Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОГО ПОЛИМОРФИЗМА ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ В СЕМЕНОВОДСТВЕ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОГО ПОЛИМОРФИЗМА ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ В СЕМЕНОВОДСТВЕ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ"

л

-ЪШ-9

На правах рукописи

ЛЯЛИНА Елена Владимировна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОГО ПОЛИМОРФИЗМА ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ В СЕМЕНОВОДСТВЕ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

06.01.05 — селекция и семеноводство 03.00.15 — генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена на кафедре сепекции и семеноводства по-тевых культур Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева и в лаборатории генетики растений Института обшей генетики им Н И Вавилова РАН

Научные руководители доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.Н. Березкин, кандидат биотогических наук A.A. Поморцев.

Официальные оппоненты доктор био югических наук, профессор A.B. Смирнев; кандидат сетьскохозяйсгвенных наук В.М. Лапочкин.

Ведущее учреждение — Государственная семенная инспекция Российской Федерации ¿q

Защита состоится JS мая 2Ü00 г в / С ч на заседании диссертационного совета Д 120 35 04 в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева по адресу 127550, Москва, ул Тимирязевская, 49

Ученый совет V1CXA, корп 3 С диссертацией можно озна"- "

бибаиотеке Московской сел» К А Тимирязева

Автореферат раюслан

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: В связи, с принятием законов Российской Федерации "О селекционных достижениях", "О семеноводстве", особо актуальным стал .вопрос о контроле подлинности и сортовой чистоты, семенного материала. В соответствии с первым из вышеуказанных законов, патентообладатель несет полную ответственность за качество выпускаемых семян. Однако на данный момент только существующими методами, какими являются апробация и грунтовой контроль, гарантировать подлинность и высокую сортовую чистоту семян не представляется возможным. .

Многие современные- сорта сходны друг с другом по морфологическим признакам. В связи с этим апробация и грунтовой контроль не всегда могут дать реальное представление о чистосортности семенных посевов. Кроме этого, апробационные признаки подвержены модификациям ' под воздействием окружающей среды. Из-за возможных нарушений • технологической дисциплины при уборке, послеуборочной доработке, транспортировке и при . хранении семян, полевые методы не могут гарантировать сортовую чистоту 'семян на этапе реализации. Существенным недостатком этих методов является сезонность их использования и невозможность быстрой проверки семян на сортовую принадлежность и чистоту.

. Законом "О семеноводстве" для определения сортовых качеств семян наряду с апробацией и грунтовым контролем; предусмотрено введение лабораторного сортового контроля - элитных и репродукционных семян, поступают'Гх в оборот. Для этого необходимо иметь быстрые и дешевые методы, использующие в анализе семяна, а не растения, и неопирающиеся на описание морфологии. В настоящее время такие методы существуют. К ним относятся, прежде всего, электрофоретические методы анализа белков семян.

Различными методами электрофореза показано наличие генетически обусловленного полиморфизма некоторых , белков , семян, ' многократно , превышающего разнообразие по морфологическим, признакам. У ячменя наибольшим полиморфизмом обладают спирторастворимые белки зерна • гордеины.

Цель и задачи: цель данной работы состоит в изучении полиморфизма запасных белков у современных сортов ярового ячменя и возможности его использования в семеноводстве. Задачи исследований:

„•', идентификация в гибридологическом анализе ранее предварительно выделенных блоков компонентов для дальнейшего их использования в селекционно-семеноводческой работе;

- изучение почиморфтч» современных (.ортов, допущенных к использованию на территории РФ ч со 1 те никого каталога алтельньпс вариантов гордеинов,

- изучение гетероге. ч\ сортов по ряду хозяйственно ценных признаков в связи с а тчачн сеч-ионо -ства,

- иссекиччие состояния внутрихозяйственного семеноводства в Московской оопасти с использованием мектрофоретического анализа сортовой чистоты семян

Научная новизна выпочненных исстевдваний включается в идентификации |ре а пе 1ей основных гордеинкодирующих локусов, создании нового каталога ал 1епьных вариантов блоков компонентов, контролируемых полиморфными лок\сами Ни1, определении генетических формул всех изученных сортов ячменя I осударственного реестра селекционных достижений, допущенных к использованию в 1999 году, установлении закономерности распространения частотот аплельных вариантов локусов Нг<1 А, Нгс1 В и Нгс1 Р на территории регионов РФ, изучении влияния состава биотипов у гетерогенных сортоа Зазсрский 85 и Московский 3 на урожай и некоторые элементы его структуры

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты исследований могут быть использованы в селекции и семеноводстве ярового ячменя для определения подлинности и сортовой чистоты семенного материала

Апробация: Основные результаты работы были доложены на заседании кафедры сепекции и семеноводства полевых культур (1999 г.) и на научных конференциях МСХА в 1998 и 1999 годах По результатам исследований опубликовано 3 научные работы, список которых представлен в конце автореферата

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы условия, материалы и методы работы, 4 глав экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы, включающего 234 наименования, в т ч 100 иностранных авторов и приложения Работа изложена на 156 страницах, содержит 26 таблиц и 23 рисунка

УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа выполнена в 1997-1999 годах на СЕЛЕКЩОННСП станции МСХА им П И Лисицына и в лаборатории генетики растений ИОГен им. Н И Вавилова РАН

г

Из трех лет проведения полевых экспериментов наиболее благоприятным для развития растений был вегетационный период 1997 года, а 1999 год -наименее благоприятным, с холодным маем месяцем и необычайно сухим, жарким летом.

