Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Генетика восстановления фертильности у ЦМС-линий риса

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Генетика восстановления фертильности у ЦМС-линий риса"



С, р. « ' ~ ' А

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РИСА

На правах рукописи

ГОНЧАРОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ГЕНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФЕРТИЛЬНОСТИ У ЦМС-ЛИНИЙ РИСА

(06.01.05 — селекция и семеноводство)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Краснодар 1992

Работа выполнена в 1988—1991 -гг. в отделе генетики Всесоюзного научно-исследовательского института риса.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Дзюба В. А.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мякушко Ю. кандидат сельскохозяйственных наук Сингильдин Г. А.

Ведущее учреждение: Краснодарский научно-исследов тельский институт сельского хозяйства им. П. П. Лукьяненк

Защита состоится « » 992 г. в_

на заседании специализированного совета К 020.66.01 во Всес юзном научно-исследовательском институте риса по адрес 353204, г. Краснодар, п. Белозерный.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиоте! Всесоюзного научно-исследовательского института риса.

Автореферат разослан « » ¿¿¿¿р^г ^_^ 992

Ученый секретарь Специализированного совета—Т. Н. Колдан

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЙ50ТЫ

сертац&Нцальность тенн. Рис является одной из ваанейвих культур в мировом сельском хозяйстве, занимая второе после пшеницы место по посевным площадям и валовым сборам. Поэтому повыиение уронайности зтой культуры остается главной задачей для ученых многих стран мира.

Одним из перспективных путей увеличения уронайности и адаптивности сельскохозяйственных культур является использование гетерозиса. Гибриды первого поколения широко применяются з коммерческом производстве нногих зерновых и овощных культур, в первуш очередь на кукурузе и сорго. Ситуация с рисом в этом отношении несколько иная - практическое использование гетрозиса в товарном производстве зерна налаве-но только в КНР. В этой стране посевные площади под гибридами риса неуклонно увеличивайся с каадым годом, В 1987 г. эта цифра составила 13 млн га. Гибриды первого поколения превышают по урогайности зерна лучшие сорта традиционной се -лекции на 15-202, имеет повыиеннув приспособляемость к неблагоприятным факторам среды, резистентность к вредителям и болезням.

Продвижению гибридного риса за пределы Китая препятствует прежде всего наличие дефицита девейой рабочей силы, необходимой для производства гибридных сеиян по технологии, разработанной в КНР. В настоящее время национальные программы по гибридному рису приняты в Японии, СШй. Индии, Вьетнаме, на Филиппинах и ряде других стран.

Решение зтой проблемы в навей стране требует преиде всего создания отечественных линий-восстановителей фертиль-ности, пригодных для возделывания в навих климатических условиях, изучение наследования восстановления фертильности пыльцы у ЦИС-линий риса, что существенно облегчит в дальнейшем селекции таких линий, а такяе изучение факторов, влиявших на уровень перекрестного опыления у риса и организация семеноводства гибридных семян.

Цель и задачи исследований. Цельв навих исследований являлось изучение генетической системы признака "восстановление фертильности пыльцы" у ЦНС-линий в процессе селекции восстановителей фертильности на основе лучших отечественных сортов, В соответствие с этиы были поставлены следующие

задачи:

- провести анализ наследования восстановления фертиль-ности пыльцы ц отечественных линий с ЦйС типа Нй и гибридов китайского производства на основе ЦМС типа ВТ;

-создать линии-восстановители фертильности на основе лучэих отечественных сортов на стерильной и фертильной цитоплазме;

-разработать схеыи и теоретические модели для селекционной практики по создании ЦМС-аналогов, восстановителей фертильности и семеноводства гибридов риса в условиях Краснодарского края;

-изучить суточную динамику цветения 1Ц!С-линий и линий-восстановителей; •

-провести оценку эффективности перекрестного опыления в различных комбинациях, выявить относителБный вклад в этот признак генотипов родительских линий.

Научная новизна исследований.'Впервые в России получены линии-воссгановители фертильности на стерильной и фертильной цитоплазме, изучен характер наследования восстановления фертильности у отечественных ЦМС-линий. Установлены число и способ взаимодействия генов в процессе восстановления фертильности. Разработаны схемы и модели для селекции ЦНС-лини и аналогов восстановления фертильности. С поыочыз дисперсис кого анализа проведена Оценка относительных вкладов иукског и женского родителей в величину перекрестного опыления у р1 Практическая ценность работы. В ходе работы созданы Л1 нии-восстановители фертильности, обеспечивавшие полнуа фер-тильность гибридов первого поколения на основе ЦМС.Восстановители получены на фертильной и стерильной цитоплазме Данные по наследовании восстановления фертильности значительно облегчат в дальнейвеа селекцию новых линий-восстановителей и ЦМС-линий. Проведено сравнительное изучение двух типов ЦМС. Даны предложения по практическому использо заниз гибридного риса и методы повышения эффективности селекции.

