную среду. Описанную процедуру повторяли ежегодно. В результате, начиная с 1993 г., в полевых условиях (ЭБ ИГиЦ, г.Минск) одновременно испытывали первое, второе и третье (четвертое) клоновые поколения названных гибридов. В каждом из вариантов количество повторностей удовлетворяло требованиям методики полевого опыта.

Анализ корреляций между показателями продуктивности сеянцев первого года (пробирочные растения, высаженные в грунт, по биологии развития не отличаются от сеянцев, выращенных из семян) и клоновых поколений гибридов позволил придти к выводу, что по результатам оценки сеянцев можно с определенной вероятностью судить об уровне много-клубневоети генотипа. Однако проявление этого признака у клубневых поколений сильно варьирует в зависимости от условий среды.

Дисперсионный анализ результатов одновременного испытания первого и третьего клоновых поколений гибридов Ирис х Огонек показал весьма существенное влияние (около 20%) эффекта «клоновое поколение» и взаимодействия «генотип - клоновое поколение» (около 14%) по признакам количество и масса клубней с растения. В то же время показатели средняя масса клубня и количество товарных клубней от этого фактора не зависели, т.е. отдельные генотипы не меняли своих рангов в ходе вегетативного размножения. Выявлен-

ное взаимодействие «тенотип-клоновое поколение» очевидно обусловлено вариацией размеров посадочных клубней первого клубневого поколения.

В пользу этого предположения говорят, в частности, результаты анализа корреляций между размерами посадочных клубней и показателями продуктивности F,C, . Хотя в целом по опыту корреляция была сравнительно невысокая (г =0.18-0.52} , отдельные генотипы вполне определенно реагировали на изменение этого фактора: отмечены высокие положительные коэффициенты корреляции между массой посадочного клубня и количеством клубней с растения, средней массой клубня, количеством товарных клубней. Следовательно, при испытании первого клонового поколения такие формы могут иметь более высокие показатели продуктивности, чем у других гибридов, во многом благодаря тому, что были выращены из более крупных клубней. Размер же посадочного клубня F,C„ как видно из результатов дисперсионного анализа этого признака, - величина в значительной мере случайная.

В пользу предположения о том, что одной из причин расхождения оценок продуктивности первого и последующих клубневых поколений может быть вариация размеров посадочного клубня F,C,, свидетельствуют и данные дисперсионного анализа показателей продуктивности изучаемых гибридов в эксперименте, в котором посадочные клубни были разбиты в соответствии с их размерами на фракции. Оказалось, что ранги одних и тех же генотипов существенно различались в зависимости от фракции (взаимодействие «генотип-фракция»).

Исходя из полученных результатов, простейшим методическим приемом, который может уменьшить неблагоприятный для селекции эффект взаимодействия «генотип - клоновое поколение», является использование для посадки первого клубневого поколения клубней одинакового размера (равные стартовые возможности). Для более точной оценки генотипов необходимо испытать несколько растений каждого гибрида из клубней разных фракций.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТБОРА ГЕТЕРОЗИСНЫХ ГИБРИДОВ КАРТОФЕЛЯ В РАННИХ ПОКОЛЕНИЯХ

Оценка генотипа по фенотипу у картофеля осложнена тем, что помимо взаимодействия «генотип - среда» также имеет место и взаимодействие «генотип - клоновое поколение". Существующие методы отбора в ранних поколениях не позволяют в полной мере учесть оба эти фактора. Обычно рекомендуют использовать на этой стадии селекционного процесса браковку сеянцев с выраженными недостатками, а индивидуальный позитивный отбор начинать со второго-третьего клонового поколения [Tai, Young, 1984; Maris, 1988 и др.]. Однако это сопряжено со значительным увеличением трудоемкости процедуры и, следовательно, с уменьшением числа оцениваемых генотипов.

Для решения поставленной задачи нами были использованы следующие подходы. С целью снижения эффекта взаимодействия «генотип - клоновое поколение»:

1. Использование посадочных клубней одинакового размера при выращивании F,C[.

2. Увеличение количества повторностей в F,C,.

3. Начало индивидуального отбора с F,C4.

Для снижения эффекта взаимодействия «генотип - среда»:

1. Увеличение количества повторностей.

2. Учет результатов многолетних испытаний гибридов с первых этапов индивидуального отбора.

С целью реализации перечисленных подходов при минимальных трудозатратах предложено использовать в Р,С( - Т,С3 оригинальный метод массового отбора по признаку количество товарных клубней и новый способ оценки общей адаптивной способности генотипа.

Выращивание сеянцев первого года и отбор проводят по обычной технологии. Для последующего испытания оставляют по 2-3 клубня каждого сеянца. Клубни сортируют по размерам: колебания в пределах фракции не более 20%. В каждую фракцию включают по одному клубню от сеянца, а также по одному клубню соответствующего размера сортов-стандартов (от пробирочных растений). Клубни разных фракций высаживают отдельно. Густота посадки - общепринятая для выращивания товарного картофеля (или разреженная, если планируется выбраковка материала по болезням ботвы). Уборку проводят механизировано, объединяя урожай гибридов соответствующей группы (в зависимости от размера посадочного клубня). Покустная уборка и учет селекционных признаков отдельных образцов на этом этапе не применяются.

В ходе переборки собранного урожая оставляют на хранение только товарные клубни (70-100 г). Весной следующего года выбраковывают плохо хранящийся материал. Случайную выборку каждого варианта (фракции) высаживают и далее повторяют все селекционные мероприятия предыдущего года испытания. Аналогично поступают и на следующий год. Объем испытаний во все годы приблизительно постоянный. Размер выборки для каждого варианта пропорционален общему количеству клубней, сохранившихся к моменту посадки. Желательно использовать средний по плодородию агрофон, или даже слегка пониженный, чтобы избежать получения слишком большого количества крупных клубней, устранить возможный эффект межгенотипической конкуренции.

Включение в испытания нескольких клубней каждого сеянца снижает вероятность утраты ценных генотипов по случайным причинам. Распределение посадочных клубней по фракциям в соответствии с их размерами создает равные стартовые возможности. Объединение и перемешивание урожая всех растений популяции, проводимое в первые три года испытаний клубневых поколений, приводит к тому, что в популяции увеличивается доля генотипов, стабильно образующих в различных условиях среды наибольшее количество клубней. Проводимая одновременно выбраковка мелких, больных и с плохой формой, глубокими глазками клубней, уменьшает долю в популяции мелкоклубневых, неустойчивых к болезням гибридоз с неудовлетворительной формой клубней. Выбраковка слишком крупных клубней очевидно направлена против малоклубневых генотипов и форм с невыравненным гнездом (между количеством клубней с растения и средней массой клубня имеет место существенная отрицательная корреляция). Повторная переборка материала накануне посадки позволяет уменьшить долю плохо хранящихся гибридов. То есть, в течение трех лет реализуется программа массового отбора по признаку количество товарных клубней без при-

менения трудоемкой процедуры покустной оценки материала. Этот признак тесно коррелирует с продуктивностью растения и общей селекционной оценкой генотипа. В результате из анализа практически исключаются наименее ценные с селекционной точки зрения генотипы, а наиболее ценные, напротив, получают более точную, всестороннюю оценку.