Для изучения наследования и идентификации аллельных блоков компонентов гордеина анализировали потомства растений F2, полученных от скрещивания линии CI 13664) с линией R. I. Wolfe, несущей множественные доминантные маркеры (ДМ). При составлении каталога аллельных вариантов локусов Hrd А, В, F анализировали семена ярового ячменя, включенные в Государственный реестр селекционных достижений 1999 года. Для определения чистоты партий семян анализировали семена сорта Зазерский 85. Материном для изучения гетерогенных по запасным белкам сортов ярового ячменя служили сорта — Зазерский 85 и Московский 3. Испытывали биотипы и варианты их искусственных смесей с разным соотношением.

Электрофорез гордеинов проводили в стеклянных трубках длиной 120 мм и диаметром 4 мм, заполненных 12-14%-ным крахмальным гелем с . ЗМ мочевиной в алюминий-лактатном буфере (рН 3,1) по методике А.А. Созинова и Ф.А. Попсреля (1978) с некоторыми модификациями. •

При изучении наследования' гордеинов соответствие наблюдаемого расщепления. ожидаемому оценивали с помощью критерия хи-квадрат (хг). Величину рекомбинации между локусами Hrd A, Hrd В и Hrd F рассчитывали методом максимального правдоподобия. Однородность аллельного состава популяций в регионах РФ оценивали по х2- Для установления связи частот аллелей основных локусов Hrd с климатическими характеристиками регионов проводили регрессионный и корреляционный анализ, используя пакеты статистических программ "Statistics 4.5я и "Systat 4.0". Для определения меры генетического сходства частот аллелей в наборах сортов из разных регионов, рассчитывали генетические расстояния по методу Нея (1972). Существенность различий по урожаю и элементам его структуры между вариантами опытов определяли с помощью дисперсионного анализа (Доспехов, 1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Наследование н генетический контроль компонентного состава гордеинов ячменя

Дтя ■ изучения наследования компонентного -состава гордеинов анализировали по 4 зерна от каждой из 147 ссмсй - потомств растений Р2 от скрещивания линии С1 13664 с линией ДМ.

Варианты шрдеинов у формы С1 13664, согласно каталогу вариантов гордеина (Почорг-в и <р, 1485) предваритечьно были определены как Н1Ш А21, НЯи ВН. НИЭ П, а у линии ДМ - Н1Ш Л2, Ш В35, Н1Ш Р1.

На рисунке 1а представлены электрофореграммы гордеинов родительски" форм и гибрида Р1 между ними Как видно из рисунка, на электрофоре грамме гибрида присутствуют все компоненты родителей, что свидетельствует о кодоминантном характере наследования гордеинов

Г

Н1Ф А2 |5йЙА21

>п

ШШВ35 В11 м

№Ф Р1 ( РЗ 1 23

ТГ ГТГТ

Й «Г'к г.

1 23456789 10

Рис. 1. Наследование компонентов гордеина в комбинации скрещивания СИ3664 х ДМ: а) электрофореграммы гордеина -1 - С113664, 2 - Р1 СИ3664 х ДМ, 3 - ДМ; б) электрофореграммы гордеина (1 - 10), обнаруженные в Р2(С113664 х ДМ)

При анализе потомств растений Р2 к гетерозиготным по локусам Нгс! относили те из них, на электрофоре граммах гордеинов которых обнаруживали оба родительских варианта в гомо- или гетерозиготном состоянии. В результате анализа потомств растений Р2 было обнаружено 14 фенотипических классов по спектрам гордеина. Некоторые из них представлены на рисунке 16.

В Рг по каждому из локусов Нг<1 А, Нг(1 В и Нгс! Р можно выделить три фенотипических класса. Один из них соответствует материнской форме, другой - отцовской, а третий характерен для гстерозиготы. Численности фенотипических классов представлены в таблице 1. Как видно из таблицы, расщепление по каждому из локусов соответствовало ожидаемому 1 2:1 Анализ наследования локусов Нп1 А, Нг<1 В и Нгс! Р относительно друг друга показал наличие сцепление между ними (табл. 2) Из полученных данных следует, что на сегменте хромосомы локусы Нп1 А, Нп1 В и Нп1 Р располагаются в указанном порядке.

