Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Современные методы селекции озимой горчицы и гибридного подсолнечника (генетика, исходный материал, методы)
ВАК РФ 03.00.15, Генетика
Автореферат диссертации по теме "Современные методы селекции озимой горчицы и гибридного подсолнечника (генетика, исходный материал, методы)"
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР им. B.C. ПУСТОВОЙТА
На правах рукописи
Бочкарёв Николай Иванович
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЕЛЕКЦИИ ОЗИМОЙ ГОРЧИЦЫ И ГИБРИДНОГО ПОДСОЛНЕЧНИКА
(генетика, исходный материал, методы)
Специальность: 03.00.15 - генетика, 06.01.05 - селекция и семеноводство
Диссертация
в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук
Краснодар 1995 г.
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
A. Ф. Мережко;
доктор сельскохозяйственных наук, профессо] 3. В. Абрамова;
доктор биологических наук, профессор
B. И. Пыженков.
Ведущая организация : Кубанский Государственный аграрный университет
Защита состоится "22" декабря 1995 г. в 14 чосов на заседании диссерт ционного совета Д 020.18.02 во Всероссийском научно-исследовательскс институте растениеводства им. Н. И. Вавилова по адресу : 190000, г. Санк Петербург, ул. Большая Морская, 44.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийско научно-исследовательского института им. Н. И. Вавилова.
Диссертация в виде научного доклада разослана "_" _1995
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук,
профессор Э. А. Гончарова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Объемы производства растительного масла в Рос-ийской Федерации не позволяют удовлетворить научно-обоснованные нормы :го потребления - 13,2 кг надушу населения. В последние годы реальное потреб-гение масла, с учетом его завоза из-за рубежа, не превышало 9,5 кг на человека. 5 этой связи особое значение приобретают исследования, направленные на погас путей повышения урожайности основных масличных культур нашей стра-ш, - подсолнечника и горчицы сарептской. Горчица сарептская дает незаменимый для медицинской и пищевой промышленности горчичный порошок и растительное масло. Подсолнечник относится к основным источникам получения мстительного масла в стране, его доля составляет 74-80%. Белок семян подсол-|ечника - высококачественный пищевой продукт, а шрот - ценный корм для жи-ютных.
Расширению производства горчицы сарептской препятствует ее низкая /рожайность, составившая за последние пять лет 0,39-0,84 т/га.
Одним из резервов повышения продуктивности этой ценной культуры бу-хет разработка методов ресинтеза ее озимых аналогов с последующим размеще-1ием их посевов в зонах выращивания озимого рапса.
Как показывает мировой опыт, повышение урожайности подсолнчника иожно достигнуть переходом на возделывание гибридов. Выращивание гибридов показало ряд их неоспоримых преимуществ в сравнении с сортами, более шсокую урожайность, низкие потери при уборке, равномерность созревания, гго обеспечивает получение качественного масличного сырья. В гибридах более тросто контролируются в процессе селекции и семеноводства устойчивость к эолезням и хозяйственно полезные признаки семян и масла.
Однако имеющийся исходный материал для селекции горчицы сарептской и подсолнечника, а также известные методы селекции не позволяют решить проблемы резкого увеличения продуктивности этих культур. В этой связи изыскание генетических подходов в создании принципиально нового исходного материала - нового типа растений озимой горчицы сарептской - решение комплекса практических вопросов по развитию нового направления селекции гибридов подсолнечника с использованием ЦМС обеспечат предпосылки для про-
грессивного увеличения продуктивности основных масличных культур и будут способствовать ликвидации дефицита растительного масла в стране, а также увеличению производства пищевого и кормового белка.
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы - решить теоретические и практические вопросы создания нового' типа озимой горчицы сарепт-ской, организации в стране селекции и семеноводства гибридов подсолнечника на основе ЦМС.
В задачу исследований входило:
1. Изыскать пути создания нового исходного материала методом ресинтеза озимой горчицы, для этого:
- изучить исходный материал для ресинтеза , причины нескрещиваемости видов;
- разработать приемы преодоления нескрещиваемости озимой сурепицы и горчицы черной;
- осуществить ресинтез озимой горчицы сарептской, изучить полученные гибриды и на их основе создать сорт этой новой масличной культуры.
2. Выполнить разработку комплекса вопросов организации селекции и семеноводства гибридов подсолнечника с использованием ЦМСр, для этого:
- оценить в коллекции дикорастущих видов частоту особей несущих гены восстановления фертильности, устойчивости к болезням;
- разработать методы улучшения генотипов линий по отдельным хозяйственно полезным признакам;
- разработать методы селекции линий-восстановителей фертильности;
- создать признаковую коллекцию подсолнечника - донора хозяйственно полезных и других признаков растений;
- оптимизировать элементы технологии селекции линий и гибридов подсолнечника;
- разработать методику и технологию семеноводства гибридов подсолнечника на стерильной цитоплазме.
Научная новизна и теоретическая значимость.
- Впервые методом ресинтеза создан принципиально новый исходный материал для селекции неизвестной в природе культуры - озимой горчицы сарептской /1, 4, 5, 8, 9, 10, И/.
- Установлены причины нескрещиваемости элементарных видов горчицы сарептской 15, 6/, разработаны эффективные приемы их преодоления /2, 3, 5, 71, выделены перспективные селекционные образцы для ресинтеза 191.
- Впервые в стране организована полномасштабная селекционная программа по селекции гибридов подсолнечника на основе ЦМСр, созданы первые отечественные коммерческие гибриды /18, 25, 38, 39, 41, 42/.
- Разработаны принципы создания исходного материала для селекции линий-восстановителей фертильности с использованием дикорастущих видов подсолнечника /28, 29/.
- Создана признаковая коллекция подсолнечника, выделены маркерные признаки для идентификации и паспортизации линий и гибридов /30, 35/.
- Разработаны эффективные методы улучшения генотипов линий подсолнечника по хозяйственно полезным признакам /12, 14, 15, 20, 21, 24, 37, 40/.
- Установлено, что экспрессивность генов устойчивости подсолнечника к заразихе и панцирности модифицируется генетической средой /33, 46/.
На защиту выносятся следующие положения и разработки:
1. Ресинтез озимой горчицы сарептской (Brassica juncea Czern., 2п-36) из элементарных видов сурепицы озимой (Brassica campestris L., 2n-20, 4n-40) и горчицы черной (Brassica nigra Koch 2n-16; 4n-32) является высоко эффективным методом создания принципиально нового исходного материала дня ее селекции на зимостойкость, качество масла, содержание аллилгорчичного масла и другие селекционно ценные признаки.
2. Межвидовая гибридизация образцов дикорастущих видов подсолнечника, отобранных по устойчивости к болезням и линий культурного, обладающих комплексом хозяйственно полезных признаков, обеспечивает создание генетически разнородного исходного материала для селекции линий-восстановителей фертильности пыльцы ЦМСр.
3. В целях направленного изменения генотипов линий по хозяйственно ценньш признакам разработаны схемы скрещиваний для создания изогенных линий пс рецессивным признакам семян, генам восстановления фертильности.
4. Разработаны новые элементы технологии селекции линий подсолнечник« (способы самоопыления, опыления стерильных растений, определения лузжи стости, создания стерильных аналогов), их маркирования и паспортизации н; основе использования морфологических признаков; окраски органов и част растения, изоферментов.
Практическая значимость работы.
- Созданы и включены в Государственный реестр селекционных достижение Российской Федерации первый в мировой селекционной практике сорт новей масличной культуры - горчицы озимой Суздальская, межлинейные гибридь подсолнечника : Почин, Авант, Полевик, Краснодарский 885, среди которы> Почин - перый отечественный гибрид на основе ЦМС и Краснодарский 885 первый высокоолеиновый гибрид, аналогичный по содержанию олеиновой ки слоты сорту Первенец. Площади внедрения гибридов за 1983-1994 гг. составил» 980 тыс. га.
- Разработана технология гибридного семеноводства подсолнечника, котора? применяется в России, Украине, Молдавии. Предложенный нами способ идеи тификации материнской и отцовской форм гибридов на участках гибридизацш внедрен также в Болгарии, Югославии и Венгрии.
- В результате совершенствования методов селекции подсолнечника на гетеро зис разработаны методы ускоренного определения лузжистости семян, создана стерильных аналогов линий по рецессивному признаку семени, методы селек ции линий - восстановителей фертильности пыльцы, установлены оптимальньк условия опыления стерильных и самоопыления фертильных растений подсол нечника, выделены маркерные признаки для идентификации линий и гибридоЕ подсолнечника. Предложены высокоточные методы оценки генетической чисто ты партий семян линий и гибридов подсолнечника на основе определения изо ферментов.
Апробация работы и публикация результатов исследований. Результаты ис следований докладывались на Международных конгрессах (1978 г.- США
1980 r.-Испания), пяти Координационных советах (Москва, Бельцы, Одесса, Краснодар), трех семинарах ВДНХ (Москва), ежегодных отчётно - плановых сессиях ученого совета ВНИИМК.
По материалам диссертации опубликовано 74 научных работы общим объемом 44,6 печатных листа, в том числе: 7 авторских свидетельств, книга "Биология, селекция и возделывание подсолнечника" (1991 г.), 7 методических указаний по селекции и семеноводству подсолнечника (1980, 1983, 1989, !990 гг.).
Некоторые результаты работы экспонировались на ВДНХ СССР и были удостоины бронзовой медали (1985 г.).
Структура работы. Диссертация изложена в форме научного доклада и состоит из 4 разделов, включая 16 таблиц, 4 рисунка, основне выводы и предложе-ня производству, списк основных опубликованных работ по материалам диссертации.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ, ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проведены в 1968-1992 гг. во ВНИИМК (г. Краснодар) в условиях континентального климата (Л.Я. Апостолов, 1931), на выщелоченных слабогу-мусных сверхмощных черноземах (А.И.Симакин, 1983).
В качестве исходного материала для ресинтеза вида горчицы сарептской (Brassica juncea Czern., 2п-36) использованы диплоидные и тетраплоидные коллекционные образцы горчицы черной (Brassica nigra Koch., 2n-16;4n-32) и сурепицы озимой (Brassica campestris L., 2n-20; 4n-40).
Контролем служил лучший номер озимой горчицы № 7823, полученный на основе горчично-рапсовых гибридов (В.И. Шпота,1968). В исходный материал для разработки методов селекции подсолнечника (Helianthus annuus L.) на гетерозис включены самоопыленные линии А и В формы, восстановители фер-тильности, сорта и гибриды селекции института, других учреждений бывшего СССР и зарубежных стран, образцы коллекции ВИР, а также дикорастущие виды подсолнечника : Н. annuus L., Н. petiolaris Nutt, Н. debilis Nutt, Н.praecox Engelm and Gray, H. bolandery Gray, H. neglecthus Heiser. Работа проводилась в
условиях поля, теплицы, камер искусственного климата по схемам и методикам, принятым во ВНИИМК для масличных крестоцветных и подсолнечника (Г.С Воскресенская, В.И.Шпота, 1967; В.С.Пустовойт, 1967).
Биохимические анализы выполнялись : масличность семян - методами "сухого остатка" (С.В.Рушковский, 1957) и ЯМР (П.С.Попов, Е.Х.Аспиотис, 1973), жирно-кислотный состав масла - методом газожидкостной хроматографии (Л.Н.Харченко, 1968). Статобработка опытных данных выполнена дисперсионным методом (В. Г. Вольф, 1966; Б. А. Доспехов, 1970).
2. РЕСИНТЕЗ ОЗИМОЙ ГОРЧИЦЫ САРЕПТСКОЙ
• Горчица сарептская возделывается в России преимущественно в засушливых районах Поволжья и имеет очень низкие урожаи семян. Создание озимых •диалогов горчицы сарептской и размещение ее посевов в южных районах страны обеспечит резкое увеличение продуктивности культуры. 2.1 Обоснование подходов к созданию озимой формы горчицы сарептской.
