Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Популяционно-генетические основы повышения и стабилизации семенной продуктивности люцерны

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Популяционно-генетические основы повышения и стабилизации семенной продуктивности люцерны"

г Г Б ОД

^ i сз ^

На правах рлсописи

дзюбенко николаи иванович

попу/иднонно-генетичеоше

основы повышая и стабилизации сененноп

продуктивности ядерны

Специальность: 03.00.15 - генетика 06.01.05 - селекция и семеноводство

автореферат диссертации на соискание гсепой степени доктора биологических нале

санкт-петербург 1995

Л»«. *' — 1 л 1<1 » ь к ЬС. Ц^-Уч.ЛШ;!/»» ОШПГ-

' с. л . и о »«с. с юг..л_ „ и. ь»,.- Гсороссплского иагчио-ксс-^до^.а^ъскси'о ^с-штута расодшшодетюа киши II. II. Шюдоиа и 1079 - 1993 гг.

0.]:ншлыше оппонента: доктор биологачеасик нале, профессор ' ' И. 0. КАТИГШ!

доктор биологически:: пая: В. Г. С1ШРН0В

доктор сельскоЕОзяяствешшг наук, профессор В. II. БУРЕШШ

Егдузая организация: Всероссийски} научно-исследовательский шетитгт корнов 1шеш! В. Р. Бнльянса

Завита диссертации состоится 27 октября 1995 года в 10 часов на заседатш диссертационного совета Д 020. 16. 02 во Всероссийском научно-неследовательскоя институте растениеводства имени Н, II. Ва-кшова но адрес?: 190000, Санкт-Петербург, ул. Ь'ольпая Морская,

44.

С диссертацией коию ознакомиться в библиотеке Всероссийского. научно-исследовательского института растениеводства имени Н. И. Вавилова.

Автореферат разослал " $ 1995г.

Учений секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор

Э. А. ГОНЧАРОВА

- з -

ОЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Высокая продуктивность, сбалансированность по белку и аминокислотному составу кормовой нассы, пригодность для интенсивных технологий^ превосходные качества как предшественника для большинства с. -х. культур - за эти и другие пенные свойства люцерна по праву названа "королевой" кориовнх культур в мировом земледелии. Возделывается она более чен в 60 странах большинства континентов земного шара на плошали, превышающей 35 нлн. га, в разных природно-климатических районах и экологических условиях: от умеренного таежного пояса до тропиков (Иванов, 1980). в странах СНГ посевная плоиадь люцерны составляет около 8.2 млн. га, с прогнозируемым увеличение на ближайшее буду-иее до 10-12 нлн. га (Лупашку, 1988). Однако темпы прироста площадей, особенно при движении культуры в новые районы возделывания, тормозятся значительным деФицитон семян.

Наращивание объемов производства сенян люцерны в Российской федерации и других странах СНГ осуществляется главный образон за счет экстенсивного развития. По данным В. В. Люшинского (1987), за период с 19бб по 1984 годы площади под семенными посевами возросли примерно на 85'/, тогда как средняя урожайность осталась практически на прежнем уровне 1.2-1.3 ц/га. В 1984 году семенные посевы люцерны в бывшем СССР составляли 8.4 и от посевов, используекых на кормовые пели. Для сравнения можно отметить, что в США, где ежегодно производят примерно столько же сенян люцерны, плошадь семенных посевов почти в 5 раз меньше и составляет только 1.4Х от обшей площади (Лшинский, 1987). Таким образон проблема повышение сененной продуктивности люцерны продолжает оставаться для исследователей актуальной. Многие вопросы, касающиеся этой проблемы до настоящего времени еше не реиены. Трудности и сложности генетико-селекционных исследований обусловлены тем, что культивируемая люцерна являются насеконоопнляеным автотетраплоид-нын видон, обладает разными типами стерильности, своеобразной реакцией на действие факторов внешней среды, специфической биологией цветения и опыления.

Традиционные методы селекяш люцерны - различные виды искусственного отбора, гетерознсная селекция, полиплоидия и химический мутагенез - не привели к ошутиини сдвигам в сторону увеличения и стабилизации семенной продуктивности, это связано с тем, что данный признак у люцерны в значительной степени зависит от

- ч -

наличия и активности специализированных насекомых-опылителей, деятельность которых, в свою очередь, зависит от определенных условий внешней среды. В связи с этин, в люцерносеящих странах нира сененоводческие посевы сосредоточены в зонах с благоприятными почвенно-клииатическини условияни. Ряд стран Западной и Северной Европы (Швеция, Норвегия, Финляндия и др.) размножат- свои сорта в США, Греции, Турции, Испании и др. (Лупашку, 1908).

В настоящее время одним.из перспективных направлений в решении проблемы повышения семенной продуктивности считается создание сортов, гибридов и синтетических популяций люцерны с признаками самофертильности и автотриппинга, способных Формировать высокие и стабильные урожаи семян (Квасова, 1975; Терешенко, 1986; Бобер, 1989; Нейрманов,1990; Ткаченко,1992). Однако анализ научной литературы показывает, что генетико-селекционные исследования, связанные с пробленани семенной продуктивности, имеют фрагнентарный характер, и не затрагивают в полной мере все компоненты системы размножения Medlcago L. Теоретические, нетодические и экспериментальные основы изучения семенной продуктивности разрабатывались многими исследователями отдельно и не были взаимосвязаны с подобными основами вегетативной продуктивности. Исторически селекция на высокую кормовую продуктивность не была соответственно связана с селекцией на повышенную семенную продуктивность.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы - разработать теоретические, методические и экспериментальные основы селекции люцерны по созданию синтетических популяций с повышенной и стабильной сененной продуктивностью.

В задачу исследований входило:

- на основе изучения мех- и внутрипопуляпионного полиморфизма по уровням санофертильности, автотриппинга, Фертильности пыльцы и семяпочек различных видовых дикорастущих популяций люцерны выяснить генетико-эволюционные особенности их систем размножения; оценить роль триппинга цветка в эволюции самоопыления видов рода Hedícago L.; изучить динанику редукции семяпочек в завязи как процесса, важного для выживаемости видовых популяций;

- изучить генетику систены размножения И. sativa L. и Н. varía Hart, в тон числе: оценить полиморфизм Фенотипов по ганетофитной систене "санонесовнестиности-саносовместимости"; определить эффективность отбора в популяции на самофертильность и самостерильность и связанные с ними характеристики; проверить эмбриологическую гетерогенность в популяциях; выявить генетические механизмы

- 5 -

самофертильности и автотршшинга;

- изучить генетические основы ипбредпой депрессии у культивируемой автотетраплоидной люцерны, в тон числе: влияние инбридинга на качественную и количественную изменчивость; влияние инб-редной депрессии и отбора на Фертильность; опепить формообразовательный процесс при последовательном инбридинге; дать сравнительную оценку генетических моделей кнбредной депрессии и применения методов, снижающие ее действие;

- на основании изучения эволюции и генетики детерминант системы размножения люцерны разработать теоретические и методические основы селекции синтетических популяций, в тон числе: разработать нетоды отбора исходных родительских компонентов с оптимальными (кодалышни) параметрами и принципы стабилизации генетической структуры создаваемого синтетика; модель синтетической популяции с повышенной семенной продуктивностью и высокими корновыки достоинствами; создать, оценить и отобрать лучше синтетические популяции для использования в селекционной практике и с. -х. производстве.

Научная новизна и теоретическая значимость. В системе размножения 30 видов Не<11са80 Ь. впервые в полном объеме выявлены признаки и механизмы, обеспечивающие надежность процесса перекрестного опыления (пылызезой резки, продолжительность жизненного никла цветка); и механизмы, предотвращающие процессы самоопыления-и самооплодотворения (тршшинг, генетические систега санонесов-местимости, стерильности пыльцы и семяпочек). В отличие от других энтонофильных культур, у видов люцерны отбор на самофертильность осушествлялся в условиях, благоприятных для жизнедеятельности н опылительной способности насекомых, так как автотршшинг исключал перекрестный тип опылен,.я. Показано, что ка проявление различных уровней самофертильности, звтотрипшшга и Фертияьности при свободном опылении оказывали влияние видовая принадлежность, плоид-ность и история Формирования каждой конкретной популяции; повышенная плоикность не сникала действие системы самонесовнестиности у естественных гексаплоидных Форм. Отбор на выживаемость является адаптивным процессом, и своеобразной компенсацией за такую адаптацию служит снижение потенциальной и Реальной семенной продуктивности; снижение потенциальной семенной продуктивности в процессе филогенеза многолетних видов связано с редукцией количества семяпочек в завязях цветков от 18 у предковьк до 7-12 у современных.

- б -

Доказано, что Феиотипическое проявление реакции "санонесов-иестиности-самосовнестиности" у Н. sativa L. и И. varia Hart, отличается от типичного проявления гаиетоФитной несовместимости в виде более или менее локализированного ингибирования пыльцевых трубок в пестике; частота оплодотворения семяпочек в пределах завязи имеет базипетальный градиент, разнешение саиоопыленных и гибридных семян в пределах одного боба имеет случайный характер и таким образом не подтверждает преимущества пыльцевых трубок от перекрестного опыления. Для многолетних видов люцерны характерна эмбриологическая гетерогенность, проявляющаяся в Формировании в одной завязи фертилышх и стерилизующихся на разных этапах развития семяпочек и обуславливавшая разрыв между реальной сененной (количеством полноценных семян) и потенциальной (количеством семяпочек в завязи) продуктивностью.

Впервые показано, что самофертильность культивируемой люцерна имеет сложную генетическую природу, ее контроль осуаествляется двумя независимыми генетическими системами: первая - определяет плодообразувдую способность и ее Функционирование зависит от наличия и численности Sf-аллелей; вторая - определяет семяобразую-щую способность и ее функционирование зависит от уровня гетерози-готности докуса самокесовнестимости, включавшего как Sf, так и Sn -аллели.

В результате проведения глубокого инбридинга (Sl-Sô) у авто-тетраплоидной многолетней Medicago L. выявлено два типа инбредной депрессии - общее ослабление продуктивности и жизнеспособности инбредных потонств, и так называемая частичная депрессия, характеризующаяся выщеплениен продуктивных рецессивных признаков, различного рода ненормальностей, уродств и др. Показано, что использование коэффициента инбридинга (F) для оценки влияния инбредной депрессии на основные количественные признаки оказалось недостаточным, проявление инбредной депрессии в основном связано с уменьшением частоты и даже с потерей высокогетерозиготных тетра-и триаллельных состояний локусов а также с внутрилокусными ал-дельными взаимодействиями 1-го, 2-го и 3-го порядков.

В основе стабилизации и сохранения высокой семенной продуктивности в сформированных частично автофертильных синтетических популяциях лежит то положение, что повышению уровня (степени) пе-рекрестноопшяемости растений (СПО) содействует общее увеличение гонозиготности популяции, порождаемое саноопылением (СО), и генетический механизм, обуславливающий это повышение, способствует

возрастанию склонности инбредных потонств к перекрестному опылению (ПО): увеличение же СПО, порождаемое предшествующим ПО, приводит к возрастанию склонности гетерозисных потонств к СО; в итоге между ПО и СО возникают отношения по типу обратной связи, естественный отбор может сдвигать такой оптимальный баланс в ту или иную сторону, но не нохет уничтожить его в силу полезности частичного СО для подготовки процессов возобновления гетерозиса в последующих поколениях синтеза.

На защиту выносятся следуюние положения:

1. На основании изучения структуры дикорастущих и сортовых популяций по уровняй самофертильности, автотриппинга, фертильнос-ти при свободном опылении, Фертальности пыльны и семяпочек определены эволюционные детернинанта систены размножения видов Hedlcago L.

2. Предлагается новое представление о генетическом контроле систены размножения культивируемой автотетраплоидной люцерны.

3. В результате проведения • глубокого инбридинга (S1-S6) вскрыт внутрипопуляционный генетический полиморфизм и изучены основы инбредной депрессии Н. sativa L. и H. varia Hart.

