Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Генетика восставновления фертильности в ЦМС-линий риса

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Генетика восставновления фертильности в ЦМС-линий риса"

ВСЕСОЮЗНЫЙ НЛУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ РИСА

На правах рукописи

удк тлтш +575

ГОНЧАРОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ГЕНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФЕРТИЛЬНОСТИ У ЦМС-ЛИНИИ 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 « » 1992 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 « » 1992

Специализированного совета ¿Л-С^С \ Г. Н. Колдан

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теки. Рис является одной из вапнейяих культур в мировом сельском хозяйстве, занимая второе после пшеницы место по посевным площадям и валовым сборам. Поэтому повышение урожайности этой культуры остается главной задачей для ученых многих стран мира.

Одним из перспективных путей увеличения уроаайности н адаптивности сельскохозяйственных культур является использование гетерозиса. Гибриды первого поколения широко применяется в коммерческом производстве многих зерновых и овоц-ных культур, в первуи очередь на кукурузе и сорго. Ситуация с рисом в этом отношении несколько иная - практическое использование гетрозиса в товарном производстве зерна налане-но только в КНР. В этой стране посевные площади под гибридами риса неуклонно увеличиваются с кандым годок. В 1987 г. эта цифра составила 13 млн га. Гибриды первого поколения превыиают по урожайности зерна лучшие сорта традиционной се -лекции на 15-202, имеют повышенную приспособляемость к неблагоприятным факторам среды, резистентность к вредителям и болезням.

Продвияению гибридного риса за пределы Китая препятствует преаде всего наличие дефицита дешевой рабочей силы, необходимой для производства гибридных семян по технологии, разработанной в КНР. В настояцее время национальные программы по гибридному рису приняты в Японии, СНА, Индии, Вьетнаме, на Филиппинах и ряде других стран.

Решение этой проблемы в нашей стране требует пренде всего создания отечественных линий-восстановителей фертиль-ности, пригодных для возделывания в наших климатических условиях, изучение наследования восстановления фертильности пыльцы у ЦМС-линий риса, что существенно облегчит в дальнейшем селекции таких линий, а такге изучение факторов, влиявщих на уровень перекрестного опыления у риса и организация семеноводства-гибридных семян.

Цель и задачи исследований. Цельи напих исследований являлось изучение генетической системы признака "восстановление фертильности пыльцы" у ЦИС-линий в процессе селекции восстановителей фертильности на основе лучших отечественных сортов. В соответствие с этим были поставлены следуйте

задачи:

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

-создать линии-восстановители фертильности на основе лучних отечественных сортов на стерильной и фертильной цитоплазме :

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

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

-провести оценку эффективности перекрестного опылени! в различных комбинациях, выявить относительный вклад в зто1 признак генотипов родительских линий.

Научная новизна иссл'едований.* Впервые в России получен! линии-восстановители фертильности на стерильной и фертильной цитоплазме, изучен характер наследования восстановлени.1 фертильности ц отечественных ЦМС-линий. Установлены число I способ взаимодействия генов в процессе восстановления фер-тильности. Разработаны схемы и модели для селекции ЦКС-лин: и аналогов восстановления фертильности, С помощью дисперси н'ого анализа проведена Ьценка относительных вкладов муаско и венского родителей в величину перекрестного опыления у р Практическая ценность работы. Б ходе работа созданы л нии-восстановители фертильности, обеспечивающие полную фер тильность гибридов первого поколения на основе ЦМС.Восста новители получены на фертильной и стерильной цитоплазме Данные по наследовании восстановления фертильности значительно облегчат в дальнейшем селекции новых линий-восстановителей и ЦМС-линий. Проведено сравнительное изучение двух типов ЦМС. Даны предлояения по практическому кспользо занка гибридного риса и методы повышения эффективности селекции.

Апробация работы. Материалы диссертационной работ докладывались на заседаниях отдела генетики ВНИИ рис (Краснодар, 1988-1991), Всесоюзных конференциях колодг учених и специалистов (Краснодар, 1990, 1981), Всесосзнс конференции молодых ученых (Одесса, 1991), республш;анс::с

юнференции "Проблемы теоретической и прикладной генетики в ¡азахстане'Ч Алма-Ата, 1990).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти •лав, выводов, рекомендаций и списка литературы, вклачавце-•о 161 источнику, из них Ю8 на иностранных языках. Работа галогена на Ш страницах манинописного текста, содержит /3 таблиц и № рисунков.