Согласно гипотезе Моринага, и предложенной y(N.U., 1935) филогении культурных видов Brassica, горчица сарептская является амфидиплоидным видом (2п-36), произошедшим от скрещивания элементарных видов сурепицы (2п-20) и горчицы черной (2п-)6). Это было подтверждено последующим ресинте-зом яровой горчицы сарептской (K.J. Frandsen, 1943; U. Mizushima, 1949; G.OIsson, 1960; Г.С Воскресенская 1961). Сурепица и горчица черная скрещиваются в обычных условиях с большим трудом. По этой причине Е.Н.Синская (1927) отнесла их к группе нескрещивающихся видов. Озимые формы известны только у сурепицы. Синтез озимой горчицы сарептской можно было ожидать от скрещивания сурепицы озимой и горчицы черной. Однако она была впервые получена в 1955-1960 гг. на основе горчично-рапсовых гибридов (В.И.Шпота , 1968).
Озимая горчица, полученная скрещиванием двух амфидиплоидных видов, имеющих один общий геном АА, характеризуется низкой зимостойкостью в сравнении с озимым рапсом, продолжительным вегетационным периодом, низкой масличностью семян. В этой связи нами была поставлена задача ресинтеза озимой горчицы из ее элементарных видов с целью создания принципиально нового исходного материала, лишенного перечисленных выше недостатков.
Первые попытки синтеза озимой горчицы были предприняты Олсоном (О.О^оп, 1960) и В.И.Шпотой (1960). Несмотря на большие объемы скрещиваний, авторам удалось получить лишь несколько гибридных семян, коюрые ла-ли, однако, растения полуозимого типа. Очевидно, что для получения побои масличной культуры - озимой горчицы сарептскои - методом ресинтеза необходимо было изучить причины нескрещиваемости элементарных видов, разработать надежные приемы ее преодоления, выделить лучшие селекционные обр;п-цы сурепицы озимой и горчицы черной с высоким уровнем хозяйственно полезных признаков.
Селекционные образцы сурепицы озимой и горчицы черной для целей ре-синтеза отбирали среди диплоидных и тетраплоидных форм этих видов / 4,')'. Ресинтез на тетраплоидном уровне более привлекателен возможностью получения уже в первом поколении амфидиплоидных растений горчицы сареп гской.
Выделенные нами селекционные образцы диплоидной и геграплоилной озимой сурепицы характеризовались достаточно высокой зимостойкостью, даже в суровые зимы. Так, например, зимой 1970-1971 года температура во «духа в течение января колебалась от +21 до -27 °С, при минимальной температуре на поверхности почвы до -24С: Однако лучшие диплоидные селекционные образцы перезимовали на 95,5-96,7''с, а тетраплоидные - до 99,2"'".
Для целей ресинтеза были выделены три диплоидных селекционных образца - К-4516, К-4509, К-4514, превосходящие по урожайности контрольный сорг на 13-25%, равные с ним по масличности, но имеющие более крупные семена. Из теграплоидного исходного материала в результате отборов выделены образцы желтосемянной сурепицы 10104. 10103, 10131. 10124 и сизосемянной -10072, 10070, 10089, 10078. Горчица черная - второй элементарный вид горчицы сарентской, в сравнении с сурепицей имеет более низкую масличность семян (29-33%), мелкие семена (масса 1000 штук 1,8-2,5 г.). Для целей ресинтеза выделены диплоидные коллекционные образцы К-5394 и К-4165, а также селекционные гетраплоидные номера : 7094 и 7084, превышающие исходные формы по урожаю семян на 22-31%.
2.2. Причины нескрещиваемости элементарных видов и приемы ее преодоления.
Выбор приемов преодоления нескрещиваемости видов определяется локализацией барьеров нескрещиваемости и характером проявления реакции их несовместимости. С этой целью нами проведено изучение первого этапа процесса оплодотворения - прорастания пыльцы, которое показало, что рост пыльцевых трубок при межвидовых скрещиваниях проходит очень медленно и через 2-3 часа после опыления полностью прекращается (табл. I).
Таблица 1
Динамика роста пыльцевых трубок при скрещивании сурепицы озимой
и горчицы черной
г. Краснодар, ВНИИМК, 1971 г.
Время от опыления до фиксации, мин Длина пыльцевых трубок, мк
Сурепица х горчица Горчица х сурепица
2ri 4п 2п 4п
45 2,9+0,1 4,9+0,2 10,6+0,5 6,9±0,3
60 7,5+0,4 8,2+0,4 ■ 12,0+0,6 16,6+0,9
90 10,7+0,6 12,0+0,7 14,0+0,8 18,2±1,0
120 12,0+0,7 17,7+1,0 16,0+0,9 21,6±1,3
180 15,1+0,9 17,4+1,1 15,2±0,9 23,4+1,4
В то время как при внутривидовых скрещиваниях через 3 часа после опыления пыльцевые трубки диплоидной сурепицы озимой проникали на глубину 686 мк, тетраплоидной - на 583 мк, диплоидной горчицы черной - на 1916 мк, тетрапло-идной - на 818 мк.
Прорастание пыльцы при межвидовых скрещиваниях сопровождается появлением большого количества аномалий (табл. 2). Обращают на себя внимание спиралевидные, извитые пыльцевые трубки. Они не обнаруживаются при внутривидовых скрещиваниях тетраплоидных форм сурепицы и горчицы, Но отмечены в незначительном количестве (1,4%) у обоих диплоидных форм. При межвидовых скрещиваниях эти аномалии роста пыльцевых трубок относятся к основным.Они составляют 40,9-82,4% на диплоидном уровне скрещиваний и 25,2-46,4% - на тетраплоидном. Наблюдались случаи, когда спиралевидные пыльцевые трубки меняли направление роста на 180°, т.е. продолжали свой рост в противоположную-сторону от рыльца пестика. Это проявление типичной от-
рицательной реакции хемотаксиса. Аномалии больше появляются при скрещивании видов на диплоидном уровне. Следует обратить внимание на то, что
Таблица 2
Количество аномально проросшей пыльцы (%) при скрещиваниях
сурепицы озимой и горчицы черной
г. Краснодар, ВНИИМК, 1970-1971 гг.
Типы Плоид- Врем я от опыления до фиксации, мин
прорас- ность 60 120 180 60 120 180
ния ч видов >
пыльцы сурепица х горчица горчица х сурепица
Ирма 2п 61,6 9,4 5,5 " 28,4 5,4 3,7
4п 46,2 31,8 15.4 34,8 19,2 17,2
Вдутые 2п 12,8 26,6 25,4. 20,0 10,8 6,5
п колпа- 4н 35,7 • 34,8 44,5 30,4 29,8 29,3
чковыс
С1 фале 2 п 20.5 31,2 40,9 50,5 78,1 82,4
видные, 4п 12,7 19,0 25,2 26,6 39,3 46,4
твигые
11ли- 2 п 5,1 32,8 . 28,2 1,1 5,4 7,4
сифон- 4п 6.3 14,4 14,9 8,2 11,7 7,1
ные
пыльцевые трубки без видимых аномалий также не прорастают в рыльце пестика, а останавливают свой рост на первых этапах прорастания пыльцы /5,6/.Та-ким образом, при скрещивании сурепицы озимой и горчицы черной реакция несовместимости видов проявляется при прорастании пыльцы на рыльце пестика. Установлено, что прорастание пыльцы происходит, но рост пыльцевых трубок идет медленно, а через 2-3 часа после опыления полностью прекращается. Пыльцевые трубки не проникают в ткани пестика. Количество аномально растущих пыльцевых трубок в межвидовых комбинациях скрещивания достигает 94,5 - 96,3% на диплоидном и 82,3-84,4% на тетраплоидном уровнях элементарных видов. Из этого следует, что для ресинтеза горчицы сарептской необходимо подобрать эффективные приемы преодоления барьеров несовместимости видов, проявляющихся при прорастании пыльцы на рыльцах пестиков /2, 3, 5/.
С этой целью были оценены : сроки и кратность опыления, физиологически активные вещества, опыление смесью пыльцы, опыление хранившейся "старой" пыльцой, опыление "старого" пестика, удаление рыльца пестика, поли-
плоидия, хемомутагены, вегетативное сближение, ионизирующие излучения. Всего изучено 68 различных приемов вариантов преодоления нескрещиваемости.
Для применения приема вегетативного сближения были оценены различные способы прививок. Установлено, что наиболее высокая срастаемость привоя с подвоем достигается, когда привой находится в фазе семядольных листьев или 1-2 настоящих листьев, подвой должен быть в фазе 8-9 настоящих листьев. Лучшими материалами для обвязки прививки являются тканевая изоляционная лента, шерстяные нитки. В качестве обязательного условия для нормального срастания необходимо создание влажной камеры привою, что обеспечивается его закрыванием пробиркой /7/.
Проведенные опыты показали значительное влияние подвоя на правой. Установлено, что сурепица озимая без прохождения яровизации под влиянием подвоя (яровой формы горчицы черной) приступала к цветению и плодоношению.
Воздействие подвоя на привой дополнительно усиливали закрыванием
Таблица 3
Влияние вегетативного сближения на скрещиваемость сурепицы озимой и горчицы черной
г. Краснодар, ВНИИМК, теплица
Комбинация скрещивания 1969 г. 1970 г.
опылено цветков, шт. получено гибридных семян, шт. опылено цветков, шт. получено гибридных семян, шг.
Диплоиды
сурепица (К-3025)' горчица (К-2749) • 333 24 - —
сурепица (К-3025) х горчица(К-2749) 228 0 - -
Тетраплоиды
сурепица (К-3342) -Л х горчица (К-3339) горчица (К-3339) г у ; 1281 10 1781 0
сурепица (К-3342) т.к." ,Т/, горчица (К-3339) х гоРчица (К"3339) 1188 75 474 53
сурепица (К-3342) х горчица(К-3339) 404 0 156 0
* В числителе - привой, в знаменателе - подвой ** т.к. - темная камера
тривоя светонепроницаемой камерой до наступления у него фазы бутонизации [Б.С. Мошков, Г.А. Макарова, 1969). Привои в темных камерах были этиолированы, однако после снятия камер они постепенно восстанавливали зеленый цвет тистьев и стебля.
Результаты скрещиваний (табл. 3) показывают, что вегетативное сближение с временным закрыванием привоев светонепроницаемыми камерами являег-:я надежным приемом преодоления нескрещиваемости в комбинации : сурепица эзимая х горчица черная. В обратной комбинации прививок и скрещивания не удалось получить гибридные семена.
Второй прием преодоления нескрещиваемости, давший положительный результат, это гамма-облучение пыльцы (табл. 4). Облучение пыльцы - прием достаточно простой в исполнении, он может быть рекомендован для преодоления нескрещиваемости сурепицы озимой и горчицы черной.
Таблица 4
Влияние гамма - облучения на скрещиваемость тетраплоидных'форм сурепицы озимой и горчицы черной
г. Краснодар, ВНИИМК
Комбинация скрещивания Год Доза облучения, р Опылено цветков, шт." Завязалось гибридных семян, шт.
Сурепица (К-3832) х горчица (К-3339) 1969 800 100 11
Горчица (К-3339) х сурепица (К-3832) 1969 400 100 2
Сурепица (К-3832) х горчица (К-3339) 1970 800 95 1
Горчица (К-3339) х сурепица (К-3832) 1970 600 155 2
Таким образом, результаты оценки приемов преодоления нескрещиваемости показывают, что элементарные виды горчицы сарептской проявляют ярко выраженную реакцию несовместимости, особенно в комбинациях скрещивания, когда горчица черная берется за материнский компонент. Преодолеть барьеры нескрещиваемости позволяют приемы, оказывающие значительное воздействие на растения - вегетативное сближение с применением темных камер и облучение пыльцы гамма-лучами.
2.3. Биологические и хозяйственно полезные призныки ресинтезированной озимой горчицы сарептской.
Данные цитологических исследований подтвердили факт ресингеза горчицы сарептской. В соматических клетках гибридов, полученных на диплоидном уровне содержалось по 18 хромосом. Были обнаружены и аяеуплоиды с 26 хромосомами. По-видимому, последний гибрид содержал два генома горчицы черной (ВВ) и один геном сурепицы (А). В соматических клетках гибридов, полученных на тетраплоидном уровне, содержалось по 36 хромосом.
