Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Селекционно-генетические основы и получение высококачественных сортов вишни

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Жуков, Олег Сергеевич, Мичуринск

1:02-6/ Л? ~Х

Всероссийский НИИ генетики и селекции плодовых растений им. И. В. Мичурина

На правах рукописи

ЖУКОВ Олег Сергеевич

С1ЛЕЖ1ДЙОНБО-ГЕНЕТМЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СОРТОВ

ВЙШНИ

(Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство)

о*

Диссертация

в спде научного доклада ш соискание ученой степени доктора сельекохозяйствешшх тук

Мичуринск 2000

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском НИИ генетики и селекции плодовых растений им. И.В.Мичурина

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Юшев A.A. дохтор сельскохозяйственных наук Каньшина М.В. доктор сельскохозяйственных наук Усова Г. С.

Ведущая организация - Всероссийский НИИ садоводства

им. И.В. Мичурина

Защита диссертации состой;!. , заседании диссертационного Я: Тамбовская область, г. ЪА-Н-у-Мичуринский государствен!-; гч

1000 г. в 13.30 на 1. но адресу: 393740, шациональная, 101, гет.

С диссертахйюй можно-оз!

, библиотеке университета.

Автореферат разослан

1*

,гс( !оо..

Отзывы в двух заверенные и скрепленные

гербовой печатью, просим п., ^^ч^ун^лр^секретарю совета.

15¥6 - ? - 02

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук, доцент

.В. Трунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка новых эффективных методов селекции и получение высококачественных сортов вишни имеет актуальное значение.

Вишня является одной из наиболее денных плодовых пород. Однако в последнее время площади под ее насаждениями в нашей стране сократились. Меняются климат и экологическая обстановка, социально-экономические условия и государственные границы, поэтому необходимы разработки новых методов селекции и получение сортов, приспособленных к современным условиям.

Диссертационная работа находится в плане работ ВНИИГиСПР им. И.В. Мичурина по Государственной научно-технической программе «Изучить частную генетику культурных растений и их дикорастущих сородичей с целью выявления источников и доноров для создания современных интенсивных и индустриальных технологий» (№ Гос. регистрации 0008199).

Научная новизна и основные результаты. Впервые предложено использовать виды черемухи в селекции вишни для получения сортов, устойчивых к коккомикозу. Идентифицированы ген А, контролирующий устойчивость к коккомикозу, геи 02 , определяющий умеренный тип роста деревьев. Путем андрогенеза в искусственной культуре получены растения-регенеранты вишни различных: уровней плоидности, несущие гены, контролирующие хозяйственно-ценные признаки. Изобретен способ для достижения адаптации при пересадке пробирочных растений в грунт. Разработана программа получения на основе методов экспериментальной генетики высококачественных сортов вишни, устойчивых к коккомикозу. Районирована вишня Харитояовская, имеющая в своем геноме ген А. Вишня Фея, также " гадающая геном А, передана в госиспытание. Выделены растения, ■' жирующие- гаметы с различными, кроме гаплоидного, числами косом. Разработаны методы разделения пыльцы на фракции с . ■тиной плоидностью с помощью интерференционного микроскопа и .романипулятора. Модифицированы методы индуцирования мутаций ¿тодовых и ягодных растений. Получен ряд ценных мутантов. Гамма-мутант вишни Память Щербакова принят в госиспытание.

Дель и задача исследований. Цель диссертации - разработать эффективные методы получения новых высококачественных сортов вишни. Задачи: изучить особенности наследования ряда хозяйственно-ценных признаков у вишни; выяснить возможности отдаленной гибридизации для получения сортов вишни с высококачественными

плодами, устойчивых к болезням и вредителям; разработать и модифицировать методы индуцированного мутагенеза с целью получения наибольшего количества мутаций; изучить методические вопросы гаметной и гомозиготной селекции с целью ускорения селекционного процесса и создания сортов вишни для выращивания в условиях высокоиндустриальной современной технологии.

Положения, выносимые на защиту. Гибридизация вишни с черешней - действенный метод создания ранних сортов с высококачественными плодами.

Использование в селекции вишне-черемуховых доноров устойчивости к коккомикозу типа Алмаза дает возможность получить сорта вишни с моногенной устойчивостью и другими ценными признаками.

С помощью индуцированного мутагенеза могут быть получены мутанты вишни с улучшенными биохимическими показателями, повышенной устойчивостью к болезням и умеренным ростом дерева.

