Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетическое изучение и селекционная оценка опейковых форм кукурузы с модифицированным типом эндосперма

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетическое изучение и селекционная оценка опейковых форм кукурузы с модифицированным типом эндосперма"

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ _СЕЛ5ОД№10- ГЕНЕТИЧЕСКИ ИНСПЛГУТ__

На правах рукописи КОТЕРНЯК. Владимир Владимирович

УДК 633.15:631.523.4 •

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ И СЕЛЗДИСННАЯ ОЦЕНКА ОПЕЙКОВЫХ 50РМ КУКУРУЗЫ С КШИФЛ!|ИРОЕАННЫМ ТИПОМ ЭНДОСПЕРМА •

03.00.15 - генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени налдидата биологических наук

Одесса - 1931

. Работа выполнена в научно-исследовательском институте 'кукурузь: и сорго ССР Молдова в 1983-1969 г.г.

Нау^шыЯ руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук Карайваной Г. 11;

Официальные оппоненты:

- доктор биологических наук, с.н.с. Белоусов A.A.

- кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Фесенко И.З.

Ведущее учреждение - Краснодарский научно-исследозатсдьский . ' ■ институт сельского хозяйства им. И.П..

• . Лукькненкс.

' " Защита диссептации состоится 1991 г. в

14.00 часов на заседании специализированного совета Д 020.0B.0I во Всесоюзном ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени селекци'ошо-гекетическом институте ^270036, Одесса, 36, Овидко-лольская дорога, 3).

* *

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

..Автореферат разослан " (р " ^¿СС'Х* 1921 г.

Ученый секретарь специа-. лияированнсго совета О.Ь^х^.,. Станкевич A.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Кукуруза - одна из ватаейших ■зерновых и зернофуражных культур. Однако белок кукурузы отличается низкой' питательной ценностью, поскольку беден таким"! незаменимыми аминокислотами как лизин и триптофан.

Открытие ((fertz Е.Т. et al. (1364) биохимического действия гена опейк-2 (о2) значительно интенсифицировало работы по изучению и практическому использованию кукурузы с улучеенныц качеством белка. Было установлено, что этот ген повышает содержание в эндосперме лизина и триптофана на 50-100%. На многочисленных опытах по кормлению моногастричных животных были показаны преимущества опейковых форм перед обычными по питательной ценности зерна.

Однако широкому внедрению высоколиэиновых гибридов в производство препятствует ряд их недостатков, связанных с изменением физической структуры эндосперма форм, юмозиготных по гену о2: уменьшенный урогкай зерна, сниженная всхожесть, повышенная уборочная влажность идо. _

Во многих работах указывается, что одним из наиболее перс-_ пективных путей преодоления у кранных недостатков является- ис- , пользование модифицированных С1ейковых форм, физическая струк- , тура эндосперма котор.к значительно улучшена вследствие дейст-, вия геноз-модификаторов.

Однако некоторые вопроса ■ селекционного использования и наследования модифицированных опейсовых форм не до конца выяс- • нены, по другим имеются противоречивые данные. ' *

Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость изучения наследования генон-модификаторов на используемом исходном материале, его селекционной оценки.

Целью настоящей работы явилось:

- выяснение закономерностей наследования генов-модификато- • ров мутацйи опейк-2,

- создание и селекционная оценка модифицированных опейко-вых форм кукурузы.

Были поставлены следующие задачи:- - '

- выяснение действия генов-модификаторов на ряд хозяйственно- ценшк признаков,

- определение влияния псдвидсвых и генотипических особен-

«л-стей исходных форм на физическую структуру и биохимическое качество зерна опейковых производных;

- установление параметров генетической вариации в наследовании признака стекловидности эндосперма модифицированной опей-козой кукурузы;

г - определение роли цитоплазмы в модифицированное™ зерна опейк-2;

- выяснение влияния условий года н;.. проявление действия генов-модификаторов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- доказано различное проявление генов-модификаторов в зависимости от подвидовой структуры эндосперма исходных форм и установлено, что на стеклоЕидность эндосперма сила влияния факторов в ряду "подвид реципиента о2", "генотип реципиента о2", "тип эндосперма донора о2", "генотип донора о2" убывает;

- выявлено, что типичная струотура эндосперма опейк-2 мо-<к&т изменяться под действием системы контролирующих генетических елементов, состоящей из двух генов;

- на изученном исходном материале выявлено более сильное действие аддитивных эффектов генов по сравнению с доминантнь-чи на физическую структуру опейкоЕЫХ зерен, а также слабое влияние цитоплазмы"и условий года на этот признак;

- показано, что проявление, обнаруженного в ряде случаев влияния цитоплагклг на модифицированнооть эндосперма опейк-2 зависит от условий года.