4. Основой повышения и стабилизации семенной и кормовой продуктивности у синтетических популяций является отбор исходных автоФертильных родительских компонентов с "оптимальным" Фенотипом, которые обеспечивают оптимальное совмещение гетеро- и гоко--зиготных составляющих основных хозяйственно-ценных признаков в будущих поколениях синтеза.

Практическая значимость работы. В процессе проведения исследований разработаны методические реконендации по проведению самоопыления, гибридизации, учета саноФертильности и автотриппинга у люцерны; разработан негод отбора растений люперны с высокой плодовитостью завязей: разработаны экспресс-методы определения Фертальности зародышевых мешков; разработан способ выделения и характеристики типов растений с полной венской стерильностью (Методические указания 1902,1985,1988,1991). Разработан способ определения жизнеспособности зародышевых мешков люцерны (А. с. Н. 1540727, 1969).

Яз потонств различного уровня габредности выделены б типов рецессивных летальных и хлорофнльных нутаций, 10 типов мутаций листа, 3 типа мутаций стебля, 11 типов мутаций по структуре и закладке цветков и соцветий. Впервые были выделены и идентифицированы следуюяше иутакии: а). Фасциированность и блокирование

- в -

ветвления побега ^а-г. пъг); б), по структуре соцветий - "длинная кисть (1р)*, "ветвистое (разветвленное) соцветие (ьп)", *не-телковидное сативное (р11) и Фалькатное (р1-2) \ Часпиированное Иа-1)щ и "стерильное (эй)"; в), по закладке соцветий - соцветие типа "двукисточник" (<1т), мутовчатый (г1) и детерминантиый (11, 11-а) тип. для использования в различных селекционно-генетических исследованиях было создано 10 инбредированных линий (Бб).

При разработке популяаионно-генетнческой модели синтетической популяции с повышенной семенной продуктивностью было создано н изучено 316 синтетиков с различным уровнен самофертильности и автотриппинга. часть из которых используются в селекционном процессе рядом НИУ РФ и СНГ. частично автоФертшшшй синтетик СФА-21 (сортовое название "Карлагаш") с 1994 года проходит государственное сортоиспытание в республиках Казахстан и Кыргизстан.

Апробация работы и публикация результатов исследований. Основные положения работы доложены иа 14 Всесоюзных и Всероссийских научных конференциях, координационно-методических совещания и семинарах по вопросам селекции и генетики люцерны. Главные результаты работы опубликованы в 35 научных статьях, четырех методических рекомендациях. По материалам диссертации получено одно авторское свидетельство.

Структура и обьен работы, диссертация состоит из 5 глав (£3 раздела), обсуждения, предложений для селекционной практики, выводов, списка литераторы, включающего 587 наименований, в т.ч. 354 иностранных авторов. Работа изложена на 479 страницах машинописного текста, содержит 76 таблиц, 57 рисунков и микрофотографий.

1. УСЛОВИЯ, ИСХОДИМ НАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ

Основные полевые исследования проводились в течение 1979 -1993 гг. на Приаральской опытной станции ВИР, расположенной в юго -западной части Северного Приаралья пустынной зоны Западного Казахстана. Для Северного Приаралья характерен пустынный, резко континентальный климат, проявляющийся в широкой амплитуде колебаний между ш1п г" воздуха зимой (-42~С) и шах г летом (+43"С). резкими колебаниями в течение суток и незначительным среднегодовым количеством осадков (165мм). Обший радиационный режим характеризуется высоко^ напряженностью солнечной радиации с преобладанием ультрафиолетовой часта спектра. Значительному повышению

пряной солнечпой радиации способствует низкая влажность воздуха 'л большое количество ясных. безоблачных длей (245). Длина светового дня в период роста и развития люцернн составляет около 15 часов. Кроне полевых, опыта проводились также и в контролируемых условиях - теплице и климатических каперах Пушкинских лабораторий ВИР (1980 - 1904 гг. ).

В основе выбора исходного материала для проведения экспериментальных исследований лежал комплекс требований теоретического и практического значения:

1). Для изучения структуры популяций люцерны по признакам, характеризующих систему их размножения, использовали различные видовые (30 видов, в т. ч., 20 - 2п=16; 9 - 2n=32; 1 - 2п=43), ди-корастушие (92) и сортовые (49), многолетние (97) и однолетние (44) популяции.

2). Для изучения генетики системы размножения культивируемых видов (и. sativa L. и И. varia Hart.) на популяционном уровне был отобран разнообразный исходный натериал ( клоны, семьи, линии), характеризующийся определеннши параметрами (тах или min значениями изучаемого признака, сочетанием в одной выборке нескольких признаков и др. ).

3). Для изучения природы инбредной депрессии и гетерозиса з результате самоопыления значительного количества исходного материала были созданы 10 инбредированных сеней (S1-S6). Из потокстз-различного уровня инбредности выделяны и идентифицированы ряд рецессивных морфологических мутаций по структуре листа и стебля; но строешао, структуре и закладке цветков и соцветий.

4). В конечной результате были создан исходный родительский натериал с различными уровнями самофертильности и звтотрилштга. на основе которого сформированы и изучены 318 синтетиков, в т.ч. - 29 в течение Syti-o - Sra-З поколений синтеза.

Фенологические наблюдения и учета проводились ао общепринятым методикам ВИР и ВПК, методическое обеспечение для изучения признаков структуры популяций, характеризующих тип системы размножения были разработаны нами (Католические указания: 1982; 1935; 1988; 1991). В течение 1979-1990гг. была разработана и реализована популяционно-генетическая модель синтетической популяции культивируемой автотетраплошшой летегны (Дзюбепко, 1981; 1982; Иванов, Дзюбешсо, Í983; Дзюбенко, Дзюбенко, 1967; 1990; Дзюбаико, Иванов, Еспанов, 1990).

- 10 -

2. ГЕНЕТККО-ЭВОЛЮЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ СИСТЕНЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ВИДОВ РОДА Hedlcago L.

Эволюционное и экологическое значение систен размножения у растений было предметом теоретических и эмпирических исследований в течение более чем столетия. Раннее описание Ч. Дарвином в 1876 году существенной инбредной депрессии и механизмов, способствующих перекрестному типу опыления, положило начало надолго устоявшемуся взгляду на самоопыление как на наследственно невыгодный тип опыления (Дарвин,1939). Однако, широкое распространение в природе самоопыляющихся видов указывает на то, что самоопыление вполне адаптивно прн определенных условиях (Allard et al., 1968; Antonovlcs. 1968; Jam. 1976; Lloyd. 1980).

В большинстве работ по изучению систен размножения растений основное внимание уделено проблеме самонесовместимости как главному звену генетического контроля полового размножения перекрестноопыляющихся видов. Однако, не меньшее значение в обеспечении перекрестного (аллогамного) типа опыления, надежности функционирования систен несовместимости у энтонофильных видов имеют и такие важные звенья системы размножения, как способы опыления, жизненный цикл цветка и его структурные особенности. Совершенно очевидно, что только в совокупности эти звенья обеспечивают перекрестное опыление и, как результат его, сложную гетерозкгот-ность особей популяции (Коваленко. Шумный, 1985; Richards,1986).

Культурные и дикорастущие виды рода Hedíjago L. - это многолетние и однолетние травы с травянистыми, pese одревесневающими стеблями (Лубенец,1972). По продолжительности жизни и норфологи-ческин особенностям виды рода Medicaso L. объединены в четыре подрода, три из которых - Lupularla (Ser.) Grossh., orblcularia Grossh., Spirocarpus (Ser.) Grossh. - включают однолетние, а под-род Falcaso Grossh. - ниоголетыие виды (К. Lesins, I. Leslns. 1979; Гончаров,ЛУбенец,1985).

Многолетние виды рода Hedlcago L. в основном являются перек-рестнопыляемыми энтомоФильными культурами. В распустившейся, но невскрытом цветке люцерны пестично-тычиночная колонка заключена под напряжением внутри лодочки, поэтому перед опылением необходимо принудительное вскрытие - тршшинг (своеобразный "взрыв") цветка, при котором пыльца с силой выбрасывается на тело насекомого-опылителя или поверхность паруса, в результате чего разрушается нембрана на поверхности рыльца, препятствующая проникновению

6»

Ш< Он

ии еэи

Рис. 1. Структура популяции сорта Тибетская по уровням самофертильности (I) и фер-тильностн при свободной опылении (II) в 1979 (А) и 1980 (В) годах и по уровню автотршшш-га (С)

i» - * «J - » w • «яи ■ m fu -к ни • ййл - ил* - » AT, % esiw» edira

тиьцевых трубок в столбик закрытого цветка (LarKln. Graumarm, 1954; Благовещенская, 1968). Характерной особенностью цветков люцерны является такте больная длительность ¡шзненного цикла, кото-' рый можно рассматривать как адаптивный признак, возникли® в процессе эволюции для обеспечения надежности систеня оаилешш энтоноФидышх видов (Коваленко и др., 1903).

Анализ структур популяций культурных к ДИКОРаСТУШХ иного-детних зидов Medicado L. показал пдаогскй генетический полиморфна по уровням самоФертильнсjth (Сф), автогрипшшга (at), фертильнос-та при свободном опылении (СВО) и Фэртидьяости пыльцы ($ш. ,у культурных видов (К. sativa L, и И. varia Kart. ) среди 49 образпоз различного эколого-геограФического происхождения проявлялась четкая дифференциация по среднепопуляционной самофертильности (от ж - 3,3х, llm : 0,0 - М,гх 7 Тулунской гибридной [К-30304] до I : 52,4х, llm = и.з-97,6-/. у Местной из Китая [к-32861]), автотрип-яшга (от s = 1. 3îc, una = 0, 0-19,9и у Тулунской гибридной до s = ?.7, l'A, 1 la = o.o-бб, 4Х у Сешшеченской местной [к-33535]). набяэ-дался значительный ваггашопуляяионнкй поликорфизи по уроати с?

AT и СЮ (рис. 1). '

Среди 12 дикорастущих видов подрода Falcaso Grossh., преде-

Рис. 2. Распределение по самофертильности (А) и Фертильности при свободной опилении (В) у ди-, тетра- и гексаплоидного видов Hedlcaßo L.

тавленшх 3-ня группами плошшости (En-16; 32; 46), наблюдались высоко достоверные различия как по уровням СФ (Нк=201,11), так и AT (Нк=217, 11). Наиболее высокий уровень СФ отмечен у тетрапло-идной И. glutinosa Bleb. (I = 30,1z, Um = 0,0-91.2*), наибольший уровень AT - у диплоидной Н. dlfalcata Sln3K. (х = 19,ß*, 11ш = 0,0-61,б/С), Тетраплоидный вид Н. asropyretoruia Vass. и гексаплоид-гшй Н. cancel lata Bleb, характеризовались наименьшими значения СФ и AT. Высоко достоверные различия по изучаемым признакам наблюдались и среди различных групп плоидности (Нк-чг, 4Т) [рис. 2].

Наиболее Фертильной оказалась тетраплоидная группа (Н. glutinosa Bleb., Н. tlanschanlca Vass., К. pollchroa Grossb. и др., за исключением Н. agropyretorum). У группы естественных гексаплои-дов (Н. cancellata Bieb.) значения самофертильности, автотриипинга и Фертильности при свободном опылении были весьма низкимШЗ, 63; 0,71; 11,37 соответственно), при этой 44,V. растений популяпии оказались полностью самостерильными.

На уровень Фертильности при СВО, кроне значений СФ и at значительное влияние оказывает и фертильности пыльцы. Так наиненее Фертильные при СЮ растения, характеризовались повышенной стерильностью пыльцы, оказывающей достоверное влияние на завязывание семян и бобов.

Вероятность благополучного завершения процесса оплодотворения (образование нормального сеиени) у видов люцерны определяется двумя независимыми Факторами - скоростью роста пыльцевых трубок и динамикой завершашего этапа жизненного цикла цветка, связанного

с механизмом триппинга.

