Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Селекционно-генетическое изучение цитоплазматической мужской стерильности и использование в селекции и семеноводстве кукурузы

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Огняник, Людмила Григорьевна

Актуальность проблемы. Краснодарский край - один из основных районов производства гибридных семян кукурузы. Для дальнейшего роста производства зерна этой культуры особенно важное значение приобретает селекция новых высокопродуктивных гибридов. В основе селекции кукурузы лежит использование явления гетерозиса, практическое применение которого оказалось возможным с открытием цито-плазматической мужской стерильности (ЦМС). Использование ЦМС позволяет выращивать высококачественные и дешевые гибридные семена кукурузы без затрат ручного труда на участках гибридизации. Семеноводство кукурузы в КНИИСХ основывалось на использовании трех типов ЦМС - Т (техасского), М (молдавского) и С (си). Эпифитотия южного гельминтоспориоза расы Т в США (1970) и запрещение использования Т- типа ЦМС в России {1990) способствовало расширению площадей гибридов с М-типом стерильности, дальнейшему изучению и внедрению в производство С-типа ЦМС, который представляет особый интерес. Знания генетики проявления признаков стерильности и фертильности, морфологии и урожайности гибридов на основе различных типов ЦМС в различных климатических условиях позвблят подобрать лучший тип цитоплазмы для гибридов и избежать потерь урожая зерна от болезней, обусловленных отдельными типами цитоплазм. Изучению данных вопросов и посвящена эта работа.

Цель и задачи исследований. Основная цель - создание аналогов линий и гибридов на разных типах ЦМС и изучение особенностей их использования в селекции и семеноводстве гибридной кукурузы.

Задачи исследований:

- Определить реакцию самоопыленных линий на цитоплазму Т-, М- и С- типов.

- Провести классификацию ливиЙ"пЬ%алйчию генов Ш; в С-типе и изучить характер их действия при восстановлении фертильности.

- Создать стерильные аналоги, аналоги закрепители для линий восстановителей

С-типа и гибриды с ними.

- Изучить влияние разных источников С-типа на морфологические признаки и урожайность.

- Создать одноименные гибриды на Н-, Т-, М-,С - цитоплазмах и изучить их урожайность.

Научная новизна исследований. Классифицированы 170 линий по их реакции на Т-, М-, С- типы ЦМС.

Определен генотип 27 линий закрепителей С-типа ЦМС по генам восстановления. Впервые выделены линии с генотипом РШТШгГ^гГбгГб, наличие которых предполагалось теоретически.

Установлено, что проявление стерильности - фертильности в С-типе значительно сложнее, чем в Т- и М- типах.

Созданы и изучены стерильные аналоги и аналоги-закрепители линий восстановителей С-типа, аналоги линий и их гибриды на Е8-цитоплазме.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Классификация самоопыленных линий по наличию генов восстановления.

2. Анализ аллельных отношений генов восстановления в С - типе ЦМС.

3. Создание и сравнительное изучение стерильных аналогов и аналогов закрепителей С-типа.

4. Влияние ЕЯ-источника С-типа на морфологические признаки и урожайность гибридов.

5. Продуктивность районированных и перспективных гибридов с ЦМС различных типов.

Практическая ценность работы. За годы исследований были созданы стерильные аналоги, аналоги восстановители и закрепители стерильности, использованные в районированных и перспективных гибридах кукурузы селекции КНИИСХ. Диссертант является соавтором 14 гибридов, районированных во всех регионах России, где возможно возделывание кукурузы.

Апробация работы и публикация результатов исследований. Результаты работы доложены на методических комиссиях селекционных отделов КНИЙСХ и на конференциях (Днепропетровск, 1987, 1997 гг.). Исследования проведены в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Краснодарского научно-исследовательского института им. П.П.Лукьяненко (№ гос. регистр. 01.9.60.012480).

Основные положения диссертации изложены в 12 печатных работах и подтверждены 14 авторскими свидетельствами на гибриды кукурузы, включенные в Государственный реестр.

Структура и объем диссертации. Диссертация в виде научного доклада состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций для селекционной практики и производства. Работа изложена на 27 страницах, содержит 8 таблиц, 3 рисунка, список опубликованных работ и авторских свидетельств.

Условия, материал и методика исследований. Экспериментальные исследования проводили в 1982-1995 гг. в Краснодарском ЩШСХ им. ПЛ. Лукьяненко. Почвы селекционных полей представлены западно-предкавказсрм сверхмощным черноземом. Глубина гумусового слоя составляет 150-200 см. Содержание гумуса в верхнем горизонте 3,5 - 4,6 %, Высокий потенциал плодородия при рациональном использовании почвенных запасов влаги и атмосферных осадков способен обеспечить высокие и устойчивые урожаи кукурузы.

Климат умеренно-континентальный. Количество осадков за период вегетации кукурузы (май-сентябрь) - 254 мм., при довольно неравномерном их распределении. Наиболее эффективны осадки для кукурузы за 3-6 недель до появления рылец и в период формирования и налива зерна. Отсутствие осадков в критический период губительно сказывается на урожае, особенно гибридов с ЦМС.

Погодные условия в годы проведения опытов были контрастными по температурному режиму и осадкам: 1987,1990,1993 и 1994 гг. были неблагоприятны из-за высоких температур и недостатка влаги в почве, а 1988,1992 и 1995 гг. - оптимальны по погодным условиям. Условия вегетации других лет не отличались от средних многолетних показателей.

Материалом для исследования послужили полученные нами стерильные аналоги, аналоги закрепители и восстановители высокой степени сходства. Стерильные аналоги и аналоги восстановители фертильности для линий закрепителей создавали по методике Экхардта-Хаджинова путем насыщающих скрещиваний на стерильной основе (ЕскЬакИ 1954; Хаджинов М. И., 1959).

Стерильные аналоги и аналоги закрепители для линий восстановителей С-типа создавали по модифицированной методике, разработанной в отделе селекции кукурузы КИКИСХ е одновременным применением белозерного маркера и оригинальной формы при насыщающих скрещиваниях (Вахрушева Э. И., Франковская М. Т., Кале-нич Н. А., 1980).

Цветение метелок описывали в фазы начала и конца цветения яо шестибальной шкале (Хаджинов М.И., Вахрушева Э. И., 1964).

Классификацию линий закрепителей С-типа проводили на основе изучения цветения метелок растений с использованием ранее предложенных анализаторов (Вахрушева Э.И., Франковская М.Т., 1984; Кирикашвили Л.В., 1985; Горбачева А.Г., 1987).

Аллельные отношения ЯГ генов у линий восстановителей изучали в анализирующих скрещиваниях по следующей схеме: стерильный анализатор х ( гибрид двух линий восстановителей)

Соответствие расщепления на фертильные и стерильные растения теоретически ожидаемому устанавливали по критерию %2 (Доспехов Б. А. 1979).

Продуктивность гибридов изучали в контрольном питомнике на двухрядковых делянках площадью 9,8 мг. Посев сеялочный, уборка механизированная.

В 1987-1989 гг. опыты закладывали по схеме: А=5; Б=6; В=3; п=4, где А- количество материнских форм, Б-Отцовских, В-Цитоплазм, п-число повторностей. В качестве материнских форм использовали линии, являющиеся естественными восстановителями фертильности С-типа; Вир44, ОЬ43. VI58, W23, Г61161. Каждая из них была представлена оригинальной формой, стерильным аналогом и аналогом закрепителем С-типа. Отцовские формы представлены линиями восстановителями фертильности С-типа: Т22СВ, Гн12СВ, Сг25СВ, В55СВ, N15 ориг. и Г62680 ориг.

В 1993-1995 гг. опыты проводили в Краснодаре без полива по схеме: А-10, Б-3, В=3, п-3. Материнскими формами являлись 10 линий закрепителей С-типа и их стерильные С- и Е8- аналоги: Кр98, А632. \№9. В55, N31, Уа35, С103, \¥64, XVI55, Г61235. Источниками для их создания служили линии В73С и В73Е8, а также Мо17С и МоПЕЭ от Христова К. (Институт кукурузы г.Кнежа, Болгария). В качестве отцовских форм использовали аналога восстановители Мо17СВ и В73СВ, а также естественный восстановитель С-типа линию VI58 ориг.

Продуктивность районированных и перспективных гибридов изучали на одноименных гибридах с Н-, Т-, М-, С- цитоплазмами с 1989 по 1995 гг. Часть опытов проводили в научных учреждениях Северо-Кавказского селекцентра, различающихся почвенно-климатическими условиями - Северо-Кубанская опытная станция КНИИСХ Краснодарского края (СКОС), Донской селекцентр (Зерноград), СевероКавказский НИИ горного и предгорного сельского хозяйства (Северная Осетия).

Влияние цитоплазмы на морфологические признаки изучали на одноименных гибридах. В фазу конца цветения метелок измеряли по 15 растений каждого гибрида в двух несмежных повторностях. Результаты обрабатывали по методу многофакторного дисперсионного анализа по схеме расщепленных делянок, позволяющего выделить роль генотипа родителей, оценить влияние цитоплазмы на продуктивность и другие признаки гибридов (Литгл Т.М., Хиллз Ф. Д., 1981).

Автор выражает глубокую благодарность доктору-х. наук Казарцевой Алле Тимофеевне за научные консультации при проведении исследований и написании диссертации, а также к.б.н. Чумаку Михаилу Васильевичу, к.-х. наук Вахрушевой Эмилии Исаевке, к.-х. наук Франковской Марии Тимофеевне и другим научнымтрудникам, лаборантам и рабочим отделалекции кукурузы за помощь в работе.

1. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Классификация самоопылепных линий по генам восстановления

С 1985 по 1995 гг. была изучена реакция 170 линий на определенный тип ЦМС с целью создания необходимых аналогов. Каждый тин ЦМС имеет свой специфический набор генов, определяющий в нем проявление стерильности - фертидьности (Хаджинов М. И., 1968; Beckett S. В.,1971).

Большое значение для точного определения реакции имеет генотип гибридов или линий - анализаторов. Эти источники должны характеризоваться стабильностью проявления стерильности в разные годы изучения. К закрепителям стерильности относятся линий, в потомствах которых все растения стерильны. Анализ цветения метелок Fi (анализатор х линия) показывает, что закрепители стерильности составляют по М-типу 88 %, по Т-типу - 77,5 %, по С-типу - $8,8 % линий. К восстановителям относятся линии, которые дают полностью фертильное потомство в Fi. Для М-типа такие линии составляют 8 %, Т-типа -11,5 %, С - типа - 31,1 %. Часть из этих линий показали нечеткую реакцию. Следовательно, в отличие от М- и Т- типов для С-типа характерен более высокий процент линяй восстановителей (8). Следует отметить при этом, что по сравнению с предыдущими данными произошло снижение процентного соотношения линий восстановитедей(Вахрушева ЭЛ. 1979). Тогда определение реакции проводилось без учета генотипа стерильного тестера и фертильное потомство некоторых скрещиваний было получено в результате комплементарного взаимодействия анализатора и линии. Отсюда следует ,что идентификация самоопылейных линий в отношении генов восстановления фертильноети имеет большое теоретическое и практическое значение при создании гибридов кукурузы на стерильной основе.

Многие исследователи отмечают, что восстановление в С-типе контролируется системой нескольких доминантных комплементарных генов (1о5ерЬхоп Ь. М., 1978; Видакович М., 1985; Гонтаровский В. А.,1986). В связи с этим, для линий закрепителей С-типа становится необходимым характеристика их по генам восстановления. Приняв за основу трехгенную гипотезу, нами было проведено определение состава аллелей восстановления генов у самоопыленных линий (10,11).

Распределение линий 8 зависимости от фенотйпического проявления Стерильности или фертильноети метелок гибридов Рь полученных при скрещивании с различными анализаторами показало, что линии разнообразны по составу аллелей генов М+ (табл. 1).

Впервые выделенный нами генотип М^Ш^й^г^ у линий Б56 и Кр21 представляет особый интерес. Цветение гибридов Б] с их участием соответствовало теоретически ожидаемому. Линии дали полностью стерильное потомство с анализаторами VI, ¥П классов и фертильное с анализатором V класса, что позволило отличить генотип указанных линий от генотипов П, Ш классов.

В скрещиваниях линий 856 и Кр21 с 149С (Ш класс) все растения предположительно должны были бы быть стерильны, однако в потомстве выделялись полуфер-тильные растения. Возможно, это связано как с генетической невыравненностью линий, так и наличием в их генотипе генов-модификаторов.

К генотипу г^^АН^г^ (I класс) отнесены две линии Кр645 и А665. Две линия (1142/83, С103) принадлежат к генотипу й^йЕ^ШУ^ (П класс). К генотипу й^Ш^Ш^г^ (Ш класс) отнесены три линии: Од318, N81,73, Р564. К генотипу rf4rf4Rf5R.F5RF6R.F6 (V класс) относится 10 линий. Три линии

ПI Д Й-Г'Т' принадлежат к VI классу (^RítffsrfsRfsRfó) и ' У^'лшии^1 KJiaccy(Rf4Rf4Rf5Rf5rf6rf6). К генотипу Rf4Rf4Rf5Rf5Rf6Rffi (VIII класс) относятся линии восстановители С-типа. Таким образом ,линии закрепители С-типа имеют различный состав аллелей генов восстановления.

Таблица 1.

Классификация линий по характеру цветения метелок простых гибридов

Анализатор Генотип

Линия I II III V VI VII RftRfsRfe Класс

--- - + - - + + + -+ + +

Кр645,А665 R42/83,C103 ОдЗ 18,NSL73,F564 S56,Kp

Иг116,Вир38,Гб4002, Kp5,Kp224,F135,354, A681,Rfl27,W

N31,A632,R

Kpl92,OSL72,Col58, CglO,N

Вир44,ОЬ43, VI58, W64 W23,523,293,Гк

С С с с с с с с с с с с П,Ф с,п с

- + +

С,Ф С,П п,ф Ф С,П П,Ф ф ф ф ф ф ф

Примечание: С-стерильные; П-полуфертильные; Ф-фертильные. "+"-наличие доминантного аллеля; " "-наличие рецессивного аллеля.

Отсюда следует, что при сочетании линий с известным генотипом реально предвидеть характер цветения метелок гибридного потомства. Поэтому определение состава аллелей генов восстановления у линий закрепителей С-типа необходимо для выявления специфического поведения гибридов С-типа ЦМС.

1.2. Анализ аллельных отношений генов восстановления в С-типе

Высокий процент линий восстановителей фертильноСти С-типа предполагает наличие неаллельного взаимодействия генов в популяции кукурузы (4).

При изучении аллельных отношений генов восстановления С-типа ЦМС были созданы гибриды по неполной диаллельной схеме с использованием 17 оригинальных линий восстановителей фертильности: А293, Вир44, Г61161, Г62591, Иг15, Oh43, TVA173, V158, W23, W64, W153R, 092, Гк26, 343, 426, 502, 523 (VIII класс). В последствии гибриды были скрещены со стерильным аналогом -анализатором Г6834С(1 класс). Потомство гибридов (С х Fi) оценивали по цветению метелок.

В случае аллельности всех генов Rf4+ Rfs+ Rf6+ составляющих гибрид Fb потомство анализирующих скрещиваний дает 100 % фертильных растений. Наличие четверти стерильных растений указывает на присутствие неаллельных генов восстановления.

Из 92 гибридных комбинаций в 27 случаях наблюдалось расщепление. Количество стерильных растений соответствовало теоретически ожидаемому соотношению 3:1 для 25 гибридов, кроме стерильных и фертильных было отмечено наличие полу-фертильных растений. При расчете %2 такие растения отнесены к стерильным (табл. 2).

По результатам цветения гибридов (С х Fi) исследуемые линии были разделены на 4 группы. Для продолжения исследований отобрали 8 линий из разных групп .Потомство от анализирующих скрещиваний, состоящих из линий принадлежащих к одной группе было полностью фертильным, а в сочетании с линиями других групп выщешшш стерильные растения.

Таблица

Соотношение фенотипических классов растений при расщеплении по признаку мужской фертильности с анализатором Гб 834С.

Гибрид Б} Фактическое число растений х всего фертильых полуфертильных стерильных

А293хУ158 108 78 3 27 0,

А293х\У23 53 39 9 5 0,

А29.3х\У64 56 44 9 3 0,

А293хВир44 53 38 6 9 0,

Bиp44xW153R 61 46 11 2 0,

Иг15x092 65 51 7 7 0,

Иг15хВир44 134 105 23 6 0,

Игl5xW23 63 48 15 0 0,

ОЬ43хВир44 63 42 7 14 2,

ТУА173хА293 64 52 10 2 1,

ТУА173x502 44 36 12 2 1,

ТУА173х\У153К 44 29 11 4 1,

VI58x092 23 18 5 0 0,

У23хВир44 63 41 19 3 3,

W23xW64 45 35 0 10 0,

W153Rx426 62 43 16 3 1,

092хВир44 45 33 0 12 0,

092хШ153 48 34 8 6 0,

343хГб2591 69 49 6 14 0,

426х\У23 64 45 12 7 0,

502хВир44 60 39 2 19 3,

502х\У23 64 45 12 7 0,

523х№"153И 72 49 11 12 1,

523xW23 95 63 10 20 2,

523хВир44 52 35 6 11 1, х\о5 теоретическое =3,

Примечание: теоретически ожидаемое расщепление 3:

С теми гибридными комбинациями, где наблюдалось по характеру цветения расщепление 3:1 были проведены в дальнейшем скрещивания с анализаторами других классов (табл.3).

Проведенный анализ подтвердил наше предположение о наличии неаллельных генов, т.е. расщепление на фертильные и стерильные растения было близким к теоретически ожидаемому: для гибрида А293хУ158 с анализатором V класса (по гену для ОЬ43хВир44 с анализатором VI класса (по гену Ш5+), а для гибридов ,\У64хВир44 и А293х 523 с анализатором VII класса (по гену Мб+).

Таблица 3.

Расщепление по признаку мужской фертильности в потомствах анализирующих скрещиваний

Класс, генотип Анализатор Гибрид Всего 1 Фертиль-ных Стерильных х

V Oh43xW

- + + Б7Сх\\Ф9 А293хУ158 41 31 10 0,

Гк26хВир44 69 48 21 1,

ОЬ43хВир44 62 52 10 2,

VI ЬС У158хВир44 34 28 6 0, - + 523хВир44 148 102 46 2,

Гк26хВир44 35 24 11 0.

W64xBиp44 38 23 15 3,

У158хВир44 60 41 19 1,

VII \V401C 523хВир44 69 56 13 1. + - Гк26хВир44 94 76 18 1,.

523хА293 55 40 15 0,

СЖ43х^У23 41 32 9 0,

Примечание: х\о5 теоретическое=3, теоретически ожидаемое расщепление 3:1 Гибрид ОЬ43хЧ¥23 выщеплял стерильные растения с анализаторами V и УПклае-сов (по генамЙ4+ и С анализаторами VI и VII класса расщепление 3:1 было у гибридов VI58 х Вир44 и 523 х Вир44 (по генам М5+ и Ш>,+). Гибрид Гк26 х Вир показал достоверное расщепление со всеми тремя анализаторами(по генам Ш4+, Щ5+ и Шб+). В остальных скрещиваниях данные не подтвердили предложенную гипотезу.

Полученные результаты показали, что генетика проявления фертильности и стерильности в С-типе не исчерпывается трехгенной гипотезой, а значительно сложнее. Наряду с основными генами, отдельные генотипы могут иметь дополнительные гены, контролирующие проявление признака фертильноети-стерильности.

1.3. Создание и изучение стерильных аналогов я аналогов закрепителей С-типа

Наличие большого количества линий восстановителей фертильности С-типа облегчает подбор отцовских, но ограничивает выбор материнских форм. Это приводит к необходимости создания аналогов закрепителей стерильности и стерильных аналогов для линий восстановителей. Для этой цели была использована модифицированная методика, которая позволяет сократить вдвое количество опыляемых початков и использовать белозерное потомство для контроля рецессивных генов. В настоящее время такие аналоги по С- типу созданы для следующих линий: Вир44, 01143, Гб 1161, УГ23, У158, 8144, Ос5А, А293, 502, Б72, 101, Гк26, А619, 523, 426, Г62591, \V153R, 796, В84, \У64.

Основная задача при создании аналогов состоит в том, чтобы добиться как можно большего сходства их с оригинальными линиями. Для этого необходим постоянный контроль морфологических признаков, которые подвержены большим фенотипи-ческим изменениям. Из большого количества таких признаков для изучения были выбраны признаки легко поддающиеся измерению и по ним было проведено сравнительное изучение по 18 оригинальным гибридам и их одноименным аналогам (табл.4).

Высота растений гибридов кукурузы наиболее подвержена влиянию внешних условий. В засушливом 1987 году она в среднем составила - 247,9 см., а в наиболее благоприятном 1988 - 268,5 см.

Стерильные аналоги проявили депрессию по высоте растений только в условиях 1987 года. Аналоги закрепители стерильности во все годы изучения оставались на уровне оригинальных форм.

Таблица 4.

Морфологические признаки оригинальных гибридов и значения отклонений их аналогов

Год Тип Вьюота,см Длина,см Ширина Число поизуче- гибри- расте- прикрепле- метел- листа, см чатков на ния да ния ния початка ки листа раст, шт

Ориг. 247,9 94,6 65,2 84,9 10,4 112,

1987 зак С 1,6 3,8 -0,4 ОД

С -3,9 1,6 -2,4 -и -0,2 4,

НСРо,05 2,4 1,6 0,7 0,8 0,1 4,

Ориг. 268,5 107,0 68,7 91,4 11,5 177,

1988 зак С -0,7 -0,2 - 1,0 0 0,1 6,

С 0,8 3,2 -и -0,5 0 5,

НСР0>05 1,9 2,5 0,7 0,6 0,1 5,

Ориг 259,0 110,9 64,7 90,7 10,8 151,

1989 зак С и 0,5 0,3 -0,6 0,1 4,

С 0,1 4.0 0,4 -0,2 од 4,

НСР0.05 2,3 1,9 0,8 1,0 0,2 6,

Высота прикрепления початка может влиять на устойчивость к полеганию растений и поэтому заслуживает особого внимания. Достоверное изменение в сторону повышения высоты прикрепления початка отмечено у аналогов закрепителей стерильности в 1987 году. В более благоприятных условиях 1988 - 1989 гг. превышение по этому признаку отмечено только у стерильных аналогов, у закрепителей стерильности этот признак остался на уровне оригинальных форм.

Длина метелки у созданных нами закрепителей стерильности и стерильных аналогов не отличалась от оригинала. Лишь в 1987 году стерильные аналоги достоверно снизили длину метелки.

Длина и ширина листа у стерильных аналогов уменьшалась в условиях засухи 1987 года. В другие годы существенных изменений не отмечено.

Число початков на 100 растений было достоверно выше у стерильных аналогов и аналогов закрепителей в благоприятном 1988 году, чего и следовало ожидать. В другие годы изучения отмечена тенденция к увеличению количества початков.

Созданные нами гибриды со стерильными аналогами и аналогами закрепителями в благоприятных климатических условиях не отличаются от ориг инальных форм. Гибриды, где в качестве материнских форм используются стерильные аналоги, в неблагоприятных условиях снижают высоту растений, длину метелки, длину и ширину листа.

Для подтверждения возможности использования полученных аналогов в сельскохозяйственном производстве, помимо изучения морфологических признаков необходимы знания изменчивости урожайности гибридов и их аналогов.

Поскольку созданные аналоги использовались в качестве материнских форм, представляет интерес изучение влияния цитоплазм на урожайность. В годы изучения существенное влияние на урожайность гибридов оказало взаимодействие цитоплазмы с генотипами материнской и отцовской формы(б). Наиболее существенным действие цитоплазмы как фактора проявилось в 1987 году. Причем наибольшее снижение урожайности наблюдалось у гибридов со стерильными аналогами линии Вир44. В 1988 году снижение урожайности зерна отмечалось у гибридов, материнской формой которых были аналоги закрепители С-типа ЦМС, имеющие нормальную цитоплазму. Вероятно, введение в генотип рецессивных генов оказало депрессивное влияние на этот признак. Особенно это проявилось у гибридов с аналогами линии Г61161. В условиях 1989 года, в среднем по опыту, урожайность аналогов была на уровне оригинальных гибридов. Однако наблюдалось и специфическое поведение линий и их стерильных аналогов и аналогов закрепителей в гибридах (Рис.1). Гибриды с аналогами линии Вир44 снижали урожайность зерна, а гибриды с аналогами ОЬ43 и VI58 увеличивали ее. Это еще раз доказывает необходимость изучения урожайности не только у каждого вновь созданного аналога, но и при подборе гибридных комбинаций на их основе.

Вир44 01т43 VI58 W23 Г

Материнские линии НзакС Вориг. ЮС

Рис. 1. Величина отклонений урожайности аналогов гибридов С-типа ЦМС от оригинальных в зависимости от генотипа (КНИИСХ, 1989 г)

Полученные данные по урожайности гибридов, в состав которых входили стерильные аналоги и аналоги 'закрепители стерильности С-типа, подтвердили возможность их практического применения в селекции.

1.4. Влияние Е8-цитоилазмы С-типа на морфологические признаки и урожайность гибридов

Для использования ЦМС в семеноводстве кукурузы крайне важна стабильность проявления стерильности у аналогов в различных условиях их выращивания. К сожалению, стерильным формам С-типа некоторых линий присуще явление позднего выхода пыльников с частичным образованием пыльцы, что ухудшает качество гибридных семян. В связи с этим возникла необходимость изучения возможности использования в семеноводстве Ев-аналогов типа С.

Создание стерильных ЕБ- и С- аналогов для десяти линий закрепителей было начато в 1987 году. В большинстве случаев стерильность ББ- и С- аналогов совпадала (табл. 5).

Таблица 5.

Характеристика ЕБ и С аналогов линий по цветению метелок

Линия ТипЦМС ВС1 ВС2 ВС3 ВС

9, Уа35, В55 С С С С с с

ЕБ С С с с с

Кр98 С С с с с с

ЕБ с,п сд сд сд С,Ф

W64 С с,п сд с,п сд сд

Е8 с,п с с с с

Г61235 С п С,Ф с с с

Е8 п п с с с

W155 С П,Ф П,Ф С,П,Ф П,Ф П,Ф

ЕБ п,ф С,Ф С,Ф С,Ф с

N31 С П,Ф С,Ф с С с

Е8 С,Ф П,Ф С,Ф с с

• Примечание: С-стерилыше (баллы 0 и 1); П-полуфертильные (баллы2-4);

Ф-фертильные (баллы 5 и 6) метелки.

Так, ЕБ- и С- аналоги линий \УГ9, \'а35, В55 и не представленные в таблице С103 и А632, были полностью стерильны. У аналогов линий Кр98 и \\'64 отмечены различия в цветении. С-аналог линии Кр98 был полностью стерилен. У ЕБ-аналога во всех поколениях выделялись полуфертилыше растения. Больше всего нас интересовал Е8-аналог линии \¥64, т. к. эта линия широко используется в семеноводстве и в отдельные годы на фоне стерильных дает полуфертильные растения. Е8-аналог линии W64 уже с ВС[ имел стабильную стерильность в отличие от С-аналога. Тогда как оба аналога линии \V155 не имели полной стерильности во всех поколениях. Следовательно, определяющим фактором в проявлении стерильности является генотип линии, в сочетании с которым проявляется эффект ЕБ- и С-цитоплазмы.

Важное значение имеют знания изменений морфологических признаков при использовании различных источников ЦМС С-типа (рис.2).

1994 Годы

Типы цитоплазм нормальная С . Е

Рис. 2. Характеристика оригинальных гибридов и их цитостерильных аналогов по морфологическим признакам а) - высота растений, б) - высота прикрепления початка; в) - длина метелки; г) - число початков на 100 растений

Характеристика изменчивости морфологических признаков 9 оригинальных гибридов и их стерильных аналогов по результатам трехлетних испытаний свидетельствует о том, что гибриды на ЕЯ-цитоплазме существенно не отличаются от С-аналогов. Однако высота растений у ЕЯ-аналогов в 1993 году была ниже по сравнению с С-анадогами и оба обладали более низкими показателями по этому признаку, чем оригиналы. Метелка у ЕБ-гибридов была длиннее, чем у С-гибридов в 1995 году. В неблагоприятном 1993 году высота прикрепления початков у ЕЗ-гибридов была существенно ниже чем у С-аналогов, а в благоприятном 1995 - на уровне оригинальных гибридов. Во все годы изучения у гибридов на ЕЯ-цитоплазме достоверно увеличивалось число початков на 100 растений,чего нельзя сказать о гибридах на С-цитоплазме(см. рис. 2).

Степень влияния ЕЯ-источника на урожайность изучалась по 30 одноименным гибридам на Н-, ЕЯ- и С-цитопЯазмах (9).

Урожайность пятнадцати гибридов, материнские формы которых входят в состав районированных, представлены в среднем по трем отцовским формам, поскольку у них не выявлена специфичность влияния на этот признак (табл.6). Уровень урожайности гибридов значительно варьировал в среднем по годам от 27,3 до 75,1 ц с 1 га. Различия по отдельным гибридам в эти годы достигали 37,6-55,8 ц с 1 га. При этом следует отметить, что отклойения по урожайности ЕЯ- и С-аналргов были не существенны в 1993 и 1994 гг. В 1995 году Ев-аналоги в дали достоверную прибавку к оригиналу. Особого внимания заслуживают гибриды с линиями \У64 и Уа35, у которых отмечено увеличение урожая на 7Д и 6,5 ц с 1 га соответственно. Определенный интерес представляют гибриды с линией N 31, где прибавка урожая зерна ЕЯ-аналога составила 3,5 ц с 1 га. ЕЯ-аналоги не уступают С-аналогам и оригинальным формам, но при этом, особое значение приобретает подбор материнских форм для создания высокоурожайных гибридов кукурузы на основе ЦМС.

Таблица

Урожайность гибридов с нормальной цитоплазмой и отклонения их цитостерильных аналогов, ц / га

Материнские линии 1993 год 1994 год 1995 год гибридов Н С ES ■ Н С ES Н С ES

W64 26.7 -0,3 0,2 48,5 0 -1,3 82.4 -4,2 7,

WF9 27,8 -0,8 -3,5 48,2 4,9 оа 70,4 2,3 1,

Va35 24,0 0 -0,7 50,3 0,5 -1,6 71.6 4,5 6,

В55 23,8 1,7 2,7 43,5 0 -и 79,6 1,5 -5,

N31 34,1 -3,2 -3,2 41,9 -1,6 -0,8 71,7 -1,2 3,

В среднем 27,3 -0,5 -0,9 46,5 0,8 -0,9 75,1 0,6 2,

НСРадз 1,6 1.7 1,

1.5. Продуктивность районированных и перспективных гибридов с ЦМС

При создании аналогов На разных типах ЦМС, в ходе беккроссов ежегодно отбираются наиболее типичные растения, имеющие максимальное сходство с оригиналом. Но для сохранения основных признаков и в т. ч. урожайности необходимо, чтобы не только линии, но и гибриды на стерильной основе не отличались от оригинальных . Изучение влияния цитоплазм на морфологические признаки мы провели на созданных нами одноименных гибридах на H-, Т-, М- и С- цитоплазмах. В контрольном питомнике 1990, 1991гг. мы проводили измерения морфологических признаков шести таких гибридов. На рисунке 3 представлена диаграмма, характеризующая аналоги гибридов с ЦМС по шести признакам.

Н ----Т -------М -----С

Признаки

ВР - высота растения ДЛ - длина листа

ВПП - высота прикрепления початка ШЛ - ширина листа ДМ - длина метелки ЧП - Число початков на 100 растений

Рис. 3. Влияние ЦМС на морфологические признаки гибридов, % (КНИИСХ, 1990,1991 гг) Данные измерения оригинальных гибридов приняты за 100 % и представлены правильным шестиугольником. Гибриды на стерильных цитоплазмах изображены в виде неправильных шестиугольников, у которых значения признаков в разной степени отклоняются от оригинальных гибридов.

Анализ данных выявил, что гибриды Т-, М-, С-типов проявляют депрессию по высоте растений, длине метелки и длине листа. По высоте прикрепления початка и ширине листа не отмечено существенных различий. Все аналоги на стерильной цитоплазме имеют тенденцию к увеличению количества початков на 100 растений, но достоверно это было только для М-типа

Внедрение новых высокопродуктивных гибридов кукурузы невозможно без изучения влияния цитоплазмы на их урожайность. Особенно эффективно такое изучение в различных экологических зонах.

Средняя урожайность деся ти оригинальных гибридов и тридцати их аналогов на Т-, М-, С-типах ЦМС была изучена в 1989 году в четырех, а в 1990 году в трех пунктах (табл. 7).

Таблица 7.

Урожайность районированных и перспективных г ибридов и отклонения их аналогов с ЦМС, ц / га.

Тип 1989 год 1990 год

ЦМС КНИИСХ СКОС Осетия КНИИСХ СКОС Зерно

КП МСИ (полив) К11 (полив) град

Н 76,4 56,0 101,8 97,8 50,8 110,6 63, т -5,1 -4.2 -2,6 -9,7 -2,6 -10,3 -5, м 2,4 0,8 9,7 -0,2 1,7 1,0 2, с -0,1 -0,8 1,4 2,0 -1,6 -1,3 -0,

НСРод, 3,9 3,

Гибриды значительно различались по урожайности в отдельных пунктах испытаний. В 1989 году самая низкая (56 ц/га) урожайность была получена в КНИИСХ в малом сортоиспытании (МСИ), самая высокая (101.8 ц/га) - на Северо-Кубанской опытной станции (СКОС) (Северная зона края). Близкая к ней урожайность получена в Северной Осетии - 97.8 ц/га. Аналоги гибридов М- и С- типа, в среднем, характеризовались одинаковой урожайностью с оригинальными гибридами, но гибриды М-типа на СКОС увеличивали урожайность (9,7 ц/га), а Т-аналоги почти на всех пунктах снижали урожайность.

В 1990 году самая высокая урожайность была на СКОС ( 110.6 ц/га ). В Краснодаре и Зернограде урожайность была значительно ниже.

Анализируя отклонения по типам ЦМС, можно отметить, что гибриды М- и С-типов достоверно не отличались от оригинальных, но гибриды М- типа были несколько более продуктивны( 1,5 ц/га).

Характеристика влияния цитоплазмы на урожайность в среднем по всем генотипам недостаточна для полного понимания реакции каждого гибрида при переводе его на ЦМС. С этой целью были изучены районированные и перспективные гибриды на М- и С- типах ЦМС в течение двух лет в двух пунктах (табл. 8).

Таблица

Урожайность гибридов с нормальной цитоплазмой и значения отклонений у аналогов с ЦМС, ц/га

Годы Гибрид КНИИСХ СКОС изучения Н М С Н М С

Росс 144 37,0 2,4 1,5 45,7 1,0 -3,.6*

1990- Росе 331 47.1 2.1 -0.1 81,1 -3,4 -3,5*

1991 Краснодарский 427 48,6 5,8* 3.4 83.6 4,6* -3.

Краснодарский 421 54.1 -2Д -1,0 90,2 1,8 -0,

Краснодарский 200 38,3 1,9 3,9* 61,9 -2.7 -2,

1992- Росс 209 51,1 0.9 1,3 56,4 3,4 3.

1993 Краснодарский 382 54,8 0,2 -1,7 66,7 -0,5 -1.

Кавказ 484 49,9 0,5 4,5* 68.2 0.1 -0,

1994- Краснодарский 374 49.8 -0.8 -3,0 69,6 3,0 -0,

1995 Кавказ 412 52,.5 -4,5* 1,4 73.8 -4,1* 2, достоверно при уровне значимости 0,05 У большинства гибридов на стерильной цитоплазме урожайность не отличалась от оригинальных форм, но в некоторых случаях наблюдались огклонения, как положительные, так и отрицательные, Гибрид Краснодарский 427 на М-типе дал существенную прибавку в обоих пунктах. Гибриды Росс144 и Росс331 на С-типе показали снижение урожайности на СКОС. Краснодарский 200 и Кавказ 484 на С-типе в КНИИСХ превысили урожайность оригинальных гибридов (7), Кавказ 412 на М-типе снизил урожайность в обоих пунктах.

Расширенное испытание аналогов гибридов на различных цитоплазмах позволяет выбрать для каждой гибридной комбинации оптимальный вариант типа ЦМС, что способствует успешному созданию и внедрению новых высокопродуктивных гибридов в производство. Из 33 гибридов, переданных в Госкомиссию по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, 14 были районированы в различных регионах Российской Федерации (12). Следует отметить, что 8 из них районированы на М-типе, а 6-на С-типе ЦМС. Использование одного типа не желательно, т. к. любая унификация может привести к опасности потерь урожая зерна от специфических болезней. Таким образом,наши исследования помогают в решении важной проблемы - насыщении Российского рынка высокоурожайными гибридами с простым и надежным семеноводством.

ВЫВОДЫ

1. В результате научных исследований, проведенных в настоящей работе, получены стерильные аналоги и аналоги восстановители для 33 гибридов, переданных в ГСИ, 14 из которых внесены в Государственный реестр селекционных достижений, из них 8 на М-типе, 6-на С-типе ЦМС.

2. Идентификацированы самоопыленные линии в отношении генов восстановления фертильности, что позволило направлено использовать их в качестве материнских или отцовских форм гибридов, наметить схемы скрещиваний для создания необходимых аналогов.

3. Установлено, что закрепители С-типа имеют различный состав аллелей генов восстановления фертильности. Их состав влияет на характеристику специфического поведения гибридов С-типа ЦМС. Подбор линий с известными генотипами позволяет создавать гибриды с заданным характером цветения метелок.

4. Гибриды со стерильными аналогами и аналогами-закрепителями С-типа в благоприятных климатических условиях не отличаются по морфологическим признакам от оригинальных форм. Однако в условиях засухи гибриды на стерильной цитоплазме могут снижать высоту растения, длину метелки, длину и ширину листа.

5. Гибриды со стерильными аналогами и аналогами-закрепителями С-типа не уступают по урожайности оригинальным формам, поэтому использование их в практической селекции при создании гибридов кукурузы имеет перспективы.

6. Генетика проявления фертильности и стерильности в С-типе не исчерпывается трехгенной гипотезой, а значительно сложнее. Наряду с основными генами, отдельные генотипы могут иметь дополнительные гены, вероятно, дупликатного действия.

7. Определяющим фактором в проявлении стерильности является генотип линии в сочетании с Ев- и О цитоплазмами.

8. Е8- аналоги не уступают по урожайности С-аналогам и оригинальным гибридам. При этом особое значение приобретает подбор материнских форм для создания высокоурожайных гибридов кукурузы на основе ЦМС

9. Гибриды Г-, М-, С- типов проявляют депрессию по высоте растений, длине метелки и длине листа. Гибриды М- типа увеличивают число початков на 100 растений.

10 Изучение и использование аналогов гибридов на различных цитоплазмах позволяет для каждой гибридной комбинации выбрать оптимальный тип ЦМС, и создать новые высокопродуктивные конкурентоспособные гибриды кукурузы.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ И ПРОИЗВОДСТВА

1. Во всех регионах возделывания кукурузы целесообразно шире использовать в производстве гибриды селекции КНИИСХ, семеноводство которых ведется на основе ЦМС, что способствует сохранению ценных хозяйственных качеств и высокой урожайности при существенном сокращении затрат труда и денежных средств.

2. При переводе гибридов кукурузы на стерильную основу рекомендуется использовать в селекционных программах полученные нами данные относительно реакции линий на Т-, М- и С-цитоплазму.

3. При переводе гибрида на С-тип ЦМС необходимо учитывать генотип материнских линий закрепителей. Создавать стерильные аналоги и аналоги закрепители для линий восстановителей рекомендуется по модифицированной методике.

4. Для увеличения генетического разнообразия и повышения стабильности закрепления стерильности в семеноводстве кукурузы рекомендовать использование Е8-источника С- типа.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАШП.ГХ РАБОТ

1. Вахрушева Э.И., Франковская М.Т., Папазов Д.Ю., Евус В.А., Чужинова В.И., Ог-няник Л.Г. Продуктивность аналогов гибридов кукурузы с цитоплазматической мужской стерильностью//Селекция кукурузы. Сб. науч. тр. - Краснодар, 1984. - С. 3347.

2. Вахрушева Э.И., Франковская М.Т., Папазов Д.Ю., Огняник Л.Г. Результаты изучения С-типа ЦМС у кукурузы при селекции и семеноводстве гибридов // Интезифика-ция и повышаванане на качествота на селекцията и технологията на царевицата. - София, 1985.-С. 279-288.

3. Вахрушева Э.И., Папазов Д.Ю., Франковская М.Т., Огняник Л.Г, Что сохранит качество гибрида? // Сельские зори -1987. -N8 -С. 24-25.

4. Огняник Л.Г., Франковская М.Т. Наследование восстановления фертильности в С-типе ЦМС у кукурузы и новые методы создания и изучения аналогов // Тез. пятой Всесоюз. науч. - техн. конф. молодых ученых и специалистов по пробл. кукурузы. -Днепропетровск, 1987. -С. 34-35.

5. Вахрушева Э.И., Папазов Д.Ю., Франковская М.Т., Огняник Л.Г. Продуктивность и некоторые морфологические признаки гибридов кукурузы и их ЦМС аналогов // Селекция и генетика кукурузы : Сб. науч. тр. КНИИСХ -1987. - С. 5-13.

6. Огняник Л.Г., Франковская М.Т., Папазов Д. Ю. Изучение урожайности аналогов гибридов кукурузы с ЦМС С-типа. // Селекция и семеноводство раннеспелых гибридов кукурузы: Докл. науч. -метод, совещ. по пробл. - Кишинев "Штиинца", 1991. - С. 204-209.

7. Франковская М.Т. ,Папазов Д.Ю. ,Огняник Л.Г. Влияние разных типов ЦМС на продуктивность гибридов // Кукуруза и сорго. - 1995. - N3. С. 4-5.

8. Франковская М.Т.,Огняник Л.Г. Реакция самоопыленных линий кукурузы на Т-, Ми С-типы ЦМС // Селекция и семеноводство. -1995.-N2. С. 22-23.

9. Франковская М.Т., Огняник Л.Г. Куц H.H. Сравнительное селекционное изучение ES- и С источников ЦМС у кукурузы // Кукуруза и сорго. - 1997. - N5. С. 11-13.

10. Франковская М.Т., Огняник Л.Г. ЦМС в селекции и семеноводстве гибридов кукурузы Краснодарского НИИСХ. // Бюл.№3 (5) Инст. зерн. госп. к 100-летию со дня рождения академика Б. П. Соколова-Днепропетровск,1997. - С. 45 - 48.

11. Франковская М.Т., Огняник Л.Г. Идентификация линий кукурузы по генам восстановления фертильности С-типа ЦМС // Доклады РАСХНИЛ. - 1998. - N1. С.8-10.

12. Огняник Л.Г. и др. Характеристика сортов ячменя, гороха, конопли, кормовых трав и гибридов кукурузы, созданных в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко. - Краснодар, 1997. - С. 18-58.

13. Гибрид кукурузы Росс144СВ А. N6015 от 12.02.

14. Гибрид кукурузы Кавказ 484МВ А. N6012 от 12.02.

15. Гибрид кукурузы Росс 151МВ А. N6196 от 12.01.1994.

16. Гибрид кукурузы Краснодарский 200СВ А. N6192 от 12.01.1994.

17. Гибрид кукурузы Росс 306МВ А. N6198 от 12.01.1994.

18. Гибрид кукурузы Краснодарский 421СВ А. N6193 от 12.01.1994.

19. Гибрид кукурузы Краснодарский 374АМВ А. N6405 от 11.04.1994.

20. Гибрид кукурузы Краснодарский 531АСВ А. N6406 от 11.04.1994.

21. Гибрид кукурузы Росс197АМВ А. N6634 от 5.05.1995.

22. Гибрид кукурузы Краснодарский 627АСВ А. N6630 от 5.50.1995.

23. Гибрид кукурузы Краснодарский 419АСВ А. N7278 от 6.02.1996.

24. Гибрид кукурузы Краснодарский 305АСВ А. N7279 от 6.02.1996.

25. Гибрид кукурузы Росс. 191МВ А. N27809 от 17.02.1997.

26. Гибрид кукурузы Росс.ЗбОАМВ А. N27812 от 17.02.1997.