Потенциальная изменчивость сортов лука репчатого (Allium cera L.) и наследование признаков растений в инбредных и кроссбредных потомствах

Логунов, Александр Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Потенциальная изменчивость сортов лука репчатого (Allium cera L.) и наследование признаков растений в инбредных и кроссбредных потомствах
ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Потенциальная изменчивость сортов лука репчатого (Allium cera L.) и наследование признаков растений в инбредных и кроссбредных потомствах"

На правах рукописи

Логунов Александр Николаевич

УДК 635.25 : 631. 524

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОРТОВ ЛУКА РЕПЧАТОГО (ALLIUM СЕРА L.) И НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ РАСТЕНИЙ В ИНБРЕДНЫХ И КРОССБРЕДНЫХ ПОТОМСТВАХ

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 9 ДПР

005019ZZ1 »

Москва - 2012

005019221

Работа выполнена в лаборатории генетики и цитологии ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур в 2006-2011 годах.

Научный руководитель:

доктор с.-х. наук, профессор Тимин Николай Иванович

Официальные оппоненты:

доктор с.-х. наук, профессор кафедры селекции и семеноводства садовых культур

РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева Мамонов Евгений Васильевич

доктор биол. наук, ст.н. с,

зав. лабораторией генетики и цитологии

ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка» Лапочкина Инна Федоровна

Ведущая организация: ВНИИ овощеводства

Защита состоится «..ч5....» 2012 года в .......часов

на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.019.01 при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур по адресу: 143080, Московская область, Одинцовский район, п/о Лесной городок, п. ВНИИССОК

Факс (495) 599-22-77 E-mail: vniissok@mail.ru

aspirantura@vniissok.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИССОК

Автореферат разослан

.» марта 2012 года

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.019.01 доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Пышная Ольга Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Генетические особенности лука репчатого {Allium сера L.) недостаточно изучены для того, чтобы информацию о закономерностях изменчивости и наследования можно было эффективно использовать в селекционных программах. Известно, что естественные сортовые популяции растений обладают большими запасами потенциальной изменчивости. Свободная изменчивость содержит только ту часть потенциальной, которая реализуется на уровне гамет и зигот в потомстве и лишь незначительная часть потенциальной изменчивости оказывается доступной для отбора. Поэтому изучение особенностей проявления потенциальной изменчивости у сортов лука репчатого на основе расщепления и оценки, инбредных, кроссбредных потомств актуально и представляет интерес для селекции и семеноводства.

Цель исследований - установить особенности проявления потенциальной изменчивости признаков растений популяций отечественных сортов лука репчатого на основе оценки расщепляющихся инбредных и кроссбредных потомств и выделить формы в качестве генетических источников селекционно ценных признаков.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить частоту и спектр потенциальной изменчивости по ряду селекционно ценных и маркерных признаков в популяциях сортов лука репчатого и их инбредных потомствах;

2. Установить генетическую природу отличий измененных признаков на основе анализа расщепляющихся инбредных семей, полученных от выделенных форм из популяций сортов, и определить их генотипы;

3. Оценить полиморфизм семенных растений сортов лука репчатого по чувствительности к долготе дня, определить критерии для отбора форм различных групп спелости с нейтральной фотопериодической реакцией;

4. Разработать способ получения одного поколения лука репчатого за один год на сортах отечественной селекции (от луковицы до луковицы);

5. Оценить и выделить формы лука репчатого - в качестве доноров и генетических источников маркерных и селекционно ценных признаков.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Особенности проявления потенциальной изменчивости сортов лука репчатого.

2. Наследование признаков измененных форм и их генотипы.

3. Идентификация форм и линий по фотопериодической реакции и другим селекционно ценным признакам.

Научная новизна. Определены частота и спектр потенциальной изменчивости селекционно ценных и маркерных признаков в популяциях различных отечественных сортов лука репчатого. Показано наличие нового гена (Вг), определяющего различие в проявлении окраски сухих чешуи лука репчатого. Впервые выявлены особенности наследования различий по признаку «окраска цветка», обусловленного одним геном В дополнение к существующим получены новые данные по генетике признаков лука репчатого: преобладание мужски стерильных растений в некоторых расщепляющихся потомствах (Р), ВС)) объясняется наличием нового доминантного гена ингибитора по отношению к доминантному гену фертильности установленные расщепления инбредных потомств I, по признаку «окраска кожуры семени» (13 черных : 3 коричневых семян), обусловлены кроме основных генов окраски (5 - черная, Ъ - коричневая), наличием нового рецессивного гена ингибитора (/*>А). Выявлено наличие отрицательных взаимосвязей по продолжительности межфазных периодов «посадка рассады - вызревание луковицы» и «посадка - стрелкование» в различных условиях фотопериода.

Практическая значимость работы. Разработан способ получения одного поколения лука репчатого за один год с использованием вегетационной камеры. Выделены формы разных групп спелости с различной фотопериодической реакцией семенных растений с использованием защищенного фунта.

Получены селекционно ценные формы — генетические источники и доноры по следующим признакам: «окраска сухих чешуй й форма луковицы», «наличие воскового налета», «окраска цветка», «окраска семян», а также созданы новые изогенные семьи по признаку «мужская фертильность - стерильность цветка». Определены генотипы форм, различающиеся по хозяйственно и селекционно ценным признакам: «окраска луковицы», «ЦМС», «окраска кожуры семян», «наличие воскового налета» и «окраска цветка». С помощью ПЦР-маркеров выявлен полиморфизм по генам orfASOl и cob цитоплазматического генома и определены типы цитоплазмы {if, if, Цт) образцов лука репчатого отечественной селекции.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на отчетных сессиях ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) в 2006 - 2011 годах, на расширенных межлабораторных заседаниях и были представлены на: IX Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Москва, 2009); Международной научно-практической конференции «Биоразнообразие северных экосистем в условиях изменяющегося климата» (Мурманск, 2009); Международной научно-практической конференции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева (Москва, 2009); Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, 2011).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано б работ, в том числе, 1 - в журнале, рекомендованном ВАК РФ (Картофель и овощи - 2011 - № 1).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на /^страницах, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, рекомендаций, списка литературы и приложения; содержит^ ¿"таблиц, рисунков, приложений. Список литературы включает /¿^наименований источников, в том числе I<5 */иностранных авторов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования выполнены в лаборатории генетики и цитологии Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур в 2006 - 20011 годах. Объект исследований - лук репчатый (Allium сера L.). Материал исследований -сорта Даниловский 301, Мячковский 300, Стригуновский местный, Спасский местный, Бессоновский местный, Одинцовец, и другие сортообразцы из коллекции лаборатории селекции и семеноводства луковых культур ВНИИССОК, а также инбредные линии (1|, 12) и гибриды (Fi, F2, ВС,), полученные на их основе.

Математическая обработка данных проведена по Рокитскому (1974), Дос-пехову (1985). Расщепления в инбредных и гибридных потомствах оценивали по критерию х2, предложенный Пирсоном в 1900 г.

Инбридинг и гибридизация проведены как в полевых, так и в условиях вегетационной камеры по «Методике скрещивания луков (род Allium L.)» (Ершов И.И и др., 1982). При анализе расщепляющихся потомств выборка составляла от 20 до 200 растений.

Таблица 1 - Характеристика фенотипических групп по окраске сухих чешуй сортов

лука репчатого согласно методике UPOV

Выделенные группы окрасок Окраска сухих чешуй луковицы по шкале UPOV

основная дополнительная совокупный индекс (I-II-III)

I - цвет II - интенсивность III - оттенок

Белые белые светлая отсутствует 1-3-1

Бежевые белые средней интенсивности коричневатый 1-5-5

Светло-желтые желтые светлая отсутствует 4-3-1

Желтые желтые средней интенсивности коричневатый 4-5-5

Темно-желтые желтые темная отсутствует 4-7-1

Коричневые коричневые темная коричневатый 5-7-5

Светло-красные красные светлая отсутствует 7-3-1

Красные красные средней интенсивности отсутствует 7-5-1

Темно-красные красные темная отсутствует 7-7-1

Розово-коричневая коричневые средней интенсивности розоватый 5-5-6

Изучение фенотипической природы признаков: окраска луковицы, цветка и семян, наличие воскового напета, цитоплазматическая мужская стерильность и продолжительность межфазных периодов развития семенных растений проведено

согласно «Методике проведения испытаний на отличимость, однородность и стабильность лука репчатого {Allium сера L.)» UPOV (1995).