Практическая ценность работы состоят в том, что:

- созданы модифицированные опейковые линии, на основе которых были получены и апробированы в конкурсном испытании гибриды, сочетающие нормализованную структуру зерна с улучшенным .его аминокислотным составом;

- полученные данные могут бьггь использованы при создании исходного материала, выборе эффективных методов селекции модифицированных опейковых форм, улучшении хозяйственно-цекчых

' признаков высоколизкновой кукурузы,

■ Апробация работы и публикации. По материалам исследований опубликовано 7 работ. Результаты доложены на Республиканских (Кишинев 1987, 1988) конференциях молодых ученых.

Структура и объем. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, виимаат 28 таблиц. 9 рисунков. Диссертация

состоит из введения, краткого обзора литературы, материала и методики исследований, трех экспериментальных глаз, выводов и предложений. Список литературы содержат 229 наииеновакчй, в том числе 129 иностранных.

УСГОВ1©, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЖА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили в 1983-1989 годах в НИИ кукурузы и сорго ССР Молдова, расположенном в центральной зоно Молдавии.. Почвы опытных полей предотазлены з основном тя.-келосугпинкс'гьми и суглинистыми ¡сарбонат.чыми черноземами. Погодные условия характеризовались значительной изменчивостью по года».! и были типичны для данной климатической зоны.

В работе использовали материал различного происхождения, представленный более чем 150 формами рабочей коллекции лаборатории селекции на качество.

Изучаемые формы выравдтеали по технологии, принятой в институте и центральной зоне Мзлдаш.л. В зависимости с-т схемы эксперимента использовали одно- или .двухрядковые делянки, площэдью 5 и 10 м^ соответственно.

Для определения полевой всхоиэсти гибридов с разным тигтсм-эндосперма посев проводили пр;. пони.тенных температурах за 3-4 " недели до наступления оптимальных сроков посева (в первой декаде апреля). В 1985, 1BS7 годах изучали 12 нормальных рэципрок-' них гибридов первого поколения и их тусклые и модифицированные. аналоги, полученные по схеме полных диаллельных скрещиваний линий, близкил к изс-енноети. В 1988 году изучали 14 рецилро.чньк ибридов. Fj , одна из родительских форм которых характеризовалась мучнистой, а другая - модифицированной структурой эндосперма. Повторность опытов двухкратная. ' .

Изучение наследования модифицированных опейковых форм проводили, как правило, на линиях после 7-12 поколений инбридинга, характеризующихся выровнешгостью морфологических и биологических свойств. . Влияние подвидозых и генотипических-различий ка стекловидность и биохимическое качество зерна опейк-2 определи- • ли на гибридах первого и второго поколений, полученных в 19оЦ году от скрещивания 5 опейковых линий с 21 формой, относящейся к пести подвидам кукурузы. Для изучения пстомств второго поколения в 1384, 1986 годах гибриды первого поколения самеопылййк

- 4 -

IV? початков по каждой комбинации скрещивания).

С целью определения генетических параметров стекловидности• эндосперма ог.ейк-2 в 1984, 1987 годах проворили полные диал-ледьные скрещивания девяти линий , кукуру«ы с разной степенью ■нормализации эндосперма. Для изучения зерен второго поколения семена первого поколения, полученные в 1934 году, зысевали для самоопыления в 1985, 1987 годах. Ольг, закладывали по схеме рен-яошэировакных повторений, повторность двухкратная. Анализировали в среднем 5 початков по кавдой комбинации скрещивания для первого поколения семян, для второго поколения - выборку увеличивали в два раза, "экпоненть: изменчивости определяли по методу ВЛ.Наутап (1954), комбИ1 ..анионную способность - по третьему методу первой модели по В. ОпГПпд (1956) с учетом других публикаций по етому вопросу (Туроин Н.Б. и др., 1984; Седин М.А. и др., 1980; Мазер К., Диинкс Дж., 1935). Анализ полученных даг-ньгх показан соответствие изучаемого материала требованиям аддитивно-доминантной модели количественных признаков.

Для оценки стекловидности эндосперма пользовались' методикой, приведенной в работе Б. Зг1та1апарсгггйе et а1. С1974). Для этого с каждого почат, л брали среднюю пробу из 100 опейковых по фенотипу зерен, которые классифицировали по следующей пвтибаль-ной шкале:_ 1 - стекловидность эндосперма близкая к 100%, 2 -. 75%, 3 - 50%, 4 - 25%, 5 - полность ю тусклый эндосперм.

Массу 1000 зерен и биохимические показатели зерен с разной структурой эндосперма определяли на расщепляющихся початках 30 линий, находящихся в процессе беккроссирования (материал урожая* 1"82 года). Англизировали пробы, состоящие' из 25 и более зерен. В этом опыте зерна по консистенции эндосперма разделяли на 5 классов по методике, использованной в работе М.Взатпазоп е1 а1. •(1976). В первьй класс попадали зерна с нормальной консистенцией эндосперма (с генотипом +/+,' +/о2), зерна, гомозиготные по гену о£, о/носили к 2-5 классам по приведенной выше методике.