Индивидуальный позитивный отбор среди гибридов модифицированной описанным способом популяции начинают с четвертого клонового поколения, используя общепринятую методику (однокустные делянки, разреженная посадка). Среди выделенных форм могут оказаться несколько растений одних и тех же генотипов, а также, очевидно, сортов-стандартов. Идентификация клонов, т.е. отнесение образца к определенному гибриду или сорту-стандарту, позволяет определить их доли среди отобранных форм. Идентификацию клонов можно проводить с помощью молекулярных маркеров, по комплексу апробацион-ных признаков.

Таким образом, отбор гибридов на этом этапе осуществляется по двум критериям: общей селекционной оценке в год испытаний и их доле среди отобранных форм. Последняя практически является мерилом общей адаптивной способности генотипа (средней продуктивности по результатам предыдущих лет испытания). Использование этого показателя позволяет устранить существенный недостаток традиционной селекции, в которой многолетнюю оценку селекционной ценности получают только генотипы, преодолевшие порог отбора на всех его этапах, включая и тех, где достижение высокой точности оценок невозможно.

Для экспериментальной проверки эффективности предложенного способа использовали модельную популяцию (СС-популяцию), образованную путем объединения равного количества клубней десяти сортов. Массовый отбор по признаку количество товарных клубней проводили в 1986-1989 гг. В 1990-1993 гг. осуществляли сравнительное испытание полученной популяции, исходных сортов и их смеси ( без отбора). В 1991-1993 гг. использовали два срока посадки. Идентификацию сортов в СС-популяции проводили с помощью кластерного анализа 25 апробационных признаков растений картофеля.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что предложенный метод массового отбора позволяет получить продуктивную, экологически стабильную популяцию. СС-популяция достоверно превосходила по массе клубней с растения пять из десяти исходных сортов, а также их смесь. Идентификация образцов популяции показала преобладание в ней трех лучших по результатам испытаний сортов. Доля худших (с общей адаптивной способностью ниже нуля) составила в 1992 г. - 20%, а после неблагоприятного 1992 г. (при идентификации в 1993 г.) - лишь 5%. Четыре таких сорта в анализируемой выборке вообще не были выявлены (Рис. 3).

Результаты компьютерного моделирования массового отбора подтвердили вывод о селективном преимуществе наиболее продуктивных генотипов с гармоничным сочетанием количества и средней массы клубня.

Предложенный способ массового отбора по признаку количество товарных клубней может быть положен в основу т.н. «популяционного семеноводства». Сортосмеси (или гибридные популяции, для стран с неразвитой системой семеноводства картофеля), получен-

ные путем объединения близких по фенотипу форм с разными типами устойчивости к неблагоприятным факторам среды , прошедшие несколько циклов массового отбора, имеют повышенную экологическую стабильность при относительно высокой урожайности.

50 40 30 20 10 о

1 23458789 10

□ 1992 г а1993г

Рис. 3. Доли отдельных сортов в СС-попултоии после трех циклов массового отбора: 1-Адретта, 2-1.71.17/6, З-Гранола, 4-Орленок, 5-Огонек, 6-Темп, 7-Зорька, 8-Лошицкий, 9-Пригожий, 10-Тайга. Сорта расположены в порядке убывания их общей адаптивной способности.

В проведенном эксперименте не доказана значимость межгенотипической конкуренции. Следовательно, этот фактор не должен искажать результаты массового отбора при использовании густоты посадки, принятой для выращивания товарного картофеля. Отсутствие взаимодействия «генотип- разреженная посадка» свидетельствует о незначительном влиянии этого фактора на ранги генотипов на первом этапе индивидуального отбора. Разреженная посадка может также быть использована в варианте массового отбора с жесткой браковкой сеянцев по болезням ботвы.

ПОВЫШЕНИЕ АНДРОГЕНЕТИЧЕСКОЙ СПОСОБНОСТИ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ

В связи с отбором на диплоидном уровне у картофеля определенный научный интерес имеют результаты изучения возможности повышения андрогенетической способности генотипа путем экспериментальных воздействий на растения-доноры пыльников. В литературе по культуре клеток и тканей растений этому аспекту проблемы не уделяется достаточно внимания.

Проведенные исследования показали, что изменение условий выращивания растений-доноров пыльников, экспериментальные воздействия на определенных стадиях морфогенеза могут существенно влиять на андрогенетическую способность сортов картофеля. В частности, воздействие коротким днем на растения приводит к сдвигу полового баланса в женскую сторону, повышению концентрации эмбриогенных и абортивных пыльцевых зерен. Однако происходящее при этом снижение пыльцевой продуктивности, вероятно, является одной из причин более низкого, чем в контроле, выхода каллюса в культуре пыльников.

гт

<1 1 ?г я

м.

Холодовая обработка растений картофеля сопровождается повышением пыльцевой продуктивности и увеличением концентрации морфогенных Р-зерен.

В качестве эффективного приема повышения выхода каллюса в культуре пыльников можно рассматривать прививку картофеля на томаты. Ее применение особенно оправдано для форм с низкой андрогенетнческой способностью, слабым цветением. Эффективность прививки с точки зрения повышения андрогенетнческой способности зависит от генотипа подвоя, его физиологического состояния.

Установлено, что выращивание растений картофеля в условиях искусственного климата с использованием в качестве источника освещения ламп дуговых ртутных высокого давления с иодидами металлов, например, ДРИ-2000-6, обеспечивает существенное повышение андрогенетической способности практически любого генотипа по сравнению с вариантом выращивания растений при естественном освещении. При этом наблюдается значительное увеличение концентрации Р-зереи и количества пыльцы. Эффект подсветки растений-доноров пыльников лампами ДРИ-2000-6 можно усилить путем обработки бутонов в фазу мейоза водным раствором 6-бензиладенина или гибберелдина, с помощью прививки картофеля на томаты.

ГЕНЕТИКА ФЕРТИЛЬНОСТИ ДИГАПЛОИДОВ КАРТОФЕЛЯ В СВЯЗИ С ОТБОРОМ НА ДИПЛОИДНОМ УРОВНЕ

Осуществление селекции, направленной на комбинацию и аккумуляцию ценных генов на диплоидном уровне, связано с проведением масштабных генетических манипуляций с полученным исходным материалом, включающих гибридизацию, самоопыление, беккрос-сирование. Однако в научной литературе практически нет сведений о фертильности вторичных дигаплоидов картофеля, что затрудняет объективную оценку их скрещиваемости как фактора, который может существенно лимитировать реализацию селекционных программ с использованием отбора на диплоидном уровне.