Для выявления потенциальной изменчивости популяций и отбора по реакции на фотопериод семенные растения выращивали при различной продолжительности фотопериода: в открытом грунте в весенне-летний период (май-июль) - при естественной продолжительности светового дня 15-17 часов (I вариант, контроль) и при искусственном затенении (кабины) с продолжительностью светового дня 10 часов (II вариант); в защищенном грунте без использования подсветки в зимне-весенний период (февраль-апрель) - при естественной продолжительности светового дня 10-14 часов (III вариант).

Скрининг стерильных и фертильных аналогов лука репчатого для определения типов цитоплазмы Lf, if, Цт выполнен совместно с сотрудниками лаборатории биотехнологии ВНИИССОК. Использовали праймеры, разработанные на гены цитоплазматического генома orfA501 и cob (Engelke et at., 2003; Cho et al., 2006; Kim et al., 2009).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Особенности проявления потенциальной изменчивости признаков в сортопопуляциях лука репчатого. Общеизвестно, что сортопопуляция обладает потенциальной изменчивостью признаков. Потенциальная изменчивость - крип-тическая (скрытая) наследственная изменчивость популяций растений, обусловлена гетерогенностью популяции и гетерозиготностью растений (Fisher R., 1930; Четвериков С.С., 1968). Наиболее полно полиморфизм растений проявился в ин-бредных и кроссбредных потомствах, что позволило выявить многообразие форм, в том числе, с селекционно ценными признаками. Так, в инбредных потомствах сортопопуляций отечественных сортов обнаружено проявление новых форм с измененными качественными признаками, отличающимися от признаков исходных растений (табл. 2).

Признак «Окраска сухих чешуи луковицы». Этот признак имел наиболее широкий спектр потенциальной изменчивости, при этом частота появления разли-

Таблица 2 - Потенциальная изменчивость признаков растений популяций сортов лука репчатого по селекционно ценным

признакам (2006-2009 годы)

Спектр и частота проявления признака

Сортообразцы Окраска сухих чешуй % Форма луковицы % ЦМС % Окраска цветка %

Мячковский сорто-попу-ляция светло-желтые желтые 54,3 46,7 поперечно-эллиптические ромбические 35,7 64,3 фертильные стерильные 99,8 0,2 зелено-белые 100

300 I. светло-желтые желтые темно-желтые коричневые 58,6 30,0 6,6 4,8 попереч но-элл ипгические ромбические округлые широкоэллиптическая 11,1 64,6 21,2 3,1 фертильные стерильные 97,1 2,9 зелено-белые белые 99,9 0,1

сорто-попу-ляция светло-желтые желтые темно-желтые коричневые 27,7 38,3 9,5 24,5 поперечно-эллиптические ромбические 47,1 52,9 фертильные стерильные 99,9 0,1 зелено-белые 100

Спасский местный I. светло-желтые желтые темно-желтые коричневые бежевые белые 29,3 44,7 15,0 9,2 1,2 0,6 поперечно-эллиптические ромбические округлые широкоэллиптическая 10.7 59.8 24,2 5,3 фертильные стерильные 98,7 1,3 зелено-белые белые 99,9 0,1

сорто-попу-ляция светло-красные красные темно-красные 23,1 64,8 12,1 поперечно-эллиптические ромбические 36,8 63,2 фертильные стерильные 99,9 0,1 зелено-белые 100

Даниловский 301 I. светло-красные красные темно-красные розово-коричневая белые 30,2 37,9 30,8 0,8 0,1 поперечно-эллиптические ромбические округлые 18,8 64,4 16,8 фертильные стерильные 98,1 1,9 зелено-белые 100

чных форм при инбридинге имела сортовую специфику. В сорте Мячковский 300, для которого характерны два основных типа окраски луковицы, в инбредных по-томствах появляется два новых фенотипических класса, из которых 11,4% луковиц с темно-желтой и коричневой окрасками. Луковицы сортопопуляции Спасский местный имеют более широкий спектр окрасок (4 типа), в инбредных потом-ствах которого отмечено появление луковиц с нетипичной бежевой и белой окраской сухих чешуи, количество которых составило 1,8%.У сорта Даниловский 301, луковицы которого имеют основную красную окраску (3 типа), в инбредных потомствах отмечено появление новых форм с розово-коричневой и белой окрасками (около 1%).

Признак «Форма луковицы». Во всех сортопопуляциях присутствовали ромбические и поперечно-эллиптические луковицы с преобладанием ромбической формы (53-65%). В инбредных потомствах всех сортопопуляций появлялись округлые луковицы, а у сортов Мячковский 300 и Спасский местный отмечено также наличие луковиц широкоэллиптической формы.

Признак «Окраска цветка». Основной окраской цветка у культуры лука репчатого является белая с зеленым оттенком (зелено-белая), которая и была отмечена у всех растений изученных сортопопуляций. Анализ проявления этого признака в инбредных потомствах показал, что в семьях от сортопопуляций Мячковский 300 и Спасский местный отмечено появление небольшого числа растений (0,1%) с измененной окраской цветка - чисто белой без зеленого оттенка (белая). В инбредных потомствах у других сортов расщепления по признаку «окраска цветка» не наблюдали (табл.2).

Признак «Фертильность-стерильность цветка». Число растений с проявлением признака «мужская стерильность (МС)» в сортопопуляциях не превышала 0,2%, тогда как в инбредных потомствах наблюдали увеличение стерильных форм во всех популяциях на порядок. Наибольший процент появления стерильных форм был отмечен у инбредных потомств, полученных из

сортопопуляции «Мячковский 300» (около 3%), наименьший - из сортопопуля-ции «Спасский местный» (менее 2%).

Признак «Хпорофильная недостаточность (альбинизм) сеянцев» является нежелательным признаком, поскольку приводит к летальному исходу. В результате инбридинга у всех изучаемых нами сортов проявилось до 5 % ин-бредных потомств, которые расщеплялись по данному признаку. Количество сеянцев-альбиносов в расщепляющихся инбредных потомствах достигало 1840%.

Для повышения эффективности селекционного процесса важно не только выявить спектр и частоту потенциальной изменчивости признаков, но и установить их генетическую природу, что позволит проводить отбор селекционно ценных форм более обоснованно и целенаправленно.

2. Наследование признака «окраска сухих чешуй луковицы». Ранее было показано, что за проявление основной желтой окраски луковицы отвечает ген G. В доминантном состоянии ген G определяет светло-желтую (соломенную), а его рецессивная аллель g отвечает за проявление - темно-желтой (ликерной) окраски чешуй (Clarke et al., 1944; El-Shafie and Davis, 1967; Khar et al., 2008). Другой известный ген с является рецессивным ингибитором генов c>G, c>g, в результате чего проявляется белая окраска луковиц. Так, генетический анализ инбредного потомства формы № 20 из популяции сорта Спасский местный с желтой окраской сухих чешуй луковицы показал фактическое расщепление потомства по признаку окраска сухих чешуй луковицы, которое составило: 88 желтые : 28 коричневые: 30 светло-желтые : 10 темно-желтые, что соответствует теоретическому отношению 9:3:3:1 (jC2 =0,88 при х205=7,81) и свидетельствует о дигенном различии признака (табл. 3).

В инбредных потомствах второго поколения Ь, полученных от форм с желтой окраской (№ 20-1), наблюдали три типа расщеплений; в потомствах от коричнево окрашенных форм и форм со светло-желтой окраской наблюдали один тип расщепления на два фенотипических класса. В потомствах от форм с тем-

но-желтой окраской сухих чешуи луковицы расщепления не наблюдали. В гибриде Р] между исходной жёлтой (№ 20) формой и инбредной формой с темно-желтой (№ 20-4) окраской сухих чешуй отмечали расщепление на четыре фено-типических класса: 24 желтые: 20 светло-желтые: 18 коричневые: 22 темно-желтые, что соответствует теоретическому отношению частот 1:1:1:1 ('/2 =0,96 прих205=7,81).