' Таблица 1

Расщепление по локусам Нп1 А, Нг<1 В и Нгй Р в Рг от скрещивания С1 13664 х ДМ

Численность

Локус фенотипичесиих каассдв N X2 Для Р

АА Аа аа 1:2:1 '

Нк1 А 43 62 42 147 3.61 2 >0.10

РЫВ 43 67 37 147 1.63 2 >0.25

нгар 43 69 35 147 1.42 Г >0.25

Таблица 2

Оценка сцепления между локусами Нгб А, Нг<1 В и Пг<1 Р в Р2 от скрещивания С1 13664 х ДМ

Численности Величина

Локусы : фенотипических П ' х2* рекомби-

Д*а классов нации, %

В Ь ВВ ВЬ ЬЬ

Н«х1 А2 . Нп1 А21 НгёВ35 Ни1В11 АА 29 11 3 147 90,99, 20,60 ±2,69

Аа 11 43 8

Аа 3 13 26

НгйА2.Нг<1 А21 АА 28 12 3 147 77,60 22,35 ± 2,38

Нп1 Р' Нгс1 РЗ Аа 11 43 8

Аа 4 14 24

Нгй В35 . Н«1В11 АА 42 1 0 147 250,77 1,38 ±0,50

Нп1 Р1 Нга РЗ Аа 0 . 67 0

Аа 1 1 35

*- х2 для расщепления (1:2:1) (1:2:1)

2. Полиморфизм горденнов современных сортов, допущенных к использованию

Наследование компонентов блоками , позволяет регистрировать электрофоретические спектры гордеина сортов в виде простых генетических формул и в дальнейшем использовать их при определения сортоЬой чистоты и подлинности ссмян. Однако прежде чем использовать электрофорез как метод

лабораторного контропя чистоты н подлинности семян, необходимо изучение компонентного состава горчеина у сортов, допу.ценных к использованию

2.1. Полиморфизм гордеинов у сортов ярового ячменя, допущенных к использованию в 1999 году

При анализе 101 сорта, допущенного к использованию (Государственный реестр, 19991.), было обнаружено 16 типов блоков компонентов, контролируемых алг; елями локуса Нп1 А, 22 - контролируемых локусом Нгс1 В и 4 - контролируемых локусом Нгс! И (рис 2) Среди аллелей локуса Нгй В было обнаружено три новых варианта, обозначенных нами как В93, В94 и В95. Аллель В93 имеет сорт Виконт, аллель В94 - сорт Янгве, а В95 - сорт Дина.

—1 1 из'^Ц • ^Н - Н1Ш А "р*~"~'| 2 32 8 47 24 J | 4 111 й "Г 7 ЙЙ 1 1 4С £ 12 1'-ни а -и 1 1 18 13 21 1Г 23 20

№ШВ гашг -1 4 1 3 » » < 63 1 1 1 > 1 1 67 1 1 » V* 2 3 • -4 1 1 19 1 ! Г 119 3 1 1 » « 35 I V « 1 1 37 1 ! Ч 1 ■ * 53 18 21 21 110 1 1 8 2 И г 3 1 1 1 39 2 Ч г ! ' 13 9. 2 1 17 3 *!' | ! 1 ■ч 45 94 3 3 'II У I, 1 29 3 1 1 1 1 25 1 841 84 95 3 1 3

Рис. 2. Типы блоков компонентов, контролируемые аллелями локусов Нгс! А, В, И, обнаруженные при анализе 101 сорта, рекомендованного к использованию в

РФ в 1999г.

Как видно из рисунка, варианты гордеинов, контролируемые локусом КЫ А, различаются по количеству, интенсивности и подвижности компонентов Вместе с тем, среди обнаруженных вариантов по степени сходства можно выделить группы или "семейства" типов блоков компонентов В пределах семейства типы различаются по подвижности или присутствию/отсутствию отдельных компонентов, но все они могут происходить от одного типа блоков В первое семейство можно объединить блоки компонентов Н1Ш А2, Н1Ш А32,

б

HRD A8, HRD A4, HRD A24. HR0 A47. Так, хорошо видно, что HRD А47 отличается от HRD А2 отсутствием самого медленного, HRD А4 - отсутствием наиболее быстроподвижного • компонента, а блок HRD А24 - относительно медленной подвижностью этого 5ке компонента. Второе семейство включает в себя блоки HRD Al, А12,'А17, А18 и А40. Предполагается, что возникновение таких семейств является следствием мутаций (делеций и точечных мутаций) в сложном локусе (Saynova et. al., 1992). Аналогичные семейства можно выделить и по блокам В гордеинов. По локусу Hrd F - обнаружено 3 аллеля, различающихся по подвижности и вариант с отсутствием продукта этого локуса ("нуль"-аллель).

2.1.1. Регистрация электрофоре грамм гордекна сортов в виде генетически* формул

Идентификация серий аллелей и составление каталога типов блоков компонентов, контролируемых локусами Hrd A, Hrd В и Hrd F, позволяет записывать электрофореграммы сортов в виде простых генетических формул (Поморцев и др., 1985). В полной формуле гордеина сорта указывается сокращенное обозначение гордеинов - Hrd, затем следуют буквенное обозначение локуса и порядковый номер соответствующего аллеля (блока компонентов). В сокращенном, варианте в формуле последовательно указываются только аллельные варианты ■ блоков компонентов гордеинов, контролируемые локусами Hrd A, Hrd В и Hrd F, разделяемые точками. Например, электрофореграмму сорта Михайловский можно записать Hrd А2 В8 F2 или 2.8.2. Располагая формулой гордеина сорта и каталогом вариантов блоков компонентов, можно по формуле легко представить спектр запасных белков,. что невозможно при использовании способов записи спектров, предлагаемых в методиках ВИР или ISTA. - .