Все биохимические анализы выполнены б лаборатории биохимии и физиологии растений под руководством канд. 0. наук А. И. Рота-ря.' Содержание лизина .в зерне определяли методом связывания красителя на приборе ЮДИ (Умения), (Рядчиков В.Г., 1978). Количество белка вычисляли по формуле N х 6,25, исходя из содерта-ккз сбавго азота, определенного полумикрометодом Кьельдаля.

5 зависимости рт схеш эксперимента при статистической

обработке данных использовали t-критерий для независимых и сопряженных выборок, результаты обрабатывали ка*с дисперсионные (Доспехов В:А., 1979; Лакин Г.Ф., 1380) и дисперсно!..чьи иерархические комплексы (Плохинский H.A., 1970).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ИЗУЧЕНИЕ ЮДИШ'ИРПЗАННУХ ОГЕЙЮБЫХ ЗОРМ ПО НЕКОТОРЫМ ХОЗЯЙСТВЕННО- ЦЕННЫМ ПРИЗНАКАМ

Сравнительное изучение нормальных, модифицированных и тусклых зерен показало, что масса модифицированных зерновок мекьве таковой роговидных (1 класс), но превосходит массу мучнистых зерен (5 класс), хотя,строго линейной зависимости здесь г^т. (табл. 1). Так, средний вес зерен, модифицированных ма 50% (3 класс), бил низе, хотя и недостоверно, чем у тусклых (5 класс).

• Таблица 1.

Сравнительная характеристика зерен кукурузы с разным типом эндосперма. .

Класс Масса 1000 Белок г нг Лизин , г на Лизин г на

эндос- зерен 100 г се 100 г белка l'OO г СБ

перма г в % к 1 г , в % к 1 г в % к 1 г 3 % к

классу кл^оу классу классу

1 273,2а • 100 11. ,17а 100 2,68а 100 0,30а "00

2 260,?ав S5 12, 03а .103 3,576 133 0,436 143

3 220,80 81 И, 5?а 104 З.Зббг 148 •0,466 153

4 235,7бв 86 И, ,20а 100 4,38в ■153 0,496 163

5 223,76 82, 11, 37а 102 4,43вг 165. 0,516 170

Примечание. Сбадя буква у средних указывает на недостоверность различий (РАЗ, 05).

Зерна с модифицироанкым типом эндосперма- характеризуются значительно более высоким, по сравнению с роговидными, содержанием лиэика в белке, хотя и уступают по это»/¡у показателю туск-

- б -

льм аналогам. Различия по содержанию лизина в сухом веществе у спейковых форм ^ разной степенью нормализации эндосперма и отличия по количеству белка между всеми типами зерен несущественны.

Биохимический анализ разных частей модифицированного опей-■косого эндосперма Ьыявил боле«.' низкое качество белка стекловидной части по сравнению с тусклой. 2 :есте с тем, содержание лизина в прозрачной части модифицированных дерм выв© по сравнению с эндоспермом нормальных аналогов. Так, линия ЬШбТоЗи. характеризующаяся стекловидностью эндосперма близкой к 100%, содер-.жит лизина в белке в 1,4 раза больше, чем нормальный аналог.

Данные конкурсного ис :ытания модифицированных опейковых гибридов, созданных на основе изученных в данной работе линий, показывает, что, не уступая по урожаю зерна нормальным гибридам, модифицированные спейковые аналоги превосходит их по с£?*>ру лизина с гектара в среднем на 48%.

При раннем посеве 1986 года модифицированные гибриды не уступали нормальным, превосходя тусклые аналоги на 8%. В более жестких условиях 1987 года всхожесть при раннем посеве модифицированных форм были на 10% ниже нормальных, но на 9% вше тус-■шшх форы. Изучение опейкозьк гибридов первого поколения, родительские формы которых характеризуются разной консистенцией эндосперма 1тусклой или модифицированной), показало, что те из них, материнсгае форяк которых имели модифицированный тип эндосперма, превышали по всхожести в холодных условиях обратные комбинации скрещивания в среднем на 12,5%.

ВШНИ5 подвод® -КУКУРУЗЫ НА СТЕШЮВИДНОСТЬ И БЮХШЧЕСКИЙ

СОСТАВ ЗЕРНА ОПЕйК-2

Статистические параметры оценок консистенции эндосперма форм второго поколения, полученных от скрещивания подвидов кукурузы с илейкязыми линиями, приведены в таьл. 2.

Иа данных, приведенных в таблице, видно, что наибольшей степень» нормализации зерга характеризовались гибриды с участием ', кремнистого подвида, наименьшей - потомства крахмалистых фэрм. Стеклозиднесть эндосперма-была выше в том случае, , когда донор о2 наел моц-фицированную структуру эндосперма. Отмечена

зависимость степени нормализации зерна от генотипических особенностей линий и сортов родительских форм.