Гибриды первого поколения, полученные от скрещивания диплоидных видов, являются амфигаплоидами. Они проявляют высокую стерильность по пыльце и семяпочкам. Тем не менее, завязывание семян у них может происходить без перевода гибридов на амфидиплоидный уровень. Количество семяпочек в завязи'наследуется промежуточно. Из-за высокой стерильности амфигап-лоидов урожай семян в среднем с одного растения составил всего 0,1 г при массе 1000 семян 1,4г, т.е. амфигаллоидные гибриды уступают по крупности семян даже мелкосемянному родителю - горчице черной (1,9 г). Цвет семян сизый, характерный для сизосемянной сурепицы. Амфигаплоидные гибриды наследуют озимый тип развития. Вегетационный период у них более продолжительный, чем у сурепицы озимой.
Первое поколение амфияиплоидных гибридов, полученных на тетраплоидном уровне, было представлено 36 растениями. Из них 34 растения от комбинации : сурепица озимая х горчица черная и 2 растения - от Обратного скрещивания.
По морфологическим признакам : форме листьев, размеру и форме бутонов, лепестков, стручков гибриды имели преимущественно тип горчицы сарептской. Однако отмечены и значительные отклонения в сторону родительских форм.
Е гибридах доминирует озимый тип развития. При перезимовке озимой сурепицы на 96,8-100,0%, гибриды перезимовали на уровне 85,7-100,0%. Гибриды имели более продолжительный (на 23 дня) вегетационный период в сравнении с сурепицей озимой. Однако в сравнении с горчицей озимой, созданной на основе горчично-рапсовых гибридов, они созревали на 15 дней раньше.
Несмотря на восстановление нормального для горчицы сарептской набора хромосом, амфидиплоидные гибриды имели достаточно низкую фертиль-ность пыльцы. Так, 55,6% растений были полностью стерильны и только 13,9% растений имели фертильность пыльцы выше 60,0%. Гибриды отличались значительным варьированием размеров пыльцы от 27,2 мк до 46,3 мк. Завязывае-мость семян гибридов первого поколения не превышала 38,9%. Отмечено значительное варьирование числа семяпочек (от 13,5 до 19,2 шт.) в завязях цветков. В среднем ресинтезированная горчица характеризовалась промежуточным наследованием данного признака.
Все гибриды первого поколения были полустерильными и существенно уступали исходным видам по урожайности семян. Масличность и крупность семян ресинтезированной горчицы наследовались по типу горчицы черной (табл. 5).
Таблица 5
Хозяйственно ценные признаки Р| ресинтезированной озимой горчицы сарептской
г. Краснодар, ВНИИМК, 1970 г.
Образец Урожай семян, г/раст. Масличность семян, ' % Масса 1000 семян, г
Горчица черная (К-3339) 11,8 + 0,7 30,7 2,3
Сурепица озимая (К-3342) 25,7+1,5 43,6 4,1
Сурепица озимая (К-3343) 20,5+1,2 44,1 4,1
Горчица озимая (К-3342 х К-3339) 0,9 ±0,05 29,0 3,0
Горчица озимая Б] (К-3343 х К-3339) 4,6 + 0,3 31,2 2,6
Разнообразие морфологических признаков гибридов второго поколения выходит за пределы варьирования признаков у яровой горчицы сарептской. Появились гибриды с явно вараженной стеблеобъемлемостью листа, имеющие нерассечегные и крупнозубчатые листья, с полным отсутствием опушения стебля; наблюдались отклонения по форме лепестков и плодов. По морфологическим признакам гибриды второго поколения условно подразделены на три группы : тип сурепицы, тип горчицы сарептской и тип горчицы черной. Хотя по этим признакам гибриды как и в первом поколении, не достигали уровня полного проявления признаков, характерных для исходных ви-
дов. Цитологический анализ растений Из с крайними типами уклонений показал, что они имели по 36 хромосом, за исключением одного - анеуплоида с 40 хромосомами.
Условия перезимовки для гибридов второго поколения в зиму 19701971 гг. складывались неблагоприятно. Резкие оттепели в первой декаде января ( температура воздуха доходила до +21°С) сменились похолоданием во второй декаде до -22°С. Тем не менее, они перезимовали на 79,9-82,7%, при перезимовке сурепицы озимой в этих условиях на 93,1-95,0%. Перезимовка озимой горчицы, созданной на основе горчично-рапсовых гибридов, была существенно ниже -41,3% (Табл. 6). Период вегетации растений Иг в среднем на 14 дней продолжительней сурепицы озимой.
Во втором поколении были выделены растения с нормальной фертильно-стью пыльцы - 94,5%. В среднем фертильность пыльцы гибридов ресинтеза зависит от комбинации скрещивания и от морфологического типа растения. Формы, близкие по морфологическим признакам к сурепице озимой и горчице са-рептской, имели, как правило, пониженную фертильность пыльцы. Во втором поколении 63,1% растений были с нормальной завязываемостью семян, тогда как в первом поколении такие растения отсутствовали.
Таблица 6
Перезимовка лучших семей Иг ресинтезированной озимой горчицы сарептской
г. Краснодар, ВНИИМК, 1970/71 год
Образец Растений в опыте, шт. Из них перезимовало, %
Сурепица озимая К-3343 105 93,1
Сурепица озимая К-3342 106 95,0
Горчица черная К-3339 50 0,0
Р: семья №17 (К-3343 х К-3339) 79 82,7
Рз семья № 2 (К-3342 х К-3339) 102 79,9
Горчица озимая № 7823 43 41,3
НСР05 2,8
Наиболее высокофертильными были гибриды, полученные с участием желтосе-мянной сурепицы.
Варьирование урожайности семян с растений фергильных гибридов находится в пределах от 0,7 до 167,0 г при средней урожайности семян с растения сурепицы озимой -18,1 г, горчицы черной - 5,7 г. Наблюдается значительное варьирование по крупности семян от 2,0 до 4,2 г, при средней массе 1000 семян сурепицы озимой 3,9 г, и горчицы черной - 2,8 г. В комбинации скрещивания желто-семянной сурепицы и горчицы черной во втором поколении проявилось варьирование по цвету семян - от светло-коричневых до черных. Было выделено несколько растений, имеющих грязно-желтые семена с коричневыми пятнами.
Гибриды Иг характеризуются повышенной изменчивостью признака мае-личности семян - от 28,6 до 41,7% на абсолютно сухие семена при средней мас-личности сурепицы озимой - 46,1%, горчицы черной - 30,0%. При этом гибриды, происходящие от желтосемянной сурепицы, имеют более высокую масличность семян. Жирнокислотный состав масла гибридов изменяется в сторону уменьшения содержания эруковой кислоты - на 3,9% по сравнению с горчицей черной и на 10,5% с сурепицей озимой. Содержание аллилового масла в семенах рт ресин-тезированной горчицы варьировало от 0,56 до 0,80%, тогда как семена сурепицы озимой содержали 0,33%, горчицы черной -1,17%.
Таким образом, во втором поколении фертильные растения ресинтезиро-ванной горчицы характеризуются высокой урожайностью семян с растения, наблюдается повышение масличности семян. Ресинтезированиая горчица имеет лучший жирно-кислотный состав в сравнении с исходными формами. Наследует промежуточно содержание аллилового масла. В комбинации с желтосемянной сурепицей выщепляются грязно-желтые семена. Ресинтезированиая горчица по зимостойкости приближается к сурепице озимой, имеет в сравнении с ней на 14 дней более продолжительный вегетационный период. Во втором поколении разнообразие морфологических признаков велико, но оно укладывается во все переходные формы от сурепицы до горчицы черной.
В третьем поколении лучшие номера ресинтезированной горчицы перезимовали на 60,7-71,4%. при перезимовке контроля (озимой горчицы № 7823) на 48,7%.
Ресинтезированиая горчица в Из состоит в основном из растений горчичного типа (20,0-73,4% семей), но выщепляет от 3,4 до 23,7% растений сурепного типа. Количество нормальнофертильных растений по семьям увеличилось до
18 ;
25,2-90,0%, вместо 16,7-71,0% в Р:. Впервые вьщелены семьи (25,3%) с чисто желтыми семенами. Масличность семян лучших растений ресинтезированной горчицы в Из достигала 46,3-50,1% при масличности лучшего по этому признаку растения из № 7823, равной 45,7% (табл. 7). Содержание аллилового масла в семенах растений Из достигает 1,22-1,39% при эфиромасличности семян озимой горчицы горчично-рапсового происхождения (№7823) 0,8-0,9% /5, 91.
Таблица 7
Масличность лучших желтосемянных растений ресинтезированной
озимой горчицы Из в комбинации скрещивания сурепица озимая х горчица черная
г. Краснодар, ВНИИМК, 1972 г.
Номер элиты Происхождение Масличносгь семян, %
22240 К-3343 х К-3339 46,4
22236 К-3343 х К-3339 46,3
22286 К-3342 х К-3339 • 47,1
22042 К-3342 х К-3339 45,4
22258 К-3025 х №5394 50,1
22264 К-3025 х №5394 48,7
Горчица озимая № 7823 (лучшее растение) Горчица сарептская х рапс озимый 45,7
Таким образом, в третьем поколении ресинтезированной горчицы выделены желтосемянные формы с высоким уровнем проявления хозяйственно полезных признаков : масличности, массы 1000 семян, содержания эфирного масла, урожайности, зимостойкости. Это подтверждает высокую ценность ресинте-за как метода создания нового исходного материала для селекции.
В процессе селекции лучших желтосемянных образцов во ВНИИМК срз-дан первый сорт горчицы озимой Суздальская, который передан в Государственное испытание в 1990 г. и включен в список Госудорствснного реестра с Г995 г. (табл. 8).
Ресинтезированная горчица превосходит яровую по урожайности семян на 43%, имеет на 2,9% более высокую масличность семян. Рапс озимый уступает озимой горчице по урожайности семян на 0,25 т/га, однако он имеет несколько выше перезимовку - в среднем за три года на 3,8%.
Таблица 8
Характеристика сорта ресинтезированной озимой горчицы сарептской Суздальская (конкурсное испытание 1986, 1987, 1989 гг.)
г. Краснодар, ВНИИМК
Культура, Перезимов- Вегетаци- Урожайность Маслич- Алл илово-
сорт ка расте- онный пе- семян, т/га ность го масла в
ний, % риод, дни семян, % семенах, %
Горчица озимая Суздаль- 91,2 276 3,08 46,8 0,72
ская
Горчица яровая * ВНИИМК 11 - 85 2,15 43,9 0,67
Рапс озимый 95,0 267 2,83 44,9 _
ВЭМ
НСР05 0,76
* Данные по яровой горчице получены при весеннем посеве.
3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ВОПРОСОВ СЕЛЕКЦИИ И СЕМЕНОВОДСТВА ГИБРИДОВ ПОДСОЛНЕЧНИКА НА ОСНОВЕ ЦМС.
В 1973 г, согласно приказу МСХ СССР, во Всесоюзном НИИ масличных культур была создана лаборатория гетерозисной селекции подсолнечника. В задачу лаборатории входило создание на основе ускоренных методов селекции линий подсолнечника, гибридов на основе ЦМС, способных конкурировать с районированными сортами. В этой связи нам необходимо было разработать весь комплекс вопросов связанных с селекцией и семеноводством межлинейных гибридов подсолнечника. Основные элементы селекции и семеноводства гибридов подсолнечника бали изложены в 1980 г в подготовленных нами руководствах/18, 19/.
3.1. Межвидовая гибридизация как метод создания исходного материала для селекции линий - восстановителей фертильности пыльцы подсолнечника.
Создание исходного материала для селекции линий - родительских форм гибридов подсолнечника - является определяющим фактором успеха в получении хозяйственно значимого эффекта гетерозиса. Сорта подсолнечника, создан-
ные в нашей стране, могут служить надежным источником для селекции В-ли-ний, материнских форм гибридов. В цепях обеспечения высокого эффекта гетерозиса отцовские формы гибридов должны иметь отличающиеся от материнских линий происхождение. В этой связи несомненный интерес дня получения генетически разнородного исходного материала представляют межвидовые гибриды подсолнечника.