Таким образом, наследование признака «окраска сухих чешуй луковицы» в инбредных потомствах формы № 20 носит дигенный характер.

Таблица 3 - Частота проявления форм растений с различной окраской луковицы в инбредных (1ь 12) и гибридных (Р)) потомствах (2006-2010 годы).

Номер исходной формы Окраска исходной формы Поколение Частота форм с различной окраской Теоретическое отношение частот X факт. X теор.

Желтая Светло-желтая Коричневая Темно-желтая Бежевая Белая

20 Желтая її 88 30 28 10 0 0 9:3:3:1 0,88 7,81

20-1-1 Желтая І2 82 0 0 0 0 0 0 0 0

20-1-2 Желтая ь 63 28 0 0 0 0 3:1 1,61 3,84

20-1-3 Желтая І2 46 0 12 0 0 0 3 : 1 0,57 3,84

20-1-4 Желтая І2 46 17 13 3 0 0 9:3:3:1 1,36 7,81

20-2 Коричневые 12 0 0 120 49 0 0 3 : 1 1.43 3,84

20-3 Светло-желтая І2 0 32 0 13 0 0 3 : 1 0,36 3,84

20-4 Темно-желтые 12 0 0 0 40 0 0 0 0 0

20 х 20-4 Желтая х темно-желтая Р, 24 20 18 22 0 0 1: 1 : 1 : 1 0,96 7,81

103 Желтая І1 95 32 27 7 43 16 27:9:9:3:12:4 2,09 11,07

103-1 Коричневая І2 0 0 26 6 10 2 9:3:3:1 1,25 7,81

103-2 Светло-желтая І2 0 28 0 0 0 8 3:1 0,15 3,84

103-3 Белые І2 0 0 0 0 0 37 0 0 0

103-1х 103-3 Коричневая х Белая Р, 0 0 35 30 28 36 1:1:1:1 2,06 7,81

В другом инбредном потомстве исходной формы № 103 от сорта Спасский

местный с желтой окраской сухих чешуй наблюдали расщепление на 6 фенотипи-ческих классов. Фактическое расщепление в данном случае составило 95 желтые: 43 бежевые : 27 коричневые : 32 светло-желтые : 7 темно-желтые : 16 белые (табл.3, рис.1 рис.2). Анализ % показал, что теоретическое соотношение фенотипов представлено как 27 желтые : 12 бежевые : 9 коричневые : 9 светло-желтые : 3

темно-желтые : 4 белые. Такое расщепление указывает на то, что наследование окраски сухих чешуй луковиц обусловлено тремя генами (х2факг. = 2,09, х205 = 11,07).

Желтая {ВгЬгвёСс)

2 7 Желтая Вг-

12 Бежевая (9)Вг-в- сс, (З)Вг^ сс

9 Светло-желтая 4 Белая ЬгЬгв-С-(3) ЬгЬгО-сс. (1)ЬгЬг^сс

9 Коричневая Вг -ggC-3 Темно-желтая ЬгЪг%%С-3 Бежевая Вг-^сс 1 Белая ЪгЬг%£СС

1 Коричневая В'г-^С-1 Темно-желтая brbrggC-1 Бежевая Вг^ сс 1 Белая brbrggcc

Все белые ЬгЬгй-сс brbrggcc

3 Светло-желтая ЬгЪгавС-1 Белая ЬгЬгОйсс

Рис 1. Схема расщепления инбредных (1[ 12) и гибридных потомств (Р0, полученных

от формы №103

коричневая

эдЯиН

бежевая

белая

Рис. 2. Расщепление по признаку «окраска сухих чешуй луковицы» в инбред-ном потомстве первого поколения (ii) № 103.

В инбредных потомствах 12 от формы № 103-1 с коричневой окраской наблюдалось фактическое расщепление, соответствующее теоретическому, как 9 коричневые : 3 темно-желтые : 3 бежевые :1 белые ОГфакт.= 1,2 при х205 = 7,81). От светло-желтой формы № 103-2 в потомстве наблюдали расщепление на два фенотипа - 28 луковиц имели светло-желтую и 8 - белую окраску сухих чешуй (тео-рет. 3:1, х~факг. = 0,11 при "/205 = 3,84), что соответствует моногенному наследованию, в то время как в потомстве от белой формы № 103-3 расщепления не обнаружено - все луковицы имели белую окраску.

В гибриде Бь полученном от скрещивания форм с коричневой и белой окрасками, проявились четыре типа окрасок - 35 растений имели коричневую, 30 -темно-желтую, 28 - бежевую и 36 - белую, что соответствует теоретическому соотношению как 1:1:1:1 {'£ факт. = 2,06 при х205 = 7,81) и указывает на дигенный контроль этого признака.

Так как раннее предложенными генами невозможно объяснить данные расщепления потомств, для объяснения результатов нами предлагается добавить новый ген (Вг - от англ. коричневый), доминантная аллель которого детерминирует коричневатый оттенок, а рецессивная аллель - его отсутствие. Взаимодействие двух доминантных аллелей генов Вг и (7 определяет проявление промежуточной желтой окраски. В сочетании доминантой аллели гена Вг с рецессивной аллелью гена g проявляется коричневая окраска сухих чешуй луковицы. Если в генотипе присутствует рецессивная аллель гена-ингибитора С (с>С, с>£), то при наличии доминантной аллели гена Вг в генотипах Вг-С-сс или Вг-ggcc проявляется бежевая окраска сухих чешуй луковицы. В присутствии рецессивной аллели гена Ьг в генотипах ЬгЬгС-сс или brbrggcc окраска сухих чешуй становится белой.

Таким образом, на основании гибридологического анализа и анализа расщепления в инбредных потомствах выдвинута гипотеза о наличии трех генов (2?г,Ст, С), определяющих различия между коричневой, темно-желтой, желтой, светло-желтой, кремовой и белой окрасками сухих чешуй луковицы (рис.

1, рис. 2). При этом нами установлены генотипы форм растений, имеющие разную окраску луковицы: Br-G-C- - желтая (коричневый оттенок + светло-желтая); Br-G-cc. Br-sscc - бежевая (коричневый оттенок + белая); Br-ggC- -коричневая (коричневый оттенок + темно-желтая); brbrG-C- -светло-желтая; brbrggC- - темно-желтая; brbrG-cc. brbrsecc - белая окраска сухих чешуй луковицы.

Возникновение измененных форм в инбредных потомствах от самоопыления растений сортовых популяций можно объяснить наличием потенциальной изменчивости растений в популяции сорта. Генетическая детерминация признаков, установленная в измененных инбредных формах, позволяет заключить, что данный тип изменчивости обусловлен действием разных генетических факторов у исходных гетерозиготных растений гетерогенной популяции сорта.

Таким образом, исследованиями инбредных форм (I1-I2), полученных от самоопыления растений сортов лука репчатого, установлены генотипы инбредных форм и предлагается добавить новый ген, определяющий окраску сухих чешуй луковицы, который может быть использован при получении и идентификации инбредных линий для селекции по признаку окраски луковицы.

3. Генетическая идентификация инбредных семей и форм лука репчатого по маркерным селекционно ценным признакам. При создании новых сортов и гетерозисных гибридов Fi немаловажное значение имеют знания о генетической природе признаков, таких как наличие воскового налета, окраска семенной кожуры, окраска цветка, которые могут использоваться как маркеры при апробации линейного материала (рис. 3), что способствует снижению трудоемкости работ при гибридизации.

Признак «наличие воскового налета» представляет больший интерес для частной селекции лука репчатого, так как влияет на качество продукции при выгонке зелени в зимний период, а также известно, что растения с восковым налетом более устойчивы к болезням. Данный признак был изучен ранее Jones (1944). Он предложил обозначить доминантную аллель Gl (от англ. glossy -

глянцевый), которая определяет наличие воскового налета, а его рецессивная аллель — отсутствие данного признака.