С целью изучения этого вопроса использовали большую коллекцию (более 250 образцов) дигаплоидов S.tuberosum L., гибридов между дигаплоидами и некоторыми клубнеобра-зующими диплоидными видами картофеля (вторичные дигаплоиды), любезно предоставленную нам С.Й.Лиореком (Институт картофелеводства Украинской ААН, Киевская обл.).

Комплексная оценка фертильности образцов коллекции показала, что скрещиваемость дигаплоидов в основном лимитирована низким уровнем мужской фертильности. Около 10% изученных форм не образовывали пыльцу, а 35% образовывали ее менее 0.5 мг/цветок, 65% дигаплоидов имели низкий уровень функциональной мужской фертильности (ФМФ) (менее 5% проросших in vitro пыльцевых зерен), а у 5% пылящих образцов пыльца была полностью стерильна.

Интенсивность цветения и количество пыльцы у гибридного потомства фертильных дигаплоидов картофеля сохраняются в целом на достаточно высоком уровне. В то же время функциональная фертильность пыльцы у более, чем половины (58.6 %) гибридов была ниже

приемлемого для гибридизации порога (5%). Потомство изученных мужски стерильных форм было практически стерильным, что свидетельствует о присутствии у них доминантных генов, приводящих к ЦМС.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что основным лимитирующим фактором для отбора на диплоидном уровне является низкая функциональная фертильность пыльцы дигаплоидов. Следовательно, его эффективное использование невозможно без предварительной селекции, направленной на повышение фертильности исходного диплоидного материала. Частота доминантных генов, приводящих к ЦМС, в изученной популяции вторичных дигаплоидов в целом невысокая. Проведение негативного отбора по генам ЦМС очевидно позволит практически исключить выщепление стерильных генотипов.

Пониженная мужская фертильность дигаплоидов по-видимому обусловлена наличием у картофеля значительного «генетического груза». Поэтому в основе предварительной селекции на фертильность должно быть применение инбридинга. Однако характерная для диплоидного картофеля гаметофнтная самонесовместимость может существенно затруднять проведение такой селекции. Анализ состава S-аллелей (генов, определяющих гаметофит-ную самонесовместимость) с помощью разработанной в нашей лаборатории компьютерной программы подтвердил имеющиеся в литературе сведения о небольшом аллельном разнообразии S-генов.

В связи с чем реализация селекционных программ, включающих самоопыление и близкородственные скрещивания, очевидно предполагает введение в генетический пул исходного диплоидного материала генов самосовместимости. Нам удалось выделить несколько самосовместимых форм и изучить характер наследования этого признака в F, и I,. Полученные результаты указывают на моногенную детерминацию выявленной самосовместимости.

Улучшение фертильности исходного материала в целом направлено на повышение эффективности скрещиваний дигаплоидов картофеля. При этом важно знать, в какой мере можно прогнозировать результаты гибридизации фертильных родителей. Предложено использовать показатель общей скрещиваемости (ОС) в качестве критерия, характеризующего способность генотипа обеспечивать определенные результаты гибридизации в скрещиваниях с рядом форм, а специфическую скрещиваемость (СС) - в качестве показателя, отражающего отклонение результатов гибридизации двух генотипов от ожидаемого в соответствии с оценками их ОС.

Анализ общей и специфической скрещиваемости ряда фертильных дигаплоидов картофеля показал, что результаты гибридизации (завязываемость ягод, количество семян в ягоде, количество семян на опыленный цветок) в основном определяются ОС родителей. При этом они приблизительно в равной степени зависят как от ОС материнских форм, так и опылителей. Варианса СС (эффект «предпочтения») была незначимой. ОС опылителей тесно коррелирует с показателем функциональной мужской фертильности, определенной с помощью проращивания пыльцы in vitro. Следовательно, использование генотипов с высокой функциональной фертильностью пыльцы и материнских форм с высокой общей скре-

щиваемостью в большинстве случаев обеспечивает возможность получения гибридных семян (Табл. 2).

Таблица 2

Коэффициенты корреляции между результатами гибридизации и показателями общей скрещиваемости (ОС) родительских форм

Результаты гибридизации ОС материнских форм ОС опылителей Сумма ОС материнских форм и опылителей

Завязываемость ягод 0.521 * 0.505 * 0.828 *

Количество семян на ягоду 0.454 * 0.745 * 0.855 *

Количество семян на опы- 0.539 * 0.635 * 0.813 *

ленный цветок

*Р<0.01

ФОРМИРОВАНИЕ ФЕРТИЛЬНЫХ НЕРЕДУЦИРОВАННЫХ ГАМЕТ ДИГАПЛОИДАМИ КАРТОФЕЛЯ

Считается, что частота генотипов, формирующих нередуцированные гаметы, среди ди-гаплоидов и диплоидных видов картофеля достаточно велика для успешного использования мейотической полиплоидизации при переводе перспективного исходного диплоидного материала на теграплоидный уровень [С)шш е! а!., 1974; 1\уапа§а, Ре^шп, 1980; Сатас1го, Ре^шп, 1989; Загкку е1 а1.,1990]. В тех случаях, когда задача селекции ограничивается переносом ценных генов от диких видов культурным сортам, можно использовать гибриды Р, между дигаплоидами и дикими видами, формирующими нередуцированные гаметы. Их потомство обычно высокофертильно, среди него удается выделить дипландроиды или дипло-гиноиды. Однако, если ориентироваться на диплоидную селекцию в широком понимании этого термина, т.е. селекцию, которая предполагает проведение многократной гибридизации исходного диплоидного материала, то рассчитывать на столь же высокий уровень фер-тильности последующих поколений вторичных дигаплоидов, как показано выше, не приходится. В связи с чем неясно, будет ли достаточной для целенаправленной селекции вероятность сочетания в одном генотипе способности формировать нередуцированные гаметы и мужской фертильности.

По нашим данным, частота клонов, формирующих нередуцированную пыльцу в коллекции дигаплоидов картофеля (128 образцов, тот же материал, что и в предыдущей главе), была достаточно велика - 28.9%. Выделены дигаплоиды, формирующие относительно большое количество жизнеспособной нередуцированной пыльцы (2-37%). Проявление этого признака было относительно стабильным в различных условиях среды. Однако фертиль-ность пыльцы продуцентов 2п-гамет в большинстве случаев была низкой; из 14 выделенных форм с уровнем 2п-пыльцы выше 5% только один образец обладал удовлетворительной ФМФ. То есть частота генотипов с приемлемым уровнем фертильной нередуцированной пыльцы составляла лишь 0.8% от числа проанализированных дигаплоидов.