Первые удачные попытки гибридизации культурного подсолнечника с гексаплоидным видом Н. tuberosus L. были предприняты Г.В. Пустовойт (1961 г.) во ВНИИМК. На основе полученных гибридов создана серия сортов с комплексной устойчивостью к патогенам, в том числе : Юбилейный 60, Прогресс, Октябрь, представляющие несомненый интерес как исходный материал для селекции линий-восстановителей фертидьности пыльцы на нормальной цитоплазме. Нами установлено, что частота встречаемости растений, несущих гены восстановления, составила в этих сортах соответственно 11,1, 33.3 и 88,9 %.
Для гетерозисной селекции подсолнечника особый интерес представляют межвидовые гибриды культурного подсолнечника с однолетними диплоидными дикорастущими видами, которые по данным Г.Х. Фик и др. (G.H. Fick, 1974) с высокой частотой несут гены восстановления фертильности пыльцы. В этой связи нами ставилась задача установить концентрацию генов восстановления фертильности пыльцы в изучаемых образцах диплоидных дикорастущих видов, 1 оценить характер проявления хозяйственно полезных признаков в поколениях беккросов и наличие устойчивости к патогенам.
С цепью создания нового исходного материала дня селекции восстановителей фертильности были выполнены скрещивания четырех ЦМС аналогов сортов : Чернянка 66, ВНИИМК 8833, Армавирский 3497, Передовик с различными образцами вида Н. annuus L., четырех ЦМС линий К-1933, ВИР 131, ВИР 104, К-2266 с различными образцами шести однолетних видов Н. annuus L., Н. petiolaris Nutt, Н. debilis Nutt, Н. раесох Englm and Gray, H. bolandery Gray, H. neglectus Heiser.
В связи с тем, что однолетние виды подсолнечника неустойчивы к заразихе и с низкой частотой несут гены устойчивости к ложной мучнистой росе, возвратные скрещивания гибридов Fi и последующих поколений беккроса выпол-
няли со скороспелым сортом ВНИИМК 80, обладающим устойчивостью к указанным патогенам.
Сорта, использованные в качестве материнских форм при гибридизации с Н.аппиш Ь., имеют существенные различия по вегетационному периоду, высоте растений, масличности семян. Скороспелый1 сорт Чернянка 66 и раннеспелый ВНИИМК 8883 - более низкорослые. В первом поколении гибриды с Чернян-кой 66 и ВНИИМК 8883 были на 20-23 см ниже в сравнении с гибридами, полученными от скрещивания с Армавирским 3497 и Передовиком.'
/ Визуальная оценка растений Р| показывает, что большинство из них дикого типа (интенсивное сплошное ветвление, небольшие по размеру корзинки). В ВС1 появляются растения, близкие культурному подсолнечнику (неветвистые или с хорошо выраженной центральной корзинкой). В ВСг большинство растений имеют габитус культурного подсолнечника. Это хорошо прослеживается по изменению диаметра корзинки : в - 9,7-14,0 см, в ВС2 они не отличаются от культурного подсолнечника -18,4-20,5 см.
Во всех потомствах 20 комбинаций скрещивания ЦМС аналогов сортов с различными сборами Н.аппиш Ь. отмечено восстановление фертильности, но с различной частотой. Два образца оказались гомозиготными по генам восстановления, т.е. восстанавливали фертильность всех растений Рь А в целом по
Таблица 9
Проявление признаков масличности и массы 1000 семян у гибридов ЦМС-аналогов сортов подсолнечника с дикорастущим видом Н. аппидо Ь.
г. Краснодар, ВНИИМК, 1981-1983 гг.
Гибриды Масличность, % Масса 1000 семян, г
Р, 1981 г. ВС, 1982 г. ВС2 1983 г. Р, 1981 г. ВС, 1982 г. ВС: 1983 г.
ЦМС Чернянка 66 х Н. аппидо 31,7 43,5 37,8 39,9 51,9 69,7
ЦМС ВНИИМК 8883 х Н. аппидо 34,3 39,4 37,5 37,5 55,4 78,3
ЦМС Армавирский 3497 х Н. аппииз 33,0 42,7 41,4 43,3 65,1 69,9
ЦМС Передовик х Н. аппииБ 34,4 40,1 40,1 41,9 62,5 67,0
Передовик (контроль) 53,6 56,3 54,2 67,8 67,7 64,7
всем комбинациям скрещивания количество фёртильных растений составляло 60,%. В Р-, гибриды имеют низкую масличность - 31,7-34,4% (табл. 9). Сорт Чер-нянка 66, более низкомасличный в сравнении с остальными сортами, передает это свойство гибридам Рь В ВСз масличность семян достигает 37,5-41,4%. Однако это еще очень низкий уровень в сравнении с исходными сортами (51,3-54,3%). Гибридные семена имеют грубую лузгу в р1 (38,1-41,8%) и ВС1 (32,3-34,0%) в сравнении с исходными сортами (18,1-20,6%) и характеризуются исключительным разнообразием окраски перикарпия.
В процесс'ё беккроссов наиболее быстро улучшается показатель крупности семян. Если в И] он составлял 37,5-43,3 г, то в ВСг достиг уровня культурного подсолнечника (67,0-78,3 г).
Анализ гибридов по отцовским компонентам скрещивания (6-ти дикорастущих видов) выявляет значительные различия по ряду хозяйственно полезных признаков в И] и ВО. Так, например, гибриды с Н. пе^ес^ отличались в Р[ высокорослостыо (в среднем 262 см), в то время как растения дикорастущего вида достаточно низкорослые. Этот же гибрид имел меньшие по размеру корзинки (11,5 см). Гибриды с Н. реиоЬпБ характеризовались в Р) относительной низ-корослостью (207 см) и более высоким уровнем признака маспичности и крупности семян. Гибриды с Н. реНо^пв и Н. ёеЬШБ в И) имели наиболее высокую масличность семян (табл. 10), в ВС1 наблюдается смена рангов по этому показателю для некоторых гибридов. Крупность семян у гибридов ЦМС-линий
Таблица 10
Проявление признаков масличности и массы 1000 семян у гибридов ЦМС-линий с однолетними дикорастущими видами подсолнечника
г. Краснодар, ВНИИМК, 1982-1983 гг.
Гибрид Масличность семян, % Масса 1000 семян, г
Fi, 1982 г. BCi,1983 г. Fi, 1982 г. BCi,1983 г.
ЦМС линии х Н. annuus L. 35,1 36,5 42,4 65,4
ЦМС линии х Н. petiolaris Nutt 36,5 39,7 44,1 66,0
ЦМС линии х Н. debilis Nutt 35,9 31,9 36,1 61,6
ЦМС линии х Н. praecox Engelm and Gray 30,8 33,8 38,4 65,1
ЦМС линии х Н. bolandery Gray 34,2 36,2 35,4 59,1
ЦМС линии х Н. neglectus Heiser — 35,1 — 62,5
с шестью однолетними видами значительно увеличивается в ВС1 в сравнении с первым поколением.
Установлено, что все изученные нами образцы однолетних дикорастущих видов подсолнечника несут гены восстановления фертильности с высокой частотой (табл. 11)
Таблица 11
Восстановление фертильности пыльцы в р1 межвидовых гибридов подсолнечника
г. Краснодар, ВНИИМК, 1982 г.
\ Гибрид Растений Р>
всего, шт. из них фертильных
шт. %
ЦМС линии х Н. annuus L. 705 527 74,8
—" — х Н. petiolaris Nutt 51 33 64,7
—" — х Н. debilis Nutt 45 38 84,4
—" — х Н. praecox Engelm and Gray 57 45 78,9
—" — x H. bolandery Gray 89 69 77,5
—" — x H. neglectus Heiser 31 27 87,1
Из 53 потомств гибридов, полученных с Н.аппиив, 8 показали полное восстановление фертильности пыльцы, 'т.е. исходные образцы этого вида были гомозиготны по генам восстановления.
Дикорастущие виды представляют непреходящий интерес как доноры устойчивости к болезням. Результаты полевой оценки 1ч показали, что 28,9% гибридов устойчивы к ржавчине, они имели также высокую полевую устойчивость к пепельной гнили (91,4%), фомозу(53,3%). Условия 1982 г. были неблагоприятны для развития белой гнили. Поражение сортов составляло 0,3-0,9%, в то время как 44,7% гибридных комбинаций обнаружили поражение склеротинио-зом, от 6,7% до 53,3% растений. Изученные нами образцы дикорастущих видов также оказались чувствительными к поражению склеротинией.
В связи с тем, что растения, близкие по морфотипу культурному подсолнечнику, начинают выщепляться по некоторым комбинациям уже в Р|, важно установить, когда начинать процесс самоопыления для селекции линий. Известно (Л.Р. МагИпег, Р.Р. КпоуЛев, 1978), что дикорастущие виды обладают ярко -выраженной автостерильностью.
Результаты оценки завязываемости семян при самоопылении гибридов показали, что они наследуют автостерильность дикорастущих видов. Из самоопыленных растений только 10% завязали семена, и завязываемость семян на растение составила 1 - 2 шт.
В ВС1 74,6% растений образовали семена при самоопылении, средняя завязываемость семян на одно растение составила 72,2 шт. Гибриды с Н.ре1ю1ат дают более высокую завязываемость семян при самоопылении.
Исходя из вышеизложенного, т.е уровня проявления хозяйственно полезных признаков в поколениях беккроссов и завязываемости семян, самоопыление с целью закладки новых линий следует начинать не ранее ВС2 /28/.
Наши исследования показали, что для получения межвидовых гибридов рекомендуется выполнять предварительный скрининг образцов дикорастущих видов по устойчивости к болезням. Серьезное внимание необходимо уделять подбору культурного подсолнечника - донора хозяйственно ценных признаков (маспичность, лузжистость, масса 1000 семян, устойчивость к болезням, авто-фертильность).
3.2. Улучшение родительских форм гибридов подсолнечника методом создания изогениых линий.
Создание инбредных линий подсолнечника - родительских форм гибри-' дов, благоприятно сочетающих высокую продуктивность, комбинационную способность, устойчивость к основным патогенам - очень сложная задача. В этой связи особое значение приобретают исследования, направленные на улучшение линий по отдельным хозяйственно полезным признакам, наследование которых определяется небольшим числом генов. Наиболее эффективно улучше-" ние линий достигается созданием изогенных линий.
С этой целью нами разработан метод создания аналогов по любым рецессивным признакам семян, который позволяет снизить трудоемкость процесса создания аналога за счет сокращения объема скрещиваний. Это достигается тем, что на каждом этапе беккроссирования отцовские растения парно скрещивали с реципиентом и одновременно самоопыляли. Для последующего беккроссирования отбирали потомства парных скрещиваний, у которых самоопылен-
ные отцовские растения давали расщепление по контролируемому признаку 3:1 (схема 1)
Схема 1
Получение изогенной линии по рецессивному признаку семени растений
1 скр. й АА х аа Рг 2скр.Р1 ААхАа Р1
3cjqp.Pl ААхВС1
I
и т.дт до ВСя
I
' АА - 50% @ выбраковываются Аа - 50% 0 отбираются
\
БСЯ - самоопыляется для выделения гомозигот аа Обозначения : Р[. реципиент
а- передаваемая аллель Р2- донор . © - самоопыление
С использованием предложенного нами метода во ВНИИМК отделом гибридного подсолнечника и лабораторией биохимической генетики создан аналог гибрида Полевик с высоким содержанием бета-токоферола в масле, получивший название Краснодарский 917/38/.
Создание аналогов по рецессивным признакам растений выполняется по схеме № 1. Однако в отличие от способа создания аналогов по рецессивным признакам семян, где идентификация потомств для беккроссирования проводится по семенам до их посева в поле, в случае с рецессивными признаками растений, потомства беккросов от самоопыления должны быть высеяны в поле. На основании анализа признаков в посеве растений I) отбираются потомства для последующего беккроссирования.
Нами также разработана схема скрещиваний для восстановления В-ли-нии, в случае ее утери, по стерильному аналогу данной линии (схема 2). Восстановление В-линии достигается скрещиванием стерильного аналога с линией-восстановителем фертильности и последующим беккроссированием на стерильный аналог. Результатом этих" скрещиваний является создание аналога-восстановителя фертильности идентичного стерильной линии. Создаваемый аналог-восстановитель фертильности параллельно используется в качестве отцовской
формы для передачи признаков от стерильного аналога линии, линии с нормальной цитоплазмой.