В наших исследованиях гипотеза о моногенном различии этого признака подтвердилась и при анализе расщепления инбредного потомства формы № 56 (с восковым налетом) из сорта Ермак: фактическое отношение частот соответствует теоретическому отношению 3:1 (%2 =2,32 при х205=3,84) (табл. 4).

окраска цветка

белая зелено-белая

черная коричневая

окраска семенной кожуры

Рис.3. Фенотипическое проявление маркерных признаков лука репчатого Таблица 4 - Наследование признака «наличие воскового налета» (2003-2011 годы)

Селекционный номер Фенотип исходной формы Поколение Фенотип потомства, растений, шт. Соотношение частот X факт. 2 X теор.

н/в б/в

56 б/в i. 45 13 3:1 2.32 3.84

28 н/в І1-І5 0 373 0 0 0

28x45 б/в X н/в 0 31 0 0 0

27x28 н/в X б/в 45 0 0 0 0

(27х28)х28 (н/в х б/в) х 6/е ВСі - вс4 568 0 0 0 0

Примечание: н/в — с восковым налетом; б/в - без воскового налета.

Однако в ряде случаев данный признак наследовался иначе. Так при скрещивании стерильной линии № 27 (наличие воскового налета) с ее закрепителем стерильности (линией № 28, без воскового налета) у гибридов Р| и последующих гибридных потомств ВС і, ВС2, ВС3_ ВС4 отмечалось доминирование признака наличие воскового налета, хотя, согласно вышесказанному, теорети-

наличие

восковой налет

чески ожидаемое расщепление уже в ВС] должно было быть как 1:1. При использовании линии № 28 в качестве материнской формы в скрещиваниях с другими линиями, обладающими восковым налетом, в гибридах Fi все растения были без воскового налета. Вероятно, это связано с тем, что в данном случае определенную роль могут играть цитоплазматические факторы.

Признак «Окраска семенной кожуры» впервые был изучен Дэвисом в 1966 году (Davis E.W.1966). Он сообщил, что данный признак наследуется мо-ногенно и предложил обозначать доминантную аллель гена - В (от англ. Black -черный), рецессивную — Ь. В нашей работе в инбредном потомстве Ij от сорта «Стригуновский местный» расщепление по данному признаку составило: 992 -с черной окраской кожуры семени и 255 - с коричневой окраской (табл. 5).

Таблица 5 - Наследование признака окраска кожуры семени лука репчатого (2009 год)

Номер Число семян с разной Теоретическое

исходном Поколение окраской, шт. отношение X факт. Х'теор.

формы черная коричневая частот

6 Ii 992 255 3 : 1 13,77 3,84

13 : 3 2,32

Проверка гипотезы о моногенном наследовании 3:1 в данном случае отвергается {£ факт. =13,77 при х205=3,84), и теоретическое соотношение частот составляет 13:3, что указывает на рецессивное эпистатическое взаимодействие двух генов (%2 фа1СТ =2,32 при х205=3,84). Поскольку возникло расхождение с литературными данными, был проведен анализ расщепляющихся семей 12 от доминантных форм I]. Анализ частот константности семей лука репчатого по данному признаку потомств Ь от доминантных форм II показал, что наблюдается проявление константных и расщепляющихся в близких долях (7:6), что свидетельствует о дигенном различии. Поэтому нами выдвинута гипотеза о наличии двух генов (В, /), определяющих различия между черной и коричневой окраской семенной кожуры. При этом рецессивная аллель является ингибитором рецессивной аллели Ъ (/'ь> Ь), а генотипы инбредного потомства выражены следующим образом: черная окраска - 5-/-, 2?-/6А, ЬЬ ¿V; коричневая окраска -ЬЫ"-.

Признак «окраска цветка». Как известно, для растений лука репчатого характерна зелено-белая окраска цветка, но иногда в сортовых популяциях появляются растения с белой окраской, генетика которой ранее не изучена. В наших исследованиях расщепление по признаку «окраска цветка» наблюдалось у четырех инбредных потомств, полученных из популяций сортов Мячковский 300 и Спасский местный (табл. 6), где фактические отношения частот соответствовали теоретическому отношению, характерного для моногенного различия как 3:1 (X =0,19 при х205=3,84). Скрещивание форм с белыми цветками из разных инбредных потомств не выявило различий по генотипу.

Таблица 6 - Наследование признака окраска цветка лука репчатого (2006-2011 годы)

п./п.

Номер

инбредюго

потомства

24 37 63 110 Всего

Число растений с зелено-белыми цветками,

_шт._

10 12 45

Число растений с белыми цветками, шт.

Теоретическое отношение частот

зЛ

3:1

X факт.

0,27 0,27 0,09 0,18 0,19

X Теор.

3.84 3,84 3,84 3,84 3,84

Таким образом, нами был введен новый ген, который предложено назвать Gw (от англ. Green-white -зелено-белый), его аллель в доминантном состоянии определяет зелено-белую окраску цветка, а в рецессивном gw — белую.

4. Цитоплазматическая мужская стерильность. У лука репчатого существует S -тип мужской стерильности, которая является результатом взаимодействия if фактора цитоплазмы с рецессивными аллелями одного гена ядра (lfmsms) и Т- тип стерильности, которая контролируется взаимодействием Цт фактора цитоплазмы с рецессивными аллелями трех ядерных генов Щт aabbcc). Мужская стерильность S типа более распространена и стабильна (Jones and Clarke, 1943; Schweisguth, 1973; Havey, 2000). Тип стерильности можно определить с помощью ДНК - маркеров, которые используются в маркер - вспомогательной селекции (MAS - marker assisted selection). Было установлено, что полиморфизм по ЦМС у наших образцов лука репчатого обусловлен orfA501 - и cob - генами цитоплазма-тического генома (рис. 3). По комбинации продуктов амплификации orfA501 - и

cob - маркеров можно определить тип цитоплазмы каждого растения: Z/^тип - ам-плифицируется один сой-маркер либо оба маркера (растение стерильное); lf тип -амплифицируется только маркеркером orfA501-ген (растение стерильное), lf тип - отсутствие продуктов амплификации (растение фертильное) (Sato et al., 1998; Engelke et al., 2003).

Оценка с помощью разработанной тест-системы ПЦР-маркеров выявила, что в исследуемом селекционном материале лука репчатого присутствуют все типы цитоплазмы и для дальнейших исследований по изучению ядерных генов, определяющих мужскую стерильность, что позволило отобрать формы с lf— Цт - и ¿/У-типом цитоплазмы.

маркер

Цт if if if If if If if if If if If if If

Рис. 3. Амплификация молекулярных ПЦР-маркеров для cob- и orfA501- генов у селекционных образцов лука репчатого с фенотипическими признаками фертильности (mf) и мужской стерильности (ms) цветков. М - маркер молекулярных весов 100 bp Ladder (Fermentas).

При анализе потомств 1ь I2 Fi и BQ по признаку «стерильность - фертиль-ность» цветков (табл. 7), у большинства потомств наблюдали отсутствие расщепления, либо оно составляло как 3:1 и 1:1, что можно объяснить моногенным различием признака.

Однако у некоторых потомств появлялись расщепления 1:7 и 1: 3 с доминированием стерильных форм, которые предложенным типом объяснить невозможно. В связи с этим, нами было предположено, что исходные родительские формы данных комбинаций отличались по одному или двум генам. Например, расщепле-

ние 1:7 в гибриде Р, ЗСНгпб х 300 возможно при скрещивании форм, гетерозиготных по двум генам, с растением, гетерозиготным по одному гену. Расщепления в гибридах ВС] как 1:3 свидетельствуют о взаимодействии генов по принципу доминантного эпистаза с дигенным контролем данного признака.

Для объяснения результатов этих расщеплений было предположено наличие гена супрессора который в доминантном состоянии ингибирует действие гена Мг (/А> Му), в результате чего проявляется стерильность растения при наличии в фактора цитоплазмы. То есть, проведенные исследования по изучению генетической природы признака «стерильность-фертильность цветка» типа Б лука репчатого подтверждают и дополняют литературные данные. Нами показано, что существует ген ингибитор взаимодействующий по типу доминантного эпистаза с доминантным геном М?, в результате чего проявляются стерильные растения.