Обнаружена высокая положительная корреляция между показателями скрещиваемости опылителей-продуцентов 2п-пыльцы на диплоидном и тетраплоидном уровнях. Следовательно, функциональная фертильность пыльцы по-видимому не зависит от ее плоидности. Повышение уровня фертильности диплоидной популяции одновременно должно повысить частоту фертильных продуцентов 2п-пыльцы, пригодных для использования в селекционных программах.

Частота встречаемости среди вторичных дигаплоидов коллекции клонов, формирующих 2п-яйцеклетки, составляет около 25%. Уровень проявления этого признака, однако, в целом недостаточен для их использования в селекционно-генетических исследованиях. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости создания эффективных доноров мейоти-ческих мутаций, которые следует включать в гибридизацию в качестве обязательного компонента при формировании исходных диплоидных популяций. Проведению отбора на диплоидном уровне должна предшествовать селекция, направленная на повышение фертильности диплоидного материала.

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ СЕЛЕКЩМ КАРТОФЕЛЩОБЕСТТЕЧ1теАЮЩЕЙЛ1АКСИЛ1АЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕИМУЩЕСТВ ОТБОРА НА ДИПЛОИДНОМ УРОВНЕ

На основании анализа литературы и результатов собственных исследований (гл. 7 и 8 диссертации) сформулированы генетические принципы создания исходного материала и селекции картофеля на гетерозис с применением отбора на диплоидном уровне. Они включают:

1. Эффективное использование генофонда диких, полукультурных и культурных диплоидных видов картофеля.

2. Оптимальное сочетание селекции на гетерозис и селекции, направленной на комбинацию и аккумуляцию ценных генов у исходных диплоидных форм.

3. Учет возможных расхождений селекционных оценок диплоидных родителей и их тетраплоидного потомства (оценка по 4х-потомству). Обеспечение селекционной оценки всего полученного исходного диплоидного материала (использование различных методов полиплоидизации).

4. Получение тетраплоидных гибридов, не требующих последующей селекционной доработки, так как это может привести к разрушению созданных комбинаций ценных генов.

5. Эффективные, наименее трудоемкие способы выделения лучших гибридных комбинаций диплоидного и тетраплоидного родителей, учитывающие их общую и специфическую комбинационную способность.

6. Возможность дальнейшего совершенствования полученных гибридных комбинаций путем целенаправленной генетической модификации диплоидных родителей.

7. Комплекс мер, направленных на решение проблем стерильности и пониженной фертильности, самонесовместимости вторичных дигаплоидов, введения и поддержания в популяциях вторичных дигаплоидов на оптимальном уровне частоты разных мейотических мутаций, обеспечивающих возможность перехода на тетраплоидный уровень.

В соответствии с этими принципами была разработана схема селекции картофеля на гетерозис. Учитывая недостаточную селекционную проработку современного диплоидного исходного материала картофеля, за основу взята схема с односторонней полиплоидизацией. Она включает следующие этапы:

1. Предварительную селекцию, целью которой является повышение общей скрещиваемости исходного диплоидного материала, создание эффективных доноров мейотических мутаций, формирование гибридных популяций.

2. Комбинацию и аккумуляцию ценных генов у исходного диплоидного материала.

3. Выделение лучших гибридных комбинаций диплоидного и тетраплоидного родителей. Рекуррентный отбор на комбинационную способность.

В ходе предварительной селекции подбирают диплоидные виды картофеля - доноры ценных признаков, осуществляют у них негативный отбор по доминантным генам, приводящим к ЦМС при гибридизации с дигапловдами, а также, по возможности, отбор против нежелательных «дикарских» признаков. Помимо наличия ценных генов и отсутствия нежелательных, такой исходный материал должен давать гибриды, обладающие способностью к клубнеобразованию [Jansky et al., 1990].

Программа предварительной селекции дигаплоидов очевидно должна начинаться с гибридизации перспективных форм и доноров генов самосовместимости. Далее проводится отбор, направленный на «освобождение» от «генетического груза» с помощью регулярного использования инбридинга. При этом также проводят улучшение показателей продуктивности, устойчивости к болезням и вредителям, культурного типа куста и т.п.

Доноры мейотических мутаций создают на основе дигаплоидов и диких видов, прошедших предварительную селекцию. Задача состоит в том, чтобы получить ряд генотипов разного происхождения, способных передавать потомству высокий уровень FDR 2п-пыльцы (например, благодаря наличию мутации fs - «слияние веретен») и SDR 2п-яйцеклеток (благодаря натичию мутации os - «отсутствие второго деления мейоза»).

В основу схемы создания исходной диплоидной популяции нами положен принцип «колонн» [Hermsen, 1984,1987]. Доноры селекционно-ценных признаков (дигаплоиды и дикие виды, прошедшие предварительную селекцию), равномерно распределяют в соответствии с происхождением на 4 «колонны». В две «колонны» включают дигаплоиды с мутацией «fs», а в две другие - с мутацией «os». Дигаплоиды и дикие виды перекрещивают между собой.

В пределах каждой «колонны» проводят селекцию, направленную на комбинацию и аккумуляцию генов желаемых признаков. По завершении комбинативной селекции генетический пул «колонн» объединяют. Для этого перекрещивают лучшие формы «fs-колонн». Аналогично поступают с «аз-колоннами». Затем перекрещивают между собой и гибриды этих двух полученных групп. В результате достигается максимально возможный уровень гетерозиготности материала ( своего рода двойные гибриды) с достаточным количеством гомозигот по «os» и «fs» генам. Таким образом удается совместить селекцию на гетерозис с комбинацией и аккумуляцией ценных генов: описанная процедура позволяет проводить

комбинативную селекцию, сохраняя при этом высокий уровень гетерозиготности исходного материала.

Возможен вариант только с двумя «колоннами»: одна с «fs» мутацией, другая - с «os». При этом двукратные скрещивания на заключительном этапе предварительной селекции с целью перевода соответствующих мутаций в гомозиготное состояние будут сопровождаться и некоторым снижением уровня гетерозиготности материала.

Для выделения лучших гибридных комбинаций диплоидного и тетраплоидного родителей используют принципы, обоснованные в гл.2 диссертации. Вначале проводят оценку ОКС тетраплоидных родителей: ряд сортов картофеля опыляют смесью пыльцы дигаплои-дов, формирующих 2п пыльцу, и фертильных тетраплоидов, полученных путем митотиче-ского удвоения хромосом дигаплоидов, не формирующих 2п пыльцу. В ходе испытания полученных поликроссов по обычным селекционным критериям выделяют лучшие по ОКС материнские формы (рис. 4).