Анализ сортов показал, что часть из них является линейными по спектру гордеинов, а часть - гетерогенными, т. е. состоят из нескольких биотипов, различающихся по электрофоре граммам проламинов. Под гетерогенностью мы понимаем одновременное присутствие у сорта нескольких аллельных блоков компонентов, связанное не с засорением, а обусловленное особенностями создания сорта - отбором родоначального гетерозиготного по гордеиновым локусам растения сорта. Например, сорт Московский 3 состоит из четырех биотипов: Hrd А2 В19 Fl, Hrd А21 В25 F1, идентичных по электрофореграммам родительским сортам Вуни и Топаз, соответственно, и Hrd А21 В19 Fl, Hrd А2 В25 Fl, являющихся рекомбинантными. Суммарную формулу этого сорта

можно записать следующим образом- Нп1 А2+21 В19+25 Р1 или 2+21.19+25 1, рвзделяя аллели одного току са знаком

2.1 Л. Частоты ал лелей ликуюв Нп1 А, Нг«1 В и Нп1 Г у сортов, ■опущенных к использованию.

Используя составленный каталог типов блоков компонентов горденнов А, В, Р и изложенный выи*е способ записи электрофоре грамм, были определены генежческие фо; мулы гордеина у всех изученных сортов. 28,7% исследованных ч р.ов чвляются гетерогенными. В таблице 3 представлены частоты аллелей л оку со в Нг(1 у печенных сортов Из 16 аллелей локуса Нп1 А по частоте резко доминирует а-ыель А2 - 54,0% Остальные встречаются с частотами 0,5 - 12,5%. По локусу Нгс! В из 22 аллелей относительно высокую частоту имеют три - В8 (21.8%), В17 (13,9%), В19 (17,8%). Частоты остальных аллелей варьирует от 0.5 до 4,5%. Варианты аллелей локуса Нп1 Р встречаются

Таблица 3

Частота аллелей (Р) локусов Нгс1 А, Нгс1 В н Нп$ Р в сортах ярового ячменя, допущенных к использованию в РФ (п=101)

Нп1 А 1ЫВ ЬМР

Аллель Р,% Аллель Р,% Аллель Р,% Аллель Р,%

1 1.9 1 3.9 63 1,0 1 32.7

2 54,0 2 3,5 67 2,5 2 28,7

4 0,5 3 1.9 84 3,5 3 37,6

8 1,0 8 21.8 93 0,5 0 1,0

12 12,5 13 3,9 94 0.5 1

13 1,9 17 13.9 95 1,0

11 1.0 18 0.5

18 3,5 19 17.8

20 . 3,0 21 2,5

21 3,0 25 4,5

23 5.4 29 4,5

24 1,9 35 3.5

28 7,4 37 4,5

32 1.0 39 0,5

40 1,5 45 1.9

47 0,5 53 1.9

с близкими частотами - от 28,7% (F2) до 37,6% (F3). Лишь у одного сорта' на элекгрофореграмме гордеин F отсутствует(аллельРО). - i

2 .2. Закономерности распределения аллельных вариантов локусов : Hrd A, Hrd В и Hrd F на территории РФ

Полиморфизм гордеинов имеет адаптивное значение. Показано, что на географическое распространение аллелей гордеинкодирующих локусов оказывают значительное влияние такие климатические факторы, как количество осадков в гол, средняя температура июля, сумма эффективных температур и континентальность климата (Поморцев и др., 1994). Е. Nevo et. al. (1983) была обнаружена связь между вариантами электрофоретических спектров гордеинов дикого ячменя Hordeum spontaneum Koch, и эдафическими условиями его произрастания. Отметим, что исследования 1 по изучению закономерностей распределения аллелей в зависимости от климатических факторов выполнены на сортах, выращивавшихся в бывшем СССР с 1929 по 1991 гг в пределах природно-сельскохозяйственных провинций. В связи с тем, что в процессе' сортосмены состав сортов значительно изменился, : а их использование, . рекомендуется - в границах регионов, мы изучали закономерности распределения частот аллей локусов Hrd по регионам РФ. •

Анализ распределения частот алеллей гордеиновых локусов по регионам выявил высокую степень неоднородности. Установлено, что' некоторые аллели (Hrd А2, А12, Hrd В8, Hrd F2) распространены по всем регионам, другие (например, Hrd А17, А40, Hrd В39, В93, Hrd FO) - встречаются лишь в каком-то одном. Сравнение частот аллелей у'сортов различных регионов по критерию х1 показало существенные различия между ними: для локуса Hrd А -¿. = 465,97, cL f.= 165, Р< 0,001; для локуса Hrd В х2= 536,97, d. f. = 23l, Р< 0,001;для локуса Hrd F -¿ =■ 121,89, d. f. = 33, P< 0,001. Учитывая данные литературы, можно предположить, что распространение аллелей локусов Hrd на территории РФ связано с влиянием климатических факторов.