Изучение уровпя СФ i однолетних видов доаеркы показало, что при наличии широкого нехвидового разнообразия по количеству семяпочек з завязи цветка (от 13 у Н. orbicularis Bart, по одной у Н. lupullna L.), урсзень СФ у веек 16 изученных видов бкл практически равен 100'/.. Иокио предположить, что наблгдаеная редукция количества семяпочек в завязях цветков однолетних видов людепш -следствие мутационной изменчивости по признак? скорости роста пыльцевых трубок в тканях столбика своего цветка в процессе Филогенеза многолетних видов Hedicaeo L. и естественного отбора на основе Форм с автотриппннгушинися цветками, чек сильное была выражена нутания по этому признаку, тел неньсее число семяпочек могло нормально оплодотвориться за время жизненного щпела цветка начиная со времени его санораскрывания (автотркпгпшга). Проанализированные однолетние виды группкрувтсй по количеству семяпочек в 8, а многолетние в 5 достоверно различаться групп.

В отличие от других знтомоФилышх видов, у видов Hedlcaso L. отбор па самофертильность и переход на однолетний жизненшй дика кохет осуществляться и в условиях, благоприятных для жизнедеятельности и опылительной способности насекомых, так как сапораск-раванхе цветков (автотриппияг) исключает алдогакннй тна опыления. Изучение популяции многолетних видов лшерны, взятых из разных климатических зон, показало, что в популяпиях южных регионов час--тота встречаемости таких фсрн тазе, чен в популяциях северных регионов. Этому способствует и климатические особенности этих регионов. так как нами доказано, что степень проявления AT у людепш зависит от тенпературио-вяажнсстного реаииа и продолжительности жизненного цикла цветка ¡рис.3).

Следовательно, отб^р на самофертильность и переход на однолетний цикл развития наиболее интенсивно происходил и происходи? в популяциях южных регионов. с такими выводами согласуются данные литературы, по который наибольвее разнообразие однолетних видов .людерны встречается в газнх регионах их распространения (Хасаяоэ, 1972; Иванов, 1977).

Таким образом, своеобразие первичного иеханязма контгояя ал-догамного типа опыления у дваервя и наличие кехщтзиа трншшнга обусловили и своеобразие сволзяии система раэкногениз рода Kedlcago L. (рпс. 4).

Предполагается, что особое состояние пестично-точиночвса колоша!, заключенной под напряжением внутри лодочки п сохраняющееся

Ъмлтпл вмдо

Рис. 3. Влияние теипега-турво-влагностного режима (А) и возраста цветков (В) на ав-тотриппинг и завязываекость бобов у автотршшшгузсшхся цветков в зависимости от кх возраста (С) [• - 1110, о -1124/ 2, и - 1209/3, а - 1031, л - 1212, 4. - 1063/1]

гмиш, лш

в течение 6-13 сггок, с достаточной степенью надежности обеспечивало адлогакяый тая опыления у древних видов люцерны. Возникновение генетичесг.ой системы контроля скорости роста пыльцевых трубок в тканях столбика своего цветка и повышение уровня аллоганного типа опыления создали условия для отбора на вшзгоае-ность, что в конечном итоге привело к расширению ареалов видов люцерны и к занятию им новых экологических ниш.

Отбор на выживаемость является адаптивным процессом, и у видов рода Hedicago Ь. своеобразной компенсацией за такую адаптацию служит снижение потенциальной и реальной семенной продуктивности. Снижение потенциальной семенной продуктивности в процессе Филогенеза многолетних видов рода ^1саво ь. связано с редукцией числа семяпочек в завязях цветков от 18 у предковых до 7 - 12 у современных. Своеобразие такого отбора обеспечивает в обшей семенной продуктивности популяции более высокую долю сененного потомства, полученного от оплодотворения семяпочек чужой пыльной. Общая нас-

I. ПредкоЕиаше) внд(ы)

ДЕТЕРМИНАНТЫ СИСТЕЙЫ ОПЫЛЕНИЯ (ДЩ

Привлекательность цветка г ШЗ) Обилие насекомых-опылителей (ОНО) Продолжительность жизненного никла цветка (ПИЩ) "2эсткий* триппинг (ST) ¡Непроницаемость мембраны рндьца (НИР)

ДЕТЕРМИНАНТЫ СИСТЕМЫ ОПЛОДОТВОРЕНИЯ(ДТ)

■> ПО <-

Генетическая система самонесовместимости (СН) Фертильность пыльцы (ФП) Стерильность семяпочек (ЖС)

ПО (S < 0.05)

да

дт

пц дно

1ШЩ 2Т ->ат НИР

СН ->ссi си<->сп

SC

ЕС

Нногодетзие бкды (3)

II. Современные вида

I СПО (ПО ♦ СО) СО (t < 0. 10)

I дп дт I дп ДТ |

1 ПД СН ->СС АТ СС 1

1 ДНО СФ<->ССТ НИР<->Ш!Р ФП

1 пжш ФП<->СП ФЖ

1 ГГ<->АТ ФЖ->£С ЕС

1 КИР ->инр КС i

¡ Многолетние виды (11) | Однолетние виды (16)

Рис. 4. Схеиа эволюции скстеш размножения основных'видов рода Medicago L. Обозначения на czeue: АТ - азтотршшинг; ДНО - дефицит насекомых-опылителей; КС - число семяпочек в завязп; ПНР - проницаемость мембраны рыльца; СП - стерильность пыльцы; СПО - степень верекрестноошдяемости; СС - самосовнестиность; ССТ - самостерильность; Сф - самофертильность; ФЖ - Фертильность семяпочек. СО. ПО - уровни само- (S) и перекрестного (t) онйодотЕорешш

(Л \

са семенного потомства при этом снижается, однако для выживаемости вида, как многолетней жизненной Форма, наличие такой Формы отбора нохет играть положительную роль. Естественный отбор у травянистых многолетников идет не на семенную продуктивность а на выживаемость, которая обеспечивается за счет высокого уровня ге-терозиготности и широкой гетерогенности их популяций. Наблюдаемый низкий уровень семенной продуктивности популяций многолетних видов люцернн является, таким образом, своеобразной "платой", обеспечивающих их выживаемость. Потеря семенной продуктивности в связи с обеспечением надежности перекрестного типа опыления является одной из отличительных особенностей систем размножения энтомо-Фильных видов растений. V нноголетних видов люцерны эта отличительная особенность системы размножения связана со своеобразием нехаяизнов контроля процессов самоопыления и самооплодотворения и обусловленного ими своеобразного отбора на уровне оплодотворенных семяпочек. Ножно ожидать, что в историческом плане при ухудшении экологической ситуации для насеконых-опылителей у нноголетних видов люцерны процесс редукции числа сеняпочек в завязях цветков будет продолжаться, так как это одно из условий дальнейшей адаптации видов люцерны как многолетней жизненной Формы. На Фоне такого общего снижения семенной Фертильности, благодаря механизму триппинга, в популяции может поддерживаться определенный уровень гетерозиготности. Этим ножно объяснить, что Фактический уровень сененной продуктивности сортовых популяций люцерны практически не достигает уровня потенциальной продуктивности.

3. ГЕНЕТИКА СИСТЕМЫ РАЗННОХЕНИЯ ВИДОВ ЛЮЦЕРНЫ Н. sativa L. и H. varia Hart.

Совокупность генов, детерминяруших развитие всей системы признаков цветков и процесса оплодотворения, а также формирование и развитие семени, называют генетической системой размножения растений (Налецкий и др. ,1991). V культивируеной автотетраплоид-ной люцерны к числу важнейших компонентов система размножения, регулируемых известными и неизвестными генными комплексами, относятся детерминанты сано- и перекрестного опыления и оплодотворения. Очевидно, что компоненты систены размножения и генные комплексы их детерминирующие, имеют решающее значение при выборе направления, схем и методов отбора, а поэтому всегда должны находиться в поле зрения селекционера. Более того, наблюдаемая в пос-

ледние годы эволюция методов селекции экономически важных культур обязана главный-образом прогрессу в исследованиях генетических систем размножения, открывающих не известные прежде возможности для манипулирования исходным материалом при создании новых сортов, гибридов, синтетических популяций.

3.1. Полиморфизм по реакции ганетофитной "саноне-совместиности-самосовнестиности"

Ранее изучение природы "самонесовместкмости (СИ) - самосов-нестимости (СС)" у культивируемой люцерны включало главным образом исследования роста пыльцевых трубок в пестике и на питательных средах. Использовались различные нетодические приемы: техника роста пыльцевых трубок serai in vivo (Abdelkefi, 1980 a, b), традиционный метод люминесцентной микроскопии (Sagduen et al., 1983; Вишнякова, 1986), проращивание пыльцевых зерен ка искусственной питательной среде с добавлением экстрактов пестиков (Венгеровский, Постолатий, 1969). исследование корреляций между ростом пыльцевых трубок In vivo н in vitro при разный способах опыления (Barnes, Cleveland, 1963; Straler, Helton, 1970). Эти исследования позволили сделать однозначный вывод о проявлении определенной степени несовместимости между пыльпой и пестиком одного генотипа. Основными местами ннгибирования большей части мужских гакетоФитов-считали рыльце и столбик. Кроне того, большая воля в снижении за-вязываеиости семян при самоопылении люцерны по мнет® ряда авторов (Cooper, Brink, 1940; Шумный, 1977) обусловлена гибелью самооплодотворениях семяпочек. Полагали, что каждая из этих причин per se определяет автостерильность определенной части цветков в популяции (Квасова, 197.,; Квасова» Шганый, 1977).

При самоопылении временные параметры проганзой Фазы оплодотворения несколько отличаются от контрольного перекрестного и свободного опыления. Через 4 час. пыльцевые трубка в отличие от контроля еше не были отмечена в завязи, через 8 час. только у части растений наблюдали вхождение пыльцевых трубок в семяпочки завязи. При этом часть пыльцевых трубок проходят шдао Фертильнкх семяпочек, не заходя в микропиле. В большинстве изучаемых пестиков пыльцевые трубки останавливались по мере своего роста з завязи и не дорастали до базальннк семяпочек. Как а при свободном опылении, большее число оплодотворенных семяпочек приходится за верхнюю часть завязи.

При самоопылении у самонесовнестпмых растений пыльцевые трубки вздувались на концах, ветвились, при этом наблюдалось неравномерное и усиленное отлоаение каллозы по всей длине пыльцевой трубки. Наряду с тем, что СН пыльцевые трубки росли мимо семяпочек. была отмечена такая особенность их взаимодействия, как остановка пыльцевой трубки возле кикропиле семяпочки. Иногда это проходило без видимых морфологических аномалий, но чаше наблюдались извнвание и утолшение трубок в непосредственной близости к семяпочке.

V культивируемой люцерны Фенотип реакции СН и СС значительно отличается от типичного проявление ганетофитной несовместимости в виде более или менее локализованного ингибировакия пыльцевых трубок в пестике. При этом полевые исследования показали, что разме-шение самоопыленных и гибридных семян в пределах одного боба имело случайный характер и не подтверждают преимущества пыльцевых трубок от перекрестного опыления.

3.2. Эффективность отбора на самофертильность и самостерильность и связанные с ними характеристики

Для решения генетических и селекционных задач несомненный интерес представляет вопрос, возможно ли увеличение уровней самофертильности, автотришшнга и самостерильности при помощи интенсивного отбора лучших Фенотипов по данный признакан. Для решения поставленной задачи были использованы две фуппы клонов люцерны со средними уровнями самофертильности и автотришшнга и группа клонов полностью самостерильных (перекрестнофертильных), которые классифицировались как: "саноф.ертильная без автотриппинга (СФ)". "саиоФертильная авготриппингуюшаяся (СФА)" и " самостерильная без автотриппинга (СО". В полевых и контролируемых условиях было проведено 4 цикла отборов.

1-й цикл отбора. В контролируемых условиях у отобранных групп определены уровни автотриппинга, само- и перекрестной Фер-тильности; Фертильность и обилие пыльцы. В полевых условиях по-тонства от само- и перекрестного опыления высаживали по 20 растений каждой группы и оценивали по тен же показателям, что и в контролируемых условиях.

2-й цикл отбора. Из потомств от первого цикла отбирали только растения с самцн высоким уровнем самофертильности из группы СФ, самые автотршшингушиеся из группы СФА и самые самостериль-

кые нз CG.