Таблица 2.

.Статистические параметры оценок консистенции эндосперма опейк-2 зерен второго поколений, полученных от скрещивания опейковых линий с подвидам кукурузы .

Родительские 1984 гсд 1986 год

формы

п x У л п x

По п о д в и дам

Зубовидный 35 4,27а 22,4 34 4,48а 12,4

Кремнистый 35 3,456 29,2 36 3,506 21.3

Лопакидайся 35 3,95в 19,5 35 3,92в 18,3

Сахарный 29 4,17ав 18,6 29 4,2°ав 16,6

Крахмалистый 38 4,69г 7,0 37 4,77г 4,2 " '

Боскозидный 19 4,£-а 13,2 . 18 4,22ав 14,1

П о о пей к 0 в л м линия м

СП1б8о2м(3,35) 32 4,35а 13,7 39 4,33а 13,2

МР148о2м(2,34) 42 3,656 24,2 42 3,796 19,8

У1531?о2м(3,94) 35 4,04ав 19, б 32 4,1Забв 16,8

1842о2м (3,98) 42 З.ЗЭбв 19,8 33 3,85в 19-, 7

Ш7о2 (5,00) 40 4,85г 8, а 38 4,85г 6,2

Примечания. Общая буква у средних (отдельно по подвидам,^ о2 линиям и годам) указывает на недостоверность, различий (Р<4),05). В скобках даны средние за годы изучения оценки консистенции эндосперма опейковых родительских форм. .

Дисперсионный анализ полученных дачных подтвердил достоверность влияния изучаемых факторов на стекловиднссть эер.ча по-томств. При этом сила влияния факторов в ряду "подвид реципиента", "тип эндосперма донора", "генотип реципиента", "генотип донора" убывает. . ' '

Учитывая, что наибольшей стекловидностью.зерна характеризовались гибриды с участием кремнистого и лопапщегося подвидов.

а 'также то, что у указанных подвидов доля роговидной части эндосперма Ьсше по сравнению с.мучнистой, можно предположить, что генетические систеш, обуелаьшЕагсшие высокую долю роговидной части эндосперма указанных подзидоз, усиливают и нормализацию, зерна опейковых форм. В подтверждение этого наименьшая модифицированное^ эндосперма о2 была у потомств, полученных при скрещивании опейковых линий о сортами крахмалистого подвида, характерной особенностью которого является сла£ая выраженность

роговидной части эндосперма. «

Подвидовые и генотипические различия родительских форм о [называет значительное влияние на качество белка опейковых производных. Так, второе поколение зерен гибридов крахмалистых форм имело наибольшее содерэмлие лизина в белке., а потомства кремнистого подвида - наименьшее. Результаты дисперсионного анализа показали, что существенное влияние на процент лизина в белке форм первого и второго поколений за все годы изученгэ оказала структура эндосперма донора ояёйк-2. Достовернось влияния пэдвидсвых и генотипичееккх особеностей изученных форм на качество белка зависела от условий года.

ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЗЛЯШХ ЮДИ5ОДИР0ВАННУЮ СТРУКТУРУ ЭНДОСПЕРМА СПЕРК-2

Из графиков зависимости Уг/Уг (см, рис.1) видно, что линия регрессии пересекает положительную часть оси Кг, следовательно, средняя степень доминирования по всем локусам неполная, что го-£->рит о преобладании аддитивного действия генов над доминантным. Отсюда вытекает, что наибольшая часть генетической измен-•чизости будет высоконаеледуемой. Сказанное подтверждается также незначительной разницей между коэффициентами наследуемости в к/роком и узком смысле, указывая на эффективность отбора желательных генотипов по фенотипа.. Из этого следует, что при селекции на улучшение физической структуры эндосперма элейк-2 будет эффект лвнш "использовани-- таких схем рекуррентной селекции Ийк полу- и полные сибсы, селекция.

.. ' ' Расположение точек родительских фс.ж относительно линии регрессии указывает, что-линии с минимальной стекловидностыо эндосперма характеризуется та:шэ наименьший числом рецессивных

генов, а линии с большей стекловидность» зерна - относительно большим числом рецессивных аллелей.Однако, несмотря ьа это, зависимость мехду стеклоеидностью зерка и числом" доминантных генов сложная.- Так, коэффициенты корреляцк; между величиной Wr-<Vr, показывающей относительное число рецессивных генов, и стеклози^ностью эндосперма б1-'пи несущественны и равны 0,37 и 0,24 в 1984 и 1S8? годах соответственно. Кроме того, при дис -пэрсионном анализе нечетных данных установлено недостоверное значение коэффициента Ьт, что указывает на раз нонantазленность эффектов доминирования генов, определяющих структуру эндосперма опейк-2.