Апробация работы. Материалы диссертационной работ докладывались на заседаниях отдела генетики ВНИИ рис (Краснодар, 1988-1931 ), Всесоазнах конференция;: иолодц ученых и специалистов (Краснодар, 1930, 1931 ), Всесзг/^с конференции колодщ ученвх (Одесса, 1531), респубдккенсгс

50н(реренции "Проблемы теоретической и прикладной генетики в (азахстане'Ч Алма-Ата, 1390),

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти -лав, выводов, рекомендаций и списка литературы, вкличавце-"О 150 источника, из них 10? на иностранных языках, Работа кзловена на 1 страницах машинописного текста, содериит таблиц и 15 рисунков.

¿.УСЛОВИЯ, НаТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили в отделе генетики Всесошзного научно-иследовательского института риса в период с 1988 по 1991 гг, в условиях полевых и лабораторных опытов.

Почвенный покров экспериментально-орооаемого участка представлен лугово-чернозешшш почвами,характеризувщимися модностью гумусовых горизонтов около 85 си. Почвы участка являются типичными для рисосещих районов края и вполне пригодны для возделывания риса. Метеорологические условия в целом в годы проведения опытов были типичными для зоны Краснодарского края и обеспечивали нормальное развитие растений риса. Основный лимитирующим фактором вневней среды в условиях края является температура, что связано с географическим положением края как северной границы рисосеяния. За время исследований температура воздуха в период вегетации колебалась по годам, но не оказывала существенного влияния на рост и развитие растений.

Важным фактором внеиней среды, оказывавшим значительное влияние на завязываемость зерновок риса, является относительная влажность воздуха. В тех случаях, когда речь идет о перекрестном опылении, этот фактор приобретает реюаюцее значение. Колебания относительной влажности воздуха в период опыта были относительно невелики и были благоприятны для развития растений и опыления.

В опытах использовали 4 линии с цитоплазматической мувской стерильностьи НЯ-типа отечественной селекции:Прику-банский А, Аист й, ВЙИЙР 1330 А и,Пластик А. Эти линии были получены путем беккроссирования отечественных сортов на сор-тообразец китайской селекции и 20 й, принадлекаций к подвиду иидика и несущий стерильную цитоплазму НА-типа,

В качестве исходного материала для селекции ли-

ннй-восстаназителай фертильности использовали беккроссы отечаЬтвешшх сортов Ицлон, Лкнан, ВНИКР 8847, ВНЙЙР 5972 к М 18S иа линив-восстанозигапь IR 54, который выведен в Иез-дународкои институте риса (IRRI, ©илиппинк), принадленит подвида индика и является эффективным восстановителен фер-тильности для 1| 1!С Hfi-гипа. Изучались гибриды первого, второго и третьего поколений. Критерием отбора на способность полученного катериайа восстанавливать фертильность била фвртильность пыльцы и озернеиность метелок растений Fi.

Материалов дла изучения ЦМС типа ВТ к восстановлена фертильности у гибридов с зтой цитоплазной слухилн коыиер-ческиа гибриды первого поколения китайского производства! Sassnishiki ß /8411, Sasanlshlki fl/Halun 422, 152 fi/Halur 422, Shurei fi/Cp 211, fikihikari fi/Halun 422, Xlanghing А/ Hai an 422, а так&е ик F2 и F3.

Для цитологического изучения кроме вааеназваннах использовались такге Щ!С-линии U 20 й и U 41 й с цйтоплазмо* типа НА, а тайке восстановители фертильности селекции IRRI IR 54 и IR24.

Родительские форма и гибриды выращивали в вегетационных сосудах объемы 8 литров и в лизиметрах. Скрещивания проводили на основе Щ!С по общепринятой методике (Мазур, i378;iS025, без предварительной кастрации стерильных растений.

Для изачения перекрестного опыления в лизииетрах родительские оормы - высевали чередущимися рядками. Б качестве «некого родителя использовали растения с ЦМС. Растекия-опшштели вЬсевали в 2 срока для лучшей синхронизации цветения. Соотношение родительских было близко к 1:1.

Разиногение ЦМС-линий и оценку эффективности перекрестного опыления при использовании в качестве omijiüreji соответствующих закрепителей стерильности проводили в чеке, Посевц каадой линии изолировались друг от друга защитный полосэик вчриной около 10 к, засеянных соответствунщини за; репитеяяак стерильности.

:ip;j» биокатрическоы анализе учитывались следущие признаки: высота растения, число зерен на метелке, озерненносп наличие остей и длина вегетационного периода от посева до цветения.

Чаи изучении фертильности пыльцы с каадого растени:

брали по 5 колосков за 1-2 часа до начала цветения. Пыльники анализировали визуально, затем окрашивали в растворе йода и изучали под микроскопом в проходящем свете. Подсчет фертильных и стерильных пыльцевых зерен проводили по степени их окрашивания в 6 полях зрения, используя микроскоп МОС—1. Анализ фаз развития пыльцевых зерен и степени их дегенерации у стерильных форм проводили, помещая пыльцевые зерна в раствор сахарозы и исследуя их под микроскопом НБИ-15 У, с помощью которого проводили и фотографирование, используя фотопленку Микраг-300 ( Абрамова и др.,1974; Методические указания по цитогенетике, 1974; Низовцев, 1986).

Изучение суточной динамики цветения проводили в ясные солнечные дни во время массового цветения образцов. Процент открытых и закрытых колосков на метелке подсчитывали через кандые 20 минут.

Колосковую фертильность определяли, изолируя метелку до начала цветения и подсчитывая затем отношение числа выполненных зерен после созревания к общему количеству колосков на метелке.

Обработку полученных экспериментальных данных проводили на пЗВМ, используя общепринятые методы статистики, з том числе дисперсионный анализ и другие ( Лакин, 1990).

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Селекция линий-восстановителей для Нй-типа ЦМС

Для селекции линий-восстановителей фертильности нам были переданы беккросы (ВС2) сортов Лиман, Кулон,ВНИИР 8847, ВНИИР 5972 и Ы183 на восстановитель индийского подвида 1Й 54, полученные в лаборатории исходного материала ВНИИ риса. Отбор растений с генами восстановления фертильности Ш-генами) проводили по фертильности гибридов меяду беккроссаки и ЦИС-линиями НА-типа: ВНИИР 1390 й, Прикубан-ский А, Пластик А и Аист А.

Для отбора семей, несущих КГ-гены было проведено массовое посемейное скрещивание в лизиметрах, Для синхронизации цветения посев семей беккроссов осуществляли в 2 срока. Опыление ЦМС-линий происходило за счет переноса пыльцы с

растений беккроссов с помсщьв ветра. Таким образом было получено более 6 тысяч гибридных зерновок за сезон. В зимний период 1989-1990 гг в теплице было выращено и проанализировано 2940 растений Р1. Из этих растений абсолитное большинство - 2844 - были полностью нувски стерильны, и только 90 растений были фертильны по пыльце в различней степени.

Изучение фертильности пыльцы и завязываемости зерновок у гибридов при самоопылении позволило выделить семьи, несущие миниыальный набор КГ-генов. Из 123 сеией беккроссов атому требовании отвечало только 13, Дальнейший отбор проводил> путей индивидуальных скрещиваний. Критерием отбора растени{ слувила фертильность их потокства от скрещивания с ЦМС-лини-яни, Таким образом после двукратного индивидуального отбора удалось выделить 9 эффективных и ряд слабых линий-восстановителей фертильност'и на фертильной цитоплазм«. Параллельно этому создавались восстановители фертильности на стерильной цитоплазме," материалом для этой работы славили фертильние гибриды предыдущего опыта. Эта работа в значительной степеш облегчалась тем, что признак проявлялся непосредственно,-а не по результатам гибридизации. Таким образом было выделеш 9 линий-восстановителей фертильности, сочетаниях полный набор ядерных ЕГ-генов я стерильнуш цитоплазму НА-типа: 2 • линии из потомства Аист А/Лйман-50 и 7 линий из потомства ВНИИР 1390 А/Кулон-28.

Стабильность восстановления фертильности полученными линиями была проверена путем выращивания одних и тех ве гибридов а различных условиях: на вегетационной площадке в летний период при длинном световой дне и в теплице в зияний период при 12-часовом световой дне. Изменений фертильности под воздействием средовых условий не обнарунено,

Б потомстве беккроссов проявлялись и другие признаки, полученные от 54, в частности длинный вегетационный.период и чувствительность к фотопериоду. Такие растения давали урокай только в условиях теплицы. Выбраковка таких форм проводилась на поздних стадиях отбора, чтобы исклвчить воз-новность потери генотипов с генами восстановления. В отдельных семьях было выбраковано до 30 У. всех растений. При выращивании на вегетационной площадке и в полевых условиях материал отбирался на идентичность исходным сортам по их

фенотипу. Хотя полученные линии на фертильной цитоплазме и не могут быть названы аналогами или изогенными линиями исходных сортов в строгом смысле слова, они по основным признакам не отличаится от них (Табл.1).

Таблица 1

Характеристики полученных восстановителей фертильности в сравнении с исходными сортами (1990)

Образец ! Количество ! Вегетацнон-! Высота ! Количество ! дней от залива ! ный период!растения! зерен с ме-! до цветения ! ! си ! телки, вт

Кулон 85 120 89,5 135,0

Кулон-28* 85 120 95,2 130,0

Лиман 80 115 83,9 129,2

Лиман-50* 80 115 88,3 134,0

Аист А/Лиман-50 78 115 85,3 120,0

ВНИИР 1390 й/

/Кулон-28 76 114 ' 92,2 130,0

*- так как различия мевду отдельными линиями одной подсемьи незначительны, приведены усредненные данные

Выделение большего количества линий внутри одной подсемьи на наи взгляд представляется целесообразным, так как несмотря на значительное сходство по основным признакам они могут существенно отличаться друг от друга по комбинационной способности и по способности к перекрестному опылению, что чрезвычайно вавно для гетерозисной селекции.

3.2. Генетика восстановления фертильности у ЦИС-линий риса ВТ- и Кй-типов

Выбор для работы этих типов ЦМС объясняется их широким распространением и значительными отличиями их генетических систем, что сказывается и на цитогенетическом уровне. Для изучения цитологических характеристик ВТ—ЦМС использовали коммерческие гибриды китайского производства. Все 8 гибридов показали идентичные результаты. Пыльники растений Р1 содервали 30 % фертильной крахмалсодерващей пыльцы и 50И

стерильной. Стерильные пыльцевые зерна не окрашивались раствором йода, эадеряивались на двухядерной стадии развития до момента цветения, имели сферическую форму. Оценку стадии развития стерильной пыльцы проводили в растворе сахарозы, прижизненно, используя фазовоконтрастнуп микроскопии. Мейоз и первое митотическое деление в стерильных пыльцевых зернах преходили без видимых нарушений, затем развитие их замедлялось и останавливалось. Полученные даннш хороио согласуются с имевшимися в литературе (5Ып]уо, 1969),

При изучении НА-типа ЦНС использовали отечественные ЦИС-линии и линии индийского подвида и 20 А и и 41 А, Кроме того, изучали цитологические особенности восстановления фертильности у полученных гибридов..Н 4 отечественных линий с ЦМС цитологическая картина была одинаковой - развитие пыльцевых зерен остановилось на одноядерной стадии, дегенерация к моменту цветения была полной, пыльники содержали только пустые оболочки пыльцевых зерен без следов цитоплазмы, Я линий индика степень дегенерации была иной. Большая часть пыльцевых зерен сохраняла сферическую форму и движение цитоплазмы до цветения, хотя и находилась на двухядер-ной стадии развития. Аналогичные данные были получены и другими исследователями Щп, Уиап,1980; Подольских, 1983 ), Сравнение цитологических характеристик показывает, что генотипы отечественных сортов усиливают дегенерацию пыльцевых зерен.

Пыльца гибридных растений различна по своей морфологи в зависимости от генотипа ядра. В одном пыльнике могут находиться фертильные и стерильные пыльцевые зерна различно< степени дегенерации.

Окраска и морфология пыльников позволяет различат! стерильные и фертильные растения. Пыльники стерильных растений имеют белый цвет и значительно тоньше фертильных.

По пыльцевым 'зернам БТ—ЦМС можно идентифицировать генотип растения по ИГ-генам, Гомозиготные растения содержа в пыльниках только фертильные пыльцевые зерна, гетерозигот ные - фертильные и стерильные в равном соотношении. Для НА ЦМС такая возможность исключается, так как восстановлени фертильности имеет спорофитнув природу. Такая особенност 8Т-ЦМС позволяет существенно ускорить селекционный процес

- 9 -

по созданию линий-восстановителей фертильности.

Изучение наследования восстановления фертильности у гибридов с ВТ-ЦМС показало, что растения Р1 полуфертильны по пыльце и имеют высокую завязываемость под изолятором, от 70 до МОХ, в зависимости от гибридной комбинации, В ?2 наблюдалось расцепление на фертильнне и полуфертильные по пыльце растения в соотношении 1:1, Пыльники фертильных растений несли 75-100% фертильной пыльцы, а полуфертильных растений -40-60/г. Растения с фертильностью нияе 40 У. в выборке отсутствовали (Табл. 2).

Таблица 2

Расцепление по фертильности пыльцы растений с ВТ-ЦМС

_______________________( 1330 г)____________________________

Гибридная !Кол-во!Классы по фертильности! при

!расте-! пыльцыХ !

! ний !----------------------! 1:1

комбинация ! 141-60 ! 61-80 ! 81-100!

АкШкап А/На 1 ип 422 08 35 3 30 0,06

АкШкаг1 А/Ср 211 55 24 0 31 0,83

За$ап15Мк1 А/8411 81 42 2 37 0,61

152 А/На1ип 422 40 18 1 21 0,10

5азап1зЫк1 А/На1ип 422 30 14 0 16 0,13

5Ьиге1 А/Ср 211 32 18 1 13 1,13

152 А/Ср 211 38 19 0 19 0,00

Х1апйЫп8 Я/На1ип 422 31 15 1 15 0,03

Всего 376 185 8 182 0,38

Эти данные позволяат сделать вывод о моногенном контроле восстановления фертильности и гаметофитной природе ВТ-ЦМС. Рецессивная аллель гГ-гена является, таким образом, летальо для несущего его пыльцевого зерна. Нчаствувщие в оплодотворении пыльцевые зерна несут только доминантную аллель гена, что и вызывает в ¥2 расцепление 1:1. Зтот вывод подтверждается и анализом РЗ. В потомстве фертильных растений были только фертильнне, в потомстве полуфертильных -фертильные и полуфертильные в равном соотноиении.

Выращивание гибридов в различных условиях показало отсутствие достоверного влияния среды на восстановление

фертильности пыльцы.

По завязываекссти зерновок гибриды несколько отличалис друг от ДРУга несмотря на одинаковув фертильность пыльцы (Табл. 3).

Таблица

Распределение, растений Р2 с ВТ-ЦМС по озерненности мет

_________________________( 1990)__________________________

Гибридная ! Коли- !Средняя! Классы по озерненности,

! чество !озерн~ !-------------------------

комбинация !растений!ность,%! 10 ! 30" ! 50 ! 70 ! 90

5азап1з1пк1 й/

/8411 133, 69,0 3 16 31 40 43

Ак1Ыкаг1 Й/Ср 211 54' 75,2 0 0 6 23 25

Ак11икаг1 А/

/На1ип 422 58 64,4 0 3 15 26 14

132 Я/На1ип 422 102 . 86,8 0 1 1 17 83

Мы предполагаем, что эта разница была обусловлена генотипами родительских форм. Для проверки этого предполове-ння^провели двухфакторный дисперсионный анализ, где факторами были фертильность пыльцы и гибридная комбинация. Дисперсионный анализ показал статистически достоверное влияние на озерненность метелки генотипов родительских форм, однако доля . этого влияния была невысока и составляла всег< 16,2 У., .тогда как фертильность пыльцы была определявши! фактором. Отсутствие взаимодействия мевду этими факторам! показывает, что влияние родительских форм на озерненност! не связано с генами восстановления фертильности и должш учитываться при использовании ВТ-ЦМС в практической селек ции.

Изучение генетики востановления фертильности у НА-ЦШ проводили в ходе создания линий-восстановителей фертильнос Использовали ЦМС-линии ВНИИР 1390 А, Прикубанский й, Пластик А и Аист А, которые были опылены пыльцой растений семе беккроссов Кулон, Лиман, ВНИИР 884?, ВНИИР 5972 и М 189 на II? 34. Путем свободного ветроопыления было получено бо лее 6 тысяч гибридных зерновок, из которых в условиях теп лицы было выращено и проанализировано 2940 растений. Из ни

только 11 растений били полностьв фертильны по пыльце и 75 растений - полустерильны с фертильностыв пыльцы ниве 30 %, Анализ озерненности метелок Fl показал, что только 9В растений имели завазаввиеся зерновки. Растения с фертильностью пыльцы ниве 10 У. оказались неспособными к самоопылению. По колосковой фертильности было выделено 4 класса; 1 класс составили 74 растения с озерненностьп метелок при самоопылении ниве 10 У., 2 класс - 8 полустерильных растений с озерненностьп от 10 до 30 2, 3 класс - 5 полуфертильных растений с озерненностьп от' 30 до 50 У. и 4 класс - 9 фер-тильных растений с озерненностьн 60-100 7..

Теоретические расчеты показывашт, что частота встречаемости любого гена IR 54 в полученной популяции гибридов долвна составить 1/8 при отсутствии давления отбора по этому гену. Из литературы известно, что IR 54 несет 2 пары независимых доминантных генов восстановления фертильности (Lin, Yuan, 1980; Uirmani, Eduards, 1983). В этом случае в навей популяции долвно было быть не менее 25 У. фертильных и частично фертильных растений. Отклонения от теоретической модели слишком значительны л могут объясняться двумя путями. Первый вариант - снимение частот генов восстановления в популяции из-за генетического несоответствия разных подвидов риса или за счет отбора. Второй вариант заклвчается в допущении возмовности более сломной системы генетического контроля восстановления фертильности, вклпчающей гены, не выявленные в скрещиваниях внутри индийского подвида. В пользу последнего предполояения свидетельствуют различия по степени деформации пыльцевого зерна у ЦМС-линий данного типа подвидов индика и японика. Предполовив, что частоты встречаемости Rf-генов сорта IR 54 в популяции гибридов соответствуют теоретическим, мы получим четырехгенную модель восстановления фертильности.

Согласно этой модели кроме 2 главных генов Rfl(HA) и Rf2(HA), обозначенных по общепринятой номенклатуре(Шгвап1, Shlnjyo, 1988), мы предполагаем участие в процессе восстановления фертильности гена-регулятора Rf3, доминантная аллель которого разрепает, а рецессивная - запрещает процесс восстановления. Кроме этого присутствует ген-модификатор Rf4, в доминантном состоянии усиливающий действие главных генов (Табл. 4).

Таблица 4

Модель взаимодействия РГ-генов и ее соответствие эмпирическим частотам классов по озерненности метелок П Ц991)

Предполагаемый ! Теоретическая ! Эмпирическая ! Озернен-генотип * ! частота ! частота ! ность.К

Rfl Rf3; Rf2 Rf3 2 • 74

и все генотипы, 2 * N/S = 91,9 + показанные ниже 22 =96

0,5-10

Rf2 RF3 Rf4 H/8 = 5,7 8 10-30

3

Rfl Rf3 Rf4 N/8 = 5,7 5 30-50

4

Rfl Rf2 Rf3 + + K/8 =

Rfl Rf2 Rf3 Rf4 = 5,7 + 0,7= 6,4 9 60-100

* - указаны только доминантные аллели генов восстановления Фертильности.

Предложенная модель не отвергается критерием хи-квад-рат и достаточно хорошо описывает полученные- результаты. Для проверки модели использовали растения Р2 и РЗ.

Согласно предложенной модели генотип гибридов с полностью восстановленной фертильностью без учета гена-модификатора будет ИГ 1 гН ЯГ2 гГ2 ЯГ3 гГЗ, что приведет к расщеплению в Р2 на фергильные, полуфертильные и стерильные растения в соотношении 27:18:19.

В опыте изучали 163 растения Р2, из которых 72 растения были полностью фертильныСфертильность пыльцы превышала 70Х), 49 растений имели пыльцевую фертильность от 15 до 707. и 42 - были полностью мужски стерильны. Эмпирическое распределение хорошо соответствует теоретически ожидаемому: х =1,20<5,99 при Р=0,Э5, что подтверждает правильность предложенной модели. Изучение завязываемости дало аналогичные результаты.

Анализируя потомство растений, имевших озерненность метелок при самоопылении 30-50И, следует ожидать расщепления только по 2 генам: ЙП и РГ3, и соответственно, появле-

ние в F2 2 классов, фертильных и стерильных растений в со-отноиении 9:7. В опыте было проанализироано по пыльцевой фертильности и завазываемости 35 растений F2, из которых 21 растение было фертильно и 14 - мужски стерильно, что хорошо соответствует предлояенной модели.

В третьем поколении размах изменчивости увеличивается, фертильность некоторых растений с двумя генами восстановления фертильности достигает 70 У.. Это мояет объясняться накоплением генов-модификаторов под давлением отбора. Расщепление в F3 носило слояннй характер. Примерно в половине семей наблвдалось расщепление аналогичное наблвдаемому в F Выделены также семьи, состоящие только из частично фертиль них растений, без расщепления. Они составили около 10 У. вс проанализированных семей. В остальных случаях отноаени частично фертильных растений к полностьв стерильным состе вило 3:1, демонстрируя расщепление только по моногенной ) дели.

Еще более слояным было расщепление F3 семей, несущ согласно модели 3 Rf-гена. В случае пслуфергильных растен картина была аналогична вывеописанной. В потомстве фертил них растений расщепление носило очень разнообразный харе тер, вкличая moho-, ди- и'три-генное, а такяе отсутст расщепление с различными значениями пыльцевой фертильнос от 15 до 100 y.s

В целом расщепление в третьем поколении гибридов п верядает предлояеннуп модель.

Предлагаемая нами модель взаимодействия Rf-генов и цитоплазмы в доступной нам литературе не встречается. В кой-то мере это монет быть следствием отсутствия данны: наследовании восстановления фертильности у ЦМС-линий Нй па подвида японика, В литературеописаны moho-, ди- и генные системы восстановления фертильности у Hfl-ЦЙС ( Yuan, 1980: Uiraani, Eduards, 1983; Li, Yuan, 1986; Yt Uiraani, 1984; Uiraani, Shinjyo, 1988). При этом наи( распространенной точкой зрения является система из 2 -висимых доминантных генов. Вариантом этой системы явл трехгенная модель (Ulriani et al,, 198В), в которой 1 рофитный ген Rfl взаимодействует с двумя парами гамете комплементарных генов восстановления фертильности, чт( водит к типичному для дигенной системы расщеплении '

- 14 -

Для объяснения не дкладыващихся в эти рамки случаев предлагаются варианты с генами-модификаторами, а такме предпо-ловение о наличии у разных линий-восстановителей фертиль-ности неаллельных Rf-генов ( Govinda Raj, Vinaani, 1988),

На основе нашей модели могут быть объяснены практически все описанные в литературе варианты наследования восстановления фертильности. Вероятно, большинство ЦМС-линий и их закрепителей стерильности и восстановителей фертильности подвида индика несут донинантнув аллель гена Rf3, которая в зтом случае в скрещиваниях не проявляется.

Таким образом, предлагаемая на основе анализа частот встречаемости генов восстановления в исходной популяции модель взаимодействия генов восстановления фертильности подг-верадается изучением наследования этого признака во втором и третьем поколениях гибридов и не противоречит имеющимся в литературе данным. Однако, для полной уверенности в истинности предловенной модели необходимо установить локализацию постулируемых генов в группах сцепления.

3.3, Сравнительная характеристика НА и ВТ-ЦМС применитель но для селекционной практики

К преимуществам обоих ЦЫС-типов следует отнести высокую стабильность проявления муяской стерильности у ЦМС-линий и фертильности гибридов. Это подтверядается нашими данными по изучении фертильности гибридов и их родителей в разных условиях среды.

Создание стерильных аналогов отечественных сортов никаких трудностей для селекции не представляет, так как все отечественные сорта закреплявт стерильность обоих типов. В .случае ВТ-ЦМС моногенная система генетического контроля восстановления фертильности значительно облегчает селекции линий-восстановителей. Недостатком этой системы является гаметофитное действие Rf-гена, что приводит к 50-процентной фертильности растений F1, и как следствие, к значительной зависимости озерненности от генотипов родительских линий.

НА-ЦМС лишена такого недостатка, однако слоаная система генетического контроля восстановления фертильности делает работу по создании линий-взсстановителей серьезной проблемой. Для решения этой проблемы мы рекомендуем вести отбор

- 15 -

на стерильной цитоплазме и, кроме того, использовать полученные нами восстановители фертильности в качестве' доноров Rf-генов, чтобы избегать гибридной стерильности.

Таким образом наядой из двух ЦИС-систем свойственны свои преимущества и недостатки, что позволяет рекомендовать их одновременное использование. Кроме того, распространение только одной системы на больших площадях угроаает потенци--альной возмонностью развития зпи<ритотий и массового размно-яения вредителей.

3.5. Изучение эффективности перекрестного опыления у риса с Ий-ЦМС

Эффективность перекрестного опыления у риса по самым оптимистическим оценкам не превышает 6,8 '/.(. Butany, 1957 ), что позволяет считать эту культуру самоопылителем, 9 мужски стерильных растений риса эта величина увеличивается за счет отсутствия конкуренции со стороны собственной пыльцы, однако этого недостаточно для экономически выгодного производства гибридных семян. Поэтому изучение факторов, влияющих на величину перекрестного опыления является одним из ваянейшх этапов в развитии гибридного риса.

Изучение суточной динамики цветения и эффективности перекрестного опыления проводили в скеаанных популяциях в августе 1989 г. Использовали ЦМС-линий йист fl, Пластик fl, Прикубанский ft и ВНИИР 1390 й и беккроссы сортов Кулон, Лиман, Н 189 и ВНИИР 5972 на сорт IR 54.

Установлено, что цветение фертильных линий начинается на 2-2,5 часа поззе, чем ЦМС-линий, и достигает максимума в 13,00-14.30, Пик цветения ыувски стерильных линий вырааен не очень отчетливо, Максимальное число открытых колосков у них наблвдалось от 14,00 до 16.30, когда цветение фертильных форн уяе прекращалось.

Различия в суточной динамике цветения и ограниченность популяции в пределах делянки приводят к очень низкой величине перекрестного опыления, Из 16 изученных комбинаций лучшие результаты иаблпдали при опылении ЦМС-линии Пластик fl беккроссом на основе сорта Лиман, Средняя озерненность метелок стерильной фораы составила в этой комбинации 7,3 У., достигая на отдельных растениях 32,7 У., Нинимальной озернен-

- 16 -

ность метелок ЦМС-линки была в комбинации Аист Й/Кулон И -2,0 У. „Лучшими опылителями были беккроссы на основе сортов Кулон и Лиман, Среди ЦМС-линий лучшие результаты были у линий Прикубанский А и Пластик й (Табл, 5).

Таблица 5

Озерненность метелок [¡МС-линий (У.) при перекрестном опылении растениями из потомства беккроссов на основе разных сортов (1989)

ЦЙС-линия \ Опылитель! Кулон! Лиман! М 1891ВНИИР 5972!средне(

Прикубанский А *

Диет А

5,4 4,9 3,7 18,2 26,5 14,5

2,0 3,0

2.4

21,0 15,3 11,9

2.5 11,9

2.6 5,8

4,1

2,5

ВНИИР 1390 й 3,1 6,5 2,4 2,1 3,5

16,е ■ 21,3 11,7 .3,6

Пластик Р 5,6 7,3 3,7 5,3 5,5

* 17,8 32,7 23,3 16,0

среднее 4,0 5,4 3,1 3,1

* - максимальные значения

Чтобы проверить достоверность различий по озерненности иевду разными комбинациями, а такяе выявить степень зависимости этой величины от генотипов "родительских форы, провели двухфакторный дисперсионный анализ. Факторами анализа были генотип ЦМС-линии и генотип линии-опылителя. Анализ подтвердил достоверность различий и показал, что озерненность метелок при перекрестном опылении в значительной степени (на 57,8 У.) определяется генотипами родительских форы. Бысокая доля остаточной изменчивости (42,3 /О объясняется тем, что для всех ветроопнляекых культур условия внешней среды имевт чрезвычайно важное значение, в особенности сила и направление ветра, которые достаточно трудно

контролировать в условиях полевого эксперимента. Генотипы родительских форм влияет на величину озерненности метелок практически в равной степени - доли влияния генотипа ЦИС-линии и опылителя соответственно равны 16,4 и 18,8 У., то есть различия не являится статистически достоверными. В больней степени ( 22,7 У.) на признак оказывало влияние взаимодействие факторов, что указывает на необходимость подбора пар для гибридизации с учетом их способности к перекрестному опылении з данной комбинации. Наиболее вероятными механизмами этого явления на наш взгляд могут быть взаимодействие рыльца пестика и пыльцы, ведущее к селективному оплодотворении, и индивидуальные особенности суточной динамики цветения, В пользу второго предполоаения свидетельствует сравнение графиков суточной динамики цветения. Использование в качестве материнских форм образцов риса, у которых рыльца остаются снарухи после закрытия цветковых чепуй у всех колосков, полностью снимет проблему несогласованности суточных динамик цветения.

Опыление ЦМС-линиЛ в лизиметрах дает заниаенные результаты по сравнении с полей. Например, в тот яе год при опылении ЦМС-линии Прикубанскнй й закрепителей стерильности этого сорта в полевых условиях при соотношении рядков 1:2 соответственно, средняя озерненность составила 22,7 У., достигая на отдельных аетелках 00,2 7..

Таблица 6

Озерненность метелок ЦМС-линий при естественном перекрестном опалении их закрепителяни стерильности в поле

ЦМС-линия

Год изу-! Озерненность аетелок (У.)

чвния !--------------------------

! средняя ! наксимальная

Прикубаиский й Прикубаиский А Пластик А йист А

ВННИР 1390 А

1309 1990 1990 1990 1390

22,7+2,1 21,8+1,9 24,2ь2,0 14,5+1,3 9,4+0,7

62,3 42,9 20,9

50,2

54,8

- 18 -

0 этом случае средняя озерненность метелки соответствует эффективности перекрестного опыления на семеноводческих полях КНР при использовании целого ряда трудоемких операций, направленных на увеличение выхода гибридных семян. Нави результаты получены в естественных условиях ( Табл.6).

Эти данные позволили нам сделать вывод о том, что отсе-лектированные восстановители фертильности и имеющиеся в наличии ЦМС-линии не могут быть непосредственно использованы в производстве гибридных семян из-за низкой эффективности перекрестного опыления, Однако для внедрения в производство гибридного риса необходимо вести селекции на высокую озерненность метелок ЦМС-линий при перекрестном опылении.

ВНВОДН

1. На основе цитологических исследований установлено, что дегенерация пыльцы у отечественных ЦМС-линий ИО-типа начинаега на одноядерной стадии развития и приводит к гибели пыльцевого зерна до момента цветения. Н линий с ВТ-ЦМС она проходит между двух- и грехядерной стадиями развития пыльцы.

2.Генетический анализ показал, что восстановление фертильности пыльцы у ВТ-ЦМС контролируется одной парой доминантных ядерных генов, имеющих гаметофитное действие,'

3. На завязываемость зерновок у гибридов с восстановленной фертильностыа и ВТ-ЦМС значительное влияние оказывают генотипы родительских линий.

4. Восстановление фертильности пыльцы у отечественных линий с Нй—[ДНС контролируется сложной генетической системой, включающей 3 главных гена, из которых ЯП и НГ2 непосредственно восстанавливав фертильность, но могут экспрессировать-ся лишь в присутствии доминантной аллели ЙГЗ. Действие всех генов спорофитное, В восстановлении фертильности принимавт также участие генн-ыодификатсры.

5. Присутствие в генотипе отцовской формы всех трех ЙГ-генов приводит к полному восстановлению фертильности пыльцы у гибридов с ЙЙ-ЦМС и низкой пустозерности метелок,Восстановление фертильности проявляет высокую стабильность в различных условиях среды.

6. Величина перекрестного опыления у полученных восстановителей фертильности и имещихся ЦМС-линий не превквает в

средней 20 У., что делает производство гибридных семян на их основе экономически не выгодным.

7. Суточная динамика цветения ЦМС-линий значительно отличается от динамики цветения фертильных - линий и моиет являться одной из причин низкой величины перекрестного опыления. Цветение фертильных форм начинается на 2 - 2,5 часа позае стерильных, Максимальное число открытых колосков на метелках стерильных форм наблюдалось после прекращения цветения фертильных форм.

8. Эффективность перекрестного опыления в значительной степени определяется генотипами родительских форы ( доля влияния - 57,8 7.), Генотипы опылителей и ЦНС-линий влияют

на изучаемый признак примерно в равной степени. Их доли влияния соответственно 18,8 и 16,4 У., Эффект взаимодействия (подбора пар) составил 22,7 У.,

9, Высокая изменчивость родительских форм по завязаваеаости зерновок при перекрестном опылении и зависимость этого фактора от их генотипов указывает на перспективность селекции на улучаение этого признака.

10, Полученные нами восстановители фертильности пыльцы Кулон-28 и Лиман-50 по болызинству признаков соответствуют фенотипам исходных сортов риса Кулон и Лиман.

Практические предлоаения и рекомендации

1. При селекции восстановителей фертильности для НЙ-ЦИС рекомендуем использовать полученные нами линии Аист й/Лиман-50 и ВННИР 1390 А/Кулон-28, сочетавшие стерильную цитоплазму и полный набор ИГ-генов. Селекции предлагаем вестн на. стерильной цитоплазае по разработанной схеме.

2. При выборе систем цитоплазматическиой муяской стерильности предлагаеа использовать препде всего ВТ и НА-типы как наиболее стабильные по проявлении признака,

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1, Гончарсз С.В, Влияние генотипов опылителя и ЦМС-ли-:гл'л на эффективность перекрестного опыления у риса// Материалы Всес. ион?, иолоднх дчвннх и специалистов.-Краснодар.

1330, С. 0.

2. Гончаров C.B. Генетика восстановления фертилькости у отечественных ЦНС-линий риса // Тезисы конф. иол. ученых-рисоводов. Краснодар, 1Э91. С, 20,

3. Гончаров C.B., Гончарова Ю.К. Эффективность перекрестного опыления у риса с цитоплазматической мувскоЯ стерильностью // Проблемы теоретической и прикладной генетики в Казахстане. Йлма-Йта, 1990. С. 40-41.

4. Гончаров C.B., Гончарова Ю.К, Эффективность перекрестного опыления у риса с цитоплазматической муаской стерильностью // Современные проблемы генетики и селекци сельскохозяйственных растений (Тезисы докладов Всесоюзно* научно-технической конференции молодых ученых). Одессе 1991. С. 8-9.

Подписано к печати 9.03.1992 г. Формат бумаги 60 х $4/16. Объем 1,0 печ. л. Заказ 550. Тираж ЮО. Офсешад печать. КИППП, Красноармейская, 43