Схема 2
Создание В-формы линии по ее стерильному аналогу
ЦМСР1 хЕ^
ЦМСР1 хД*1 Ргх И1"1
ЦМСР^ВС/1 йР2хВС1р'
и т.д. ВСяР1 Вс]Р2х ВС2Р1
т
и т.д. ВСпг
ЦМСР1Х 11ВСяРг Обозначения : ЦМС Р) - стерильный аналог линии
- линия - восстановитель фертильности
Рг-линия - реципиент
- самоопыление
Беккроссирование продолжается до достижения идентичности морфологических и хозяйственно полезных признаков аналога линии с нормальной цитоплазмой ее стерильному аналогу. После чего созданный аналог В-линии самоопыляется и потомства Ь скрещиваются с ЦМС линией для выделения потомств' В-линии, гомозиготных по рецессивным генам восстановления фертильности.
Обязательным признаком, предаваемых на государственное испытание гибридов подсолнечника, должна быть устойчивость к заразихе. Известно (В. В. Бурлов, Ю. П. Артеменко, 1983; В. В. Толмачев, 1986), что устойчивость к распространенной сейчас "молдавской" расе заразихи определяется одним доминантным геном Огз.
Метод создания аналогов линий по доминантным генам простой и не требует каких-либо дополнительных изменений, так как передаваемый признак легко контролируется в каждом поколении беккросса. Однако практическое создание изогенных линий служит дополнительным доказательством действенности метода в улучшении родительских форм и соответственно гибридов.
Так, нами был создан аналог материнской линии ВК 373, устойчивый к заразихе, для гибрида Почин. Линия получила название ВК 639, а гибрид, ус-
тойчивый к 'заразихе - Полевик. Создание аналога материнской линии гибрида Почин осуществлялось при искусственном внесении семян заразихи в почву с целью выделения в расщепляющихся потомствах реципиента устойчивых к заразихе растений для последующего их беккроссирования. Для работы в полевых условиях устойчивые растения выделяли рассадным методом, выращивая их в стаканчиках с почвой, зараженной семенами заразихи. После достижения морфологической идентичности создаваемого аналога с исходной линией, его самоопыляли для перевода генов устойчивости к заразихе в гомозиготное состояние. При использовании теплиц создание аналога линии ВК 373, устойчивого к заразихе, было завершено за три года.
Нами установлено, что экспрессивность гена Огэ зависит от генотипиче-ской среды. В этой связи, при создании заразихоустойчивых аналогов, необходимо выбраковывать из селекционной проработки линии, у которых обнаруживается поражение заразихой.
В процессе оценки комбинационной способности В-линий могут выделяться комбинации, представляющие интерес для их практического использования в производстве. В этом случае встает проблема создания аналогов-восстановителей фертильности по отцовскому компоненту гибрида. За основу мы взяли метод создания аналогов-восстановителей фертильности на стерильной цитоплазме, который был предложен в 1954 г. Экхардом (США) и М.И.Хаджиновым (СССР). ЦМС здесь играла роль проявителя генов восстановления фертильности.
В отличие от кукурузы подсолнечник имеет обоеполые цветки, которые необходимо кастрировать при выполнении скрещиваний. Эта операция трудоемкая и должна выполняться в ранние утренние часы до раскрытия цветков. Опытный рабочий может подготовить за два часа работы не более 15 корзинок. В этой связи мы предложили новую схему одновременного получения стерильного аналога и аналога-восстановителя фертильности, то есть создаваемый стерильный аналог.параллельно используется для получения восстановителя фертильности (схема 3).
Предложенный метод позволяет при создании восстановителей фертильности выполнять насыщающие скрещивания без кастрации цветков путем опыления стерильных растений. Конечный результат работы - одновременное полу-
чение стерильного аналога и восстановителя фертильности пыльцы по одной и той же линии/12,14/.
Схема 3
Одновременное создание аналогов линий подсолнечника - стерильного и восстановителя фертильности пыльцы 1 скр. Хс х В
2скр. ЩХс х В)х В (ХсхВ)хК-Г 3 сир. ВС1 (Хс х В) х В ВС1[(ХсхВ)хВ]х(К1 [(ХдВЗхНО и т.д. доВСп и Т.Д. ДОВСа
ЦМС аналог В Аналог - восстановитель
фертильности
Обозначения : X - донор ЦМС В-реципиент
КГ - донОр генов восстановления фертильности пыльцы . - самоопыление
Недостатком указанного метода является необходимость параллельного создания двух аналогов, что требует дополнительных затрат труда, Кроме того, на создание аналога-восстановителя требуется на одно скрещивание больше, чем на создание стерильного аналога.
В этой связи нами предложена модификация методики создания аналогов-восстановителей фертильности Экхарда и Хаджинова, лишенная указанных выше недостатков (схема 4).
Первое скрещивание выполняется между донором генов восстановления фертильности на стерильной цитоплазме (ЦМС ЯГ) и фертильной линией (В), по которой создается аналог-восстанокитеяь фертильности.
У растений доноров генов восстановления, а в последующем и у растений создаваемого аналога-восстановителя, в фазе первой пары настоящих листьев удаляется точка роста, то есть проводится декапитация. На таких растениях формируется, как правило, два побега с последующим образованием на каждом из них по одной корзинке. Одна из корзинок обрабатывается водным 0,0035%-
иым раствором гиббереллина (химическая кастрация), а другая служит в дальнейшем для определения состояния фертильности растения.
Схема 4
Создание аналога-восстановителя фертильности пыльцы подсолнечника с применением декапитации и химической кастрации растений Д.К.
V
1екр. ЦМСЯГ хВ
^ V
2скр. В(ЦМСЯГхВ)ф хВ
и т.д. до ВСп ®
Обозначения: Д.К. - Декапитация и химическая кастрация растений
ЦМС КГ - донор генов восстановления
фертильности пыльцы на стерильной цитоплазме
В - реципиент
ф - растения с восстановленной фертильностью самоопыление
В потомстве беккроссов происходит расщепление растений по признаку фертильности. Для скрещиваний отбирают растения с восстановленной фертильностью на основании просмотра корзинок, необработанных гибберелли-ном. Беккроссы продолжают до достижения полной морфологической идентичности создаваемого аналога с исходной линией. Если в качестве донора генов восстановления фертильности берется источник, заведомо гомозиготный по генам восстановления, то первое и второе скрещивания выполняют с химической кастрацией растений без декапитации. Таким образом, предложенный метод позволяет выполнять скрещивания без трудоемкой ручной кастрации цветков /20,21,24/.
При всех способах создания лилий-восстановителей фертильности подсолнечника, наряду с отбором форм, сочетающих высокую устойчивость к болезням и высокую продуктивность, важное значение имеет признак "рецессивное ветвление" растений.
Как показали наши исследования, ветвистые (с верхним и сплошным ветвлением) аналоги однокорзиночных линий имеют в 2-3 раза более продолжительный период цветения (19-21 дн.) в сравнении с однокорзиночными (6-8 дн.), фертйльность пыльцы высокая на ветвях первого и второго порядка (табл. 12).
Таблица 12
Фертйльность пыльцы ветвистых линий подсолнечника ' г. Краснодар, ВНИИМК, 1978 г.
Линия Порядок ветвей Фертильности пыльцы, %
центральная корзинка 96,2
ЯНА 271 1 96,7
2 94,6
центральная корзинка 93,0
ЯНА 273 1 90,7
2 94,1
центральная корзинка 88,6
ИНЛ 274 1 90,7
2 91,5
Ветвистые восстановители фертильности пыльцы обеспечивают надежное опыление стерильных растений на участках гибридизации при различных погодных условиях. Кроме того, за счет более продолжительного периода цветения возможно получение гибридных комбинаций между линиями, контрастными по вегетационному периоду /16/. В этой связи рекомендуется вести селекцию преимущественно ветвистых восстановителей фертильности, а при необходимости создавать ветвистые аналоги линий.
В целях ускорения селекционного процесса нами разработана технология получения стерильных аналогов В-линий с использованием теплиц, которая включает выращивание двух генераций создаваемых аналогов в теплице, что достигается предварительным выращиванием рассады в камерах искусственного климата (по методике, разработанной лабораторией искусственного климата ВНИИМК, В.И. Клюка, Т.Е. Гусева, 1979). Прерывание периода покоя свежеуб-ранных семян первой генерации в теплице выполняется прогреванием семян в термостате при температуре 30-32 °С в течение 5-7 дней. Этот прием можно заменять замачиванием и высаживанием только наклюнувшихся семян. Техноло-
гией предусмотрены все элементы размещения растений на делянках, выращивания, ухода, выполнения скрещиваний и т.д. Разработанная нами технология позволяет создавать стерильные аналоги за 2 года вместо 5-6 лет /15/.
3.3. Технология селекции, семеноводства, маркирования линий и гибридов подсолнечника.
Одним из важнейших этапов работы в гегерозисной селекции подсолнечника является процесс создания самоопыленных линий. Самоопыление тысяч растений довольно трудоемкая операция. В этой связи методике самоопыления уделяли внимание такие ученые, как Е.М. Плачек (1927), B.C. Пустовойт (1928), И.Г. Ягодкин (1937), С.Н Щербак (1940), В.К.Морозов (1947), А.И.Гундаев (1958), Л.А.Жданов (1958,1963), А.Е. Коварский (1963), B.C. Венцлавович, A.B. Анащенко (1970), и другие. Наибольшее распространение, из выявленных способов, получило двух-трех кратное опыление соцветий пыльцой с помощью небольшого тампона ваты. Корзинки предварительно изолировали накануне раскрытия трубчатых цветов марлевыми или пергаментными изоляторами. Такой способ обеспечивает достаточно высокую завязываемость семян, но требует больших затрат ручного труда.
Для выявления наиболее эффективных способов самоопыления при создании линий в 1974-1977 гг. проведены опыты на двух константных линиях -ВК 47, ВК 61 и двух сортах - Передовик и Чернянка 66.
Результаты опытов показали, что меньше всего завязалось семян без дополнительного опыления под пергаментными изоляторами - 3,6-5,0% и марлевыми - 4,5-7,2% (табл. 13). Наивысший результат получен при дополнительном опылении под марлевыми изоляторами - 23,2-48,3%.
Для целей самоопыления растений подсолнечника рекомендуется, как наименее трудоемкий, метод опыления с помощью ватно-марлевых тампонов, вшитых внутрь марлевого изолятора. Опыление производится без снятия изолятора. Завязываемость семян составила 14,9-27,0%/17/.
Не менее трудоемкой операцией в селекции гибридов подсолнечника является опыление стерильных растений под изоляторами для целей создания стерильных аналогов и получения экспериментальных гибридов. Опыление требу-
ет обязательного снятия изолятора, чем и определяется основная трудоемкость работы.
Таблица 13
Завязываемость семян подсолнечника в зависимости от способов самоопыления и типа изоляторов
г. Краснодар, ВНИИМК, 1974-1977 гг.
Способ опыления Завязываемость семян, %
Передовик (Чернянкабб |ВК47 |ВК61
Пергаментный изолятор
Без опыления 3,6 3,6 5,0 4,0
Обмахивание соцветия в пьльцу в изоляторе 8,4 7,3 11,9 11,0
Ватным тампоном (изолятор снимается) 12,8 8,8 12,9 11,2
Наложение слоя ваты на соцветие 2,5 2,6 5,0 4,3
Марлевый изолятор
Без опыления 4,5 5,0 7,2 6,1 .
Ватным тампоном (изолятор снимается) 23,2 25,1 48,3 29,4
Ватно-марлевым тампоном, вшитым в изолятор 17,6 14,9 27,0 19,6
Поленизатором 16,9 21,0 25,0 17,0
Наложение слоя ваты на соцветие 5,4 6,3 9,0 8,2
НСР05 0,7 0,7 0,8 0,8
Исследованиями А.И.Плотникова (1940) и других авторов показано, что наиболее благоприятное время для опыления - утренние часы (8-10 ч). Однако в селекции, требующей выполнения большого объема работ, выдержать эти временные рамки невозможно. В этой связи нами ставилась задача определить оптимальные условия опыления стерильных растений как в условиях поля, так и теплицы.