Таблица 7 - Расщепление инбредных и гибридных потомств лука репчатого по при-

знаку стерильность-фертильность цветка (2006-2011 годы)

Инбредная форма (т0, комбинация скрещивания (шб х т0 Генотип исходных растений Поколение Фертальные Стерильные Iі Х2І>5

300 тГ 1Г МягаГ'1ш іі 10 0 0 0 0

301x300 и, 8 70 1:7 0,36 3,84

301x300 (оттО КШтГГ Из 15 3 3:1 0,67 3,84

300- 4 тГ ^МзШ^Г, Ц'ШтГГ, Ц'тат^Г І2 70 0 0 0 0

301-2 x300-4-2 фгвпвГ*/™* ¿С ВС, 5 12 1:3 0,17 3,84

301-3 x300-4-3 ЦЪвпеГ^^МШ*?* ВС, 13 9 1:1 0,72 3,84

49 ZfлWvY'' І1 12 0 0 0 0

50x49 Ц^ттГ^УМяюГГ Иі 3 5 1:1 0,5 3,84

50 х 49 (от т0 9 3 3:1 0 0

49-2 и? ШЫГ, и? А&гаЛ'Л Ц?пшпиГ?* к 16 0 0 0 0

50 -1 х 49- 2 -1 ВСІ 0 23 0 0 0

50 - 2 х 49 -2 - 2 ЯтпвРРуЧГМтИГГ ВСі 13 11 1:1 0,17 3,84

112 11<т*тГГ її 45 0 0 0 0

112-1 І2 10 0 0 0 0

111x112 ¿¿■гтпхГГхЦ'тятГГ А 0 26 0 0 0

111-1x112-1 ВСі 0 15 0 0 0

В случае с цитоплазмой (Ы типа), независимо от генов ядра, растения фор-

мируют фертильную жизнеспособную пыльцу. Фертильными будут также расте-

ния, содержащие в своем генотипе доминантный ген Мг с рецессивным ингибитором /Мг, независимо от цитоплазмы.

5. Изучение влияния разной долготы дня на продолжительность межфазных периодов. Неоднородность популяций по уровню фотопериодической реакции составляющих их биотипов особенно четко прослеживается при субкритическом фотопериоде, особенно у видов с высокой рекомбинационной изменчивостью, к которым можно отнести и лук репчатый (Пивоваров и др., 2001).

Было установлено, что при малой долготе (МД) дня период развития растений до момента цветения в целом удлинялся на 6-7 суток в полевых и на 16-18 суток в условиях теплицы по сравнению с I вариантом (табл. 8). Однако, изменчивость продолжительности периодов развития семенных растений в условиях малой долготы дня, как в открытом, так и защищенном грунте всегда выше, чем в условиях большой долготы дня.

Наиболее информативным для оценки потенциальной изменчивости является период «посадка - стрелкование» при МД дня в условиях теплицы, при этом распределение сортов по группам спелости при МД дня было аналогично контролю.

Таблица 8- Изменчивость продолжительности межфазного периода посадка - стрелкование у семенных растений лука репчатого в условиях разной долготы дня

(2006-2008 годы)

Сортообразец Продолжительность периода, сутки

Посадка - стрелкование Посадка - цветение

I II III I II III

X а2 X о X о X о2 X о X а

Даниловский 301 19,4 12,0 24,0 50,6 42,2 67,8 61,8 7,8 68,4 39,0 79,1 55,8

Мячковский 300 22,6 21,9 22,8 35,3 41,9 46,2 65,0 17,2 70,5 48,2 82,8 47,2

Стригуновский местный 23,1 8,9 25,2 54,5 46,4 67,2 64,0 7,8 71,7 54,9 81,6 55,9

Спасский местный 21,3 15,9 24,9 36,2 47,6 50,7 66,6 18,7 72,3 55,8 83,1 66,8

Бессоновский местный 23,6 14,2 25,6 35,7 48,5 86,8 66,9 24,3 74,3 53,8 83,7 68,3

НСРо, 1,7 1,2 3,0 2,1 2,3 1,9

Примечание: I- открытый грунт при долготе дня 15-18 часов (контроль); II- открытый грунт при долготе дня 12 часов; III- защищенный грунт при долготе дня (от 10 до 14 часов); X - среднее значение признака, сутки; а 2- дисперсия выборки.

Наиболее чувствительным к условиям МД дня оказался сорт Бессоновский местный, у которого дисперсия превышала контрольный вариант более чем в 6 раз. Наименее чувствительным был сорт Мячковский 300, у которого дисперсия превышала контроль в 2 раза.

Не изменяется также и характер взаимосвязей между скоростью прохождения отдельных межфазных периодов семенных растений и хозяйственно ценными признаками растений первого года вегетации - массой и скороспелостью луковицы, которые имеют отрицательную зависимость. Продолжительность фотопериода влияет только на степень проявления этих взаимосвязей на разных фазах развития: г= -0,29...-0,70 (с массой луковицы) и г = -0,72...- 0,88 (с длительностью периода «посадка рассады - вызревание луковицы»).

На основе оценки полиморфизма в каждой сортопопуляции был проведен отбор крайних форм по признаку «начало стрелкования» и проведен их строгий инбридинг. Было установлено, что в условиях открытого грунта при малой долготе дня происходит сдвиг популяции в сторону позднеспелых семенных растений, однако в ней присутствуют как ранние, так и поздние формы (табл. 9).

Таблица 9 - Влияние отбора на признак "начало стрелкования" в условиях теплицы в весенний период при слабой освещенности при малой долготе дня, _(2006-2011 годы)

Сортопопуляция Межфазный период посадка луковицы -начало стрелкования, сутки* о2 Б Я И2

Хо Форма Хр Хі

Даниловский 301 42,2 29-61-1 27 36,8 24,2 -15,2 -5,4 0,36

39-59-29 54 46,6 36,7 11,8 4,4 0,37

Мячковский 300 41,9 37-121-38 35 41,0 23,7 -6,9 -0,9 0,13

34-113-10 53 49,5 59,2 11,1 7,6 0,68

Стригуновский местный 46,4 17-6-33 33 39,9 29,6 -13,4 -6,5 0,49

19-4-24 57 56.0 15,0 10,6 9,6 0,91

Спасский местный 47,6 38-40-41 35 37,1 11,5 -12,6 -10,5 0,83

9-45-11 55 53,1 14,3 7,4 5,5 0,74

Бессоновский местный 48,5 25-20-13 33 44,6 32,0 -15,5 -3,9 0,25

16-19-14 56 54,1 21,2 7,5 5,6 0,75

Примечание * - Хо - среднее значение исходной популяции, Хр - значение родительской формы; XI - среднее значение инбредного потомства; ст 2- дисперсия выборки; в — селекционный дифференциал, сутки; Я - сдвиг при отборе, сутки; Ь2 - коэффициент наследуемости.

Более четкому разложению популяций на биотипы разной спелости способствуют условия защищенного фунта при малой долготе дня, что дает возможность отбора форм различных групп спелости.

Анализируя полученные данные, было выявлено, что при отборе форм из исходной популяции с высокой наследуемостью признака «начало стрелкования» происходит сильный сдвиг потомства с фиксацией генов разной спелости, и отбор из разных частей исходной популяции приводит к созданию групп, отличающихся между собой. При низкой наследуемости признака в потомстве происходит более слабый сдвиг или возврат к среднему значению исходной популяции (рис.4).

Рис. 4. Влияние отбора по признаку «начало стрелкования» у сортов Спасский местный и Мячковский 300 в первом поколении инбридинга (1^ на малой долготе дня.

Условия теплицы при МД дня также выявляют спектр генотипической изменчивости сортопопуляций по фотопериодизму, а отбор крайних по спелости форм способствует поиску генетических источников с разной фотопериодической реакцией.