В результате корреляционного и регрессионного анализов, не обнаружено связи между частотами аллеллей гордеиновых локусов и годовым . количеством осадков в регионах. Вероятно, это обусловлено тем, чта территории регионов включают области, относящиеся к различным природно-сельскохозяйственным провинциям. Например, в Центральный регион входят области, относящиеся к Средне-Русской избыточно влажной и к СреднеРусской полувлажной природно-сельскохозяйственным провинциям. В то же время, нами обнаружена связь частот некоторых аллелей локусов Hrd со

средней температурой июля Ветчины коэффициентов корреляции представлены в таСтице I

Таблица 4

Коэффициенты корреляции между частотами аллелей локусов Иге! А, Нгс! В, Нгс1 Р и средней температурой июля в регионах РФ .

Аллель Коэффициент корреляции, г Вероятность, Р

А23 0.66 0,019

В8 -0,88 0,000

В17 0.79 0.002

В29 0.72 0,008

В45 -0,68 0,015

В 95 -0.72 0,008

Р2 -0,82 0,001

РЗ 0,75 0,005

На основе частот аллелей в популяциях ярового ячменя были рассчитаны стандартные генетические расстояния Нея, характеризующие близость наборов сортов по локусам Нгс! в сравниваемых регионах. В результате проведенных рассчетов была составлена матрица генетических расстояний, и на ее основе проводили многомерное шкалирование и кластерный анализ. Пороговое значение генетических, расстояний при выделении кластеров принято равным 0,0913. В кластеры объединяли популяции (наборы сортов в регионах), если расстояние между парой сравниваемых популяций меньше порогового значения Всего было выделено четыре кластера В первый кластер вошли Северо-Западный, Центральный, Волго-Вятский, Западно-Сибирский и Дальневосточный регионы Ко второму кластеру отнесены ЦентральноЧерноземный и Средневолжский регионы. В третий и. четвертый кластеры входят Северо-Кавказский, Нижневолжский и Северный, Восточно-Сибирский регионы, соответственно Схема расположение регионов и их кластеры на территории РФ в границах основных посевов ячменя представлена на рисунке 3.

Анализ показал значимую линейную связь первых двух главных факторов, вычисленных с помощью многомерного шкалирования, с температурными характеристиками регионов. Множественный коэффициент корелляции составляет 0,92. При этом на первый главный фактор приходится более 70% общей изменчивости.

Ю

Рис. 3. Схема регионов и их кластеров в границах основных посевов ярового ячменя на территории РФ.

На рисунке 4 представлено расположение популяций в координатах этих главных факторов. Как видно из рисунка, по первому главному фактору регионы разделяются на две группы. В первую группу попадают южные регионы: 5 - 9. Во вторую группу - все остальные регионы (Север, Сибирь и Дальний Восток).

1в 12 о»

X. 00 ■ -0«

-08 12

Первый фактор

Рис 4 Расположение популяций сортов из регионов РФ в координатах первых двух главных факторов.

По второму главному фактору регионы также разделяются на две группы.

. В первую входят регионы 2,3,5,7, во вторую - 1,6,8,10,11,12. Первую группу регионов можно интерпретировать как : Запад. Вторую группу интерпретировать сложно, так как в нее попадают Северный и южные регионы, а также регионы Сибири и Дальнего Востока. \'''Л-...

Таким образом, распространение и частоты аллелей жжусов Ни! А, Нп1 В и Нгс1 Б у изученных сортов ячменя в регионах РФ, существенно зависят'от средней температуры июля. Вероятно, это обусловлено важностью этого показателя, так как в июле идет налив и созревание зерна. . • ;

2-3. Дифференциация сортов на основе электрофоретического 1 анализа гордеинов

Эффективность любого метода, используемого для определения сортовой принадлежности и чистоты семян зависит от его возможности отличать сорта и идентифицировать сортовую .примесь. С помощью метода электрофореза гордеинов удается различить 83% всех изученных нами сортов. Однако ряд сортов имеет одинаковые формулы гордсина, например, Биос 1 к Михайловский имеют формулу гордеина 2.8.2. В таком случае различить сорта по гордсинам и определить чистоту при их взаимном засорении" невозможно. Как видно из таблицы 5, в Северном регионе по спектрам гордеинов

Таблица5

Доля дифференцируемых с помощью электрофореза гордеинов сортов ярового ячменя, допущенных к возделыванию в регионах РФ

Регион • Количество . Доля различимых

сортов, шт. сортов, %

Северный 5 100,0

Северо-Западный 19 - 78,6

• Центральный 19 86,7

Волго-Вятский 20 93,8

Центрально-Черноземный 15 93,3

Северо-Кавказский 19 75,0

Средневолжский 18 76,9

Нижневолжский 15 66,7

Уральский 18 86,7

Западно-Сибирский 22 89,5

: Восточно-Сибирский 19 88,2

Дальневосточный 12 90,9

и

различаются все сорта, в других, за исключением Нижневолжского, - 75-93,8%

Следует отметить, что доля дифференцируемых по данным электрофоретического анализа гордеинов сортов не является постоянной и зависит от конкретного набора сортов, используемых в производств в тот или иной промежуток времени Поэтому составленные каталоги необходимо ежегодно уточнять

3. Оценка состояния внутрихозяйственного семеноводства ярового ячменя с помощью электрофореза горленнов

Электрофоретический анализ гордеинов как метод лабораторного контроля может быть применен для оценки сортовой чистоты и подлинности партий семян во внутрихозяйственном семеноводстве При этом от каждой партии семян отбирается средняя проба и из нее электрофоретическому анализу подвергают 100 случайно взятых зерен. Объем выборки семян был определен на практике и рекомендуется многими как зарубежными, так и российскими учеными (Конарев, 1989, Cook, 1992) В некоторых спорных случаях оно может быть увеличено. Полученные электрофореграммы сравнивают с каталогом и устанавливают формулы гордеина. Затем определяют идентичность сорта и устанавливают процентное содержание примеси в образце. К примеси относят все зерна, электрофореграммы гордеина которых нетипичны для сорта В целом ряде случаев можно определить, какой сорт (или сорта) составляет примесь Это позволяет определить и вероятный этап, на котором произошло засорение

Для анализа состояния внутрихозяйственного семеноводства нами были взяты партии семян гетерогенного по гордеинам сорта ячменя Зазерский 85 из хозяйств Дмитровского и Луховицкого районов Московской области (табл. 6) Как видно из таблицы, в Дмитровском районе в 1996 году из 9 партий лишь 3 имели сортовую примесь на уровне 2-3 %. В 1997 году из 12 партий уже 9 имели сортовую примесь, причем размах варьирования чистоты в этом году составил 80 - 98 % , а одна партия представляла собой сортовую смесь с долей заявленного сорта лишь 15% Большую часть примеси составили семена, электрофореграммы гордеина которых имели блоки компонентов не встречающиеся у совремешшх сортов. Видимо, подмена сорта произошла в селекционно-семеноводческом учреждении, так как редкие варианты блоков гордеинов могут быть лишь в коллекции, а не в обычном хозяйстве. В Луховицком районе в 1996 году 11 из 13-и партий имели сортовую примесь, а в 1997 г, - уже все партии были с примесью.

...-".,■■>•■• V '■ , Таблица б' Чистота партий семян ячменя сорта Зазерский 85 из хозяйств Московской •

области „ ' .

Район Число . Число Число Размах

хозяйств исследуе- партий с варьирования

мых примесью чистоты в партиях

партий с примесью, %

1996 год

Дмитровский 5 9 3 97-98

Луховицкий 7 13 11 72-94

1997 год

Дмитровский 7 12 9 (15) 80-98

Луховицкий 5 12 12 60-95

4. Влияние*состав* биотипов на урожай и элементы его структуры у .. гетерогенных по запасным белкам сортов ярового ячменя

По современным представлениям, основная масса существующих сортов зерновых культур являются сортами-популяциями, выровненными- по морфологическим признакам, но гетерогенными по неконтролируемым генам и локусам (Гуляев, 1993). В литературе имеются сведения о связи компонентного состава запасных белков. ячменя с некоторыми хозяйственно ценными признаками: морозостойкостью, устойчивость к болезням, продуктивностью (Гриб, 1992). Однако в ряде работ такой связи установлено не было (Бугрий, 1989). Некоторые авторы отмечают, что состав и частоты биотипов в гетерогенных сортах может изменяться под действием условий выращивания (Метаковский и др., 1987, Солоненко и др., 1995) н приводить к изменению характеристик сорта, » благодаря которым • он-.- прошел Государственное ' испытание.. В связи с этим мы исследовали влияние соотношения биотипов на урожай и некоторые элементы его структуры у гетерогенных сортов. -

4.1. Изучение влияния состава биотипов на урожай и его структуру у сорта Зазерский 85

Сорт Зазерский 85 включает 4 биотипа с формулами гордеина 2.19.1, 2.53.1. 12.19.1, 12.53.1. Для выделения биотипов методом электрофореза было проанатм »нровано 300 растений этого сорта (по два зерна с каждого).

Потомства растений с одинаковыми э чектрофоретнческим и спектрами объединяли и использовали в полевых экспериментах

Ежегодно из выделенных биотипов составляли смеси в различных сочетаниях и соотношениях. В каждом варианте определяли урожай и некоторые элементы его структуры продуктивную кустистость, массу 1ерна с главного колоса и с растения По всем показатепям за время проведения эксперимента достоверных различий между вариантами опыта не установлено Лишь по урожаю зерна с делянки в 1998 г. имели место существенные различия между вариантами опыта (табл 7).

Таблица 7

Урожай зерна с делянки (10 м2) у сорта Зазерский 85, биотипов и их смесей, кг

Вариант 1997 г 1998 г 1999 г

12.19.1 4,23 4.50 0.93

2 53.1 4,62 4.32 1.05

12 53.1 4.46 4,54 0.82

2 19 1 3.98 4,18 1.03

Зазерский 85 4.20 4.07 1.01

12 19 I +2 53 1,(1:1) 4.67 4,09 0 85

12.19 1 + 1253 1,(1-1) 4,75 3.81 1.19

12 19 I +2 19 1,(1-1) 4.36 4,70 1.15

2 53 1 + 12 53 1.(1 1) - 4.35 0.92

253 1 +2 19 1,(1:1) 4.81 3,69 1.07

12.53 1 +2 19.1.(1:1) 4 70 3,93 0,91

12.19.1 +2 53 1 + 12 53 1.(1:1:1) - 3.48 0,97

12 19 1 +253 1 +2.19 1,(1 1:1) - 4,45 0.93

12 19 1 + 12 53 1 +2 19 1,(1:1-1) - 4.10 1.17

253 1 + 12 53 1 +2 19 1,(1-1-1) - _3.83 3,58 _[.09___ 1,13 ~~ 0^9

12 19 1 +2 53.1 + 12 53 1 + 2 19 1,(1 1 1 1) 4,50

40,72% 2 19.1 + 17.16% 2 53 1 + 28,38% 12 53 1 + 13,74% 12 19 1 - 3,94

Р* 1,47 1,95 0.97

Ро< 2.12 1,95

НСР0< - 0.71

Гдк, биотипы 12141 и 12 53 1, а также вариант 12 19 1 + 2 19 1, достоверж превышалит варианты - 12 19 1 + 2 53 1 + 12 53 I, 2 53 1 + 2 19 1 и 12 19 1

2.53.1 + 12.53.1 + 2.19.1. по этому показателю. Однако при сравнении вариантов опыта с контролем, существенных различий не выявлено.

4.2. Изучение влияния состава биотипов на урожай и его структуру у сорта Московский 3

Как упоминалось ранее, сорт Московский 3 включает 4 биотипа: 2.19.1, 2.25.1, 12.19.1, 12.25.1.. Схема выделения биотипов, варианты опытов и изучаемые признаки были аналогичны таковым у сорта Зазерский 85. По всем показателям, исключая урожай, достоверных различий между исходным сортом и вариантами опыта не установлено. По урожаю зерна с делянки (табл. 8) в

Таблица 8

Урожай зерна с делянки (10 м1) у сорта Московский 3, биотипов и их смесей, кг

Вариант 1997 г. 1998 г. 1999 г.

21.19.1 4,02 3,41 1,21*

21.25.1 . 3,98 3,54 0,95

2.19.1 3,74 3,71 1,19*

2.25.1 4,35 3,42 1,19*

Московский 3 3,82 2,91 0,95

21.19.1+21.25.1,(1:1) 3,75 3,19 1,03

21.19.1+2.19.1,(1:1) 4,04 2,97 1,00

21.19.1+2.25.1,(1:1) • 4,03 . 3,29 1,10

21.25.1+2.19.1,(1:1) 3,72 3,42 0,97

21.25.1 +2.25.1,(1:1) 4,08 3,43 1,03

2.19.1+2.25.1,(1:1) 4,08 3,59 0,96

21.19.1 +21.25.1+2.19.1,(1:1:1) 4,06 3,34 1,01

21.19.1 +21.25.1 +2.25.1,(1:1:1) . 3,42 1,07

21.19.1 +2.19.1+2.25.1,(1:1:1) 3,98 3,69 1,01

21.25.1 +2.19.1 +2.25.1,(1:1:1) 4,17 3,49 0,94

21.19.1 +21.25.1 +2.19.1 +2.25.1, (1:1:1:1) 3,94 3,50 0,87

4,5% 21.19.1+<50,5% 21.25.1 + 14% 2.19.1+21% 2.25.1 3,59 0,89

Р4 0,68 0,63 2,44

Гю 2,00 1,95

НСР0, ' - 0,19

М'ахчичия достоверны при 5%-ном уровне значимости

первые два года между вариантами опыта достоверных различий не было выявлено В 1999 году все чистые биотипы, за исключением 21.25.1, имели урожай существенно выше, чем у исходного сорта Сочетание биотипов в различных смесях такого эффекта не дало

Таким образом, у гетерогенных сортов Зазерский 85 и Московский 3 не установлено существенного влияния состава биотипов на урожай и элементы его структуры Различия по этому показателю между исходным сортом и его биотипами проявились у сорта Московский 3 лишь в год с экстремальными условиями вегетационного периода Поэтому семеноводство данных сортов можно вести по обычной схеме, рекомендуемой Методическими указаниями по производству семян элиты

ВЫВОДЫ

1. В результате гибридологического анализа растений р2 от скрещивания С113664 х ДМ показано, что компоненты гордсина. выявляемые с помощью электрофореза, наследуются группами (блоками) по кодоминаптному типу. Это совпадает с данными других исследователей. Установлено, что ранее предварительно выделенные блоки компонентов Н1Ш Л21, Н1Ш В11 и Н1Ш В35 действительно контролируются аллелями локусов Нп1 А21 и Нгс1 В11 и Нгс1 В35, соответственно.

2. Локусы Нгс1 А, Нп1 В и Нгс1 Р наследуются сцепленно. Вечичина рекомбинации между локусами !Ы А и гЫ В составляет 20,60 ± 2,69 %, между Н«1 А и Нп1 Р - 22,35 ± 2,38 %, а между Нгё В и Нгё Р - 1,38 ± 0,50 %

3 При анализе 101 сорта, лом/ценного к использованию на территории РФ в 1999 году, обнаружено 16 вариантов блоков компонентов гордеина, контролируемых локусом Нп1 А, 22 варианта, контролируемых локусом Нп1 В и 4 - контролируемых локусом Нгс! Р. Среди аллелей локуса Нгс1 В было обнаружено три новых варианта, обошаченных нами как В93, В94 и В95 По локусам Нгё А и Нгс1 Р новых вариантов не найдено

4 Составлен новый каталог аллельных вариантов блоков компонентов и с его использованием определены генетические формулы гордеинов у всех исследуемых сортов

5 Обнаруженные аллели локусов Нгс1 значительно различаются по частотам. С наибольшей частотой встречаются аллели Нп1 А2 - 54,0%, Нг<1 В8 -21,8%. Нгс1 В17 - 13.9%, Нгс1 В19 - 17,8%. Нк1 Р1 - 32.7%, Нгс1 Р2 - 28.7% и ЬМ РЗ - 37,6% Частоты остальных аллелей гордеинкодирующих локусов варьирует от 0,5 до 12,5%

6: Группы сортов, рекомендованные к использованию в различных регионах РФ, существенно различаются по составу и частотам аллелей локусов Нг<1 А, Нг(1 В и Нп1 Р. Распределение частот аллелей этих локусов по регионам носит неслучайный характер. Установлено, что основным фактором; влияющим на распределение частот гордеинкодирующих локусов в регионах РФ, является средняя температура июля.

7. С помощью электрофореза гордеинов в крахмальном * геле при использовании созданного каталога, .удается различить 83% всех исследонанных сортов. Доля различимых сортов по регионам составляет 77 - -' 100%, за исключением Нижневолжского - 66,7%. . '

.8. Среди изученных сортов около 30% являются гетерогенными по запасным белкам, т. е. состоят из двух и более биотипов, различающихся по компонентному составу гордеина. '

9. Анализ внутрихозяйственного семеноводства сорта Зазерский 85 в течение 1996-1997 гг. показал,. что в ряде хозяйств Дмитровского и Луховицкого района Московской области для семенных целей используются не сортовые семена, а смеси нескольких сортов. >-.-.-

10.' Не выявлено существенного влияния состава биотипов на урожай и некоторые элементы его структуры у гетерогенных сортов Зазерский 85 и Московский 3. Первичное семеноводство этих сортов можно вести по обычной схеме, рекомендуемой Методическими указаниями по производству семян элиты. ■ V .

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Начиная с первичных звеньев семеноводства, рекомендуется использовать метод электрофореза на всех этапах работы для определения подлинности и сортовой чистоты семян. Для проведения электрофоретических анализов предла|-ается использовать методику электрофореза в крахмальном геле по прописи А. А. Созинова и Ф. А. Попереля с модификациями. Начиная с питомника размножения, чистоту семенного материала необходимо устанавливай» исходя из анализа средней пробы партии семян, после проведения апробации. В том случае, когда по результатам апробации посевы не могут бытьнризнаны сортовыми, электрофорез проводить не нужно.

2. Метод электрофореза рекомендуется при арбитражных разбирательствах для установления подлинности семенного материала. Для того, чтобы использовать его в определении сортовой чистоты, необходимо разработать стандарты.

3 К первичному семеноводству гетерогенных сортов следует подходить индивидуально, учитывая специфику каждого сорта Контроль биотипного состава должен быть постоянным, чтобы сохранить присутствие всех биотипов

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Поморцев А. А, Терещенко НА, Лялина Е.В, Офицеров МВ, Пухальский В А. Хромосомная локализация гена устойчивости к пыльной головне Яип8 у ячменя // Генетика, — 1998.-Т. 34. - № 11.-С. 1513 - 1517.

2. Березкин АЛ, Березкина Л Л. Лялина ЕЛ. Перспективы использования метода электрофореза запасных белков в семеноводстве ячменя // Научно-методические» организационные а инновационные аспекты семеноводства с.-х. культур в Северо-западном регионе РФ (Матер, науч -практич. конф. 1-2 июля). Санкт-Петербург, 1999.-С. 17 - 19.

3. Лялина Е.В., Поморцев А .А. Полиморфизм запасных белков у ячменя и возможность его использования в семеноводстве // Докл. ТСХА. - Вып. 271. -С. 135-140.

Объем 1,25 печ т

Зак 252

Тираж 100 эк!

Типография Издательства МСХА 127550, Москва Тимирязевская у 1, 44