Полевые опыты были выполнены на стерильной линии НА 89 и сорте Передовик. У линии НА 89 рыльца пестиков после нормального опыления очень быстро втягиваются внутрь цветков в день опыления, что позволяет визуально
контролировать эффективность процесса опыления. Сорт Передовик отличается обильным образованием пыльцы. В теплице опыты выполнены на линиях ВК 407, ВК 64 и ВК 389. "
В связи с тем, что цветение одной корзинки продолжается 6-7 дней, наиболее позднее однократное опыление выполняли на 5-й день от начала цветения.
Кратность опыления изучали при опылении растений в благоприятные > фсннис часы. В опытах с опылением в различное время дня опыление проводили через день, то есть многократно.
Установлено, что в полевых условиях опыление стерильных растений че-ре» день в благоприятные утренние часы обеспечивает максимальную завязываемое п. семян - 66.3",.. Этот вариант опыта принят нами за контроль (табл. 14).
Таблица 14
Завязываемость семян стерильных растений линии подсолнечника НА 89 в полевых условиях по разным срокам опыления
г. Краснодар, ВНИИМК, 1977-1979 гг.
Варианты опыления Учетных корзинок, шт. Завязываемость семян, %
Многократно (контроль) 35 66,3±7,9
Однократное на : 2-й день 28 37,7+9.2
3-й день 44 41,3+7,4
4-й день 23 46,7±10,4
5-й день 29 55,7±9,2
Свободное опыление (без изоляции) 59 79,1+9,3
Это лишь немного ниже в сравнении с завязываемостью семян, полученной при свободном цветении растений. Однократное опыление на 4 и 5 дни после зацветания дает максимальное количество семян. Этот способ мы и рекомендуем для опыления стерильных растений.
Результаты оценки завязываемости семян при опылении в различное время в течение дня показали лишь незначительное, не более чем 9%, снижение завязываемости семян в период с 13 до 15 часов. К вечеру завязываемость повышается и достигает максимума в 17-18 часов. В вечерние часы завязываемость
34 '
семян стерильных растений на 6-10% была даже выше, чем в наиболее благоприятные, как ранее считалось, утренние часы. Следовательно, опыление стерильных растений можно проводить в течение всего рабочего дня /26/.
В условиях фитотрона в зимний период завязываемость семян стерильных растений оказалась наиболее низкой в утренние часы опыления - в 9-11 часов. За три года исследований она составила 28,2-29,9%. При опылении в 13 часов она возрастает до 36,7%, а в период 15-17 часов - до 43,8-44,8%. Следовательно, в условиях теплицы (фитотрона) лучшее время опыления стерильных растений складывается во второй половине дня /26/.
Важным показателем, определяющим качество гибрида подсолнечника, является лузжистость семян. Она определяется по стандартному методу (ГС^Т 10855-64). Лузга семянок снимается с помощью щипцов, отделяется вручную от ядер семянок. Этот метод весьма трудоемок, требует навыка. Его производительность низкая - 35-40 образцов за рабочий день лаборанта или квалифицированного рабочего и не соответствует требованиям массовых анализов. ,
Болгарскими исследователями (В.И. Велков, И. Стоянова 1972) было предложено для облегчения операции снятия.лузги намачивание семян в течение 18 часов.
Нами в 1976-1978 гг. разработана новая методика определения лузжисто-. сти на основе воздействия на семена водой контрастной температуры /22/. Сеие-на сначала заливают кипятком на 5-7 минут, а затем на 2-3 минуты погружают в холодную воду. После воздействия на семена водой контрастной температуры лузга легко снимается нажатием пальцев на ребра семянки. Производительность метода в 2-3 раза выше стандартного. .Кроме того, повышается точности определения, так как ядро полностью отделяется от лузги, все образцы после облущивания доводятся до стандартной влажности при температуре 100-105 °С в течение трех часов. Разработанный нами метод широко применяется во всех селекционных учреждениях по подсолнечнику как в России, так и в странах СНГ.
Межлинейные гибриды дают прибавку урожая семян за счет генетически регулируемого гетерозиса, проявляющегося при скрещивании подобранных родительских форм. Из этого следует, что любое засорение линий (биологическое
или механическое) приводит к резкому снижению продуктивности гибридов. Следовательно, главная задача семеноводства гибридов - сохранение генетической чистоты исходных линий и гибридов. Это достигается соответствующей пространственной и временной изоляцией семеноводческих посевов, а также надлежащим проведением сортопрочисток. Проведение сортопрочисток во многих случаях бывает осложнено из-за трудности идентификации растений примеси, так как сортопрочистки на больших площадях участков гибридизации выполняют работники невысокой квалификации.
Поэтому необходимо маркировать линии признаками, которые бы резко отличали их растения от любых примесей. Контролирующие их гены должны иметь стабильную экспрессивность и пенетрантность в разных условиях среды, но не обладать негативным плейотропным эффектом на хозяйственно полезные признаки.
При изучении признаковой коллекции подсолнечника, созданной нами во ВНИИМК, выделены из моногенных признаков, как соответствующие перечисленным выше условиям, следующие : сильно выраженное жилкование листа в сочетании с глубокозубчатым краем листовой пластинки, желтая окраска верхней части растения, бульбовидные утолщения верхней части листьев обертки. В материнские формы гибридов следует вводить только рецессивно наследуемые маркерные признаки.
Для отцовских форм хорошим маркерным признаком является рецессивная ветвистость.
В отцовские формы, наряду с рецессивными признаками, желательно вводить и доминантные, которые позволяют упростить идентификацию гибридных растений в процессе грунпсонтроля. Мы рекомендуем в качестве такого маркера доминантную антоциановую окраску гипокотиля, стебля и центральных жилок листа. Этот ген не. приводит к накоплению антоцтна в лузге семян.
В целях патентования гибридов необходимо иметь для них маркерные признаки, позволяющие однозначно идентифицировать описываемый гибрид. Для этих целей приемлемы признаки, которые могут идентифицировать специалисты. В созданной нами во ВНИИМК признаковой коллекции подсолнечника в качестве таковых выделены следующие маркеры : тип листа - складчатый, ложкообразный, бахрома по краю листовой пластинки, эректоидный, крупный,
короткочерешковый, рассеченные листья обертки и полифолия; тип растения -компактоид, отсутствие листьев около корзинки; соцветия - безъязычковые, многоязычковые; язычковые цветки - загнутые к тыльной стороне корзинки, трубчатые, игольчатые, короткие, белые, лимонные, оранжевые, антоциановые; ветвление - сплошное, нижнее, верхнее, пазушное; длинные ветви первого порядка .укороченные ветви первого порядка; корзинки боковых ветвей - ниже центральной корзинки, выше центральной корзинки; желтая окраска нижней части стебля /30,35/.
Форма семянок может быть одним из важных морфологических признаков линий и гибридов подсолнечника. Оценка разнообразия образцов признаковой коллекции ВНИИМК показала, что по длине семянки они варьировали в пределах 7,2-14 мм, ширине : 3,1-6,1 мм,толщине: 1,0-4,7 мм. Нами предложена классификация форм семянок культурного подсолнечника, насчитывающая 6 типов:
1. Округлая ( апикальная и базальная части округлые, индекс 1,5-2,1 - отношение длины семянки к ширине)
2. Яйцевидная( апикальная часть существенно шире базальной, индекс 2,1-2,7)
3. Пирамидальная (апикальная часть шире базальной, индекс 2.1-2.7)
4. Овальная ( апикальная и базальная части равные, индекс 2.1- 2.7)
5. Яйцевидно-вытянутая ( базальная часть вытянутая, индекс >2.7)
6. Удлиненная ( апикальная и базальная части заостренные, индекс >2.7)
Широкий спектр внутривидовой изменчивости был обнаружен в признаковой коллекции подсолнечника по окраске перикарпия. Наряду с распространенной темно-серой и черной окраской обнаружили семянки белого, пепельного, коричневого, розового, фиолетового, угольно-черного цвета, а также с крапчатым и полосовидным распределением темного пигмента в эпидермисе.
Генетический анализ окраски перикарпия показал сложный характер ее наследования.
Белая окраска перикарпия обусловлена отсутствием пигментов во всех его слоях. Светло-серо-коричневая окраска определяется наличием меланина в
гиподерме, светло-пепельная - наличием панцирного (фитомеланового) слоя,
«
светло-пурпурная - наличием антоциана в гиподерме йри отсутствии пигментов в других слоях. Остальные типы окраски являются производными от
комбинации данных типов. В комбинации скрещивания линии ВК48 с пепельно-черной окраской перикарпия и линии ВИР130, обладающей белыми семянками, в Из получено 11 классов типов окраски. Количество типов окраски может достигнуть 16 при вовлечении в скрещивание линий с геном, определяющим полосообразную пигментацию эпидермиса.
Важным для селекционной практики является факт, что экспрессивность гена панцирности (Р) контролируется генами-моднфикаторами (табл. 15).
Таблица 15
Наследование признака "панцирность" перикарпия семянок подсолнечника
' ' ВНИИМК, 1988 г.
Линии, комбинации скрещиваний Толщина панцирного слоя (мк)'
.V границы изменчивости
ВА7 18 7-24
ВК373 28 20-36
И, (ВА7 х ВК373) 22 14-30
Р, х ВК373 28 21-36
ВК373 х Р1 25 20-36
Я, х ВА7 19 8-28
ВА7 х Р, 18 8-27
* Толщина панцирного слоя определялась на поперечных срезах перикарпия.
Это видно из характера проявления признака при скрещивании линий ВК373 и ВА7, отличающихся толщиной фитомеланового слоя, и наследованием его в беккросных поколениях.
В связи с тем, что все гибриды и сорта подсолнечника в нашей стране отбираются на устойчивость к подсолнечной моли, семянки в обязательном порядке должны иметь фитомелановый слой. Наличие фитомеланового слоя вызывает изменение и некоторое ограничение цветовой гаммы семянок, приемлемых для целей селекции. Однако и в этом случае семянки представлены всеми переходами в окраске : от пепельных, с наличием полос различного размера и интенсивности окраски, до однотонных угольно-черных семянок. Важное значение в маркировании гибридов, а также оценке их генетической чистоты, будут играть изоферменты, которые можно анализировать в семенах еще до уборки растений. Существенным преимуществом изоферментов, по сравнению с другими признаками, является кодоминантный тип наследования, что позволяет био-
химическим методом идентифицировать гетерозиготы. На основании проведенных нами исследований рекомендуется применять для идентификации гибридов и линий подсолнечника следующие изоферментные системы : EST, MDH, GPI, PGD, GDH, АСР, PGM, ADH, ААТ. Практическое использование данных маркеров для оценки генетической чистоты партий семян линий и гибридов селекции ВНИИМК подтвердило их высокую информативность. Так, сравнение по пяти изоферменгным системам 159 семян гибридов и грунтконтроль 391 растения в поле показали, что гентическая чистота гибридов, определяемая методом анализа изоферментов, составила 28,3%, а методом полевой оценки 27,1%. Оти результаты свидетельствуют об отсутствии существенных различий между двумя методами (Х2=0,38; 0,80<р<0,90) /34/.
С началом промышленного семеноводства гибридов подсолнечника встал вопрос не только маркировки растений самоопыленных линий отличительными признаками, но и подбора надежных способов маркировки в посеве материнских и отцовских рядков для их идентификации в период проведения сортовых прочисток и уборки. Нами было предложено разделять посевы ЦМС линии и В-форм на участках размножения, а также материнских и отцовских линий на участках гибридизации с помощью разделительных (незасеянных) рядков. В целях осуществления этой операции были разработаны схемы посева 6-8-рядными сеялками. Рекомендованный способ простив выполнении, обеспечивает не только визуально хорошо различимое разделение отцовских и материнских рядков в посеве, но и препятствует механическому смешению, семян в период уборки.