Гаметная и гомозиготная селекция - эффективный путь создания сортов вишни с удвоенными аллелями, контролирующими хозяйственно-ценные признаки.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основе использования в селекции вишни таких доноров устойчивости к коккомикозу, как Алмаз, Корам, Атлант, Луч, Падоцерус-21, получен ряд сортов и элитных форм. Из них сорт Харитововская районирован, сорт Фея находится в госиспытании.

Разработка и модификация методов индуцированного мутагенеза позволили получить большое число мутантов вишни, среда которых выделен новый сорт Память Щербакова, обладающий многими ценными признаками; в настоящее время он находится в госиспытании.

В течение 1981-95 гг. мы ежегодно передавали для окулировки черенки лучших новых сортов вишни и черешни в плодопитомнические совхозы Плодопрома Тамбовской обл.: «Рассвет», «им. И.В.Мичурина», «Рассказовский». В 1981-89 гг. для озеленения территории совхоза «Нектар» и улучшения кормовой базы развития пчеловодства было передано и высажено более 3 тыс. саженцев и корнесобственных растений новых злит и других форм вишни, отличающихся образованием в цветках повышенного количества нектара. В 1990-99 гг. в плодопитомник «Жердевский» переданы растения подвоя Степной родник и ежегодно передаются черенки ; наиболее продуктивных сортов вишни Харитоновская, Фея, черешни Родина и других для размножения и создания маточно-черенковой базы.

Черенки лучших новых сортов вишни и черешни передаются ежегодно для окулировки в экспериментальное хозяйство ВНИИГйСПР.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и опубликованы на международных совещаниях по вишне в Бонне, ФРГ (1968 г.) и Вероне, Италия (1971г.), 12 Международном ботаническом конгрессе в Ленинграде (1975 г.), 14 Международном генетическом конгрессе в Москве (1979 г.), «Международном симпозиуме по использованию индуцированных мутаций как метода выведения новых сельскохозяйственных культур» в Вене, Австрия (1981 г.) и других научных совещаниях и симпозиумах. Результаты работы докладывались также на Мичуринских чтениях во ВНИИГйСПР, на заседаниях Московского общества испытателей природы. На материалах, подготовленных диссертантом, защитили кандидатские диссертации 12 аспирантов, у которых он был научным руководителем.

Публикация результатов исследований. Основные результаты исследований опубликованы. Издана книга «Селекция вишни» (в соавторстве). В научных журналах, трудах различных совещаний и других изданиях опубликовано 300 работ, получено 8 авторских свидетельств на, изобретения, патент на способ адаптации к почве растений-регеиерантов, выращенных в искусственной культуре in vitro из пыльников. Имеется 14 удостоверений на рационализаторские предложения по работам в области селекции и садоводства. Результаты исследований неоднократно были представлены на ВДНХ и ВВЦ, где за них были получены серебряная и 2 бронзовые медали.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ v Условия, объекты и методика исследований

Работа проведена во ВНИИГйСПР в г. Мичуринске в течение 195999 гг.. Отдельные исследования и комплексные работы проводили также в других зарождениях и .ллодопитомнических хозяйствах. Объектами исследований служили видовые формы, гибриды и сорта вишни и других косточковых пород. В работе использовали методические указания ВНИИГйСПР, Всероссийского НИИ садоводства им. И.В.Мичурина, Госздарственного аграрного университета (г. Мичуринск), Всероссийского НИИ селекции плодовых культур (г. Орел), Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства (г. Москва.) по вопросам селекции и сортоизучения, цитологии, мутагенеза..

В некоторые методики нами внесены изменения. Предложен также ряд новых способов и приемов для изучения плодовых растений и их улучшения, для ускорения селекционного процесса. Запатентован метод для адаптирования пыльцевых растений-регенерантов из стерильных

условий искусственной культуры к открытому грунту. Метод основан на постепенном замещении питательной среды, на которой происходит рост расхений-регенерантов, почвенным субстратом. Многие новые разработанные способы признаны изобретениями и на них получены авторские свидетельства. Здесь мы приводим лишь краткие сведения о существе некоторых из них.

Способ получения генетически идентичных растений-близнецов предусматривает разделение семян в начале прорастания и создание условий для их дальнейшего развития в целые растения. Растения-близнецы необходимы для многих селекционных и генетических исследований.

Способ обработки растений растворами химического мутагена аценафтена заключается в том, что первоначальный растворитель -ацетон замещается на медленно испаряющееся вещество. Благодаря этому срок, когда можно использовать раствор этого мутагена, значительно увеличивается.

Предложен эффективный способ получения супермутантов плодовых растений, основанный на обработке черенков химическими мутагенами непосредственно в момент, когда черенки срезаются с дерева и на дальнейшем выращивании черенков в условиях искусственной культуры. На питательных средах черенки окореняются, и их переносят в открытый грунт, где производят отбор мутантов.

Предлагается способ перевода привитых плодовых растений на собственные кррни. Это бывает необходимо, например, для цитологических исследований (подсчет числа хромосом лучше всего проводить на препаратах, полученных путем фиксации корешков). В ряде случаев корнесобственные растения используются непосредственно для производственных насаждений. Способ основан на глубокой посадке привитых растений и вызывании роста корней выше места прививки.

Теоретический и практический интерес представляет новый способ получения партенокарпических и апомиктических плодов путем обработки бутонов плодовых растений магнитными полями.

Предложен способ регенерации растений из пыльников и пыльцы. Разработаны условия, добавки к основной среде Мураскге и Скуга, позволяющие индуцировать органогенез.

История культуры и селекции лшшш

В настоящее время интерес к вишне и другим плодовым растениям значительно возрос. Появилось много приусадебных садов; вишню "стали выращивать не только в центральных: и южных областях, но и в

Западной Сибири, на Алтае, Урале. Вишня издавна была одной из любимых в народе плодовых культур.

В 1875 г. начал свои работы по селекции различных плодовых растений И.В.Мичурин. Важная роль в области изучения и внедрения вишни в Европейской части России принадлежит А.С.Гребницкому, который в 1900-х годах провел систематизацию имевшегося сортимента плодовых растений.

Значительные работы по генетике, селекции и сортоизучению вишни провели А.Н.Веньяминов, Г.Т.Казьмин, Б.Н.Анзин, Х.К. Еникеев, М.Т.Оратовский, И.С.Горшков, С.В.Жуков, Е.Н.Харитонова, А.Ф.Колесникова, Н.И.Гвоздюкова, А.Я.Ворончихина, П.П.Иванов,

A.С.Покровская, Г.А.Курсаков, С.И.Машкин, Э.П.Сюбарова, M.B-Каньшина, В.ЛВитковский, Т.В.Морозова, Е.С.Лукин, В.П.Царенко, М. А. Сидоренко, Г.Д.Александрова, И.П. Елисеев, А.М.Михеев,

B.Ф.Ласкавый, М.М.Ульянищев, Н.Т.Ревякина, М.А.Соловьева, Г.А.Седышева, Л. А. Севастьянова, Е.Н.Джигадло, Г.И.Субботин, Л.И.Вигоров, М:.Ю.Гущин, В.И.Остапенко, B.C. Нижников.

Крзчшый вклад в изучение теоретичесгсих и методических вопросов генетики и селекции вишни внесли A.A. Юшев, Г.В. Еремин, И.П. Спицин, А.К. Буторина, B.C. Симагин, И.М. Ряднова, Л.И. Дутова, И.М. Киричек, М.Н. Назарова, Л.И. Тараненко, Г.А. Бавгуто, С.С. Старых, -А.И. Астахов, С.Н. Артюх, В.В. Беспечальная, М.С. Чеботарева, А.Н. Рябова, А.И. Евстратов, И.Т. Васильченко, М.Г. Исакова, И.И. Голубинский, 13.Г. Муханин, Н.М. Круглов, В.А. Марусич, И.М. Драгавцева, М.И. Куденков, И.Н. Золотухина, С.Н. Сатарова.

Различные вопросы, связанные с изз^чением биологии и созданием новых улучшенных сортов вишни успешно изучал® A.A. Мелешкевич, Г.Г. Никифорова, Л.Е. Курсакова, Е.М. Алехина, НИ Березенко, H.A. Багрянская, Б.Л. Никитин, A.A. Волошина, А.И. Бондаренко, О. С. Машкина, А.И. Сычов, Л.Д. Алеева, H.A. Барабаш, М.И. Вышинская, А.Л. Денисюк, М.К. Ефремова, E.H. Жидкова, Г.Н. Имамалиев, С.Д. Князева, М.В. Михеева, В.М. Бородина, Н.И. Колотева, Л.Н. Константинова, Г.В. Лысикова, В.Ф. Смирнов, С.Г. Сухоцкая, Е.Г. Удачина, М.Т. Нуртазин.

За рубежом генетические и цитологические исследования вишни и черешни провели К. Дарлингтон, М. Крен и У. Лоуренс, Е. Олден, Н. Нюбом. В послевоенные годы в ФРГ М. Цвиичером осуществлено несколько селекционных программ по вишне и черешне с использованием мз'тагенеза. Получены ценные сорта Набеляа, Бокни, Церелла, Сакцесса. По различным вопросам селекции в Германии успешно работают Б. Вольфрам, Г.-И. Кох; имеются центры по

селекционной работе с вишней во Франции (Анжер, Бордо), Швейцарии (Веденсвиль), в Польше (Скерневиде), Югославии (Новый сад). Широко известны работы по изучению генома вишни, проводимые в США А. Езони.

Различные вопросы генетики и селекции вишни изучали Дж.Эндлих, Г. Муравски, Г. Фогль, В. Гро, Ф. Хилькенбоймер, Х.Плок, Х.Шмидг , В. Трайковски, Р. Вэй, 3. Крамер; В. Блассе, Х.Михач, Г.Штолле, Г. Фридрих.

Гибридизация вишни с черешней

Отдаленная гибридизация используется нами в качестве одного из основных методов селекции. В работе по гибридизации вишни с черешней было произведено опыление 70 тыс. цветков в 55 комбинациях скрещивания, получено более 8 тыс. сеянцев.

Сорта вишни при гибридизации их с черешнями дают хороший процент полезных завязей (20-30). Семена получаются нормальные и по всхожести не уступают семенам, полученным при межсортовых скрещиваниях. Прямые скрещивания этих видов удаются в наших условиях значительно легче, чем обратные (черешня х вишня).

Вишне-черешневые гибриды часто имеют гетерозисный характер развития, ускоренное прохождение онтогенеза, обильное цветение. Среди гибридов встречаются формы как с 24, гак и с 32 хромосомами (таких значительно меньше). 24-хромосомные гибриды (триплоиды), как правило, стерильны или фертильны лишь в слабой степени. Очевидно, 32-хромосомные формы возникают от слияния обычных 16-хромосомных тамет вишни с нередуцированными, также 16-хромосомными, гаметами черешни.

Эти 32-хромосомные гибриды (тетраплоиды), в отличие от 24. хромосомных, имеют более упорядочный мейоз, поэтому они обладают фертильностью. Пыльца тетраплоидных вишне-черешневых гибридов имеет высокую жизнеспособность (от 30 до 80 %), а у 24-хромосомных гибридов этот показатель не превышает 5-10 %.

Вишне-черешневые сорта и гибриды (тетраплоиды) хорошо скрещиваются с вишней и между собой, имеют достаточно высокую всхожесть семян. При использовании в гибридизации 24-хромосомных гибридов и посеве их семян выход сеянцев бывает крайне низким.

В результате гибридизации вишни с черешней выделены новые элитные формы. Плоды некоторых из них созревают на 7-10 дней раньше, чем плоды самых ранних сортов вишни, содержат большое количество Сахаров.

Лучшими материнскими формами являются Владимирская, " Жуковская, Идеал, Захаровская. Лучшие отцовские формы черешни -

Черный орел, Валерий Чкалов, Слава Жукова; вишне-черешни -Комсомольская, Звезда.

Гибридизация вишни с черемухой

Широкие возможности, которые открывает метод отдаленной гибридизации в улучшении плодовых растений, хорошо видны на примере вишне-черемуховых гибридов. Эти гибриды в настоящее время используются в селекции вишни многими селекционерами.

Генетический потенциал вишни может быть значительно расширен путем включения в ее геном некоторых признаков, имеющихся у различных видов и экотипов черемухи. Впервые работу по гибридизации вишни с черемухой начал И.В. Мичурин, получивший гибриды этих видов - церападусы. C.B. Жуковым в период его работы по генетике и селекции вишни во ВНИИГиСПР (1932-1941 гг.) был получен гибрид, названный им Падоцерус (черемуха -японская х Плодородная Мичурина), обладающий многими ценными признаками.

В результате облучения черенков Падоцеруса рентгеновскими лучами в дозе около 40 Гр мы получили мутант Падоцерус-М, обладающий повышенной фертилъностью по сравнению с исходной формой. От скрещивания (Падоцерус-М х вишне-черешня Новоселка) х Памяти Вавилова нами получен гибрид Алмаз с хорошим качеством плодов, высокозимостойкий, устойчивый к кокхомикозу. Плоды его имеют размеры, характерные для вишни. Алмаз по сумме Сахаро