1,2 Vr

0,4--

0,4

а) б) •

Рис. г. График зависимости Иг/'/г для признака "структу- -ра эндосперма с2" по результатам диаллель"ых скреш/па- .' -ний 1984 года, а) - данные 1884 года, б) - данные 1987 года.Родительские формы: 1 - 34бо2, 2 - 502о2, 3 -922о2м, 4 - КВСо2м, 5 - У153Ко2м, 6 - 240о2м. 7 - ■ . БИРЗЗоЙм, 8 - 4122о2м, 9 ~,Ж167с2м.

Оценки компонент изменчивости, представлены в табл. 3. По. значений -выражения УнТ/ЁГ заключаем, что средняя степень доминирования по каждому искусу неполная. При этом, поскольку величина 1/2Р/УбТн~:Н^' близка к нулю,, уровень доминирований в разных" локусах неодинаков. Неравенство компонент я Н* показывав?

а л

неравномерное распределение доминантных и рецессивных аллелей у родительских форм, что так;® подтверждается значимостью кояпо-нентг! . Ь„

полученной при дисперсионнь!м- аизяие« диамгелъиы,*.

аблиц.

- ю -

/юходя из значений компонент Г и можно- сделать вывод о незначительном превышении рецессивных аллелей над доминантными в наследовании структуры эндосперма опейк-2. Поскольку компонента п0 недостоверена, отношение Ь2/Н2 определяющее количество гонов, проявляющих доминирование, не имеет смысла.

Табл-ца 3.

Оценки компонент изменчивости структуры эндосперма опейк-2.

Компоненты

1984 год

1987 год

Б ' 2,173+0,043 2,150+0,032

0,647±0,093 0,224+0,070

'Н2 0,356+0,083 0,173^,060

?г -0,002+0;101 -0,016+0,074

-0,005+0,055 -0,025+0,040

нт/о ^уо 0,298 0,104

0,545 0,322

п X С 112/Н„ 0,001 0,024-

-0,014 -0,044

"О олз: 0,195

■У40Н-Г +Р 0,998. - 0,977

ТГ4ШГ-Р • *

Е 0,152±0,013 0,116±0,01

Наследуемость

_ в широком смысле 0,897 0,908

в узком смысле 0,836 0,874

Лучение комбинационной способности по стекловидности эндосперма опейк-Я показало, что наибольшей общей комбинационной способностью по изучаемому признаку характеризовались линии с наиболее модифицированным зерном (4122о2м и МК167о2м). Самыми низкими оценками ОКО хгпак.еризовались ли^ии с наименьшей стек-ловидностью эндосперма (345о2 и 502о2). При зтом оценки специфической ксмбинационой способности отдельных гибридных комбинаций не зависели от величины ОКС родительских форы.

- 11 -

РОЛЬ ЦИТОПЛАЗМЫ В НОРМАШЗАЦМй ЭНДОСПЕРМА ЮДИФИ. ЦИРОВАННЫХ ОПЕЙКОВЫХ <20РМ

Первое поколение семян, полученных при диаллельном скре^м--ванки 9 опей гавых линий с разной стекловкдностью зндослерма, характеризовало;ь значительными реципрокными различиями, которые были вкратэны гласным образом для потомств линий с минимальной стекловидностью зерна (34бо2 и 502о2), а тага» для линий с сильно модифицированной структурой эндосперма (4122о2м м МК16?о2м). Т.е. достоверный рещшроккый эффект отмечался при • скрещивании форм, значительно различающихся по структуре эндосперма опейк-2. Учитывая это, а тага® принимая во Вдимание отсутствие существенных реципрокных различий во втором поколении, можно прийти к выводу, что достоверные отличия меоту прямыми и обратными комбинациями скрещивания в первом поколении обусловлены эффектом дозы гена, вследствие двойного вклада материнской формы в триплоиднкй эндосперм семян первого поколения. : Изучение потомств второго поколения от скрегдивания опейковых линий с подвидами кукурузы так.лэ не выявило существенных реципрокных различий по модифицированное^ зерна по средним значениям по подвидам. Это однако не исключает достоверного ре-ципрскного аффекта на уровне отдельных комбинаций скредавания. Сравнение модифицированное™ эндосперма реципрсьчных гибридов второго поколения по значениям стекловидности зерна початков показало, что из 77 реципроков, изучаемых оба года подряд, существенные различия меаду прямой и обратной комбадшиями скрещивания в первый год изучения наблюдались у 19 форм, во второй - у 15 и только у 5 достоверные различия наблюдались два года подряд. При этом у двух из них стеклоеидкость эндосперма была выае у прямой комбинации скрещивания э один год, и у ' братной -во второй. Учитывая, что имеющий место в некоторых случаях достоверный реципрокный эффект по раздюму проявляется в разные годы, можно сделать вывод, что внешние условия могь ' воздействовать на структуры цитоплазмы, ответственные за установленные в ряде случаев существенные реципрокиые различия.

Реципрокные различия по содержанию лизина в белке д.¡я потомств второго поколения от скрещивания опейковых форм с шестью подвидами кукурузы были, в целом, несущественны. Достоверно отличались по этому признаку только прямые и обратные комбинации

- 12 -

скрещивания по лопающемуся подвиду в 1284 г.

ЗАВИСИМОСТЬ ЮДИФШРОВАКНОСТИ ЭНДОСПЕРМА И БИОХИМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ЗЕРНА ОЛЕИНОВЫХ «ОРМ ОТ УСЛОВИЙ ГОДА

Изучение потомств второго поколения от скрещивания опей-новых линий с подвидами кукурузы в 1984, 1986 годах в целом не выявило существен)юго влияния условий года на стеклсэидность эндосперма по средним значениям гибридов по родительским формам. Изучение стекловкдности зерна отдельных гибридных комбинаций показало, что из 77 реципроков, изученных в каждом году, существенное влияние условий года как на ^рямую, так и на обратную комбинации скрещивания обнаружено только у трех. При атом достоверные различи- по годам отмечены у 17 гибридов, у которых материнскими формами были реципиенты гена о2 и у 12 потомств второго поколения, где в качестве матерей были использованы доноры этого мутанта. Таким образом, исходя из полученных результатов, можно говорить о -довольно стабильном проявлении модифицироранности эндосперма опейк-2 по года).! и о слабом влиянии условий года на этот признак.

Достоверность и сила влияния подвидовых, генотипических факторов, структуры эндосперма донора опейк-2 ьа стекловидность зерна также незначительно зависели от условий года. Все указанные факторы достоверно влияли на модифицироваиность зерна, при этом как в первый, так и во второй год, наиболее сильное влияние на этот признак оказал фактор "подвид", наименее сильное -"генотип донора о2".

8 отличие от стекловидности эндосперма, условия года ока-эываят значительное влияние на количество и качество белка. Так, б 1584 году содержание белка в зерне потомств второго поколения от скрещивания опейковых линий с подвидами кукурузы было достоверно выше, чем в 1986, при этом увеличение содержания белка сопряжено с адекватным снижением в нем количества лизина. Из этого можно сделать вывод, что изменение содержания белка, обуспаоленное енешей средой, происходит за счет фракций бедных лизином. Эта закономерность, однако, в некоторой степени зависит с г генотипических особенностей изученных форм. Так, при существенном увеличении количества б®лка у опейковых ,производных

сахарного подвида процент лизина в белке снижается недостоверно. Существенно зависит от условий года влияние псдомдовых, ге-нотипических факторов, а также структуры эндосперма донора опейк-2 на качество белка. Так. достоверное влияние ia содержание лизина в белке о.ба года подряд оказывал только фактор "тип эндосперма донора о2". Влияние же подвияовых и геноткпических особенностей существенно зависело от условий года. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что генетические комплексы, определяющие стекловидность эндосперма опейк-2, и генети-» ческие сисимы, ответственные за содержание лизина в белке, подвержены различному влиянию внешней среди, что указывает ка их относительную автономность.

Диаллельным анализом признака стекловидкости эндосперма опейк-2 установлено, что условия года оказывали значительное влияние на направление доминирования по отдельным родительским формам. Так, графики Wr/Vr показали, что максимальным числом рецессивных аллелей, спре~еляю№х модифицированное^' акдосперма опейк-2 в 1984 году характеризовались линии, В22о?м и 24а в 193? году - линии КВСо2м и V153Rc2w. Отсюда wcwic заклкЯить, что физическая структура эндосперма опейк-2 определяется лабильным спектром локусо^, проявление которых зависит от яонк-ренных условий внешней среды, как это показано в тд«г>ц ^колото-генетического контроля количественных признаков (Драгазцев В.А. и др., 1984). В то № время такие спектры локусон определяют сходные параметры генетической изменчивости, на что указывают близкие по годам значения большинства компонентов генетической вариации.

. • ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ШСТАБИЯЬНССТЬ ПО ЯЖУСУ СПЕЖ-2

Типичное проявление мутации опейк-2 исжет изменяться под влиянием контролирующих генетических элементов, как это показа-, но в работах ряда авторов (Salamini F., 1980; Vctto М. et al., 1686).

На изученном нами материале с "¡наружны one "косые фсрчы особенности наследования структуры эндосперм- которых поз во;: s) ют

сделать вызов о наличии : них генетических систем, определяющих соматическую нестабильность по локусу 02. Г&зи самоопылении гиб- . рида '¿р12077/54-14 х СП168о2 были обнаружены зерна с мозаич-ны.'Л эндоспермом, в котором роговидные части были четко ограни- ' чены и чередовались с тусклыми частями. Наряду с мозаичными, верна»;/!, составлявшими Гэльиинство, ка початках обнаруживали ' небольпое количестэо фенотипически нормальных зерен ' 9,0% в третьем поколении зерен).

Форш второго поколения указанного гибрида (именуемые в . дальнейшем для краткости 3449о2 по номеру делянки 1988 года) были скрещены с линиями 346о2 и 502о2, обладая4ими типично тусклым эндоспермом. Большинство полученных зерен первого поколения имели списанную выше мозаичную структуру эндосперма; а меньшая часть характеризовалась диким фенотипом. Это позволило . выдвинуть предположение о нестабильности рецессивной аллели.' о2 у 3449о2, а тоххе у линий 3/Зо2 и 502о2, выражающейся в реверсии их к дикому типу под влиянием фактора, присутствующего у \ .3449с£. Для пронерки данного предположения мозаичные зерна, по- ' лученные при скрещивании 3449о2 с. линиями 346о2 и 502о2, были ■высеяны ■ и растения опылены пыльцой нормальных линий 345+/+ и . ■ 502+/+ соотзетсткенно. Образованные при атом формы были самос-пьшоны, а тагаа скрещены с линиями 346о2 и 502о2 (по обеим ли- . нкям получены аналогичные результаты, поэтому в табл. 6 представлены данные только по линии 340о2).

Из 27 потомотй (34боГ:3449о2)х34б+/+, выщепляющих при самоопылении нормальные, мозаичные и тусклые зерна (в табл. б для краткости представлены только 7), ращепление 12:3:1 достоверно н*\бл»дается у 17. Соотношение 15:1 значимо для 25' початков из, 27. Расхождение обусловлено здесь, по-видимому, реверсией части зерен, несущих конролирующие генетические элементы,« дикому типу, а также затруднениями, возникающими в ряде. случаев при классификации зерен (в частности, из-за действия'полигенных'мо-, дификатороа). Скрещивание с линией 346о2 показало, что иэ 27 . початков, расцепляющихся на нормальные, мозаичные и тусклые зерна, теоретическое ожидаемое соотношение 2:1:1 наблюдается у 21. Исхода из вышесказанного, мокно сделать вывод, что наблюдаемая в опыте нестабильность структуры эндосперма опейк-2 определяется двумя несдапленныыи генетическими факторами.

Таблица 4.

Фенотипы зерен потомств (3449о2х34бо2)Х346+/+ (данные 1989 года)

N самоопыление скрещивание с 346о2

растения число оерек %2 12: о: 1 г2 15:1 %2 3:1 число оерен с Ч-л-л 4

н м о Н: М: О (н+м):1 н: о н м о Н: м: о н: о

2991-1 289 0 97 0,00 64 0 38 0,09

. -2 274 55 19 2,61 0,37 123 75 6" 1,32

-3 338 бб 24 3,71 0,30 124 53 62 1,02

-4 424 77 39 7,52а 0,87 172 73 57 7,54а

-5 391 85 35 1,45 0,30 48 58 8,04а

-6 230 0 74 0,07 105 0 1 с? 0,02

-7 249 0 83 0,00 98 0 103 0,12

-8 314 0 90 1,60 50 0 57 0,45

2952-1 221 39 27 8,81а 4,68а 113 62 34 8,89а

-2 356 31 49 51,^43 18,52в 131 33 96 30,5бв

2993-3 383 59 29 12,246 0,01 108 50 47 0,68

Примечания, н, м, о - нормальные, гозаичкые, опейковые зерна, соо»ветстненно. а, б, в - достоверность отличий от

• теоретически ожидаемых частот при Р-0,05; 0,0,; 0,001 соответственно.

' Предварительные данные позволяют с,,элать вывод сб отсутствии аллельности между изучаемыми генетическими факторами и Ас-Из контролирующими элементами, описанными З.МсСНгЛоск (1950; 1951)..Так, при зкредивании линии 5С2о2 с сга--1п7 формой во втором поколении зерен отмечрпи нестабильность по гену и по окраске алейрона, однако мозаичной структуры эндосперма опейк-2, характерной для изучаемой регуЯаторной'системы, на обнаруживали.

ВЫВОДЫ

Работы, проведенные в 1983-1989 годах по изучению наоледо-

ваша генов-модификатор~э, созданию и селекционной оценке модифицированных опейковьж форм позволили сделать следующие выводы:

1. Гены-модификаторы представляют собой разнородную группу генов и их комплексов, объединенных общей способностью изменять (модифицировать) фенотип типичного проявлении гена опейк-2.

2. Типичная структура эндосперма олейк-2 может изменяться под -действием контролирующих генетических факторов, состоящих из двух генов.

'3, Модифицированнооть эндосперма существенно зависит от подеидовой структуры зерна реципиента о2, наибольшей степенью нормализации зерна характеризуются потомства чремнис/ых форм, наименьшей - крахмалистых.

4. 8 наследовании физической структуры эндосперма опейк-2 отмечено неполное доминирование, при этом .аддитивные эффекты генов являются более важными по сравнения с доминантными, что указывает на эффективность ^пользования в селекции модифицированных олейковых форм методов рекуррентной, селекции на общую комбинационную способность.

' 5. У модифицированных опейковых форм, по сравнению с туск-* лыж, относительное число рецессивных алл&лей выше, однако достоверной зависимости меэду степенью нормализации эндосперма и количеством рецессивных генов нет.

6. Эффекты -оминированмя в определении физической структуры модифицированного эндосперма характеризуются разнонапраален-нсстью и могут определять чак повышение, так и снижение стекло-видности.

7. Генетическая изменчивость признака модифицированноеи эндосперма характеризуется сходными компонентами независимо от условий года, при этом генетические комплексы, определяющие нормализацию зерна, имеют лабильную генетическую формулу, которая мо.уйт изменяться под влиянием условий внешней, среды.

8. При скрещивании мучнистых и модифицированных олейковых форм в первом поколении семян наблюдается материнское влияние, обусловленное дозой геноз-модификатороЕ в триплоидном эндосперме.

9. Влияние цитоплазмы и условий года на стекловидчость модифицированного эндосперма проявляется в слабой степени.

10. На активность цитоплазматических элементов, обуславливающих з отдельных случаях достоверные реципрокные различия по

степени нормализации опейкового зерна, оказывают влияние внешние условия.

11. Условия выращивания оказывают существеннее и сильное влияние на количество л качество белка модифицированных опейко-вых форм, при атом повышение содержания белка происходит за счет фр.акци '. бедных лизином.

12. Действие генов-модификаторов на физическую структуру зерна ч качество его белка характеризуется разнонаправлен-ностью, но является относительно независимым, вследствие чего зозюяио получение форм, сочетающие нормализованную структуру эндосперма олейк-2 с высоким качеством белка.

13. Использование генов-модификаторов позволяет значительно улучшить ряд хозяйственно-ценных признаков опейковой кукурузы и молсет эффективно использоваться в практической селекции кукурузы на повьнекное качество белка.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. При селекционном использоЕачии модифицированных опейко-вых форм необходимо предварительное изучение особенностей наследования генов-модификаторов, обусловливавших нормализацию зерна.

2. При переводе обычной кукурузы на модифицированную опей-коеую основу пр'длагается использование зародышевой плазмы кремнистого подвида. •

3. Для повывения холодостойкости выс колизиновй кукурузы рекомендуется использовать модифицированные опейнозые гибриды, при зтем при производстве семян первого поколения, ¿ели одна из родительских форм характеризуется мучнистой, а вторая - модифицированной структурой з.щосперма, в качестве материнской формы следует применять последнюю.

4. Созданные опейковые линии с модифицированным типом эн досперма могут быть использованы для практической селекции кукурузы на качество белка.

5. Для повышения эффективности отбора при селекции на улучшение физической структуры эндоспермг опейковой к«куруэы рекомендуется использование таких схем рекуррентной селекции, Чек полу- л полные сибси, Г , селекция.

- 18 -

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИГЗВЛНШ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Котерняк В.Б. Использование модифицированных опейковых форм в соэдани« зерновых гибридов кукурузы с улучшенным качеством белка //Деи. в МолдНШГСИ. 1986.

2. ¡{отерняк В.В., Кара"занов Г.П. Особенности наследования генов-модификаторов опейковых форм у подвидов кукурузы // V съеуд МОГиС. Тезисы докладов. Кишинев. 1987. С. 209.

3. Котерняк В. В. Особенности наследования, стекловидности эндосперма опейковых форм кукурузы у гибридов второго поколения // «Физические, химические, и математические методы в современной биологии. Тез. докл. республиканской школы семинара молодых ученых и специалистов. Кишинев. 1987. С. 13-14.

4. Котерняк В.В., КарайБанов Г.П. Влияние подвидов кукуру- ' зы на наследование структуры эндосперма опейковых форм /'/Селекционно-генетические исс :едоваииа кукурузы и сорго в Уолдавии. Кишинев. 1989. С. 66-71. ...

5. Котерняк В.В., Ротроь А.И., Анци^ор И.А. Качество белка опейкозой кукурузы с модифицированным типом эндосперма //Селекционно-генетические исследования кукурузы и сорго в ' Молдавии. Киаинев. 1982. С. 79-89.

6. Котерняк В.В., Карайванов Г.П. Использование модифицированных опейковых &орм кукурузы в улучшении полевой всхожести высоколизинсвых гибридов //Молодежь и интенсификация агропромышленного комплекса. Тез. дчкл. респ., конф. молодых ученых. Кяшшев. 1989. С. 56-57.

7. Котерняк В.В., Карайвалов Г.П. О генетической неста-билгкости по локусу Опейк-2 у кукурузы //II Всесоюзное совещание "Генетика развития". Тезисы докладов. Ташкент. 1990. Т. 2. С. 82-84.