Предложенный способ разделения материнских и отцовских рядков включен в практические руководства ло гибридному семеноводству в .странах СНГ, он так же получил распространение и за рубежом /19,32/.
4. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Разработанные нами методы преодоления нескрещиваемости горчицы черной и сурепицы озимой были успешно применены при ресинтезе озимой горчицы сарептской. На основе гибридов ресинтеза создан первый в мировой селекционной практике сорт озимой горчицы сарептской Суздальская. Гидротермический метод определения лузжистости семян широко применяется научно-исследовательскими учреждениями бывшего Союза, занимающихся селекцией
подсолнечника. Для селекционных учреждений предложены новые методы создания аналогов линий - стерильных, восстановителей фертильности, по рецессивным генам семян и растений. Во ВНИИМК, на основе метода создания аналогов по рецессивным признакам семян, получен аналог гибрида Полевик с высоким содержанием бета-токоферола, получивший название Краснодарский 917.
Разработанные нами методы и технологии были использованы в селекции четырех гибридов подсолнечника: Почин, Авант, Полевик, Краснодарский 885.
По данным многолетних испытаний во ВНИИМК, гибриды Полевик и Краснодарский 885 существенно превышают по урожаю семян контрольные сорта (табл. 15).
Таблица 16
Результаты испытаний гибридов Полевик и Краснодарский 885
г. Краснодар, ВНИИМК, 1991-1993 гг.
Гибрид, сорт Вегетационный Высота Масличность Урожайность,
период, дни растений, см семян, % т/га
Полевик 84 164 49,7 3,22
Березанский (контроль) 84 207 51,7 3,08
Краснодарский 885 87 236 52,6 3,56
Первенец (контроль) 87 212 50,6 3,06
НСР05 0,21
Гибрид Полевик характеризуется высокой экологической пластичностью. Он нашел достаточно широкое распространение на Украине, где его посевы достигали до 100 тыс. га, преимущественно в Запорожской и Днепропетровской областях. По результатам государственного испытания в Краснодарском крае в 1994 г. Полевик превысил по урожаю все испытываемые гибриды, в том числе зарубежные.
Гибрид Краснодарский 885 обеспечивает получение максимальных урожаев подсолнечника в Госсортсети, так в 1992 г в Северной Осетии он показал урожай 4,51 т/га, на 0,27,т/га выше контроля. Гибрид проявляет высокую толерантность к фомопсису. По данным Пятигорского ГСИ, в 19"90 г. его поражение на инфицированном фоне составило 12,5%, в то время как у других гибридов и
сортов от 30 до 100%. В экологическом испытании 1994 г. поражение фомопси-сом гибрида Краснодарский 885 было 12-14% при поражении контроля на 5051%.
Суммарная площадь внедрения гибридов за 1983-1994 годы составила около 980 тыс. га.
Рекомендации по идентификации в семеноводческих посевах материнских и отцовских линий гибридов подсолнечника вошли в руководства по гибридног му семеноводству, изданные в странах СНГ.
Во ВНИИМК создана признаковая коллекция, насчитывающая около 230 образцов.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Изучение методов создания принципиально нового исходного материала, совершенствование технологии селекции, использование генетических подходов в целенаправленном изменении генотипов растений позволило сделать нам следующие выводы :
1. Ресинтез нового типа растений озимой горчицы сарептской (Brassica juncea Czern.) из элементарных видов - сурепицы озимой (Brassica campestris L.) и горчицы черной (Brassica nigra Koch) является надежным методом создания прин-. ципиально нового исходного материала. В ресинтезированной горчице доминирует озимый тип развития, уровень проявления хозяйственно полезных признаков определяется уровнем элементарных видов. На основе созданного исходного материала ресинтезированной горчицы получен первый в мировой практике сорт озимой горчицы "Суздальская" с потенциальной урожайностью свыше 4 т/га и зимостойкостью, близкой озимому рапсу. Барьеры нескрещиваемости элементарных видов горчицы сарептской сосредоточены в рыльце пестика и проявляются в медленном аномальном прорастании пыльцы с последующим полным прекращением роста пыльцевых трубок через 2-3 часа без их проникновения в ткань пестика. Преодоление нескрещиваемости элементарных видов горчицы сарептской достигается с помощью облучения пыльцы в дозе 400-800 рентген и применении вегетативного сближения видов. В целях усиления скрещиваемости элементарных видов растения привоя, на период от срастания прививки до бутонизации, необходимо заключать в светонепроницаемые камеры.
2. Установлено, что межвидовая гибридизация подсолнечника обеспечивает получение генетически разнородного исходного материала для селекции линий -восстановителей фертильности пыльцы. Гены восстановления фертильности пыльцы для ЦМС petiolaris присутствуют в сортах подсолнечника Прогресс, Юбилейный 60, Октябрь, созданных во ВНИИМК на основе межвидового гибрида культурного подсолнечника с Н. tuberosus L., с частотой 11,1-88,9%. Однолетние дикорастущие виды подсолнечника Н. petiolaris Nutt, Н. armuus L., Н. debilis Nutt.H. praecox Engelm and Gray, H. bolandery Gray, H. neglectus Heiser являются надежными источниками генов восстановления фертильности пыльцы для ЦМС petiolaris. Количество фертильных растений в Fi достигает 64,7-87,1%. Межвидовые гибриды в BCi и ВСг по морфологическим признакам и крупности семян близки культурному подсолнечнику, однако заметно (на 13-14%) уступают исходным формам по масличности семян за счет грубой лузги (32,3-34,0%). Межвидовые гибриды подсолнечника Fi проявили устойчивость к ржавчине (с частотой 28,9%), пепельной гнили (91,4%), фомозу (53,3%). Однако они обнаружили высокую чувствительность к склеротинии - 44,7% потомств Fi имели поражение гнилью от 6,7 до 53,3% растений при уровне поражения исходных сортов культурного подсолнечника 0,3-0,9%. Уровень проявления признаков межвидовых гибридов зависит от обоих компонентов скрещивания. По этой причине для скрещивания должны отбираться сорта культурного подсолнечника с высоким уровнем масличности семян, устойчивостью к основным патогенам, правильной формой и наклоном корзинки; самоопыленным линиям следует иметь высокую автофертильность. Дикорастущие виды, прежде всего, должны быть устойчивы к болезням. Межвидовые гибриды наследуют автостерильность дикорастущих видов : в первом поколении лишь 10% растений завязывают семена, при средней завязываемоети на одно растение 1-2 семянки; в первом беккроссе -74,6% растений завязали семена по 72,2 семянки. Самоопыление растений с целью селекции линий-восстановителей фертильности рекомендуется начинать не ранее ВС:.
3. Разработаны методы и технологии создания изогенных линий подсолнечника:
- метод одновременного получения стерильного аналога и аналога-восстановителя фертильности;
- метод создания аналога-восстановителя фертильности с применением дека-питации растений и химической кастрации гиббереллином;
- ускоренная технология получения ЦМС-аналогов с использованием теплиц;
- метод получения аналогов по рецессивным признакам семян и растений. Осуществлено создание аналога устойчивого к заразихе для материнской линии ВК 373, гибрида Почин путем передачи доминангного гена Огз. Гибрид, получивший устойчивость к заразихе от аналога линии ВК 373, районирован с 1991 года под названием Полевик.
4. Установлено, что экспрессивность гена Огз, устойчивости растений подсолнечника к "молдавской" расе заразихи и гена панцирности зависит от генотипи-ческой среды. Изогенные линии - восстановители фертильности пыльцы с гена-
ми, определяющими рецессивное ветвление стебля, обеспечивают удлинение риода цветения в 2-3 раза и опыление высококачественной пыльцой с фертиль-ностью на уровне центральной корзинки или даже выше.
5. Разработаны элементы технологии селекции линий и гибридов подсолнечника :
- Для самоопыления растений подсолнечника, с целью селекции фертильных линий, разработан и рекомендован метод опыления с помощью ватно-марлевых тампонов, вшитых в марлевый изолятор, что обеспечивает завязываемость семян на 10-20% выше способа без доопыления.
- В полевых условиях опыление стерильных растений рекомендуется выполнять однократно на 4-5-й день от начала цветения. Опыление в течение всего светового дня дает одинаково высокую завязываемость семян. В теплице лучшее время для опыления стерильных растений в зимнее время - после 13 часов.
- Для снятия лузги семян подсолнечника разработан новый метод воздействия на них водой контрастной температуры (кипяток 5-7 мин, холодная вода 2-3 мин). Производительность труда при определении лузжистости повышается в 23 раза в сравнении со стандартным методом.
6. Для генетической маркировки и паспортизации линий, гибридов подсолнечника выделено более 30 отличительных признаков ; форма листьев, стебля, листьев обертки, форма язычковых цветков, габитуса растения, окраски перикарпия, стебля, язычковых цветков, гипокотиля, ветвистостости.
Моногенные рецессивные признаки : сильно выраженное жилкование листа в сочетании с глубокозубчатым краем листовой пластинки, желтая окраска верхушки растений, бульбовидные утолщения верхней части листьев обертки могут быть использованы в качестве маркеров для контроля генетической чистоты материнских линйй в процессе семеноводства. Для маркировки отцовских линии в качестве отличительных признаков рекомендуется рецессивное ветвление стебля. Изоферментные системы EST, MDH, GPI, PGD, GDH, АСР, PGM, ADH, ААТ являются надежными маркерами линий и гибридов подсолнечника как для целей паспортизации, так и оценки качества партии семян в процессе прмышленного семеноводства. Разработана новая классификация формы семянок подсолнечника на основе соотношения их длины к ширине, формы базаль-ной и апикальной частей, включающая 6 классов : округлые, яйцевидные, пирамидальные, овальные, яйцевидно-вытянутые и удлиненные. 7. Для целей маркировки в семеноводческих посевах материнских и отцовских рядков предложен их посев с разделительными рядками, что одновременно исключает механическое смешение семян с соседних рядков в период уборки.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Для внедрения в зоне выращивания рапса озимого рекомендуется сорт озимой горчицы сарептской Суздальская с потенциальной урожайностью семян свыше 4 т/га. Во всех зонах возделывания подсолнечника рекомендуется'выращивать раннеспелый заразихоустойчивый гибрид Полевик, обладающий широкой экологической пластичностью. В зонах появления новой опасной болезни подсолнечника - фомопсиса необходимо внедрять высокоолеиновый гибрид Краснодарский 885, толерантный к этой болезни и являющийся первым-высоко-олеиновыМ гибридом в стране.
2. В целях создания нового исходного материала методом ресинтеза для селекции горчицы сарептской рекомендуются эффективные приемы преодоления нескрещиваемости ее элементарных видов - облучение пыльцы в дозе 400-800 рентген, а также вегетативное сближение с временным закрыванием привоев светонепроницаемыми камерами на период от срастания прививок до бутонизации.
3. Участки размножения материнских форм гибридов и участки гибридизации подсолнечника необходимо закладывать с использованием незасеваемых разделительных рядков между материнскими и отцовскими формами, что обеспечивает качественную сортопрочистку и уборку.
4. Определение лузжистости семян подсолнечника следует выполнять с предварительной их обработкой водой контрастной температуры, облегчающей операцию снятия лузги, с последующим высушиванием в термостате.
5. Для улучшения линий подсолнечника по рецессивным признакам семянок рекомендуется метод создания аналогов, включающий наряду с парными скрещиваниями в поколениях беккроссов, одновременное самоопыление отцовских растений. Для последующего беккроссирования отбираются пары, давшие рас-шепление .>:! по рецессивному признаку семян в потомстве от самоопыления отцовского растения. При создании аналогов-восстановителей фертильности по лучшим отцовским линиям целесообразно применение метода декапитации и химической кастрации растений, а при создании стерильных аналогов линий -ускоренной технологии, включающей выращивание двух генераций растений в теплице, с применением прерывания периода покоя семян. Метод создания аналогов гибридов подсолнечника по доминантному гену устойчивости к заразихе рекомендуется как эффективный прием их улучшения по хозяйственно полезным признакам. Отбор устойчивых генотипов в расщепляющихся поколениях беккроссов необходимо проводить на фоне искусственного заражения почвы семенами заразихи. Для выполнения беккроссов в поле устойчивые к заразихе растения следует отбирать с применением рассады, выращенной в стаканчиках с почвой, зараженной семенами заразихи.