г.асловия, материал и методика исследований

Исследования проводили в отделе генетики Всесоюзного 1аучно-иследовательского института риса в период с 1988 по [991 гг. в условиях полевых и лабораторных опытов.

Почвенный покров экспериментально-орошаемого участка 1редставлен лугово-черноземными почвами,характеризцЕциаися мощностью гумусовых горизонтов около 85 см. Почвы участка является типичными для рисосенщих районов края и вполне пригодны для возделывания риса. Метеорологические условия в целок з годы проведения опытов были типичными для зоны Краснодарского края и обеспечивали нормальное развитие растений риса. Основным лимитирующим фактором вненней среды в условиях края является температура, что связано с географическим полонением 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.

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

В опытах использовали 4 линии с цитоплазматической муаской стерильностью Нй-типа отечественной селекции:Прику-банский А, Аист А, ВННИР 1390 А и Пластик А. Эти линии были получены путем беккроссирования отечественных сортов на сор-тообразец китайской селекции У 20 А, принадлежащий к подвиду индика и несущий стерильнув цитоплазму НА-типа.

В качестве исходного материала для селекции ли-

i - 4 -

ний-восстанозителей фертильности использовали беккроссы отечеЬтвенннх сортов Кулон, Лиман, ВНИИР 8847, ВНИИР 5972 i H 189 на линии-восстановитвль IR 54, который выведен в Мев-дународном институте риса (IRRI, Филиппины), принадлевит подвиду индика и является эффективным восстановителем фертильности для ЦКС НА-типа. Изучались гибриды первого, второго и третьего поколений. Критерием отбора на способность полученного материала восстанавливать фертильность была фертильность пыльцы и озерненность метелок растений F1.

Материалом дла изучения ЦНС типа ВТ и восстановление фертильности у гибридов с этой цитоплазмой служили коммерческие гибриды первого поколения китайского производства Sasanishiki fl /8411, Sasanlshlkl fl/Halun 422, 152 A/Halui 422, Shurei fl/Cp 211, fiklhlkarl fl/Halun 422, Xlanching fl/ Halun 422, а.такве их. F2 и F3.

Для цитологического изучения кроме вывеназванных использовались также ЦИС-линии U 20 А и U 41 А с цитоплазмо! типа НА, а такве восстановители фертильности селекции IRRI IR 54 и IR24,

Родительские формы и гибриды выращивали в вегетацион ных сосудах объемом 8 литров и в лизиметрах. Скрещивания проводили на основе ЦНС по общепринятой методике (Мазур, 1978;1982), без предварительной кастрации стерильных рас тений.

Для изучения перекрестного опыления в лизиметрах роди тельские формы - высевали чередующимися рядками. В качестве венского родителя использовали растения с ЦМС. Растения-опылители вксевали в 2 срока для лучшей синхронизации цветения. Соотнопение родительских было близко к 1:1.

Размнояение ЦМС-линий и оценку эффективности перек рестного опыления при использовании в качестве опылител соответствующих закрепителей стерильности проводили в чеке Посевы каадой линии изолировались друг от друга защитный полосами вириной около 10 м, засеянных соответствующими за репителяыи стерильности,

Ilpvuбиометрическом анализе учитывались следующие приз наки: высота растения, число зерен на метелке, озерненност наличие остей и длина вегетационного периода от посева до цветения.

При изучении фертильности пыльцы с кандого растени

Фали по 5 колосков за 1-2 часа до начала цветения. Пыльни-;и анализировали визуально, затем окрашивали в растворе йо-;а и изучали под микроскопом в проходящем свете. Подс-гет фертильных и стерильных пыльцевых зерен проводили по :тепени их окрашивания в 6 полях зрения, используя микроскоп (БС-1. Анализ фаз развития пыльцевых зерен и степени их де-•енерации у стерильных форм проводили, помещая пыльцевые )ерна в раствор сахарозы и исследуя их под микроскопом 1БИ-15 У, с помощьи которого проводили и фотографирование, используя фотопленку Микрат-300 ( Абрамова и др.,1974; Кегодические указания по цитогенетике, 1374; 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 каждые 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 пЭВН, используя общепринятые методы статистики, в том числе дисперсионный анализ и другие ( Лакин, 1990).