В целом, инбредные потомства раннеспелых форм по степени реакции были менее чувствительны к фотопериоду, поскольку в составе их популяций количество раннеспелых форм в процентном соотношении было существенно выше, чем в инбредных потомствах более позднеспелых форм, в которых отмечен сдвиг в сторону позднеспелых форм (табл. 10).

Таблица 10 - Полиморфизм инбредных потомств раннеспелых и позднеспелых форм лука репчатого по длительности межфазного периода «посадка луковицы - Стрелкова_ ние» в условиях различной долготы дня (2008-2010 годы)_

Инбредное потомство Группа * спелости родитель-:кой формы Фотопериодическая реакция** Количество стрелкующихся растений, %

БД поле МД теплица

<17 суток 18-25 суток >26 суток <39 суток 40-49 суток >50 суток

29-61-1 Р НТР 37,5 62,5 0 63,3 36,7 0

39-59-29 П чв 0 80,0 20,0 15,6 43,8 40,6

25-20-13 Р чв 0 30,8 69,2 19,2 53,8 27,0

16-19-14 П чв 4,5 77,3 18,2 0 14,3 85,7

38-40-41 Р чв 0 16,7 83,3 70,8 29,2 0

9-45-11 П НТР 0 70 30 0 45,8 54,2

37-121-38 Р чв 4,6 63,6 31,8 38,5 61,5 0

34-113-10 П НТР 0 30,7 69,3 15,6 31,3 53,1

17-6-33 Р чв 0 59,1 40,9 30,8 65,4 3,8

19-4-24 П чв 13,6 81,9 4,5 0 10,7 89,3

Примечание: * - Р- ранняя, П -поздняя; **ЧВ- чувствительная, НТР - нейтральная

Однако при выращивании семенных растений инбредных потомств в условиях открытого грунта на БД дня эта закономерность прослеживается не у всех сортообразцов. Вероятно, данное явление можно объяснить различной реакцией сортообразцов на фотопериод.

Таким образом, при малой долготе дня в условиях теплицы популяции расщепляются на биотипы разных групп спелости с разной фотопериодической реакцией, среди которых наибольший интерес представляют нейтральные формы, как раннеспелая 29-61-1, так и позднеспелые - 9-45-11 и 34-113-10, выделенные из различных сортопопуляций. На основании анализа признаков растений первого года вегетации можно предположить, что данная методика отбора по скорости стрелкования семенного растения в условиях защищенного грунта в зимне-весенний период позволит проводить сопряженный отбор по признакам растений первого года «масса луковицы» и «вызревание луковицы».

В результате исследований разработан способ выращивания семенных растений лука репчатого в условиях вегетационной камеры (табл. 11) с целью получения одного поколения лука репчатого в год. Общая продолжительность вегетационного периода полуострых сортов составила около 355 суток.

Таблица 11 - Схема получения одного поколения лука репчатого в один год

Этапы получения одного поколения в год Период продолжительности этапа Средняя продолжительность этапа, сутки

Хранение маточных луковиц в холодильной камере при 1=6-7 °С (яровизация) I декада августа -I декада ноября 90

Выращивание семенников в защищенном грунте при дополнительном освещении, скрещивание и самоопыление и получение семян II декада ноября -I декада апреля 140

Посев семян и выращивание рассады в защищенном грунте I декада апреля -II декада мая 35

Посадка рассады и выращивание маточных луковиц в открытом грунте И декада мая -I декада августа 85

Оценка и отбор луковиц для получения следующего поколения I декада августа 5

В результате изучения генетических особенностей инбредных линий и форм лука репчатого выделены ценные генетические источники и доноры маркерных и селекционно ценных признаков:

-№ 29-61-1 - форма получена путем самоопыления из сорта Даниловский 301. Имеет нейтральную фотопериодическую реакцию. Окраска сухих чешуй красная. Форма луковицы ромбическая, средняя масса луковицы 50,3 граммов.

- № 34-113-10 - форма выделена из сорта Мячковский 300 методом инбридинга. Ранняя с нейтральной фотопериодической реакцией. Луковица поперечно -эллиптическая, с желтой окраской сухих чешуй со средней массой 46,7граммов.

- № 110-4 форма получена методом инбридинга, имеет белую окраску цветка, ранняя, период от посадки рассады до начала формирования луковицы 59 дней. Средняя масса луковицы 32,4 граммов.

- № 10-1 гп5 и №10-2 гпГ - изогенные линии по признаку мужская стерильность - фертильность получены из сорта Мячковский 300 окраска луковицы светло-желтая. Луковицы имеют ромбическую форму, средняя масса луковицы через рассаду в однолетней культуре 22 и 35 граммов соответственно.

- № 25-9-3 пк и №24-5-7 тГ - изогенные линии по признаку мужская стерильность - фертильность получены из сорта «Стригуновский местный». Луковицы округлые, с желтой окраской. Средняя масса луковицы, выращенная через рассаду 37 и 46 граммов соответственно.

ВЫВОДЫ

1. Анализ инбредных потомств выявил особенности потенциальной изменчивости в сортопопуляциях лука репчатого, которые различаются по спектру и частоте появления измененных форм.

2. Характер расщепления инбредных и гибридных потомств по признаку «окраска сухих чешуй луковицы» указывает на наличие нового гена Вг, доминантная аллель которого детерминирует коричневатый оттенок, а рецессивная аллель - его отсутствие; появление измененных форм с различной окраской сухих чешуй луковицы (от коричневой до белой) является результатом взаимодействия данного гена с генами йиС.

3. Детерминацию рецессивного признака «отсутствие воскового налета» кроме известного рецессивного ядерного гена gl также может определять цито-плазматический фактор, который обуславливает данный признак.

4. Установленные особенности расщепления инбредных потомств позволили определить моногенный характер наследования признака «окраска цветка», который обусловлен вновь предложенным геном Су?, в доминантном состоянии определяющий зелено-белую окраску, а в рецессивном — белую.

5. Дополнительно к известному наследованию признака «ЦМС» лука репчатого, предложен новый ген-ингибитор подавляющий действие гена мужской фертильности в доминантном состоянии в результате чего у ряда гибридов от скрещивания тэ и тГ форм наблюдается преобладание мужски стерильных растений при наличии Ц* фактора цитоплазмы.

6. Результаты расщепления инбредных потомств и анализа частот константности семей от доминантных форм II свидетельствуют о дигенном различии между черной и коричневой окрасками семенной кожуры, которые наследуются по принципу рецессивного эпистаза (/4> 6).

7. Потенциальная изменчивость признаков «спелость» и «фотопериодическая реакция» семенного растения лука репчатого в большей степени проявляется при малой долготе дня в условиях теплицы, где наиболее информативным критерием для оценки образцов является продолжительность периода «посадка - стрелкование».

8. Выявлена существенная отрицательная корреляция между межфазными периодами «посадка рассады - вызревание луковицы» и «посадка луковицы -стрелкование», «посадка рассады - вызревание луковицы» и «посадка луковицы - цветение», которая сохраняется независимо от долготы дня.

9. Получены линии и формы, обладающие селекционно ценными признаками: с нейтральной фото периодической реакцией; с отсутствием воскового налета; с белой окраской цветка; с цитопламатической мужской стерильностью, а также закрепители цитоплазматической мужской стерильности.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для создания исходного селекционного материала разных групп спелости рекомендуется использовать способ оценки и отбора скороспелых форм лука репчатого по межфазному периоду «посадка луковицы - начало стрелкования» при малой долготе дня в теплице в зимне-весенний период.

2. Для ускоренного селекционного процесса и получения одного поколения в год, полуострых форм лука репчатого, рекомендуется использовать климатические камеры с заданными режимами освещенности и температуры.