3-й пикд отбора. Ез потонств первого и второго циклов по всел изучаемых группах отбирались растения с максимальным (cas) и шшкнальннм (min) чкслон семяпочек в завязи и семян в бобе, уровнен фертильности пыльцы. било сформировано б экспериментальны:: популяций: КФпах (фертильность пыльны исходных растений не менее 30Z); lïimln (Фертильность пыльцы не более 20/.); КСтак (11-13 семяпочек в завязи); KCnin (не более 5 семяпочек в завязи); 4Crras (не менее б семян в бобе); ЧСи1п (не более 3 семян п бобе).

4-й цикл отбора, Нз потонств 1-3 циклов для более четкого понимания взаимосвязей самофертильности-сакостерильпости с количественными н качественными характеристиками семяпочек и пнльпк были сформированы еае 8 экспериментальны«! популящй. котогие получили следушее обозначение: СФНФтах и СФИФпШ (самоФерталыше с пах и min Фертильность» пыльцы), СФШпах и COKCmln сакоФертилькнэ с шах и min числом семяпочек), ссНФпах и ССИФгоШ (самостерильные с иах и rain Фертильность» пыльцы), ССКСпш и CCKCuin (самостерильные с глк и min числом семяпочек).

Результаты 1-го цикла отбора. Однократный 'отбор повысил уровень зазязываеиостн бобов при самоопылении на 27,2х у группн СФ; самофертильность - на 17, ¡х. азтотриппияг - на 26,у группы СФА, при этом фертильность при свободном опылении обоих групп увеличилась на 34,9 и 39,9'/. соответственно. Отбор на саностергшь-' ность понизил уровень продуктивности пыльцы и ее Фертильность ка 15,4 и 9, &У-, тогда как отбор повысил эти показатели на 13,9 - 15, и И 9, 9 - 10, IX,

Результата 2-го цикла отбора. Два цикла отбора повысили уровень самофертильности группы СФ на 84, Т/.; в группе СФА - самофертильность на 65,7'/., авт^трншшвг - на 64, IX. значительно увеличилась перекрестная Фертильность обоиз групп. Отбор на самостерильность понизил уровень перекрестной Ферталъностл №а 32,9'/-), количество и качество пыльцы (на28, 3 и 25,45!). Г1рн отборе на самофертильность уровень продуктивности пыльцы и ее Фертильность увеличились 7 группы СФ на 31,3 и 20,4X; у группы СФА на 22,2 и 23,бх соответственно.

Результата 3-го цикла отбора. Отбор из саноФортвльность, ав-тотршишзг и самостерильность был весьма успеснки, доказывая теп салк:?, что эта признаки хорозо наследуется. Отбор как на "sas", так п нз "ain" значения количества семяпочек в завязи и гроиня Фертидьиости пнлыш оказался довольно эффективным. Однако при от-

- го -

боре на ЧСгак и ЧСи1п среди изгчаеных растений экспериментальных популяций отсутствовали адекватные значения семяпочек и пыльцы. Оценка уровня завязываености бобов при свободном опылении показала четкую закономерность - увеличение уровня Фертильности пыльцы приводит к адекватному увеличению завязываености бобов независимо от типа отбора (у всех популяций, кроне НФш1п). Это дает нал возможность предполагать, что признаки "число семяпочек в завязи" и "уровень фертильности пыльцы" не сцеплены нежду собой и вероятно контролируются различными генетическими системами. На уровень завязывания семян в бобе влияют не столько количественные, а более вероятно качественные характеристики семяпочек в завязи.

Результаты 4-го цикла отбора. В течение 2-го и 3-го циклов отбора среди изучаемых популяций выделялись растения с "max" и "mln" значениями числа семяпочек и уровня фертильности пыльцы, которые имели различные уровни самофертильности - от полной самофертильности до полной самостерильности. Поэтому несомненный интерес представляет вопрос - возможно ли формирование саноФертиль-ных и/или самостерильных экспериментальных популяций с "max" и "min" значениями Фертильности пыльцы и сеняпочек? Результаты исследования дают довольно полный ответ.

3. 3. Генетика признака "самофертильности-самостерильности"

Несмотря на то, что изучению генетики системы размножения люцерны уделялось много внинания (BrinK, Cooper, 1940; Tysdal, Klesselbach, 1944; Vilsie, 1951; Fife, 1957; Bolton, 1962; Busbice, 1968; Barnes et al., 1972; Шумный , 1978; Шумный и др., 1978; Башкирева, 1988; Viands et al., 1988; Бобер, 1989 и др.), генетический неханизн контроля "санофертильности-сансстерильнос-ти" у этой культуры не был окончательно установлен.

Накопленный нани экспериментальный материал и понимание процессов плодо- и сеняобразования при само- и перекрестном опылении, разграничение понятий саносовнестиность.- самофертильность -автоФертильность позволяет проведение подбора исходного материала с различными параметрами для изучения генетического контроля признака "самофертильности-саностерильности".

Были проведены скрещивания и гибридологический анализ между группами растений различного уровня самофертильности-саностериль-ности. В качестве материнского компонента скрекиваний использова-

лась самопесовнестимая Форма (ССТ) с рецессивным маркерным признаком (светлоокрашенный венчик цветка), в качестве отцовского -Формы с различным уровнем самофертильности (ВСф - высоко-, СО? -средне- и НСФ - низкосамоФертильные. СС - самостерильные) с доминантным маркерным признаком (темно фиолетовын венчиком цветка). Потомства П самоопыляли, а полученное потомство кг повторно тестировали для установления наследования изучаемого признака.

Уровень самофертильности гибридов Р1 оказался в несколько раз выше, чем у исходной материнской формы, однако, гибриды не превышали уровня плодообразования высоко- и среднесаноФертильных исходных отцовских компонентов, достигая только 79. 8 и 80,0 У. их величин, при этой наблюдалось значительное доминирование данного показателя у отцовских НСФ и СС Форм.

Сравнительная оценка гибридов Р1 и Р2 показала достоверное снижение уровня самофертильности у комбинаций "СИТ х ВСФ" и достоверное увеличение - у "СНТ х КСФ" и "СНТ х СС*. Анализ расшеп-ления гибридов Р£ показал промежуточный характер наследования признака "число семян в бобе" независимо от уровня самофертильности гибридов и их исходных родителей. Наблюдалось достоверное увеличение количества семян в бобе в зависимости от числа Фер-тильных семяпочек в завязи цветка, так у гибридов комбинации скрещиваний "СФКСтах х ССКСгаах" 41, 3/. растений формировали 3.6-5, О семян в бобе, при отсутствии таких растений у "СФКСтш а-ССКСшШ", в то жэ время 70, чу. растений формировали пустые бобы, при отсутствии таковых у "СФКСюах х ссксюах".

Предполагается, что плоло- и семяобразование при самоопылении контролируются отдельными генетическим системами. Первая система определяет плодообразушую способность и ее функционирование зависит от налкчи.. и численности Б-Е-адлелей. вознжаших з результате мутаций Б-аллелей локуса санонесоэместикости. Степень проявления самосовкесткмости. вероятно, соответствует уровню самофертильности и достигает максимальных зпачеиий при соответствующих значениях самофертильности. Вероятно она совпадает с тетрз-аллеяьным состоянием генотипов 512 Б{3 314). Фенотишгческн самосовместимость условно нозгло определить только через индекс плодообразования {'/. самоопылеюшх цветков» Формирующих бобы). Вторая генетическая система контролирует уровень сеняобразтшей способности. Семяобразование у люцерны происходит только тогда, когда по гсрайней мере в завязи имеются две фертнлыше семяпочки, одна из которых оплодотворена и есть все предпошлем для Фор,чиро-

вания полноценного сеиени. Следовательно односемянный боб является шишей границей совместной реализации плодо- и сеняобразуюшей способностей независимо от типа опыления. Уровень сеняобразования (число семян в бобе) зависит от количественных и качественных характеристик семяпочек в завязи цветка и не зависит от проявления признака "СН - СС". Механизм, детерминирующий дегенерацию семяпочек (стерильность сеняпочек до опыления и отмирание оплодотворенных) направлен, как против максимального проявления гетерозигот-ности, так и максимального проявления гонозиготности. Вероятно данный механизм предназначен для поддержания в популяции оптн-нального уровня гетерозиготности (Палилов и др., 1975).

3.4. Генетическая природа признака автотриппинга

Из инбредных потонете (S1-S4) были отобраны отдельные растения с различными характеристиками "жесткий" триппинг - автотрип-динг, которые клонировались для создания 4-х отдельных клоновых сеней (СФ1Т - санофертильная с "жестким" тршишнгон; СФАТ - само-Фертильная с автотршшингон; СС2Т - саностерильная с "жестким" триппингом; ССАТ - саностерильная с автотршшингон). Анализ полученных данных выявил отсутствие влияния условий произрастания и возраста растений на признак "жесткости" тршшинга и значительное влияние на проявление автотриппинга, как по индексу "процент са-мораскрываиаихся цветков (ПСЦ)", так и по индексу "процент автот-ршшингуюшхея цветков, формирующих бобы ЩЦФБ)".

Генетический механизм, детернинируюший признак триппинга оказался сложным. Уже среди потонств гибридов F1 наблюдалось рас-шепление по обоим индексам автотриппинга. Так по индексу "ПСЦ" расщепление было отмечено по 4-н классан (от 0,0 до 70/), по индексу "ПЦфБ" у комбинации "СФГГ х СФАТ" - 3-м классан (от 0,0 до 50Х), у остальных - по 2-н классан (от 0,0 до 30'/). Анализ растепления потонств гибридов F2 показал различное поведение индексов автотриппинга изучаемых комбинаций скрещиваний. Если по индексу "ПСЦ" наблюдалось нормальное распределение с различной степенью ассинметрии: то по индексу "ПЦфБ" - явное распределение редких событий (за исключением "СФГГ х СФАТ"). Противоположный характер распределений индексов автотриппинга указывает на значительное влияние уровня автотриппинга и Факторов, обуславливавших плодообразушую способность анализируемых комбинаций. Сравнительная оценка распределения значений двух индексов автотриппинга у

-и -

потонств Г! :з г2 дает основание сделать предположение о промежуточной наследовании признака автотриппи::га.

Tarasí образом, наап исследосапия подтвердили наличие генетической летогиилашп! признака •ттотршглннга, они иигат некоторое преимущество перед предпествтзтш работами, благодаря более совершенной иетоднке п отбору сэлее спедкагшзировакпого исходного катсрнзла. позволяющего проведение количественной оценки призвака в отличие от чисто ннтлптапой (ка оскосэ баллыюа оаенки "легкости* трипгошга [ВизЫсе » Vllaie, 19661) ияа качественной на основе использования специальных прибороз с отчуздениеи пветкол (Сарка:"шй. 19S6! «обер, 1909). Вероятно з пропессэ самопроизвольного раскрывания пветка вахяую роль играют опревеаеипга Фор:*! а размегч флагового лепестка, додочгн в других структураып элементов пветка. Не исключено, что генетическая природа кутаний. кзие-гсатх морфологические и/или физиологические признаки и свойстоз замковых механиков трнпиингг тщгтка. разная, в результате sm-аий разных геноо. определягеих стрястуру замкового :iexan:ma происходят изменения признака трппшшга от исходного "гесткого" различили сроне2Утс,-Ш1.*:от стадиями "легкости" до различного проявления уровня автотркппинга. вплоть до полней реди'пкн з.гчкевог---мезапизна (юох автотришмнг у однолетник видов шгерим). Объела-пение дп>2 я более мутакип п изучаемых гибридах может определить, усиление признака автотрипштга, если они пршшлега-г к одни:?-йяи одной группе генов; ила ослабление врнзчака. если omi принадлежат к раз1шк генам или группам генов пгн перекрытии "диккпг генаки не мутантных локусов. «'акт поддержания прй понсгз яатеа-сивного отбора высокого уровня автотркгтстга ("RCU") в течение -!-к ккбредных поколений позволяет сделать предположение о гоио эротизации редесскшшх гегл.з, контролируют этот признак..

***** Í

Основываясь ка анализе результатов скяеприведешшх экспериментов по изучению признаков *самонесовкестаноста - сакосспиестп-поста", "самостерильности - саноФертнльносга" я "тмтшпга -автотргапинга" на;;и предлагается но г о с представление о генетическом контроле системы размножения культивируемой автотетравлоидиой люперпы. В соотеетствии с кта данный признак рассматривается raí: сложное явление, генетически контроль которого осгаостзлчетср няогшш группами генов, объединенных в несколько систем. Спстгш генов. взаимодействуя между собой, достигают высокого суммарного эффекта в обеспечении само- и/пяи перекрестного оплодотезрення

- гч -

растений популяции.

Первая система. Гены этой системы контролируют структуру и Функции элементов цветка, благодаря чему создаются предпосылки для сано- (автотрилпкнг) и/или перекрестного опыления (тряппинг). У люцерны эта система включает три механизма - а) удержания цветка в закрытом состоянии, б) раскрывания цветка и в) контроля развития кутикулярной мембраны рыльца. Первый и третей механизмы защищают поверхность рыльца от попадания пылыш с чужого растения и препятствуют прорастанию пыльцы своего цветка. Второй - контролирует перенос пылыш и "складирование" ее снеси от разных генотипов с определенном месте на теле насекомых-опылителей, с которых она в момент опыления по наиболее оптимальному пути и попадает на рыльце другого цветка. Одновременно, благодаря соприкосновению рыльиа с телом насекомого, происходит разрушение (повреждение) мембраны рыльца. Механизм автотриппинга выполняет запасную Функций при опылении растений популяции (отсутствие или дефицит насекомых, неблагоприятные условия для энтонофильного опыления).

Генетическая природа первых двух механизмов является сложной, что связано со сложностью строения и поведения замкового механизма и неханизма раскрывания цветка. Предполагается, что здесь участвуют несколько групп генов с аддитивными и доминантными эффектами (Busbice, WHsie, 1966; Сарнаский, 1966; Бобер, 1989; Knapp, Tauber, 1993). Генетический контроль третьего механизма (мембраны рыльца) практически не изучен, хотя имеются данные об обнаружении мутаитных Форм, обеспечивающих прорастание пыльцы в закрытом цветке (Квасова, Еумный, 198Н).

Вторая система. Гены этой системы контролируют прорастание пыльцы на рыльце и рост пыльцевых трубок в столбике. По нашему представлению вторая система генетического контроля системы размножения является Фактически проявлением фенотипа реакции гамето-Фитной "самонесовместикости-саносовместимости". Основные трудности, которые при этой возникают - это несовершенство методик идентификации генов этой системы. Обычно они предусматривают оценку фенотипкческого проявления признака "санонесовместимос-ти-самосовмс-стимости" по показателям семя- и плодообразования, на которые очень сильно влияют условия внешней среды, сложнейшие взаимоотношения "насекомое-опылитель - цветок растения) и, как будет показано далее, другие систены генов, контролирующие процесс оплодотворение. Строгость работы генов второй системы специфична для вида и зависит от эволюционных процессов, направленных

на сохранение, или разрушение перекрестного типа опнления. Разрушение ганетоФитного локуса санонесовнестимости у люцерны происходит о два периода. Первый заключается в появлении цутаитних Sf-аллелей в этон локусе. Второй - п увеличении их численности. Однако Фенотнпическое проявление иутантиого аллеля по интенсивности роста пыльцевых трубок при са.чо- и перекрестной опылении имеет промежуточный характер. Становлению и повышению самофертильности растений популяции люцерны препятствует третья генетическая система контроля системы размножения.

ТР15М система. Гены этой системы контролируют развитие мужской и женской генеративной сферы (Фертнльность-стерильность). Проявление генов стерильности пыльцы (тз| н семяпочек (4з) направлено на поддержание определенного уровня гетерозиготносгн конкретной популяции и. естественно, ее выживаемости. Соответствующие гены Фертильиости способствуют плодо- и семяобразованкю растений популяции, Предполагается, что у культивируемой автотет-раплоидиой люцерны существуют две генетические подсистемы, контролирующих гибель семяпочек: первая - контролирует дегенерат?» семяпочек до опыления, вторая - отмирание оплодотворенных семяпочек.

Таким образом, предложенный генетический контроль системы размножения культивируемой автотетраплоидной люцерны, дает возможность более глубоко понять генетико-эволюционные основы Формирования однолетних автогамных видов люцерны. Мы предполагаем, что в экстремальных условиях произрастания (отсутствие или дефицит специализированных насекомых, неблагоприятные условия внешней среды для энтомофильного опнления и произрастания) предковых многолетних гетерозиготных видов произошло сначала разрушение '1-й системы - возникли мутации триппинга (от "жесткого" до автотрип-оинга), позволившие опылять цветки менее специализированным насекомым. Дальше мутации системы санонесовнестимости привели к возможности самоопыления без триппинга цветка. и наконец эмбриологическая гетерогенность предковых Форн привела к потере аллелей стерильности пыльцы и семяпочек. Современные однолетние виды люцерны характеризуются различным количеством только фер-тшышх семяпочек. Потеря гетерозиготности привела к потере вегетативной мощности и многодетности. Однако существующие однолетние виды не перешли на клейстогаиный тип опыления, а сохранили механизм автотршшинга и возможность энтоноФилыюго (перекрестного) опыления.

- го -

4. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПНВРЕДНОЙ ДЕПРЕССИИ У АВТО-ТЕТРЛ1ШКДНОЙ КУЛЬТИВИРУЙЮИ ЯЮЦЕКШ

Культивируемые автотетрашшимиг виды яюцерша очень чувствительные к кпбргяингу даге при низко:! его уровне (£1гК, 1927; УПИаш, 1931! ВизЫсе ег а1., 1972; Квасова, Шумный, 1965; Нейриаиоа, 1990). Т. И. ВизМсе (1966) предположил, что быстрая ин-бредная депрессия <ертильностн является резукьтатоц генетического груза яетапышг и/или полулетальных Факторов н отбор ко$ет снизить этот груз. Возкохно, из -за зааитиык свойств диплоидной га-иети, во вреня эволашш людерна в ее генетической структуре накопились "вредные" гена и хромосомные отклсиеииа. которые маскировались гетерозкготшз! состоянием популяции. Такие вредные факторы выявляются в процессе инбридинга и резувьтируотся в значительной депрс-сскн ношюстк .н продуктаьностк. Вероятно, отбор во вреня процесса глубокого шгёршшнга нозет элиминировать некоторые из низ.

Вазность изучения явлений гетерозиса к инбредной депрессия для яэцериы породили много суждений к предположений об их генетических основах. Инбридинг, нзмеряешй величиной коэффициента инбридинга или по выходу гомозигот происходят гораздо медленнее у автотетраплоидов, чем у диплоидов (ВизЫсе е! а1., 1972). Однако с увеличением уровня (поколения) инбридинга инбредная депрессия г люцерны по большинству количественных признаков значительно вьис к увеличивается быстрее с поколением самоопыления, чем теоретически ожидаемое снижение для автотетраплоидов (ВизЫсе, У1181е, 1960; 1а1з, 1967, 1974; НШ, 1976).

4. 1. формообразовательный процесс и плкяние инбредной депрессии на некоторые количественные и качественные признаки

Разложение популяции на линии с различными генотипами методом инбридинга вскрывает ее генотипический состав и генетические возможности популяции и вида в целом. Из классические работ хорошо известно, что проведение глубокого инбридинга соировоЕдается гонозиготизацией исходного материала, наступлением генетической однородности, вследствие чего проявляется инбредная депрессия и широкий'Формообразовательный процесс. Г. Нильсон-Эле (1926) различал два типа инбредной депрессии у самоопылениях потомств: об-

- гт -

нее ослабление жизнеспособности ннбредных потонете; и так называема - частичную депрессию, проявляшуюся в вызеплении продуктивных рецессивных признаков, различного рода ненорнальнос-тей, уродств и т. д.

Влияние инбридинга на качественную изменчивость. В течение 6 -ти поколений инбридинга (S1-S6) по 10 семьям различного происхождения было оценено 21376 учетных растений, 2734 из них (12,0 х) имели различные отклонения от норны, в т.ч. 627 растений без цветков (1-я группа); 937 цветущих растений, но не завязываюаих бобов при свободном опылении (2-я группа); 463 растения с аномалиями вегетативных органов (3-я группа); 707 растений с ненор-нальностями генеративных органов (4-я группа). Максимальная частота аномалий 1-й группы наблюдалась у семьи 1232/1 (57,1 у.), 2 -й - у семьи 1063/1 (64,7 ?.). 3-й - у семьи 1033/1 (33,8 X), 4-й -у сеньи 402/2 (100/.). Были выделены 6 типов летальных и хлоро-Филышх нутаций, 13 типов морфологических мутаций листа и стебля, 11 типов мутаций по структуре и закладке цветков и соцветий.

Впервые нами выделены и идентифицированы ряд мутаций, инею-пих генетико-селекциокное значение: Фасциации соцветия (fa-1) и побега (fa-2), стебель с генетически блокированный ветвлением (пьг); соцветие типа "длинная кисть (1р)\ ветвистое (Ьп), ие-телковидное ["сативное" (pl-1) и "Фалькатное" (р1-2)1 соцветие; верхушечный (tl, tis), "двукисточник" (dr) и мутовчатый тип (И) закладки нормальных и/ или нутантных соцветий. При введении эп:2 нутаций в селекционные популяции вполне можно решить ряд вопросов, связанных с повышением и стабилизацией семенной продуктивности. Отобранные мутации нноголисточковости traf). подобные ранее описанным Н. Baenziger (1974), могут улучшить питательные качества кормовой нассы.

Влияние инбридинга на количественную изменчивость. Исходным материалом служили 4 клоновых сеньи, характеризующихся различным уровнем самофертильности и автотриппинга, которые саноопыляли в течение S1-S6. Для расчетов был использован метод Jones (1939). Сравнительный анализ прогнозируемых кривых для диплоида и авто-тетраплоида с реальными значениями показал, что наблюдаемая инб-редная депрессия по высоте, семенной и вегетативной продуктивности согласуется только в тон случае, если предположить, что Изучаемые автотетраплоидные клоновые сеньи являются диплоидами (рис. 5).

Для выяснения природы расхождения значений инбредной депрес-

п;—к:—5;—С—

»: п—£—и 1. > и

Рис. 5. Прогнозируемое (А

- автотеграпдоид, В - диалоид) ц реальное снижение значений признаков "высота растений" (1). "вегетативная" (2) и "се-иенная продуктивность" (3) в зависимости от клоновой семьи и поколения инбридинга ( о -1232/1. * - 1031. ь. - 1212. о

- 1063)

сии. прогнозируемой при помощи коэффициента инбридинга и той. которая в действительности наблюдалась в наших исследованиях, были использована генетическая нодель Т. Н. Визмсе & С. Р. ЫШ1е (1966), которая описывала реакцию исходной (неинбредной) популяции на инбридинг. Модель давала оценку генотипам по частоте потери гетерогенных взаимодействий. Сравнительный анализ теоретических кривых (рассчитанных на основе снижения частота аллельных взаимодействий 1-го порядка при инбридинге) с кривыми, построенными на реальных экспериментальных данных, дает возможность определения вклада аллельных взаимодействий 1-го порядка в проявление инбредной депрессии (рис. б.).

Значения признаков "высота растений" и "вегетативная продуктивность" совпадают с теоретическими кривыми лучше для тетра- и трналлельных локусов, чем для аллельных дуплексных и симплексных.

Рис. 5. Теоретические и набявдаекые кривые распределения по признакам "высота растений"(А) и "вегетативная продуктивность"(В) в зависимости от аллельных взаимодействий 1го порядка и поколения инбридинга (1 - дуплекс, 2 - симплекс, 3 - тригеиик, 4 - тетраге-ник; о - 1232/1, 4* - 1031, й. - 1212, о - 1063)

Быстрое снижение значений изучаемых признаков в начальных поколениях инбридинга можно объяснить снижением и даже потерей высбко-гетерознготных тетра- и триаллелышх состояний локусов. Кроне всего, эти локусы могут быть ответственны и за проявление большей части эффекта гетерозиса у автотетраплоидной люцерны.

Объяснением катастрофического снижения семенной продуктивности при глубоком инбридинге, кроме потери тетра- и триаллелышх локусов, снижения частоты аллельных взаимодействий, возножяо решавшим, является влияние инбредной депрессии на уровень Фертнпь-ности пыльцы и семяпочек; и на жизнеспособность развивавшейся зиготы в целом. Обшая потеря гетерозиготности вероятно воздействует на Физиологию ганет и ганетоФитов; снижение плодо- и семяобразо-вания при инбридинге не является результатом неудачи объединения ганет при оплодотворении, а является результатом потери гетерози-

готностп в зиготе, и зта потеря иогет бить летальной для большинства зигот. Вероятно, летальность, яшшядаяся результатом стерилизации семяпочек до о пиления и гибели развивающихся зигот, может быть ограничивают Фактором, который способствует резкому сннаенк» урови;. семенной продуктивности при глубокой инбридинге.

Таким образом, изучение генетической природы резкого падения уровня семенной продуктивности при последовательном инбридинге требует отдельных экспериментальных исследований, предусматривающих опенку количественных и качественных характеристик пыльцы, семяпочек к развивающихся зигот на всех инбредных уровнях.

5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И НЕТОДКЧЕСЕИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОПУЛЯЦИИ

Выбор метода селекция зависит главный образом от естественной системы размножения вида. Найти оптимальную стратеги» селек-щш особенно сложно у видов со смешанной системой размножения. Обиая теория селекции синтетических сортов иог.ет быть применима к частично аллогамным видан (Вэскег, 1989).

В типичной случае понятие "синтетическая популяция (сорт)" отличается от других сорто-популяций по следующим характеристикам:

1). Поколение-основатель синтетика (SYH-О) полностью состоит из отобранных родительских конпонентов, в то время как в свобод-ноопыляшейся популяции, отобранные родители оплодотворены неизвестной пыльцой;

2). Количество исходных родительских конпонентов ограничено (строго определено);

3). Исходные родители сохраняются и поддергиваются, что дает возможность регулярного восстановления поколения SYH-0.

Что касается, по крайней мере первых двух характеристик, то они не разграничивают синтетик и свободноопыляюшуюся популяцию. Следовательно, последний пункт является главным определителем синтетической популяции (Schnell, 1962). Исходные родители всегда отбираются по какому-либо признаку или группе признаков, но очень редко учитываются эффекта ОХС и CEC (Rumbaush et al., 1988). Синтетики допускают проявление эффекта гетерозиса до уровня, обычно более низкого, чем у гибридов, и в то же время достаточного для обеспечения поддержания -высокого и стабильного уровня продуктивности (Hill et al., 1988).

Хотя формирование синтетика является довольно простым делом, хорошо продуманный выбор исходных родителей для поколения SVU-0 является решающим шагом. Количественный состав исходных родителей определяется уровнен инбридинга, который будет испытывать сформированный сиитетик в последующих поколениях синтеза (Busbice, 1968).

5.1. Принципы стабилизации генетической структуры экспериментальной популяции

йнеется множество доказательств, что наиболее устойчивыми к экстремальным воздействиям внешней среды оказываются особи, близкие к значениям средней популяционной по совокупности количественных (полигенных) признаков и свойств (Дубинин, 1948; Алтухов, 1983). Эту закономерность можно интерпретировать как проявление стабилизирующего отбора на ранних онтогенетических стадиях (йнальгаузен, 1968). Стабилизация фенотипа основывается на исторически сложившейся полигенной системе, нмеюгпей универсальное значение; важную роль в ее Формировании играют гетерозиготность а коадаптация генов (Mather, 1943; Дубинин, 1948; Lerner, 1954). Можно полагать, что сформированные стабилизирующим отбором коа-даптивные генные комплексы оказываются связанными именно с оптимальным, "средним" фенотипом (адаптивная норма), обеспечивая его "забуференность" и широкую неспецифическую устойчивость; а "крайние", отклоняющиеся от оптимума Фенотипы, имеют иные генетические характеристики, сопряженные с пониженной приспособленностью (Алтухов, 1983).

Идентификация средних (Но) и крайних типов (И+ и Н-) Фенотипов осуществлялась через анализ нормированных отклонений (Алтухов и др., 1976). Обобшенная оценка модального и разнонаправленного отбора по 14 основным признакам, характеризующих семенную и вегетативную продуктивность, показала эффективность модального отбора (рис.7).

Модальный отбор исходных родительских компонентов предопределил и Формирование оптимальной степени перекрестноопыляености (СПО) у растений экспериментальных популяций (Syn-S и Syn-П). СПО - является сложным популяционнын признаком, в формировании которого участвует комплекс функционально различающихся генетических систем; в состав комплекса входят в разных сочетаниях - система "самонесовместимостисамосовнестиности", мужская и женская сте-

Рис. 7. Схема модального и разнонаправленного отбора по совокупности признаков в исходной популяции люцерны сорта Vela (Р)

Й\А~

шш

It ni ni « "l "S « **

IMÜiMM-

Рис, 8. Графическая характеристика нормированных отклонений среднепопулядионных значений признаков от исходной популяции сорта Vela (окружность единичного радиуса) по группам Н+, Но и й- в зависимости от поколения отбора [Syn-ОП - Syn-2II (А) и Syn-OS -Syn-2S (В)] [1 - высота, 2 - тип куста, 3 - облиственность, 4 -ветвление побега, 5 - число побегов, 6 - Фертильность пыльцы, 7 -пыльцевая продуктивность, 8 - число семяпочек, 9 - число Фертиль-ных семяпочек, 10 - самофертильность, 11 - автотриппинг, 12 -Фертильность при свободном опылении, 13 - семенная и 14 - корневая продуктивность)

рильность, механизмы трипшшга цветка, сложные взаимоотношения "цветок - насекомое-опылитель* и, по-видимому, ряд других неучтенных нани функциональных образований. Для многих из этих систем, известен только Факт их устойчивого воспроизведения и функционирования в поколениях, а следовательно, и наследственной обусловленности, нет никаких сведений о существующих и действующих генетических механизмах координации между функциональными образованиями внутри системы воспроизведения популяпионной стрл<ту-ры в целой. Поэтому полный синтез знаний о генетических основах полинорфизма растений по спо является делом будущего.

5.2. Создание частично автофертильных синтетических популяций люцерны

Отбор в самоопыленных потомствах (51 - БЧ) наименее депрес-сировашшх Форм позволил нам сформировать семьи с минимальиын количеством рецессивных леталей и полулеталей в генотипах.. В настоящее вреня доказано, что отбор в саноопылейном потомстве у люцерны наименее депрессированных Форм равнозначен отбору генотипов с высокой ОКС (УопЗгасеК, ¡?о<3, 1966). Резкое повышение значений ОКС наступает сразу после однократного самоопыления исходных Форм (Нейрнанов, 1992). Наиболее приемлемым уровнен самоопыления являются поколения Б2 и 33. Последующий инбридинг и отбор не обеспечивает существенного изменения значений ОКС в сторону увеличения из-за~ относительного сужения внутрилинейной изменчивости вследствие возрастания степени гонозиготности и увеличения инб-редной депрессии.

По норфо-биояогическим показателям отобранный для использования в синтетической селекции исходный материал не имел больших различий и характеризовался следующими параметрами: раннеспелость, пряностояшая Форма куста, самофертильность в пределах 40 -98Х, автотриппинг - 30 - 85*. высокая Фертильность пыльцы и семяпочек, высокая урожайность и качество кормовой массы, устойчивость к основным болезням и вредителян и т. д. Среди сеней был проведен целенаправленный отбор на инбредоустойчивость: по высоте и кустистости в БЗ сеньи уступали исходным родителям (БО) не более чен на 10 - 15'/., а некоторые даже превышали их. Отдельные родители являлись носителями мутаций детернинантности (11, И-з) и генетического блокирования ветвления побега (пьг).

Формирование питомника З/п-о. Для свободного переопыления

исходных родительских компонентов в 1963 год? был создай питомник Syn-О из 316 вариантов. Всего в питомнике переопыления было сформировано 104 четырехконпонентных синтетических популяции, йз них 29 популяций было создано в двух вариантах, которые Различались тен, что в первом варианте переопылялись компоненты, вырашенные из сенян от свободного опыления исходных родителей «индекс СО), а во втором - кз сенян, полученных от самоопыления тех же родителей (индекс AT). Таким образом, в варианте с индексон со происходило переопыление исходных родительских растений неизвестной пыльцой, тогда как во второй варианте (индекс AT) были получены семена, инбридинг которых был ва порядок выше.

5. 3. Влияние поколения синтеза на продуктивность и другие признаки

Семенная продуктивность в питомнике Syti-О зависит прежде всего от уровня сененной продуктивности исходных родительских компонентов, йз 318 вариантов переопыления большинство (56.ЗХ) достоверно превысили стандартный сорт по изучаемому признаку и только 1.3'/. популяшй уступили стандарту. Основываясь на данных питомника Sm-0 нани было отобрано 29 популяций для изучения влияния поколений синтеза (Sro-l - Syn-З) на основные хозяйственно-ценные признаки и свойства. Популяции были определены в 3 группы. К первой группе были отнесены синтетики, не снижавшие уровень семенной продуктивности в неблагоприятном 1967 г. (СФА 152 СО, СФА 144 AT, СФА 140 AT, СФА 148 AT. СФА 150 AT, СФА 152 AT, СФА 152 AT, СФА 162 AT). Вторую группу составили синтетики, резко снизившие уровень семенной продуктивности в 1987 г., но поддерживающие ее на высоком уровне в благоприятные для завязывания сенян годы (СФА 144 СО, СФА 145 СО, СФА 150 СО). В третью группу подобраны синтетики, имеющие резкое снижение семенной продуктивности во все годы изучения (СФА 140 СО, СФА 142 СО, СФА 162 СО, СФА 142 AT, СФА 145 AT).

Таким образов, в продвинутых поколениях изучаемые синтетики неоднозначно изменяют уровень сененной продуктивности в зависимости от поколения синтеза и условий года. Выделена группа синтетиков, не изненяшая уровень сененной продуктивности в неблагоприятный для завязывания сенян год. Практически все эти популяции относятся к варианту с индексом AT, т. е. в них сильнее проявляется признак автотриппинга.

Структурные компоненты семенной_проду;;г,ганост:*. Учитывапись

основные компонента, наиболее сопряженные с семенной продуктшз-костью - количество цветков на кисть, количество бобов на кисть, количество семян аа боб, количество кистей на ветвь и визуальная оценка числа кистей на делянке в баллах.

По осенененлсста бобов половина из изучавшихся синтетиков достоверно превышала стандарт в питомниках по отдельным поколениям Svn-i - S/n-З. Из них только СФА 140 СО превышала стандарт по зтоиу показателю во всех поколениях синтеза.

По показателю количество бобов на кисть в Sra-1 среди изучаемых синтетиков не было обнаружено достоверных различий. в Syn-г и Syn-З только отдельные синтетики превышали по данному показателю стандарт.

Набдгаалось достоверное различие среди изучаемых синтетиков по показателю количество цветков на кисть - от 15.5 цветков у СФА

140 СО до 20. 7 у СФА 162 АТ. Достоверное влияние поколения синтеза на изучаемый признак установлено только у популяций СФА 165 СО, СФА 162 АТ и СФА 171 СО.

Плодообразуюиая.способность. На наш взгляд, проблема семенной продуктивности у люцерны настолько широка и сложна, что на реализацию потенциальных возможностей культуры влияет множество Факторов, одним из которых мозет быть недостаточное опыление. Показателем уровня опыления является "процент цветков, форнируюгаин бобы" или "процент плодообразования". Завязывание бобов у синтетиков в среднем было на 15/ вше, чем у стандартного сорта, а у СФА 162 АТ, СФА 140 АТ, СФА 144 АТ, СФА 152 СО это превышение достигало 20 и более процентов. Коэффициент корреляции между семенной продуктивностью и завязываеностыэ сеняя был положительным и достоверным с колебаниями от +0.76 в 1986 до +0.44 в 1969 г..

Кормовая продуктивность. Неснотря на то, что для нас особый интерес представляла проблема повышения и стабилизации семенной продуктивности, мы всегда отдавали себе отчет в том, что с точки зрения народнохозяйственного использования люцерна ценится презде всего за свои высокие кормовые достоинства. По кормовой продуктивности выделились следующие синтетики: в Sra-1 - СФА 145 СО, СФА 145 СО, СФА 150 СО, СФА 162 СО, СФА 140 ат, сфа 145 АТ; в Syn -2 - СФА-21, СФА 143 СО. СФА 150 СО, СФА 162 СО, СФА 179 СО, СФА

141 АТ, СФА 142 АТ. СФА 148 АТ, СФА 150 АТ, СФА 160 АТ; В Srn-З -только СФА 152 АГ достоверно превысил стандарт.

Концентрация белка варьировала от 18. 9* У популяции СФА 143

АТ до 22.2'/. у СОД 148 СО. Содержание сапонинов варьировало в пределах ОТ 1.25!! у СФА 143 АТ ДО 2. 65Х у СФА 153 АТ. V синтетиков СФА-21, СФА 148 АТ. СФА 142 СО, СФА 150 АТ при высокой содержании белка наблюдалось самое низкое содержание сапонинов.

5. 4. Влияние характера ветвления побегов на семенную продуктивность

Несомненно, преимущество синтетиков над стандартным сортом обусловлено влиянием отбора, который проводился при создании исходного материала для формирования синтетиков. Этот отбор па фоне последовательного инбридинга привел к создан!® исходного материала с высокой потенциальной семенной продуктивностью и с определенной архитектошкой куста. На основании изучения структуры ио-бего- а пдодообразоваиия у СФА 21 к СФА 165 СО ( исходные родители являются носителями нутаций детернинанткости и блокирования ветвления) в сравнении со стандартом нами было доказано следующее: у синтетиков наблюдалось значительное превышение по количеству стеблей первого порядка, в то время как у стандартного сорта наблюдалось превышение по количеству стеблей второго и третьего порядков; главным отличием между стандартом к синтетиками являлось то, что первый к нонеглт полного созревания бобоз шел более ветвистые стебли и в связи с этим был более склонен к израстанизо. У изучаемых синтетиков цветение протекает более интенсивно и завершается за 10 - 15 дней до начала созревания бобов, тогда как у стандарта в Фазу полного созревания бобов параллельно продолжается цветевие на побегах второго и последующую порядков.

Таким образон. у.большинства синтетиков преимущество ио семенной продуктивности обусловлено тем, что наряду с обладанием признаками Сф и АТ, они в меньшей степени израстают и к моменту формирования бобов имеют менее загущенный травостой.

Бесспорно, что использование растений с генетически блокированным ветвлением вызовет относительное снижение кормовой продуктивности. На наш взгляд, в значительной мере именно этан вызвано существование отрицательной корреляционной связи между такими важными признаками как селенная и кормовая продуктивность, разорвать эту связь можно созданием сортов с более высокой побегообра-зуюизей способностью, а также агротехническими методами - подборой оптимальной густоты стояния растений.

о - ю 1 - а т -100

езцш □«г»-« ¡зцгм

о - ю ш-ес и-100

вц-и сзиго-1

Рис. 9. Частотное распределение растении скнтетнков люцерны по классам саноФер-тильности в продвинутых поколениях синтеза (А - СФА 148 СО, В - СФА-21, С - СФА 142 СО)

5. 5. Влияние уровней самофертильности и автотриппинга на семенную продуктивность

Для изучения взаимосвязи между уровнен семенной продуктивности в Буп-О и самофертильностью в последующих поколениях синтеза били отобраны три синтетика: СФА 142 СО (семенная продуктивность в Зуп-0 110 г/кз.н), СФА-21 (120 г/кв. и) и СФА 148 СО (130 г/кв. н). Популяции в трех поколениях (Зто-1 - Зуп-З) с индивидуальным стоянием растений (70 х 70 см), с выборкой не менее 100 растений высевались дважды в 1986 и 1987 годах. В первый год жизни растений определялся уровень самофертильности, автотриппинга и Фертильности при свободном опылении, во второй - учитывалась семенная продуктивность растений.

Было установлено, что между популяциями существуют различия по среднепопуляаионному уровню самофертильности и автотриппинга, которые варьировали в зависимости от года изучения в пределах от 27 до 41х и от 12 до 25* соответственно. В последующих поколениях синтеза наиболее стабильной по уровню завязывания семян при само-

опылении была популяция СМ 142 СО. Две другие популяции постепенно изменяли уровень самофертильности от 27 до 35 У. у СФА-21 и от 32 до 41 V. У СФА 148 СО (рис.9).

V синтетика СФА 142 СО, при стабильных значениях среднепопу-дяционной самофертильности по изучавши поколениям синтеза, происходит постепенное, ступенчатое увеличение из поколения в поколение доли низкосамоФертильных растений и уменьшение - средне и высокосаиофертилышх. V СФА-21 и СФА 148 СО, наряду с изменением среднепопулявдюнных значений самофертильности происходит постепенное снижение количества низкосамоФертильных и увеличение доли среднесамоФертильных растений.

Таким образом, изучение структуры синтетиков, различающихся по уровню семенной продуктивности в Syii-О, показало, что у СФА-21 сформировался оптимальный уровень среднепопуляционной самофертильности, позволяющий избежать действия инбредной депрессии в поколениях синтеза. Вместе с тем, увеличение среднепопуляционного значения самофертильности значительно уменьшает влияние погодных условий на уровень семенной продуктивности.

6. Экологическое испытание экспериментальных популяций

Экспериментальные синтетики изучались в самых разных почвен-но-климатических условиях от юга Казахстана до Литвы. Особый интерес представляли результаты изучения 8 синтетиков люцерны в Чечено-Ингушетии, на территории которой ведется специализированное семеноводство этой культуры. По семенной продуктивности синтетики превышали районированный сорт Кизлярскую местную на 145 - 221 У. в предгорной зоне (без полива) и на 84 - 141 '/ в степной зоне (на поливе). Этот же набор синтетиков в условиях Московской области (НО ВИР) имел семенную продуктивность на 160 - 250 t выше стандарта.

Результаты экологического изучения популяции СФА-21 в тести различных пунктах показали значительное превышение по семенной продуктивности над местными районирозанкыни сортами (Актюбинская обл. - 174 '/, Ална-Атинская обл. - 143Х, Чечено-Ингушетия - 148'/, Волгоградская обл. - 124/., Московская обл. - 180"/., Литва - 180'/.).

На основании конкурсного, производственного и экологического сортоиспытания частично автоФертильная синтетическая популяция СфА-21 под названием Карлнгаш с 1994 года передана в государственное сортоиспытание по республикам Казахстан и Кыргызстан.

- 39 -

ВЫВОДЫ

1. В системе размножения изучаемых видов люцерны выделены признаки и неханизкы. обеспечивающие надежность процесса перекрестного опыления (пыльцевой режим, продолжительность жизненного цикла цветка); и механизмы, предотвращающие процессы самоопыления и самооплодотворения (триппинг, генетические системы санонесов-нестиности, стерильности пыльцы и сеняпочек). Своеобразие первичного механизма контроля процессов самоопыления и самооплодотворения у многолетних видов определило и своеобразие эволюции системы размножения рода Hedicago L. в направлении замены перекрестного (аллоганного) типа опыления на саноопыление (автогамного) и переход на однолетний цикл развития; в отличие от других энтомофиль-ных культур, у видов Hedicago L. отбор на санофертильность осуществлялся в условиях, благоприятных для жизнедеятельности и опылительной способности насекомых, так как автотриппинг исключал перекрестный тип опыления.

2. На проявление уровней самофертильности, автотрипшшга и фертильности при свободной опылении в значительной степени оказывают влияние видовая принадлежность, плоидность и история Формирования каждой конкретной популяции; повышенная плоидность не снижала действие системы самонесовместимости у изучаемой естественной гексаплоидной популяции.

3. Отбор на выживаемость является адаптивным процессом, и у видов люцерны своеобразной компенсацией за такую адаптацию служит снижение потенциальной и реальной семенной продуктивности; снижение потенциальной семенной продуктивности в процессе Филогенеза нноголетних видов связано с редукцией числа сеняпочек в завязях цветков от 18 у предковых до 7-12 у современных.

4. Генетический контроль системы размножения обусловлен совокупностью генов, детерминирующих развитие всей системы признаков цветков и процесса оплодотворения, а также Формирование и развитие боба и семени. К числу важнейших компонент системы размножения Hedicago относятся механизмы и систены, контролирующие тип опыления и оплодотворения, формирование и развитие эмбрионов, сенян. Очевидно, что компоненты систены размножения и генные комплексы, их детерминирующие, имеют решающее значение при выборе направления, схем и методов отбора.

5. фенотипическое проявление реакции "саносовместимости-са-нонесовнестимости" у И. sativa L. и И. varia Hart, отличается от

типичного проявления ганетофитной несовместности в виде более или менее локализированного ингибирования пыльцевых трубок в пестике.

6. Четыре пикла отбора на mas и min уровни самофертильности, автотриппинга, Фертильности пылькы и числа семяпочек были успешными, доказывая, что эти признаки хорошо наследуются; частота оплодотворения семяпочек в пределах завязи имеет базипетальный градиент, размешение самоопыленных и гибридных семян в пределах одного боба имеет случайных характер и этот факт не подтверждает преимуиества пыльцевых трубок от перекрестного опыления.

7. Самофертильность люцерны имеет сложную генетическую природу, ее контроль осуществляется двумя независимыми генетическими системами: первая - определяет плодообразуюшую способность и ее функционирование зависит от наличия и численности Sf-аллелей, возникших в результате мутаций S-аллелей локуса самонесовнести-мости; вторая генетическая система определяет семяобразушую способность и ее функционирование зависит от уровня гетерозиготности локуса самонесовнестимости, включающего как Sí, так и Sn-аллели.

8. Генетическая природа признака автотриппинга цветка оказалась сложной; в результате мутаций разных генов, контролируемое изменение морфологических и/или Физиологических признаков и свойств замкового механизма среди растений популяции происходят изменение проявления признака тритшкнга от "жесткого" с различными промежуточны™ стадиями ("легкости") до различного проявления уровня автотриппинга (полная редукция занкового механизма); возможность объединения двух и более мутаций в изучаемых поколениях определяет усиление признака если мутации принадлежат к одному или одной группе генов или ослабление - если они принадлежат к разным генам или группам генов; Факт поддержания при помоши интенсивного отбора высокого уровня автотриппинга в течение 4-х ин-бредных поколений предполагает гомозигогизадию рецессивных генов, контролирующих этот признак.

9. Из потомств различного уровня инбредности впервые выделены и идентифицированы мутации, представляющие определенную ценность в селекционно-генетических исследованиях: а). Фасциирован-ность и блокирование ветвления побега (fa-2, nbr); по структуре соцветий - "длинная кисть (1р)", "ветвистое (разветвленное) соцветие (brl)\ "метелковидное сативное (pl-l) и Фалькатное (p12) соцветие", "Фасциированное (fa-l)" и "стерильное (sí)"; по закладке соцветий - соцветие типа "двукисточннк" (dr), мутовчатый

- 41 -

(г!) и детерминантный Щ, и-з) типы.

10. Оценка влияния инбре/шой депрессии на основные количественные признаки у культивируемой автотетраплоидной люцерны с использованием коэффициента инбридинга оказалось недостаточной; проявление инбредной депрессии в основном связано с уменьшением частота и даже потерей высокогетерозкготнык тетра- и триаллельных локусов а также внутрилокусными аллелышии взаимодействиями 1-го, 2-го и 3-го порядков.

11. Модалышй отбор исходных родительских компонентов с "оптимальным" фенотипом привел к Формированию синтетических популяций, в последующих поколениях которых уде естественный отбор формирует воспроизведение той степени перекресглоопыляекости (СПО), которая обеспечивает в будущем оптимальное совмещение гетеро- и гомозиготной генетических составляющих важнейших признаков, влияющих на повышение и стабилизацию продуктивности.

12. В продвинутых поколениях синтеза частично автоФертильные синтетические популядин неоднозначно изменяли уровень соненной продуктивности з зависимости от поколения синте'за и условий года возделывания; выделенз группа синтетиков, имеющая высокий и стабильный уровень семенной продуктивности в неблагоприятные для завязывания сенян годы (СФА 152 СО, СФА144 АТ, СФА 140 АТ, СФА 140 АТ, СФА 150 АТ, СфА 152 АТ, СФА 162 АТ) и поколения синтеза (СФА 148 АТ И СФА 162 АТ).

13. Синтетики, инешие растения с детернинантнын типом роста (11, И-э) и генетически блокированным ветвлением стебля (пЬг) имели более высокую семенную продуктивность за счет предотвращения вегетативного израстания, оптимизации светового и водного режима травостоя, повышения устойчивости к загущению н сокращения периода вегетации.

14. Изучаемые синтетики характеризовались высоким качеством кормовой массы; по содержанию белка варьирование составляло от 18. (У СФА 143 АТ) до 22. 2* (У СФА 148 СО), по концентрации клетчатки от 21. 9* (СФА 152 СО) до 25. (СФА 143 АТ); концентрация сапонинов ниже порогового уровня наблюдалась у СфА-21, СфА 143 АТ, СФА 148 АТ, СФА 142 СО, СФА 150 АТ.

15. Установлено, что экспериментальные синтетики существенно различаются по среднепопуляционнону уровню саноФертильности и ав-тотрнапипга; в последующих поколениях синтеза наиболее стабильной по уровню завязывания сенян при самоопылении была популяция СФА 142 СО. У СФА-21 уровень самофертильности изненялся от 27 до 35

•/., у СфА 148 СО - от 32 до 41 У.; у СФЛ-21 сформировался оптимальный уровень среднепопулядионной саноФертильности (35И), приводящий к нининадьнону проявлению инбредной депрессии в поколениях синтеза; внесте с тем. увеличение среднепопуляционного значения саноФертильности значительно уиеньшает влияние погодных условий на уровень семенной продуктивности.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЕКЦЯОННОИ ПРАКТИКИ

1. Синтетические популяции люцерны с оптимальными уровнями самофертильности и автотриппинга целесообразно создавать для каждого конкретного региона возделывания люцерны с учетон его погодных условий и наличия специализированных насекомых-опылителей.

2. Для решения проблемы селекции люцерны на повышенную и относительно стабильную семенную продуктивность в Российской федерации рекомендуются следующие источники:

- сочетающие высокую сененную и корковую продуктивность: СФА -21 (Карлыгаш), СФА 152 СО, СФА 146 АТ, СФА 162 АТ, СФА 152 СО, СФА 150 АТ;

- по качественным характеристикам кормовой массы: по сухому веществу - СФА 143 АТ, СФА 150 СО, СФА 152 СО; по содержанию белка - СФА 148 АТ, СФА 152 СО, СФА 179 СО, СФА 148 СО, СфА 150 СО, СФА 142 СО, СФА 150 AT, СФА 144 АТ;

- с пониженным содержанием сапонинов: СФЛ-21, СфА 148 АТ, СФА 152 СО, СФА 142 СО, СФА 150 АТ, СФА 144 АТ, СФА 143 АТ.

Список публикаций по теме диссертации

1. Использование автотриппинга в селекции люцерны // Тр. по прикл. бот., ген. и сел., 1981. - т. 71. - вып. 2. - С. 87 - 93.

2. Способность образцов люцерны к само- и перекрестному опылению в условиях Северного Приаралья // Научн.-техн. бюл. ВИР. -1962. - вып. 118. - С. 49 - 51.

•3. Проведение саноопыления, гибридизации, учета саноФертильности и автотриппинга у люцерны: Методические указания / Л. : ВИР, 1982, - 16 с. (соавторы: Иванов А.И., Бухтеева А.В. ).

4. Оценка и возможности использования признаков самофертильности и автотриппинга в селекции люцерны / Автореферат канд. ... дисс., ВИР, 1982. - 25 е.-

5. Применение различных форм инбридинга при создании линей-

ного . материала люцерны /Г Научн. -теки. бол. ВИР. - 1983. -вып. 131. - С. 7 - 11.

6. Определение уроеня потенциальной плодовитости завязей люцерны в связи с семенной продуктивностью // Научн. -техн. бол. ВИР. - 1983. - вып. 131. - С. 56 - 58. (соавторы: Орел Л. Н., Константинова Л. И., Иванов А. И. ).

7. Направления и перспективы работы Прнаральской опытной станции ВИР // Научн.-техн. бюл. ВИР. - 1983. - вып. 133. - С. 7 -И. (соавтор: Иванов А. И.).

8. Способность к самоопылению образцов однолетних видов люцерны // Научн.-техн. бш. ВИР. - 1983. - вып. 133. - С. 73 - 78.

9. Индексы само- и перекрестной Фертильности люцерны // Докл. ВАСХНИЛ. - 1983. - Н. 3. - С. 14 - 15. (соавтор: Иванов А. 3.).

10. Влияние инбридинга и отбора на Фертильность пыльцы отдельных клонов люцерны // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - 1983. - т. 74. - С. 95 - 100.

11. Селекционно-генетическое использование саноФертильности и автотриппинга в селекции люцерны // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - 1983. - т. 80. - С. 64 - 74. (соавтор: Иванов А. И.).

12. Пути использования признаков самофертильности и автот-рнпшшга в селекции люцерны // Экология опыления раст. - Пермь. 1984. - II. 8. - С. 120 - 129.

13. Отбор растений люцерны с высокой плодовитостью завязей: Методические указания. - Л. : ВНР, ¡985. - 35. (соавторы: Орел Л. И., Константинова Л. Н., Огородникова В. Ф., Вишякова Н. А.. Ка-зачковская Е. Б.).

14. формообразовательный процесс и влияние инбредной депрессии на некоторые количественные признаки люцерны при последовательном самоопылении // ИнФорн. лист. АктюбЦНТН. - 1985. - 4 с.

15. фертильность семяпочек и методы ее оценки // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - 1986. - т.99. - С. 10 - 16. (соавторы: Орел Л. И., Константинова Л. Н., Огородникова В. Ф.).

16. Метод определения сапонинов и возможности селекции на снижения их уровня в популяциях люцерны // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - 1986. - т. 107. - С. 92 - 96. (соавтор: Марьина 0. И. ).

17. Действие отбора на изменение уровня Фертильности пыльцы в популяциях люцерны // Проблемы размножения цветковых. - Пермь, 1987.- С. 30 - 31. (соавтор: Дзюбенко Е. А.).

18. Экспресс-методы определения фертильности зародышевых

4 - 44 -

нешков люцерны: Методические указания. - Л. : ВИР. 1s88, - 28 с. (соавтора: Орел Л.И., Константинова л.Н.. Казачковская Е.Б.).

19. Способ определения жизнеспособности зародышевых мешков люцерны: авторское свидетельство Н. 1540727. 1989 г. // Официальный б юл. Гос. кои. по делан изобр. и открытий. - 1990. - Н. 5. (соавторы: Орел Л. и., Константинова Л. Н., Казачковская Е. Б.).

20. Поддержание в популяциях люцерны оптимального уровня фертильности пыльцы // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. - 1990. -т. 137. - С. 18 - 23. (соавтор: Дзюбенко Е. а.).

21. Оптимизация перекрестноопыляености синтетических популяций люцерны // Научн. -техн. бюл. ВИР. - 1990. - вып. 198. - С. 3 -б. (соавторы: Иванов А. И., Еспанов а.).

22. Семенная продуктивность синтетических популяций люцерны, созданных на основе самофертильности и автотриппинга // Научн. -техн. бюл. ВИР. - 1990. - вып. 198. - С. 20 -23. (соавтор: Еспанов А. ).

23. Способ выделения и характеристика типов растений с полной женской стерильностью у люцерны: Методические указания. - Л.: ВИР, 1991. - 28 с. (соавторы: Орел Л. И., Казачковская Е. Б., Семенова Е. В., Дзюбенко Е. а.).

24. Состав популяций по длине соцветий у люцерны // Научн. -техн. бюл. ВИР. - 1991. - вып. 211. - С. 49 - 53. (соавтор Дзюбенко Е. а. ).

25. Внутривидовая изменчивость люцерны по активности симбиоза // Тез. докл. регион, научно-техн. конф' "Молодежь - аграрному производству". - Красноярск: 1991. - С. 60 - 61. (соавтора: Танри-вердиев Т. А., Симаров Б. В.).

26. Эффективность симбиоза сортов лщерны со Етамнами клубеньковых бактерий R. nselilotl в условиях Северного Зауралья // Научн.-техн. бюл. ВИР. - 1991. - вып. 223. - С. 46 - 47. (соавторы: Танривердиев Т. А., Проворов Н. А.).

27. Полинорфизм популяций люцерны по строению соцветий // Научн. -техн. бюл. ВИР. - 1992. - вып. 216. - С. 71 - 75. (соавтор: Дзюбенко Е. А.).

28. Проявление нутантных генов по признакан строения и закладки соцветий у инбредных популяций люцерны // Материалы Второго совещания "Изогенные линии и генетические коллекции" 23-25 карта 1993 г. - Новосибирск: ЕЦиГ СО РАН, 1993. - С. 175 - 177. (соавтор: Дзюбенко Е. А. ). •

29. Реакция сортов люцерны на погодные условия Новгородской

области // Тез. докл. "Современные проблемы м перспективы растениеводства и животноводства" 25-26 января 1994 г. - 1994. - С. 1S -19. (соавторы: Широков А. И., Горбачев 0. А., Налинин Д. А.).

30. Генетика диплоидной и тетрлплоидной люцерны // Генетические коллекции растений. - Новосибирск: Ш1иГ СО РАН, 1994. -вып. 2. - С. 87 - 124. (соавтор: Дзюбенко Е. А. ).

31. Генетические основы повышения корновой продуктивности у люцерны // йлтер1али Першо1 Всеукрахнско! (М1жнародно1) конфе-ренцИ по проблен1 "Корни 1 корновий б!лок". - Винница: 1994. -С. 10 - 11.

32. Селекция тинпанийно-безопасных сортов люнерны // Матерели Depmoi Всеукра1нско1 (н1жнародно!) конференцЦ по проблем! "Корни 1 кормовий б1лок". - Винница: 1994. - С. 23 - 24. (соавтор: Харченко В. В. ).

33. йлхеидоьа р1зионан1тн1сть у люцерни по вн!сту сапонШв в корнов!й нас1 // В1сник с.-г, науки. - 1994. Гв печати) (соавтор: Харченко Ю. В. ).

34. Ресурсы многолетних кормовых растений И Вестник РАСХН. 1у94. - К. 4. - С. 31 - 35. (соавторы: Бухтеева А. В., Сосков Ю. Д. ).

35. фенотшжческое проявление реакции санонесовнестиности у люцерны // Генетика. - 1994. - т. 30, прил. - С. 26. (соавтор: Вишнякова Н. А. ).

36. Использование tl-нутантов в селекции люцерны // Генетика. - 1994. - т. 30, прил. - С. 41. (соавтор: Дзюбенко Е. А.).

37. Видовое разнообразие люцер!Ш по содержанию пенообразую-ших веществ в корновой нассе // С. -х. биология. - 1995. - Н4. (соавтор. Харченко Ю. В, ).

38. Horphological manifestation of self-incompatiMllt.y' In alfalfa // Materials of Eucarpia -Hedlcago" group, session 1У. -LU3ignan, France: 1994. - H.412. (соавтор: Вишнякова M.A. ),

39. ШгазресШс variability of seed productivity character in alfalfa //III Intern. Herbage Seed Conf. - Halle, Germany: 1995. - F. 54. (соавтор: Вишнякова M. A. ).

40. Assessment of different species and cultivars of fodder crci-s for efiiciency of symbiosis with nitrogen-fixing bacteria / / III Intern. Herbage Seed Conf. - НзПе, Germany: 1995. - P. 112. (соавторы: Сосков L. Д., Проворов H. A., Тихомирова И. А., Чапурин В. Ф., Кожеишсов А. П. ).