6. Самоопыление растений подсолнечника для селекции В-линий рекомендуется выполнять под марлевыми изоляторами с помощью вшитых в них ватно-марле-мых тампонов. Опыление стерильных растений в поле с высоким эффектом эа-вязываемости семян следует проводить с 8 до 18 часов, при ном однократное опыление стерильных растений на 4-5-й день цветения опеспечиваш достаточную завязываемость семян для селекционной рабсил. В >имний псрио.1 к \c.io-кпях 1сплиаы опыление стерильных растении необходим!1 проьо.пик с )5 до П часов.
7. В целях облегчения идентификации примесей в семеноводческих посевах родительских линий гибридов рекомендуется вводить в материнские формы рецессивно наследуемые маркерные признаки : сильновыраженное жилкование листа в сочетании с глубокозубчатым краем листовой пластинки, желтую окраску верхней части растений, бульбовидные утолщения верхней части листьев обертки. Для маркировки отцовских форм рекомендуется - рецессивное ветвление стебля, а также доминантная окраска гипокотиля, стебля и центральных жилок листа, которая упростит процесс грунтконтроля. Для паспортизации гибридов и линий подсолнечника, с целью их патентования, рекомендуется более 30 отличительных признаков, выделенных в коллекции ВНИИМК, по форме листьев стебля, листьев обертки, форме язычковых цветков, габитуса растения, окраске стебля, язычковых цветков, гипокатиля, ветвистости. Анализ изоферментных систем EST, MDH, GPI, PGD, GDH, АСР, PGM, ADH, ААТ рекомендуется как-надежный метод маркирования линий и гибридов подсолнечника для их паспортизации и оценки генетической чистоты семенных партий.
ОСНОВНЫЕ ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 74 работы, основные из них следующие :
1. Шпота В.И., Бочкарев Н.И. Ресинтез горчицы сарептской //Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар, 1970. -июнь - С.8-13
2. Бочкарев Н.И. Преодоление нескрещиваемости элементарных видов Brassica //Сельскохозяйственная биология. - 1971. - Т.У1. JS? 3,-С.462-463. ч
3. Бочкарев Н.И. Изучение приемов преодоления нескрещиваемости сурепицы озимой и горчицы черной //Сборник научно-исследовательских работ по масличным культурам.-Краснодар, 1971,-С.29-32.
4. Шпота В.И., Бочкарев Н.И. Селекционно-хозяйственная оценка теграц.тоид-ных форм сурепицы озимой и горчицы черной //Бю.т. НТК по масличным клть-гурам. - Краснодар. 1472. - Вып.З. - С.9-12.
5. Шпота В.И.. Бочкарев H.H. Озимая юрчипа сарептская и ее ресичк'з ( е-лекция и семеноводство масличных культур. - Краснодар. 1472.- С. 160-169.
t>. Бочкарев H.H. Особенности прорастания пыльцы при скрещивании i.kmcm-тарных видов горчицы оарепкко;' Ькм. ПП1 по мистичным к>:;ь.урам. -Краснодар. 1 °"3.-Вып 2,- С. 15-1 >.
7. Шпота В.И., Бочкарев Н.И Вегетативное сближение видов при ресинтезе горчицы //Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар, 1973. - Вып. III,-С.8-11.
8. Воскресенская Г.С., Шпота В.И., Бочкарев Н.И. Корневые опухоли у межвидовых гибридов Brassica II Проблемы онкологии и тератологии растений. Л.: Наука, 1973. - С.292-295.
9. Шпота В.И., Бочкарев Н.И. Исходный материал для ресинтеза горчицы озимой //Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар, 1974. - Вып.З. - С.3-5.
10. Шпота В.И., Бочкарев Н.И. Новый исходный материал для селекции озимой горчицы сарептской // Сельскохозяйственная биология. - 1974. - T.IX. - № 4.'-С.534-538.
11. Шпота В.И., Бочкарев Н.И. Ресинтез озимой горчицы сарептской // Тр. Кубанского отделения генетики. - 1975. Вып. I. - С. 131-138.
12. Voskoboinik L.K., Bochkarev N.I. Development of counterparts restoring fertility in sunflouer // Proceeding of the 8th International sunflouer conference. Minneapolis, U.S.A - 1978.-P. 410-411.
13. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. и др. Ускоренный метод определения луз-жистости семян подсолнечника //Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар, 1979.-Вып.З,-С.3-6.
14. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. Получение аналогов-восстановителей фертилъности у подсолнечника /I Селекция и семеноводство. - 1979. - № 6. - с. 16.
15. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. и др. Метод ускоренного создания стерильных аналогов линий и сортов подсолнечника II Селекция и семеноводство.-1980. №2. -С. 21-22.
16. Бочкарев Н.И. Селекция линий восстановителей фертильности у подсолнечника П Селекция и семеноводство масличных культур. - Краснодар, 1980. - С.47-51.
17. Воскобойник Л.К., Ткаченко П.И., Бочкарев Н.И. Способы самоопыления подсолнечника // Селекция и семеноводство. - 1980. № 5. - С. 13-14.
18. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. Методические указания по гетерозисной селекции подсолнечника. М., ВАСХНИЛ. - 1980. - 23 с.
19. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. Методические указания по гибридному семеноводству подсолнечника. М., ВАСХНИЛ. - 1980. - 12 с.
47 v
20. Бочкарев Н.И. Новое в создании аналогов-восстановителей фертильности подсолнечника на стерильной цитоплазме. //Селекция и семеноводство масличных культур. Краснодар, 1980. - С.66-69.
21. Voskoboinik L.K., Bochkarev N.I. Development of counterparts fertility restores based on sterile cytoplasm utilising decapitation and chemical castration of sunflouer plants // IX Conferencia International del Girasol. Torreraolinos, Espania. - 1980. -p.415-418.
22. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. и др. Гидротермический метод определения лузжистости семян подсолнечника // Сельскохозяйственная биология. -1981. - Т. - XVI, № I. - С. 142-144.
23. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И., Хатит А.Б. Технология выращивания и уборки семян межлинейных гибридов подсолнечника // Селекция и семенойодст-во. - 1981.-№9.-0.29-31.
24. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. Создание аналогов-восстановителей фертильности у подсолнечника // Сельскохозяйственная биология. - 1982. Т. - XVII, № 1.- С. 130-133.
25. Воскобойник'Л.К., Бочкарев Н.И. и др . Межлинейный гибрид подсолнечника Почин II Масличные культуры. - 1982. № 5. - С.35.
26. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И., Савченко В.Д. Завязываемость семян подсолнечника при разном сроке опыления стерильных растений II Селекция и ' семеноводство. - 1984. -№ 7. - С. 12-13.
27. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И., Литвиненко В.А. Урожайные свойства семян межлинейных гибридов подсолнечника, выращиваемых в условиях теплицы и открытого грунта //Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар, 1984.-Вып. 87.-С.З-6.
28. Воскобойник Л.К., Бочкарев Н.И. и др. Межвидовые гибриды подсолнечника - исходный материал для селекции восстановителей фертильности // Вопросы прикладной физиологии и генетики масличных растений. Краснодар, 1986. -С.5-13.
29. Бочкарев Н.И., Савченко В.Д. Концентрация генов восстановления фертильности пыльцы у некоторых сортов подсолнечника, созданных на основе межвидовой гибридизации //Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар. 1988. -Вып. 1.-С.7-8.
30. Бочкарев Н.И., Толмачев В.В., Цухло Л.Г. О генетическом маркировании родительских форм гибридов подсолнечника // Селекция и семеноводство.-1990.-№ 1.-С.13-15.
31. Бочкарев Н.И., Толмачев В.В. О состоянии и некоторых аспектах селекции подсолнечника на устойчивость к вредителям и болезням //Сельскохозяйственная биология.-1990. -№ 5. - С.105-110.
32. Бочкарев Н.И., Бочковой А.Д., Хатнянский В.И. и др. Методика семеноводства гибридного подсолнечника//Краснодар, ВНИИМК. -1990.-51с.
33. Толмачев В.В., Шаповалова Л.Г., Перестова Т.А., Бочкарев Н.И. Полиморфизм и наследование некоторых признаков семянок подсолнечника //Бюл. НТИ по масличным культурам. - Краснодар, 1990. - Вып. 1. - С. 13-17.
34. Бочкарев Н.И., Толмачев В.В., Цухло Л.Г. Маркерные признаки растений И семян // Биология, селекция и возделывание подсолнечника. М.: Агропромиз-дат, 1991.-С. 39-44.
35. Бочкарев Н.И., Цухло Л.Г. Мужская стерильность // Биология, селекция и возделывание подсолнечника. М.: Агропромиздат, 199^. - С.49-52.
36. Loskutov A., Deraurin Y., Obraztsov 1., Bochkarev N., Turkav S., Efimenko S. Isozymes, tocopherols and fatty acids as seed biochemical barkers of genetic purity in sunflouer. //Helia. - 1994. V. -17, Nr. 21. p.5-10.
37. A.C. 942635 СССР. Способ получения аналогов восстановления фертильно-сти линий подсолнечника / Бочкарев Н.И., Воскобойник Л.К. ВНИИ масличных культур (СССР) № 2971093; заявл. 6 июня 1980.
38. A.C. 3507 СССР. Гибрид подсолнечника Почин (Ft) / Бочкарев Н.И., Воскобойник Л.К., Литвиненко В.А., Ткаченко, П.И. ВНИИ масличных культур (СССР) №4292; заявл. 7 июня 1982. " \
39. A.C. 4430 СССР Гибрид подсолнечнику Авант / Бочкарев Н.И., Воскобойник Л.К., Литвиненко В.А. Ткаченко П.И. ВНИИ масличных культур (СССР) № 8303398; заявл. 30 март 1983. ч
40. A.C. 1431094 СССР. Способ получения изогенной линии по рецессивному признаку семени у растений. / Бочкарев Н.И., Демурин Н.И. ВНИИ масличных культур (СССР) №4169327; заявл. 24 декабря 1986.
41. A.C. 5644 СССР. Гибрид подсолнечника Полевик./ Бочкарев Н.И., Воско-бойник Л.К. и др. ВНИИ масличных культур (СССР) № 8801592; заявл. 10 ноября 1987.
42. A.C. 6053 Российская Федерация. Гибрид подсолнечника Краснодарский 885. / Бочкарев Н.И., Воскобойник Л.К., Ткаченко П.И. и др. ВНИИ масличных культур (Р.Ф.) № 8905495; заявл. 2 ноября 1988.
43. A.C. 66 84 Российская Федерация. Сорт озимой горчицы Суздальская. /Бочкарев Н. И., Шпота В. И., Коновалов Н. Г. и др. ВНИИ масличных культур (Р.Ф.)Ы 9101500; заявл. 3 октября 1990.
44. Тихонов О. И., Бочкарев Н. И., Дьяков А. Б. и др. Биология, селекция и возделывание подсолнечника //М.: Агропромиздат, 1991.-268с.
45. Бочкарев Н. И. К идиотипу самоопыленных линий подсолнечника //Бюл. НТИ по масличным культурам.- Краснодар, 1995.-Вып.116.-С. 16-20.
46. Толмачев В. В., Бочкарев Н. И., Хатнянский В. И. Генетическое обоснование методов селекции подсолнечника на устойчивость к заразихе //Бюл. НТИ по масличным культурам.-Краснодар, 1995.-Вып. 116.-С. 9-15.
-
Бочкарев, Николай Иванович
-
кандидата биологических наук
-
Краснодар, 1995
-
ВАК 03.00.15
- Методы селекции и семеноводства масличных культур рода BRASSICA
- Влияние сроков посева, норм высева и предпосевной обработки семян на урожайность сизой горчицы в зоне каштановых почв Волгоградской области
- Особенности селекции, семеноводства и технологии возделывания родительских линий и гибридов подсолнечника для зоны недостаточного увлажнения
- Некоторые особенности изучения и оценки самоопыленных линий подсолнечника для получения гетерозисных гибридов
- Создание исходного материала подсолнечника методом межсортовой гибридизации