3. В качестве доноров и генетических источников для селекции на гетерозис рекомендуется вовлекать в гибридизацию следующие линии, обладающие хозяйственно полезными и селекционно ценными признаками: отсутствие воскового налета (№ 56); окраска цветка (№ 24, № 37, № 63, № 110); цитоплазматическая мужская стерильность (№ 10-2 mf, № 10-lms, № 24-5-7 mf, № 25-9-3 ms) нейтральная фотопериодическая реакция (№ 29-61-1, № 34113-10)

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Логунов А.Н. Полиморфизм сортов лука репчатого в условиях разного периода. /А.Н. Логунов, Н.И. Тимин //Интродукция нетрадиционных и редких растений. - Материалы IX Международной научно-методической конференции. М,- 2009 -. Т. 1,- С. 341.

2. Логунов А.Н. Полиморфизм популяций сортов моркови и лука по фотопериодической реакции и скороспелости. / C.B. Жевора, Н.И. Тимин, А.Н. Логунов, Л.Ю. Кан //Биоразнообразие северных экосистем в условиях

изменяющегося климата. Тезисы, докл. Межд. науч. конференции - Апатиты, 2009.-С. 36.

3. Логунов А.Н. Особенности форм лука репчатого, полученных на основе потенциальной изменчивости сортовых популяций. / А.Н. Логунов, Н.И. Тимин, В.В. Логунова // Доклады ТСХА...: изд-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, М - 2010. Вып.282. часть I, С 646-648.

4. Логунов А.Н. Методика ускоренного получения одного поколения лука за один год /А.Н. Логунов, Н.И. Тимин //Картофель и овощи.М, 2011. -№ 1. - С.16-17.

5. Логунов А.Н. Определение типа цитоплазматической мужской стерильности лука репчатого (Allium сера L.) селекции ВНИИССОК с помощью молекулярных маркеров /Т.П. Супрунова, А.Н. Логунов, В.В. Логунова, А.Ф. Агафонов //Овощи России - 2011 - №4(13) - С.20-21.

6. Логунов А.Н. Наследование окраски семян и цветка лука репчатого /А.Н. Логунов, Н.И. Тимин, В.В. Логунова // Вавиловские чтения: Материалы Межд. науч. - практ. Конференции — Саратов, 2011 С 44-46.

Подписано в печать: 13.03.2012

Заказ № 6805 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Логунов, Александр Николаевич, Москва

61 12-6/390 На пРавах рукописи

-Г

Логунов Александр Николаевич

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор ТИМИН Н.И.

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1. Значение, история и распространение культуры 8

1.2. Биология лука репчатого и требования к условиям произрастания 9

1.3. Реакция растений лука репчатого на длину дня 12

1.4. Изменчивость и наследуемость признаков вида Allium сера L. 19

1.5. Частная генетика лука репчатого 24

1.6. Использование искусственного климата в селекции лука репчатого 30

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 34

2.1. Место и условия проведения исследований 34

2.2. Материал исследований 37

2.3. Методика исследований 38

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 42

3.1. Особенности проявления потенциальной изменчивости признаков в сортопопуляциях лука репчатого 42

3.2. Особенности наследования признаков лука репчатого в инбредных и кроссбредных потомствах сортов лука репчатого 47

3.2.1. Наследование признака окраска сухих чешуй луковицы 47

3.2.2. Генетическая идентификация линий и форм лука репчатого по маркерным признакам - наличие воскового налета, окраска кожуры семени, окраска цветка и альбинизм

сеянцев 62

3.2.3. Наследование признака цитоплазматическая мужская стерильность 70

3.3. Реакция растений лука репчатого на долготу дня 79

3.3.1. Изучение влияния разной долготы дня на

продолжительность межфазных периодов 79

3.3.2 Оценка и отбор форм разных групп спелости

лука репчатого 89

3.3.3. Изучение наследования периода посадка- начало

стрелкования в гибридных потомствах р! инбредных

линий в условиях малой долготы дня 98

3.4. Способ получения одного поколения лука репчатого за один год

с использованием вегетационной камеры 100

3.5. Выделение генетических источников признаков в качестве исходного материала для селекции 104

ВЫВОДЫ

106

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

107

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОИ ЛИТЕРАТУРЫ

109

ПРИЛОЖЕНИЕ

126

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Генетические особенности лука репчатого (Allium сера L.) недостаточно изучены для того, чтобы можно было эффективно использовать информацию о закономерностях изменчивости и наследования в селекционных программах. Известно, что естественные сортовые популяции растений обладают большими запасами потенциальной изменчивости. Свободная изменчивость содержит только ту часть потенциальной, которая реализуется на уровне гамет и зигот в потомстве и лишь незначительная часть потенциальной изменчивости оказывается доступной для отбора. Поэтому изучение особенностей проявления потенциальной изменчивости у сортов лука репчатого на основе расщепления и оценки инбредных и кроссбредных потомств актуально и представляет интерес для селекции и семеноводства.

Считается, что каждый сорт культурных растений аналогичен мелкому экотипу, ареал которого соответствует местности, для которой этот сорт районирован и где условия более или менее сходны с условиями того района, где этот сорт выведен.

Использование в селекционных учреждениях перспективных образцов лука репчатого с описанием результатов их полевого и лабораторного изучения по фенотипу достаточно хорошо себя оправдало на практике. Исходя из этого, необходимо продолжать снабжение селекционеров лучшими выделенными по фенотипу образцами, одновременно усиливая исследования по выявлению и созданию эффективных доноров, что позволит установить ценность выделенных по фенотипу образцов.

Научная информация о генетических особенностях форм растений лука репчатого имеет большое значение для идентификации их в качестве генетических источников ценных признаков, используемых в селекционной работе. Для повышения эффективности селекционных исследований представляет интерес создание и оценка оригинальных ценных форм в качестве исходного материала селекции.

Актуальная задача селекции овощных культур - это предельно полная мобилизация и использование биологического потенциала растения. Реализация этого потенциала возможна при выведении высокопродуктивных сортов и гибридов на основе экологической дифференциации растений, поэтому важно изучение внутривидового разнообразия лука репчатого на различных фонах фотопериода с целью выявления исходного материала.

Получение форм, линий овощных растений, в частности, лука репчатого с различной фотопериодической реакцией (ФПР) и, особенно, со слабочувствительной нейтральной реакцией на долготу дня позволит создавать гетерозис-ные гибриды Бь обладающие повышенной продуктивностью и адаптивностью. В настоящее время генетические особенности фотопериодической реакции растений наиболее изучены на мягкой пшенице, ячмене, рисе, моркови (Р^еу, 1966, 1971 ;Кенп & а1., 1973; Стельмах, 1984; Тимин, 1989; Тимин, Жевора^2009.).

Сведений о генетических особенностях исходных форм селекции лука репчатого крайне недостаточно для успешного использования их в селекционных программах. Поэтому наши исследования направлены на создание, идентификацию и выделение оригинальных форм растений лука репчатого в качестве новых генетических источников селекционно ценных признаков.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

2. Установить генетическую природу отличий измененных признаков на основе анализа расщепляющихся инбредных семей, полученных от выделенных форм из популяций сортов и определить их генотипы;

Научная новизна. Определены частота и спектр потенциальной изменчивости селекционно ценных и маркерных признаков в популяциях различных отечественных сортов лука репчатого. Показано наличие нового гена (Вг), определяющего различие в проявлении окраски сухих чешуй лука репчатого. Впервые выявлены особенности наследования различий по признаку окраска цветка, обусловленного одним геном См?. В дополнение к существующим получены новые данные по генетике признаков лука репчатого: преобладание мужски стерильных растений в некоторых расщепляющихся потомствах (Бь ВСО объясняется наличием нового доминантного гена ингибитора по отношению к доминантному гену фертильности (/^Му); установленные расщепления инбредных потомств II по признаку окраска кожуры семени (13 черных : 3 коричневых семян), обусловлены кроме основных генов окраски (В - черная, Ъ - коричневая), наличием нового рецессивного гена ингибитора (1>Ъ). Выявлено наличие отрицательных взаимосвязей по продолжительности межфазных периодов посадка рассады - вызревание луковицы и посадка - стрелкование в различных условиях фотопериода.