3. основные результаты исследовании

3.1. Селекция линий-восстановителей для НА-типа ЦНС

Для селекции линий-восстановителей фертильности нам были переданы беккросы (ВС2) сортов Лиман, Кулон,ВНИИР 8847, ВНИИР 5972 и М189 на восстановитель индийского подвида 1Я 54, полученные в лаборатории исходного материала ВНИИ риса. Отбор растений с генами восстановления фертильности (ЯГ-генами) проводили по фертильности гибридов мекду беккроссами и ЦМС-линиями НА-типа: ВНИИР 1390 А, Прикубан-ский А, Пластик А и Аист А.

Для отбора сеней, 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 помочью 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 П. Из этих растений абсолютное большинство - 2844 - были полностью мунски стерильны, и только 96 растений были фертильны по пыльце в различной степени.

Изучение фертильности пыльцы и завязываемости зерновок у гибридов при самоопылении позволило выделить семьи, несущие минимальный набор ИГ-генов. Из 123 семей беккроссов этому требовании отвечало только 13, Дальнейший отбор проводил] путем индивидуальных скрещиваний. Критерием отбора растени! слумила фертильность их потомства от скрещивания с ЦНС-лини-ями. Таким образом после двукратного индивидуального отбора удалось выделить .9 эффективных и ряд слабых линий-восстановителей фертильности на фертильной цитоплазм-е. Параллельно

1

этому создавались восстановители фертильности на стерильной цитоплазме,-материалом для этой работы слушили фертильные гибриды предыдущего опыта. Эта работа в значительной степен] облегчалась тем, что признак проявлялся непосредственно, а не по результатам гибридизации. Таким образом было выделен 9 линий-восстановителей фертильности, сочетающих полный набор ядерных ЯГ-генов и стерильную цитоплазму НА-типа: 2 линии из потомства Аист А/Лиман-50 и 7 линий из потомства БНИИР 1390 А/Кулон-28.

Стабильность восстановления фертильности полученными линиями была проверена путем выращивания одних и тех же гибридов в различных условиях: на вегетационной площадке в летний период при длинном световом дне и в теплице в зимний период при 12-часовом световом дне. Изменений фертильности под воздействием средовых условий не обнаружено.

В потомстве беккроссов проявлялись и другие признаки, полученные от 1И 54, в частности длинный вегетационный .период и чувствительность к фотопериоду. Такие растения давали урожай только в условиях теплицы. Выбраковка таких форм проводилась на поздних стадиях отбора, чтобы исключить возможность потери генотипов с генами восстановления. В отдельных семьях было выбраковано до 30 '/. 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 отличаются от них (Табл.1).

Таблица 1

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

Образец ! Количество ! Вегетацион-! Высота ! Количество ! дней от залива ! ный период!растения! зерен с ме-! до цветения ! ! см ! 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 А/

/Кулон-28 7В 114 92,2 130,0

*- так как различия меяду 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 важно для гегерозисной селекции.

3.2. Генетика восстановления фертильности у ЦНС-линий риса ВТ- и НА-типов

Выбор для работы этих типов ЦНС объясняется их вироким распространением и значительными отличиями их генетических систем, что сказывается и на цитогенетическоы уровне. Для изучения цитологических характеристик ВТ-ЦНС использовали коммерческие гибриды китайского производства. Все В гибридов показали идентичные результаты. Пыльники растений Р1 содервали 50 У. фертильной крахмалсодеркацей пыльцы и 50Х

стерильной. Стерильные пыльцевые зерна не окрашивалис раствором йода, задерживались на двухядерной стадии разви тия до момента цветения, имели сферическую форму. Оценк стадии развития стерильной пыльцы проводили в растворе са харозы, привизненно, используя фазовоконтрастную микроско пию, Мейоз и первое митотическое деление в стерильных пыль цевых зернах проходили без видимых нарушений, - зате развитие их замедлялось и останавливалось. Полученные данн хорошо согласуются с имеющимися в литературе (5Мп]уо 1969).

При изучении НА-типа ЦМС использовали отечественны ЦМС-линии и линии индийского подвида V 20 А и V 41 А. Кром того, изучали цитологические особенности восстановлен« фертильности у полученных гибридов,.9 4 отечественных лини с ЦМС цитологическая картина была одинаковой - развитие пыльцевых зерен остановило» на одноядерной стадии, дегене рация к моменту цветения была полной, пыльники содержа/ только пустые оболочки пыльцевых зерен без следов цитоплаз мы. 9 линий индика степень дегенерации была иной. Больше часть пыльцевых зерен сохраняла сферическую форму и движе ние цитоплазмы до цветения, хотя и находилась на двухядег ной стадии развития. Аналогичные данные были получены другими исследователями СУп, Уиап,1980; Подольских, 1989! Сравнение цитологических характеристик показывает, что ге нотипы отечественных сортов усиливают дегенерацию пыльцев! зерен.

Пыльца гибридных растений различна по своей корфолоп в зависимости от генотипа ядра. В одном пыльнике могут н< ходиться фертильные и стерильные пыльцевые зерна различш степени дегенерации.

Окраска и морфология пыльников позволяет различа' стерильные и фертильные растения. Пыльники стерильных ра< тений имеют белый цвет и значительно тоньше фертильных.

По пыльцевым зернам ВТ-ЦМС можно идентифицировать п нотип растения по !^-генам. Гомозиготные растения содерж. в пклЬниках только фертильные пыльцевые зерна, гетерозиго' ные - фертильные и стерильные в равном соотношении. Для Ц| ЦМС такая возможность исключается, так как восстановлен] фертильности имеет спорофитную природу. Такая особенное ВТ-ЦМС позволяет существенно ускорить селекционный проце

- э -

[о созданию линий-восстановителей фертильности.

Изучение наследования восстановления фертильности. у ибридов с ВТ-ЦМС показало, что растения Р1 полуфертильны ю пыльце и имеют высокую завязываемость под изолятором, от 'О до 100%, в зависимости от гибридной комбинации. В ?2 наб-1юдалось расщепление на фертильные и полуфертильные по пыль-1е растения в соотношении 1:1. Пыльники фертильных растений (если 75-100Х фертильной пыльцы, а полуфертильннх растений -Ю-602. Растения с фертильностью ниже 40 % в выборке отсут-:твовали (Та1зл. 2).

Таблица 2

Расщепление по фертильности пыльцы растений ?2 с ВТ-ЦМС

_______________________( 1990 г)____________________________

Гибридная !Кол-во!Классы по фертильности! при

! расте-! пыльцы/! !

! ний !----------------------! 1:1

комбинация ! »41-60 ! 61-80 ! 81-100!

ЭкШкаг1 А/На 1 ип 422 68 35 3 30 0,06

йкШкаг1 А/Ср 211 55 24 0 31 0,89

Зазаг^Мк! 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

5Ьаге1 А/Ср 211 32 18 1 13 1,13

152 А/Ср 211 38 19 0 19 0,00

Х1апвЫпв А/На 1 ип 422 31 15 1 15 0,03

Всего 376 185 8 182 0,38

Эти данные позволяют сделать вывод о моногенном контроле восстановления фертильности и гаметофитной природе ВТ-ЦМС. Рецессивная аллель гГ-гена является, таким образом, леталью для несущего его пыльцевого зерна. Участвующие в оплодотворении пыльцевые зерна несут только доминантную аллель гена, что и вызывает в ¥2 расщепление 1:1. Этот вывод подтверждается и анализом ГЗ. В потомстве фертильных растений были только фертильные, в потомстве полуфертильннх -фертильные и полуфертилбнне в равном соотнонении.

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

фертильности пыльцы.

По завязываемости зерновок гибриды несколько отличалис! друг от друга несмотря на одинаковую фертильность пыльцы (Табл. 3).

Таблица

Распределение, растений ¥2 с ВТ-ЦМС по озерненности мет

________________^_________( 1990)__________________________

Гибридная ! Коли- ¡Средняя! Классы по озерненности,У.

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

комбинация !растений!ность,%! 10 ! 3(Г ! 50 ! 70 ! 90

Базаг^Ык! А/

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

АкШкаг! Й/Ср 211 54 75,2 0 0 6 23 25 йкШкаг! А/

/На1ип 422 58 64,4 0 3 15 26 14

152 А/На1ип 422 102 86,8 0 1 1 17 83

Мы предполагаем, что эта разница была обусловлена генотипами родительских форм. Для проверки этого предполоке-ния 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 всего 16,2 У., /тогда как фертильность пыльцы была определяющих фактором. Отсутствие взаимодействия между этими факторами показывает, что влияние родительских форм на озерненность не связано с генами восстановления фертильности и должнс учитываться при использовании ВТ-ЦМС в практической селекции.

Изучение генетики востановления фертильности • у НА-ЦМС проводили в ходе создания линий-восстановителей фертильност Использовали ЦМС-линии ВНИИР 1390 А, Прикубанский А, Пластик А и Аист А, которые были опылены пыльцой растений семе* беккроссов Кулон, Лиман, ВНИИР 8847, ВНИИР 5972 и М 189 на 54. Путем свободного ветроопыления было получено более 6 тысяч гибридных зерновок, из которых в условиях теплицы было выращено и проанализировано 2940 растений. Из ни)

только 11 растений были полностью фертильны по пыльце и 75 растений - полустерильны с фертильностью пыльцы ниже 30 У. Анализ озерненности метелок Fl показал, что только 96 растений имели завязавииеся зерновки. Растения с фертильностью пыльцы ниже 10 У оказались неспособными к самоопылении. По колосковой фертильности было выделено 4 класса: 1 класс составили 74 растения с озерненностып метелок при самоопылении ниже 10 У, 2 класс - 8 полустерильных растений с озерненностью от 10 до 30 X, 3 класс - 5 полуфертильных растений с озерненностьи от 30 до 50 У и 4 класс - 9 фер-тильных растений с озерненностьв 60-100 У..

Теоретические расчеты показывают, что частота встречаемости любого гена IR 54 в полученной популяции гибридов должна 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 нашей популяции должно было быть не менее 25 У. фертильных и частично фертильных растений. Отклонения от теоретической модели слишком значительны и могут объясняться двумя путями. Первый вариант - снижение частот генов восстановления в популяции из-за генетического несоответствия разных подвидов риса или за счет отбора. Второй вариант заключается в допущении возможности более сложной системы генетического контроля восстановления фертильности, включающей гены, не выявленные в скрещиваниях внутри индийского подвида. В пользу последнего предположения свидетельствуют различия по степени деформации пыльцевого зерна у ЦНС-линий данного типа подвидов индика и японика. Предположив, 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(Ujrsanl, Shinjyo, 1988), мы предполагаем участие в процессе восстановления фертильности гена-регулятора Rf3, доминантная аллель которого разрешает, а рецессивная - запрещает процесс восстановления. Кроме этого присутствует ген-модификатор Rf4, в доминантном состоянии усиливающий действие главных генов (Табл. 4).

Таблица 4

Модель взаимодействия Rf-генов и ее соответствие змпир! ческим частотам классов по озерненности метелок Fl (1931)

Предполагаемый генотип #.

! Теоретическая ! Эмпирическая ! Озернен-! частота ! частота ! ность,^

3

Rfl Rf3; Rf2 Rf3 2

и все генотипы, 2 * N/8 = 91,9 показанные ниже

Rf2 Rf3 Rf4

Rfl Rf3 Rf4

Rfl Rf2 Rf3 +

74

0,5-10

22 =96 8 5

10-30 30-50

N/8 = 5,7 3

N/8 = 5,7 4

+ N/8 =

Rfl Rf2 Rf3 Rf4 = 5,7 + 0.7= 6,4 9 60-100

* - указаны только доминантные аллели генов восстановления фертильности.

Предловенная модель не отвергается критерием хи-квад-рат и достаточно хорошо описывает полученные- результаты. Для проверки модели использовали растения F2 и F3.

Согласно предложенной модели генотип гибридов с полностью восстановленной фертильностьш без учета гена-модификатора будет Rfl rfl Rf2 rf2 Rf3 rf3, что приведет к расщеплению в F2 на фертильныа, полуфертильные и стерильные растения в соотношении 27:18:19.

В опыте изучали 163 растения F2, из которых 72 растения были полностью фертильны(фертильность пыльцы превышала 70X), 49 растений имели пыльцевую фертильность от 15 до 702 и 42 - были полностью мужски стерильны. Эмпирическое распределение хорошо соответствует теоретически ожидаемому: х =1,20<5,99 при Р=0,95, что подтверждает правильность предложенной модели. Изучение завязываемости дало аналогичные результаты.

Анализируя потомство растений, имевших озерненносп метелок при самоопылении 30-50Z, следует ожидать расщепления только по 2 генам: Rfl и Rf3. и соответственно, появле-

+

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

В третьем поколении размах изменчивости увеличивается, фертильность некоторых растений с двумя генами восстановления фертильности достигает 70 X. Это монет объясняться накоплением генов-модификаторов под давлением отбора. Расщепление в F3 носило сложный характер. Примерно в половине семей наблюдалось расщепление аналогичное наблюдаемому в F4 Выделены также семьи, состоящие только из частично фертильных растений, без расщепления. Они составили около 10 X вс«х проанализированных семей. В остальных случаях отношение частично фертильных растений к полностьи стерильным составило 3:1, демонстрируя расщепление только по моногенной модели.

Еще более сложным было расщепление F3 семей, несущи* согласно модели 3 Rf-гена. В случае полуфертильных растении картина была аналогична вышеописанной. В потомстве фертильных растений расщепление носило очень разнообразный характер, вклнчая moho-, ди- и три-генное, а также отсутст&це расщепление с различными значениями пыльцевой фертильности от 15 до 100 X.

В целом расщепление в третьем поколении гибридов подтверждает предложенную модель.

Предлагаемая нами модель взаимодействия Rf-генов и WA-цитоплазмы в доступной нам литературе не встречается. В какой-то мере это может быть следствием отсутствия данных по наследованию восстановления фертильности у ЦМС-линий Hfl-типа подвида японика, В литературе описаны moho-, ди- и tJjm-генные системы восстановления фертильности у Hfl-ЦМС ( Lin, Yuan, 1980; Uiriani, Eduards, 1983; Li,'Yuan, i986; Young, Uirnani, 1984; Uiriani, Shinjyo, 1988). При этом наиболее распространенной точкой зрения является система из 2 висимых доминантных генов. Вариантом этой системы явл&<гтс$ трехгенная модель (Uiriani et al., 1986 ), в которой 1 еггс-рофитннй ген Rfl взаимодействует с двумя парами гамето<р«ТИму комплементарных генов восстановления фертильности, что "Jju-водит к типичному для дигенной системы расщеплении 9'6'i.

Для объяснения не укладывающихся в эти ранки случаев предлагается варианты с генами-модификаторами, а также предположение о наличии у разных линий-восстановителей фертильности неаллельных Rf-генов ( Govinda Raj, Uimani, 1988),

На основе нашей модели могут быть объяснены практически все описанные в литературе варианты наследования восстановления фертильности. Вероятно, больпинство ЦНС-линий и их закрепителей стерильности и восстановителей фертильносп подвида индика несут доминантную аллель гена Rf3, котора: в зтом случае в скрещиваниях не проявляется.

Таким образом, предлагаемая на основе анализа часто1 встречаемости генов восстановления в.исходной популяции модель взаимодействия генов восстановления фертильности подтверждается изучением наследования этого признака во второ] и третьем поколениях гибридов и не противоречит имеющимся i литературе данным. Однако, для полной уверенности в истинности предложенной модели необходимо установить локализаци! постулируемых генов в группах сцепления.

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

К преимуществам обоих ЦМС-типов следует отнести высо кую стабильность проявления мужской стерильности у ЦМС-ли ний и фертильности гибридов. Это подтверждается нашим данными по изучению фертильности гибридов и их родителей разных условиях среды.

Создание стерильных аналогов отечественных сортов ни каких трудностей для селекции не представляет, так как вс отечественные сорта закрепляют стерильность обоих типов, случае ВТ-ЦМС моногенная система генетического контрол восстановления фертильности значительно облегчает селекци линий-восстановителей. Недостатком этой системы являете гаметофитное действие Rf-гена, что приводит к 50-процентно фертильности растений F1, и как следствие, к значительно зависимости озерненности от генотипов родительских линий НА-ЦМС лишена.такого недостатка, однако сложная систе ма генетического контроля восстановления фертильности дела ет работу по созданию линий-восстановителей серъезной проб лемой. Для решения этой проблемы мы рекомендуем вести отбо

на стерильной цитоплазме и, кроме того, использовать полученные нами восстановители фертильности в качестве доноров 1?Г-генов, чтобы избежать гибридной стерильности.

Таким образом каждой из двух ЦМС-систем свойственны свои преимущества и недостатки, что позволяет рекомендовать их одновременное использование. Кроме того, распространение ■только одной системы на больших площадях угрожает потенциальной возможностью развития эпифитотий и массового размножения вредителей.

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

Эффективность перекрестного опыления у риса по самым оптимистическим оценкам не превышает 6,8 УХ Ви1апу, 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 важнейших этапов в развитии гибридного риса.

Изучение суточной динамики цветения и эффективности перекрестного опыления проводили в смешанных популяциях в августе 1989 г. Использовали ЦМС-линии Аист А, Пластик А, Прикубанский А и ВНИИР 1390 А и беккроссы сортов Кулон, Лиман, М 189 и ВНИИР 5972 на сорт II? 54.

Установлено, что цветение фертильных линий начинается на 2-2,5 часа позже, чем ЦНС-линий, и достигает максимума в 13.00-14.30, Пик цветения мужски стерильных линий выражен не очень отчетливо. Максимальное число открытых колосков у них наблюдалось от 14.00 до 16,30, когда цветение фертильных форм уже 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 наблюдали при опылении ЦМС-линии Пластик А беккроссом на основе сорта Лиман. Средняя озерненность метелок стерильной формы составила в этой комбинации 7,3 '/., достигая на отдельных растениях 32,7 '/.. Минимальной озернен-

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

Таблица 5

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

ЦНО-линия N Опылитель! Кулон! Лиман! Н 189!ВНИИР 5972!средш

Прикубанский А 5,4 4,9 3.7 2,5 4,1

* 18,2 26,5 14,5 11,9

Аист А 2,0 3,0 2,4 2,6 2,5

* 21,0 15,3 11,9 5,8

РНИИР 1390 А 3,1 6.5 2,4 2.1 3.5

* 16,8 21.3 11.7 .3,6

Пластик А 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 озерненность между разными комбинациями, а такве выявить степень зависимости этой величины от генотипов родительских форм, провели двухфакторный дисперсионный анализ. Факторами анализе были генотип ЦМС-линии и генотип линии-опылителя, Анали; подтвердил достоверность различий и показал, что озерненность метелок при перекрестном опылении в значительной степени Сна 57,8 У.) определяется генотипами родительски; форм. Высокая доля остаточной изменчивости (42,3 У.) объясняется тем, что для всех ветроопыляемых культур услови: внешней среды имеит чрезвычайно важное значение, в особенности сила и направление ветра, которые достаточно трудн!

контролировать в условиях полевого эксперимента. Генотипы родительских форм влияет на величину озерненности метелок практически в равной степени - доли влияния генотипа ЦНС-линии и опылителя соответственно равны 16,4 и 18,8 то есть различия не являится статистически достоверными. В большей 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 в данной комбинации. Наиболее вероятными механизмами этого явления на наи взгляд могут быть взаимодействие рыльца пестика и пыльцы, ведущее к селективному оплодотворению, и индивидуальные особенности суточной динамики цветения. В пользу второго предположения свидетельствует сравнение графиков суточной динамики цветения. Использование в качестве материнских форм образцов риса, у которых рыльца остаются снаружи после закрытия цветковых чешуй у всех колосков, полностью снимет проблему несогласованности суточных динамик цветения.

Опыление ЦНС-линий в лизиметрах дает заниженные результаты по сравнению с полем. Например, в тот ве год при опылении ЦНС-линии Прикубанский А закрепителем стерильности этого сорта в полевых условиях при соотноиении рядков 1:2 соответственно, средняя озерненность составила 22,7 У, достигая на отдельных метелках 30,2 У.

Таблица 6

Озерненность метелок ЦМС-линий при естественном перекрестном опылении их закрепителями стерильности в поле

ЦНС-линия

Год изу-! Озерненность метелок (У)

чения !---------------------------

! средняя ! максимальная

Прикубанский А Прикубанский А Пластик А Аист А

ВНИИР 1390 А

1989

1990 1990 1990 1990

22,7±2,1 21,8±1,9 24,2*2,0 14.5±1,3 9,4+0,7

60,2

54.8 62,3

42.9 20,9

- 18 -

В этом случае средняя озерненность иетелки 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 селекцию на высокую озерненность метелок ЦМС-линий при перекрестном опылении.

ВЫВОДЫ

1. На основе цитологических исследований установлено, чтс дегенерация пыльцы у отечественных ЦМС-линий НА-типа начинаете на одноядерной стадии развития и приводит к гибели пыльцевогс зерна до момента цветения. Н линий с ВТ-ЦНС она проходит между двух- и трехядерной стадиями развития пыльцы.

2.Генетический анализ показал, что восстановление фертил! ности пыльцы у ВТ-ЦМС контропируитса одной парой доминантных ядерных генов, имеющих гаметофитное действие.

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

4. Восстановление фертильности пыльцы у отечественных линий с НЙ-ЦМС контролируется сложной генетической системой, включающей 3 главных гена, из которых ИП и ИГ2 непосредственно восстанавливают фертильность, но могут зкспрессировать-ся лишь в присутствии доминантной аллели НГ3. Действие всех генов спорофитное. В восстановлении фертильности принимают также участие гены-модификаторы.

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

6. Величина перекрестного опыления у полученных восстановителей фертильности и имеющихся ЦМС-линий не превышает в

:реднем 20 '/., что делает производство гибридных семян на их зснове экономически не выгодным.

7. Суточная динамика цветения ЦНС-линий значительно этличается от динамики цветения фертильных линий и монет являться одной из причин низкой величины перекрестного опыления. Цветение фертильных форм начинается на 2 - 2,5 часа юзяе стерильных. Максимальное число открытых колосков на аетелках стерильных форм наблидалось после прекращения цветения фертильных форм.

8. Эффективность перекрестного опыления в значительной :тепени определяется генотипами родительских форм ( доля влияния - 57,8 У.). 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 эавязываемости зерновок при перекрестном опылении и зависимость этого фактора от их генотипов указывает на перспективность селекции на улучпение этого признака.

10. Полученные нани восстановители фертильности пыльцы Кулон-28 и Лиман-50 по больиинству признаков соответствуют ¡¡енотипаы исходных сортов риса Кулон и Лиман.

Практические предложения и рекомендации

1. При селекции восстановителей фертильности для НЙ-ЦИС рекомендуем использовать полученные нами линии Аист й/Лиман-50 и ВННИР 1390 й/Кулон-28, сочетающие стерильную цитоплазму и полный набор Rf-генов. Селекцию предлагаем вести на. стерильной цитоплазме по разработанной схеме.

2. При выборе систем цитоплазматическиой муаской стерильности предлагаем использовать превде всего ВТ и Hfl-типы как наиболее стабильные по проявлению признака.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Гончаров C.B. Влияние генотипов опылителя и ЦМС-ли-нии на эффективность перекрестного опыления у риса// Материалы Всес. конф. молодых ученых и специалистов.-Краснодар. 1990. С. S.

2. Гончаров C.B. Генетика восстановления фертильност у отечественных ЦЫС-линий риса // Тезисы конф. мол. ученых рисоводов. Краснодар, 1991. С, 20.

3. Гончаров C.B., Гончарова Ю.К. Эффективность пере крестного опыления у риса с цитоплазматической мукско стерильностьи // Проблемы теоретической и прикладной гене тики в Казахстане, Алма-Ата, 1990. С. 40-41.

4. Гончаров C.B., Гончарова Ю.К. Эффективность пере крестного опыления у риса с цитоплазматической мужской сте рильностыо // Современные проблемы генетики и селекци сельскохозяйственных растений (Тезисы докладов Всесоюзно научно-технической конференции молодых ученых). Одесс. 1991. С. 8-9.

С

Подписало к печати 9.03. 1992 г. Формат бумаги 60 х 84/16. ОСьсм 1,0 печ. л. Заказ 550. Тираж 100. Офсегная печать-КИППП, Красноармейская, 43