Далее осуществляют оценку комбинационной способности дигаплоидов. Используют метод топкросса. В качестве тестера выступает тетраплоидная форма, выделившаяся на первом этапе. Считается, что лучшие тестеры в топкроссах должны удовлетворять следующим требованиям: во-первых, быть неродственными испытуемому материалу, во-вторых, иметь наименьшую частоту благоприятных атлелей, чтобы лучше дифференцировать анализируемые образцы ( см. Ortiz et al. 1988). В настоящей схеме используется тестер с высокой ОКС, поскольку конечная цель наших исследований не просто оценка ОКС диплоидных родителей, а определение комбинаций с оптимальным сочетанием ОКС обоих родителей и СКС. В этом случае задача сводится к отысканию 2х родителей, имеющих наиболее высокую сумму ОКС и СКС в сочетании с конкретной 4х формой. Как показали наши исследования на тетраплоидном картофеле, использование тестеров с высокой ОКС позволяет достаточно четко дифференцировать испытуемый материал (гл. 2 диссертации). Если позволяют условия, возможно вовлечение в селекцию более одного из числа лучших по ОКС тетраплоидных родителей.

Среди исходного диплоидного материала могут быть следующие образцы: 1) мужски фертильные дигаплоиды, формирующие 2п-пыльцу; 2) дигаплоиды, формирующие 2п-яйцеклетки; 3) дигаплоиды, не формирующие ни 2п-пыльцу, ни 2п-яйцеклетки.

Топкроссы получают с учетом перечисленных особенностей диплоидных родителей. Образцы, формирующие 2п гаметы (1 и 2 группы), непосредственно скрещивают с тетрап-лоидным тестером, используя, соответственно, в качестве опылителя, либо материнской формы. У образцов, не образующих нередуцированные гаметы (3 группа), предварительно производят митотическое удвоение хромосом (очевидно с помощью культуры тканей). Поскольку весьма вероятна низкая мужская фертильность части полученных тетраплоидов, их скрещивают с 4х-тестером, используя в качестве материнской формы. Остальные тетрап-лоиды, полученные из дигаплоидов третьей группы, выступают в качестве опылителей.

1)

2)

3)

Выделение лучших по ОКС 4х-родителей Получение поликроссов

Смесь 2п пыльцы (М)

х

А В С Ю . . N

Испытание поликроссов

1.1

2.1

Оценка КС диплоидов

Получение топкроссов 1.2 1.3 1.4 1.5 2п-пыльца х

С (4х тестер)

2.2 2.3 2.4 2п-яйцеклетки х

С (4х тестер)

2.5

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 ...

митотическое удвоение хромосом 3.1' 3.2' З.З1 3.4' 3.5' . . . х

С (4х тестер) Испытание топкроссов

ММЙЙ ГШПМЖ МИ АА1А'"н А ¿¿•"АА

2х с/ 4х 9

2х

сГ

4х 9 2х 9

4х С? 2х

4х

4х ^

С 3*4'

Перекрест лучших по КС 2х~родителей

1.3 1.5 ... 2.1 2.8 3.4

1.3 X

1.5 X

2Л X

2.8 X

з!4 X

и т.д.

Рис. 4. Определение лучших гибридных комбинаций диплоидного и тетраплоидного родителей. Рекуррентный отбор.

По результатам испытания трех групп топкроссов (в зависимости от способа получения) определяют лучшие по комбинационной способности диплоидные родители в рамках каждой из групп. Лучшие топкроссные комбинации воспроизводят в масштабах, необходимых для проведения традиционного селекционного процесса.

Схема предусматривает возможность повышения комбинационной способности диплоидных родителей. На этом этапе селекции в качестве исходного материала используют лучший по ОКС тетраплоидный родитель (или несколько таких форм), и выделившиеся по результатам испытания топкроссов диплоидные образцы. Для повышения комбинационной способности диплоидных родителей проводят программу рекуррентного отбора. Перекрещивают лучшие по комбинационной способности диплоидные родители, получают и испытывают топкроссы с тетраплоидной формой (или формами). Далее цикл повторяется (рис. 4). При этом помимо повышения продуктивности гибридов очевидно возможно и получение новых комбинаций ценных генов, повышение величины полигенных признаков устойчивости к болезням и вредителям.

В диссертации рассматривается также вариант селекции на гетерозис с двусторонней полиплоидизацией.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МИКРОКЛОНАЛЬНОГО РАЗМНОЖЕНИЯ ЦЕННЫХ ГЕНОТИПОВ КАРТОФЕЛЯ

Достигнутая в результате селекции высокая продуктивность гибридов может быть реализована на практике только в случае использования эффективной системы семеноводства. Одно из важнейших ее звеньев - микроклональное размножение здоровых растений сорта -является дорогостоящей и трудоемкой процедурой. Представленная в диссертации технология позволяет существенно повысить ее эффективность.

Предложено последовательно использовать в годовом цикле производство микроклубней и микроклонирование ценных генотипов картофеля, что дает возможность более равномерно распределить загрузку оборудования и технического персонала по сравнению с применением только одного из этих методов размножения картофеля. Разработаны структура питомников для производства микроклубней и формулы расчета их оптимальных размеров.

Ключевой элемент технологии - использование ваты гигроскопической в качестве субстрата для микроклонального размножения картофеля (A.c. N 1792971), что обеспечивает экономию материальных и энергоресурсов, повышение производительности труда (около 40%), лучшую приживаемость растений после высадки в грунт по сравнению с известными способами микроклонирования картофеля на агаровых питательных средах. При использовании ватного субстрата имеется возможность замены питательной среды без извлечения растений из пробирок. Это создает благоприятные условия для индукции микроклубней, так как позволяет выращивать растения на питательных средах, оптимальных для определенного этапа их развития.

ВЫВОДЫ

1. Последовательное использование оригинальной модификации поликросс-теста и многотестерного топкросса, в котором в качестве тестеров берутся лучшие по ОКС материнские формы, выделившиеся в поликроссе, позволяет с высокой точностью и наименьшими трудозатратами определить гибридные комбинации с оптимальным сочетанием ОКС обоих родителей и их СКС [Ермишин и др., 1990; Ярмшын, Падтетах, 1990; Ермишин, Подлисских, 1991; Ермишин, 1998].

2. Получены доказательства существенного влияния взаимодействия «генотип - клоно-вое поколение» на вариацию количества и массы клубней с растения в эксперименте, позволяющем разграничить эффекты «клошвого поколения» и «среды». Показано, что одной из причин выявленного расхождения в оценках генотипов могут быть неодинаковые размеры клубней первого клонового поколения. Установлено, что взаимодействие «генотип-клоновое поколение» по показателям продуктивности гибридных популяций может иметь место в одних условиях среды и отсутствовать в других [Ермишин и др., 1991; Ермишин, 1998].

3. Разработан метод массового отбора а ранних поколениях у картофеля, который позволяет уменьшить неблагоприятные для селекции эффекты взаимодействия «генотип -клоновое поколение» и взаимодействия «генотип - среда» [УепшвЫп, 1996; Ермишин, 1998].

4. Эффективное использование отбора на диплоидном уровне невозможно без предварительной селекции, направленной на повышение фертильности исходного диплоидного материала картофеля. Низкая мужская фертильность, а также, отчасти, ЦМС, являются основными лимитирующими факторами в диплоидной селекции картофеля [Падлюых 1 шш., 1995а; Савчук, Ермишин, 1997; Ермишин, 1998; Ермишин, Воронкова, 1998].

5. Для успешного применения мейотической полиплоидизации в селекции картофеля необходимо получение и использование в создании исходного материала эффективных доноров соответствующих мутаций. Несмотря на относительно высокую частоту генотипов с 2п-гаметами в популяциях вторичных дигаплоидов картофеля, уровень проявления признака явно недостаточен для селекции. Выделены лишь единичные образцы, сочетающие приемлемый уровень мужской фертильности и формирования 2п-гамет [Падлкмх 1 шш., 19956; Ермишин, 1998].

6. Анализ общей (ОС) и специфической (СС) скрещиваемости ряда фертильных дигаплоидов показал, что результаты их гибридизации в основном определяются ОС родителей. При этом они приблизительно в равной степени зависят как от ОС материнских форм, так и опылителей. Варианса специфической скрещиваемости (эффект «предпочтения») была незначимой. Общая скрещиваемость опылителей тесно коррелирует с показателем функциональной мужской фертильности [Ермишин и др., 1997; Ермишин, 1998].

7. Сформулированы генетические принципы создания исходных диплоидных популяций и разработана схема селекции картофеля на гетерозис, которая позволяет в максималь-

ной степени использовать преимущества отбора на диплоидном уровне [Ермишин, 1997а; Ермишин, 19976; Ермишин, 1998].

8. Установлено, что выращивание растений картофеля в условиях искусственного климата с использованием в качестве источника освещения ламп дуговых ртутных высокого давления с иодидами металлов обеспечивает существенное повышение андрогенетической способности практически любого генотипа по сравнению с вариантом выращивания растений на естественном свету. При этом наблюдается значительное увеличение концентрации морфогенных пыльцевых зерен и количества пыльцырЗгпшЫп, 1988; Ермишин, Воронкова, 1989; Ермишин, 1998].

9. Разработаны методы гибридизации сортов картофеля, позволяющие повысить интенсивность цветения и завязываемость ягод в полевых условиях (A.c. N 1597125); повысить количество пыльцы у пылящих сортов, получить пыльцу у некоторых, обычно мужски стерильных сортов картофеля (A.c. N 1621824) [Ермишин, Подлисских, 1990; Ермишин, Под-лисских, 19916; Ярмшшн, Падшсых, 1995].

10. Создана эффективная технология микрохлонального размножения картофеля, которая включает оригинальные структуру производственного цикла и формулы расчета оптимальных размеров питомников, «Способ микроклонального размножения картофеля» (A.c. N 1792971), обеспечивающий экономию материальных и энергоресурсов, повышение производительности труда, лучшую приживаемость растений после высадки в грунт по сравнению с известными способами [Ермишин и др., 1993; Ермишин, 1994]

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Для выделения лучших комбинаций среди больших коллекций исходного материала целесообразно применять представленную в диссертации схему (гл.2), используя комплексную селекционную оценку гибридов.

2. Предлагается селекционная технология, направленная на повышение эффективности отбора в ранних поколениях, которая может быть использована после производственных испытаний и «доводки» отдельных ее частей, в частности, метода идентификации генотипов. Возможно применение упрощенных вариантов технологии, например без введения в гибридную популяцию сортов-стандартов и определения долей отдельных генотипов среди отобранных гибридов, с сокращенным периодом использования массового отбора (1-2 года).

3. Сформулированные в работе принципы «популяционного семеноводства» представляют интерес для повышения экологической стабильности картофеля.

4. Принципы создания исходных диплоидных популяций и схема селекции на гетерозис у картофеля, ряд выделенных ценных диплоидных форм (источники генов самосовместимости, мейотических мутаций и др.), богатая коллекция диплоидного и тетраплоидного картофеля - основа для развертывания селекционных исследований с использованием отбора на диплоидном уровне.

5. Предлагаются «Способ выращивания растений картофеля для получения гибридных семян» (А.с. N 1597125), «Способ выращивания растений картофеля для гибридизации» ( А.с. N 1621824) для повышения эффективности гибридизации картофеля.

6. Предлагается для широкого практического использования эффективная технология микроклонального размножения картофеля, в основе которой «Способ микроклонального размножения картофеля» (А.с. N 1792971).

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии:

1. Ермишин А.П. Генетические основы селекции картофеля на гетерозис. Минск: Технология, - 1998. - 183 с.

2. Ермишин А.П., Подлисских В.Е. Модификация метода поликросса для оценки комбинационной способности сортов картофеля// Селекция растений: новые генетические подходы и решения: монография/ Коллектив авторов; Под ред. Н.Н. Балашовой,- Кишинев: Штиинца,- 1991. - С. 56-70.

Статьи:

1. Yermishin А.Р., Khotyljova L.Y. Development of technology for dihaploid production in potato anther culture.- Choise of study direction// Genet. Manip. in Plants.- 1989.- Vol.5, N 1,-P.47-52.

2. Yermishin A.P., Khotyljova L.V., Voronkova E.V. Development of technology for dihaploid production in potato anther culture.II. Treatment of flower buds with physiologically active chemicals// Genet. Manip. in Plants.- 1989.- Vol.5, N 1.- P. 57-62.

3. Ермишин А.П., Подлисских B.E., Хотылева Л.В. Эффективность оценки комбинационной способности сортов картофеля с помощью поликросс-теста// Докл. АН БССР. - 1990,Т. 34, N8.-С. 758-762.

4. Ярмшын А.П., Падлкюх В.Я. IUnaxi паскарэння ацэни камбшацыйнай здольнасщ сартоу i форм бульбы// Becui АН БССР. Сер. с/г навук.- 1990. - N 4. - С. 40-46.

5. Ярмшын А.П., Варанкова А.В. Упдыу ф1з!чных фактарау асяродцзя на андрагене-тычную здольнасць сартоу бульбы// Вссщ АН БССР. Сер. б\ял. навук. - 1990,- N4. - С. 4750.

6. Ярмшын А.П., Падлюых В.Я. Верагоднасць аценю камбшацыйнай здольнасщ сартоу бульбы пры нерэгуляряых скрыжаваннях// Весщ АН БССР. Сер. с/г навук.- 1990. - N 3.- С. 52-55.

7. Ярмшын А.П., Шуралева I.A. Аргашзацыя М1кракланальнага размнажэння аздаро-уленных раслш бульбы//Весщ АН БССР. Сер. бкл. навук. - 1990.-N6. - С. 41-43.

8. Ермишин А.П., Подлисских В.Е., Хотылева Л.В. Влияние репродукции на оценки комбинационной способности сортов и форм картофеля// Цитология и генетика. - 1991.- Т. 25, N5- С.28-34.

9. Подлисских В.Е., Ермишин А.П. Прогнозирование урожая и комбинационной способности сортов картофеля по образованию микроклубней in vitro// Современные методы и подходы в селекции растений.- Кишинев, 1991.- С.76-82.

10. Ермишин А.П. О производстве микроклубней безвирусных клонов картофеля// Селекция и семеноводство,- 1994.- N 4.- С. 47-49.

11. Ярмшын А.П., Падшсюх В.Я. Пбрщызацыя бульбы. 1. Павышэнне штэншунасщ цвщення// Becui Акадэмн аграрных навук Беларусь- 1995,- N 2,- С. 50-53.

12. Вывучэнне фертыльнасш дыгаплоадау бульбы/ В.Я. Пад-TicKix, A.B. Варанкова, Н.В.Калашшкава, ... А.П. Ярмшын// Becui АН Беларусь Сер. б1ял. навук,- 1995,- N 2,- С. 43-49.

13. Фарм!раванне нерэдукаваных гамет у дыгаплощау бульбы/ В.Я. Падлкмх, Н.В. Ка-лашшкава, A.B. Саучук,.., А.П. Ярмшын// Becai АН Беларусь Сер. б1ял. навук.- 1995.- N 3,-С. 43-48.

14. Yermishin А.Р. Improvement of early generation selection in potato // Abstr. Conf. papers, posters and demonstrations 13th Triennial EAPR Conf.: Proc. int. conf- Wageningen, 1996.-P.498-499.

15. Ермишин А.П., Воронкова E.B. Получение дигаплоидов картофеля в культуре пыльников: прививка картофеля на томаты // Becui АН Беларуси Сер. б1ял.навук. - 1996. - N 2. -С. 63-66.

16. Ермишин А.П., Савчук A.B., Калашникова Н.В. Влияние общей и специфической скрещиваемости родительских форм на эффективность гибридизации дигаплоидов картофеля// Весщ АН Беларусь Сер. б1ял. навук,- 1997. - N 3. - С. 37-40.

17. Ермишин А.П., Воронкова Е.В. Показатели фертильности гибридного потомства вторичных дигаплоидов картофеля// Becui HAH Беларусь Сер. б^ял. навук,- 1998. - N 3. - С.

Информационные издания:

1. Ермишин А.П., Подлисских В.Е. Способ проращивания незрелых семян картофеля// Инф. лист. БелНИИНТ и ТЭИ Госплана БССР.- 1989. - N4,- С.1-4.

2. Ермишин А.П., Воронкова Е.В. Способ получения дигаплоидов картофеля// Инф. лист. БелНИИНТ и ТЭИ Госплана БССР.- 1989,- N6,- С.1-3.

Тезисы докладов конференций, симпозиумов, съездов:

1. Ермишин А.П., Анохина H.A., Подлисских В.Е. Условия получения гаплоидов в культуре пыльников картофеля// Вклад молодых ученых Украины в интенсификацию сельскохозяйственного производства: Тез. докл. конф. мол. ученых. - Харьков, 1986. - С. 122.

2. Ермишин А.П., Анохина H.A. Обработка растений картофеля физиологически-активными веществами с целью повышения гаплопродукши в культуре пыльников// V съезд ВОГиС им. Вавилона: Тез. докл. - М., 1987 - T.IV, Ч. 3,- С. 136-137.

3. Хотылева Л.В., Ермишин А.П., Воронкова Е.В. Способы повышения частоты каллю-сообразования в культуре пыльников картофеля// Биология культивируемых клеток и биотехнология: Тез. докл. межд. конф.- Новосибирск, 1988. - С. 228.

4. Ермишин A.IL, Подлисских В.Е. Способность к образованию микроклубней и продуктивность гибридных комбинаций картофеля// Биология культивируемых клеток и биотехнология: Тез. докл. межд. конф.- Новосибирск, 1988. - С. 304.

5. Ermishin А.Р. The production of Solanum tuberosum L. dihaploids in anther culture// 4th Int. Congress of cell biology: Abstr. - Montréal, 1988.- P. 208.

6. Подлисских B.E., Ермишин А.П. Эффективность оценки комбинационной способности сортов картофеля при нерегулярных скрещиваниях// Основные направления научно-технического прогресса в картофелеводстве, плодоводстве и овощеводстве: Тез. докл.конф. мол. уч.- Самохваловичи, 1989. - С. 18.

7. Ермишин А.П. Пути совершенствования селекции картофеля// VI съезд БелОГиС: Тез. докл. съезда,- Горки, 1992,- С.38.

8. Ермишин А.П. Рекуррентный отбор в селекции картофеля// Материалы VI съезда ОГиС им Вавилова: Авт. указатель. Ч.2.- Минск, 1992,- С.50.

9. Ермишин А.П. Генетическая концепция создания продуктивных экологически стабильных гибридов и популяций картофеля// Соврем, проблемы генетики и селекции: Тез. докл. респ. конф,- Минск, 1995.- С. 27.

10. Ермишин А.П. Генетические аспекты использования отбора на диплоидном уровне в селекции картофеля// VII съезд БелОГиС: Тез. докл. съезда.- Горки, 1997а.- С. 43-44.

11. Савчук А.В., Ермишин А.П. Выделение дигаплоидов картофеля - доноров генов самосовместимости // VII съезд БелОГиС: Тез. докл. съезда,- Горки, 1997,- С. 111.

12. Ермишин А.П. Схема селекции на гетерозис с использованием отбора на диплоидном уровне у картофеля // Гетерозис сельскохозяйственных растений: Тез. докл. междунар. симпозиума. - Москва, Î 9976.- С. 108-109.

Описания изобретений:

1. Ермишин А.П., Воронкова Е.В. Способ получения дигаплоидов картофеля Solanum tuberosum L.// А.с. N 1554368. Зарег. 1.12. 19896. - 3 с.

2. Ермишин А.П., Подлисских В.Е. Способ выращивания растений картофеля для получения гибридных семян// A.c.N 1597125. - Бюл.-N 37 от 07.10.1990.-3 с.

3. Ермишин А.П., Подлисских В.Е. Способ выращивания растений картофеля для гибридизации//A.c.N 1621824.-Бюл.-ЫЗ от 23.01.1991. -2 с.

4. Ермишин А.П., Воронкова Е.В., Шуралева И.О. Способ микроклонального размножения картофеля// А.с. N 1792971,- Бюл. N 5 от 7.02.93. - 3 с.

РЭЗЮМЭ. Ярмшын Аляксандр Пягров1ч. Генетычныя прынцыпы стварэння i адбора зыходнага матэр;ялу у селекцьп бульбы на гетэрозк. Ключавыя словы. Бульба, гегэроз1'с, камбшацыйная здольнасць, адбор у рантх пакаленнях, узаемадзення «генатып - клонавае пакаленне», дыгаплощы, культура пыльткау, адбор на дыплощным узроут, нерэдукаваныя гаметы. Аб'ектам! доследау з'явшсь 23 гатуню тэтраплощнай бульбы i пбрыды, атрыманыя з ix удзелам, калекцыя дыплощнай бульбы (дыгаплощы S.tuberosum, пбрыды з дып-ло!дным1 BiflaMi бульбы, больш за 250 узорау), пбрыды i самаапыленае пагомства дыгап-лощау бульбы. Мэта доследау: распрацоука канцепцьп стварэння i адбору зыходнага матэ-ршлу у гетэрозюнай сялекцьп бульбы на аснове аптымальнага спалучэння генетычных ма-ншуляцый на дыплоиным i тэтраплощным узроуш. Метады доследау: генетычныя, цытала-пчныя, б1аметрычныя, камп'ютэрнае мадэл!раванне, культура клетак i тканак in vitro. У вышку праведзеных даследванняу прапанаваны i наукова абгрунтаваны apыгiнaльныя генетычныя падыходы да вырашення важных праблем селекцьп i насенневодства тэтраплощных гатункау бульбы - выдзяленне найлепшых комбшацый сярод вялшх калекцый зыходнага матэр1ялу i адбора у раншх пакаленнях, стварэнне прадуктыуных, экалапчна стабшьных пбрыдных папуляцый и змесей гатункау бульбы. Сфармул!раваны генетычныя прынцыпы фарм1равання зыходных дыплощных папуляцый i распрацавана схема гетэроз1снай селекцьп з выкарыстаннем адбора на дыплощным узроуш у бульбы. 3 дапамогай арыпнальных метадычных падыходау атрыманы новыя веды аб прыродзе узаемадзення «генатып - клонавае пакаленне». У вышку вывучэння уплыву шэрагу экспериментальных удзеянняу на рас-лшы-донары пыльн)кау вызначаны фактары, значна павышаючыя андрагенетычную здольнасць генатыпа. Распрацаваны эфектыуныя метады пбрыдызацьн бульбы, м1кракланальнаго размнаження, прапанавана структура вытворчага цыкла з аптымальным спалучэннем м^аклашравання i атрымання мкраклубняу, выведзены формулы для разлжу аб'емау га-давальткау пры выгворчасц! мг'краклубняу бязв1русных клонау бульбы.

Maтэpiялы дысертацьи маюць фундаментальную i практычную значнасць. Галша ужы-вання - генетычныя асновы селекцьп раслш, селекцыя i насенневодства бульбы.

РЕЗЮМЕ. Ермишин Александр Петрович. Генетические принципы создания и отбора исходного материала в селекции картофеля на гетерозис. Ключевые слова. Картофель, гетерозис, комбинационная способность, отбор в ранних поколениях, взаимодействие «генотип - клоновое поколение», дигаплоиды, культура пыльников, отбор на диплоидном уровне, нередуцированные гаметы. Объектами исследования являлись 23 сорта тетраплоидного картофеля и гибриды, полученные с их участием, коллекция диплоидного картофеля (дигаплоиды S.tuberosum, гибриды с диплоидными видами картофеля, более 250 образцов), гибриды и самоопыленное потомство дигаплоидов картофеля. Цель исследования: разработка концепции создания и отбора исходного материала в гетерозисной селекции картофеля на основе оптимального сочетания генетических манипуляций на диплоидном и тетраплоид-ном уровне. Методы исследования: генетические, цитологические, биометрические, компьютерное моделирование, культура клеток и тканей in vitro. В результате проведенных исследований предложены и научно обоснованы оригинальные генетические подходы к ре-

шению важных проблем селекции и семеноводства тетраплоидных сортов картофеля - выделения лучших комбинаций среди больших коллекций исходного материала и отбора в ранних поколениях, создания продуктивных, экологически стабильных гибридных популяций и сортосмесей. Сформулированы генетические принципы формирования исходных диплоидных популяций и разработана схема гетерозисной селекции с использованием отбора на диплоидном уровне у картофеля. С помощью оригинальных методических подходов получены новые сведения о природе взаимодействия «генотип - клоновое поколение». В результате изучения влияния ряда экспериментальных воздействий на растения-доноры пыльников установлены факторы, существенно повышающие андрогенетическую способность генотипа. Разработаны эффективные методы гибридизации картофеля, микрокло-нального размножения, предложена структура производственного цикла с оптимальным сочетанием микроклонирования и получения микроклубней, выведены формулы для расчета объемов питомников при производстве микроклубней безвирусных клонов картофеля.

Материалы диссертации имеют фундаментальное и прикладное значение. Область применения - генетические основы селекции растений, селекция и семеноводство картофеля.

SUMMARY. Yermishin Alexander Pyetrovich. Genetical principles of creating initial material and selection for heterosis in potato. Key words: potato, heterosis, combining ability, early generation selection, «genotype-cloning generation» interaction, anther culture, breeding at the diploid level, unreduced garnetes, micropropagation. The objects for investigation were 23 tetraploid potato cultivars and their corresponding hybrids, the collection of diploid potato (S.tuberosum dihaploids, dihaploid-species hybrids - more than 250 samples), diploid hybrids and selfings. The purporse of the work was to develop the concept of creating and selection of the initial material in heterotic breeding of potato on the basis of optimum combination of genetical manipulations at the diploid and the tetraploid level. Methods of investigation were genetical, cytological, biometrical ones, computer simulation, tissue culture techniques. As a result of the study the original approaches were advanced on the problems of revealing best hybrid combinations, early generation selection in potato breeding, on creating productive, stable over different environments populations. The genetical principles of forming initial diploid populations and the scheme of potato breeding for heterosis with the use of selection at the diploid level were elaborated. New information about the nature of «genotype - cloning generation» interaction was obtained by means of original methodological approaches. As a result of studying the influence of some factors on anther donor plants the factors increasing essentially the androgenic ability of genotype were determined. The effective methods of potato hybridization and micropropagation have been worked out. The structure of production cycle with optimum combination of micropropagation and microtuber production was proposed. The formulae for calculating the nursery sizes in valuable clones' microtuber production were developed.

Results are of fundamental and applied importance for genetical basis of plant breeding, potato breeding and seed production.