Получены селекционно ценные формы — генетические источники и доноры по следующим признакам: окраска сухих чешуй и форма луковицы, наличие воскового налета, окраска цветка, окраска семян, а также созданы новые изоген-ные семьи по признаку мужская фертильность - стерильность цветка. Определены генотипы форм, различающиеся по хозяйственно и селекционно ценным признакам: окраска луковицы, ЦМС, окраска кожуры семян, наличие воскового налета и окраска цветка. С помощью ПЦР-маркеров выявлен полиморфизм по генам orfA501 и cob цитоплазматического генома и определены типы цитоплазмы (if, if, Цт) образцов лука репчатого отечественной селекции.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Особенности проявления потенциальной изменчивости сортов лука репчатого.

2. Наследование признаков измененных форм и их генотипы.

3. Идентификация форм и линий по фотопериодической реакции и другим селекционно ценным признакам.

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе, 1 - в журнале, рекомендованном ВАК РФ (Картофель и овощи - 2011 - № 1).

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Значение, история и распространение культуры

Лук однодольное многолетнее растение из семейства Луковые (Alliaceae J.K. Agardh.) рода Allium. В настоящее время насчитывается около 750-800 видов луковых (Stearn, 1992, Rabinowich, 2002; Brewster, 2008), около 200 из них произрастает на территории России. Наибольшее распространение получил лук репчатый (Allium сера L.). (Алексеева, 1960; Воробьева, 1980; Пивоваров, и др.,2001),

Лук репчатый - одна из важнейших овощных культур, в течение тысячелетий он используется человеком в пищу, однако он не является продуктом питания в полном значении этого слова, однако незаменим для приготовления и ароматизации самых разнообразных блюд. Перерабатывающая промышленность добавляет его во многие овощные, мясные и рыбные консервы. (Пивоваров, и др.,2001)„ ^

Питательная ценность лука определяется содержанием в нем от 6 до 12% Сахаров, в том числе сахарозы 5,5-8,0%, азотистых веществ - до 3%, минеральных солей - 0,6-1,4%. Лук богат витаминами, особенно витамином С, которого в зеленых листьях содержится - 16-33 %, а в луковицах - 2-10%. В нем также имеется провитамин А (каротин) - 0,25 мг %, В2 (рибофлавин) -0,10 мг%, РР и витамины из группы В (пантотеновая кислота) (Плинка, 1953; Казакова, 1970).

Вкус и запах луку придает эфирное масло, количество которого обычно не превышает 0,1%. Считают, что оно находится в двух формах: в связанной в виде глюкозида, разрушающегося при длительном хранении, и в свободной (Колесник, Климова, 1969).

Луку издавна приписывали лечебные свойства. Знаменитый средневековый врач и философ Авиценна тысячу лет назад писал, что съедобный лук особенно полезен «от вреда плохой воды», что очистки лука, брошенные в воду, уничтожают запах. Он также указывал, что луковый сок полезен при ле-

чении загрязненных ран, бельма, ангины, укрепляет слабый желудок и возбуждает аппетит (Алексеева, 1960; Воробьева, 1980; Пивоваров и др.,2001)в

История лука уходит в глубокую древность. К.Линней в своем труде «Виды растений» (1753) не называет родину лука. Дон и Регель, описавшие лук после Линнея, также не знали его происхождения. Декандоль указывает на происхождение лука из разных мест Западной Азии и предполагает, что родиной его могла быть территория, простирающаяся между Палестиной и Индией (Пивоваров и др., 2001, Попков, 2001).

Шредер считает родиной лука Турцию и Персию. По Н.И. Вавилову (1929) лук репчатый происходит из Средней Азии и встречается в диком виде в Белуджистане, Афганистане и Туркестане. Вторичные центры формообразования должны находиться в Передней Азии и в районах Средиземноморья. (Пивоваров, и др.,2001),

До Октябрьской революции лук в России выращивали в отдельных районах, так называемых гнездах, вблизи деревень и городов, от которых местные сорта получили свое название: Бессоновский местный, Арзамаский местный, Спасский местный и.т.д. В настоящее время культура лука репчатого распространена повсеместно, где климатические условия и почва позволяют его выращивать.

1.2. Биология лука репчатого и требования к условиям произрастания

Лук репчатый в первый год жизни формирует луковицу, в которой накапливаются пластические вещества, на второй год из луковицы развивается цветущее растение, которое дает семена. В условиях центральных районов Нечерноземной зоны России семена у лука репчатого, как правило, получают только на второй год. В первый год из семян выращивают маточные луковицы, на второй из них формируется цветущее растение, которое дает семена. (Алексеева, 1960; Воробьева, 1980; Пивоваров и др.,2001)„

Луковица состоит из сухих кроющих чешуй, одевающих ее, которые в зависимости от сорта имеют желтую, красную или белую окраску различных оттенков; сочных чешуй, открытых и закрытых и укороченного стебля-донца. Внутри луковицы на донце развиваются вегетативные или генеративные почки. Из почек в дальнейшем образуются или пристрелочные луковицы, или цветоносы-стрелки с соцветиями. В зависимости от количества вегетативных почек луковица может быть мало- или многозачатковой. Зачатковость является одним из сортовых признаков у лука репчатого (Алексеева, 1960).

Листья у лука репчатого трубчатые, покрыты восковым налетом, в основании утолщаются и переходят в сочные чешуи, слагающие луковицу.

Корневая система развита довольно слабо, корни сначала струнообраз-ны, затем появляются разветвления первого и второго порядков, которые густо покрыты корневыми волосками. Основная масса корней взрослого растения располагается в слое почвы 5-20 см (Алексеева, 1960).

Цветочная стрелка, как и лист, полая внутри, с характерным вздутием на одну треть ее высоты, несет на себе шаровидное соцветие-зонтик, состоящий из большого количества цветков (от 200 шт. и более).

Цветки в меристематических тканях лука начинают закладываться очень рано, в период хранения луковиц и продолжают формироваться непрерывно в течение длительного времени (Кюз,1936).

Бутоны располагаются в три яруса сверху вниз, по мере отцветания предыдущего яруса цветоножка бутонов следующего яруса удлиняется, распустившиеся бутоны всегда находятся на верху соцветия.

Цветки обоеполые, протерандрические бело-зеленоватой окраски, состоят из венчика с шестью лепестками, шести тычинок и пестика. Плод - трехгранная коробочка. При полном оплодотворении в коробочке образуется 6 семян. Семена черного цвета, округло-трехгранной формы с плотной роговидной оболочкой.

Лук сравнительно холодостойкое растение. Всходы лука легко переносят весеннее похолодание, но при температуре -5°С погибают. Оптимальная температура для роста листьев от + 12 до 25°С, они могут переносить заморозки до - 7° °С и жару свыше +35 °С (Алексеева, 1960). Повышение температуры в период формирования луковицы способствует более быстрому ее образованию и созреванию.

Генеративные органы закладываются в луковице в период хранения при температуре - 1...-10°С. Оптимальная температура для цветения и созревания семян + 20...25 °С (Луконина, 1973).

Слабая разветвленность и неглубокое проникновение корней в почву обуславливают особую требовательность лука репчатого к высокому плодородию и оптимальной влажности почвы. Особенно важно обеспечить растения влагой в первый период роста. В любой зоне России лук хорошо реагирует на поливы (Орлова, 1965). Во второй половине вегетации лучшему вызреванию лука благоприятствует недостаток влаги (Харузин, 1930).

Способность растений лука репчатого формировать луковицу при низкой влажности почвы имеет приспособительное значение и исторически связана с условиями произрастания в районах его происхождения - в Иране, Афганистане. При неблагоприятных условиях (засухе, недостатке питательных веществ в почве, уплотнении почвы, образовании корки на поверхности почвы и.т.д.) рост листьев прекращается и начинается формирование луковицы. Луковица может сформироваться при наличии всего трех настоящих листьев (Казакова, 1970).

Для выращивания лука следует отводить участки с легкими, плодородными, чистыми от сорняков почва

Информация о работе

Логунов, Александр Николаевич
кандидата сельскохозяйственных наук
Москва, 2012
ВАК 06.01.05

Диссертация

Потенциальная изменчивость сортов лука репчатого (Allium cera L.) и наследование признаков растений в инбредных и кроссбредных потомствах - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы