Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Создание и генетическая оценка нового исходного материала картофеля и эффективные пути его использования в селекции

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Яшина, Изольда Максимовна, Москва

И:0Я- 6/ 50 -Л

Россельхозакадемия Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства (ВНИИКХ)

На правах рукописи

ЯШИНА Изольда Максимовна

УДК 635.21:631.52

СОЗДАНИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НОВОГО ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА КАРТОФЕЛЯ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПУТИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СЕЛЕКЦИИ

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

Диссертация в виде научного доклада на соискание 1еной степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва - 2000

Официальные оппоненты: Доктор сельскохозяйственных наук,

профессор В.А. Лудилов Доктор сельскохозяйственных наук,

профессор А.Н. Березкин Доктор сельскохозяйственных наук,

профессор И.П. Фирсов

Ведущая организация - НИИСХ Центральных районов Нечерноземной зоны.

Защита состоится «26» декабря 2000 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 020.37.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте овощеводства по адресу: 140053, Московская область, Раменский район, а/о Ьерея, строение 500, ВНИИО.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомится в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института овощеводства.

Диссертация.в,виде, научного доклада разослана «25» ноября 2000 г.

3Ш -3-0£

Ученый секретарь диссертационного совета

Л.Н. Прянишникова

ОШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теш. Возросшие требования к качеству сортов картофеля, особенно в отношении комбинирования в одном сорте устойчивости нескольким болезням с комплексом хозяйственно-ценных признаков, пределили необходимость новых подходов к методам и схеме селекцион-•ого процесса, предусматривающих расширение этапа предбридинговой селекции, в задачу которой входит выделение новых источников устой-иеостй, создание нового исходного материала и специальных родительских линий для разных направлений селекции. Использование на этом этапе отдаленно! гибридазации, экспериментальной полиплоидии и других методов способствует значительному расширению генофонда исходного материала картофеля.

Для повышения результативности селекционного процесса, включая предбридинговый этап, особое значение приобретает изучение генетики хозяйственно-ценных признаков, многие из которых вундаются в более детальном исследовании (полевая устойчивость к фитофторе, крахмалис-тость, пригодность к прошереработке). Анализ наследования ценных признаков для определения их генетического контроля, идентификации-генотипа родительских форм, изучения корреляционной зависимости между признаками, позволяет совершенствовать метода селекции, создавать' генетически разнообразный исходный материал. Важное значение для прогресса селекции картофеля имеет включение в исходный материал новых генов, переданных от диких видов, таких как иммунитет к вирусным болезням и устойчивость к цистообразующей картофельной нематоде. Пос- . ледующая их перекомбинация с высокой устойчивостью к фитофторе, повышенной крахмалистоетью и другими хозяйственно-ценными признаками обеспечивает успешную реализацию селекционных программ по созданию сортов с улучшенными свойствами.

Цель и задачи исследований. Основной целью исследований являлось расширение генофонда исходного материала и разработка эффективных методов его создания и использования для разных направлений селекции картофеля на основе результатов генетического анализа. Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи: - Выделить эффективные источники ишунитета к вирусам 7 и X

среди диких видов и гибридоз-беккроссов и определить, их генотипы.

- Осуществить перенос доминантных генов иммунитета к вирусам в исходные формы и сорта а разработать наиболее эффективные схемы воЕлеченгя выделенная источников б процессе селекции.

- Изучить характер наследования наиболее ценных яри знаков -устойчивости к 'вирусам, картофельной нематоде, фитоуторозу, крахма-листости.

- Изучить направление к величину корреляционной зависимости мекду признаками.

- Усовершенствовать методы массовой оценки испытуемого- материала по устойчивости к изучаемым- болезням.

- Создать генетически разнообразный исходный материал для основ ных направлений селекции и вывести новые сорта картофеля с комплексом хозяйственно-ценных признаков.

Научная новизна исследований. Выделены новые генетические источ еики иммунитета к вирусам У и У+Х среди форм .диплоидного вида S,<k.A to-e-asc в беккроссов Ssée>¿t>^ezum, изучена их селекционная ценност и генотипическая структура. Проанализирован характер наследования признаков иммунитета к вирусу У и устойчивости к картофельной нематоде. Установлен переход дисомических отношений к тетрасомическим по мере беккроссирования.

Представлены новые данные о закономерностях наследования призна ка полевой (горизонтальной) устойчивости картофеля к фитофторе, определены наиболее эффективные метода подбора и отбора. Получена новая информация, о характере наследования реакции сверхчувствительности клубней к несовместимым расам возбудителя, в потомстве ранее не. изученных генотипов Р^. ^N^t Р^ Распределен генетический контроль признака крахмалистости клубней картофеля: постулированы два независимых локуса, ответственные за образование крахмала в клубнях и продемонстрирован тетраеомический характер расщепления этого полигенного признака. Выявлены различия в величине и направлении корреляционной связи между крахыалистостью и урожайностью в популяциях з целом и в группах отобранных гибридов Получены новые данные по генетике аэтотетраплоидоЕ и амфидаплоидов.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследований и их реализация.Установлены закономерности наследования признаков устойчивости к вирусам, картофельной нематоде, фитофторе и крах малистости. Разработана оптимальная схема беккроссирования при

лечении диких видов в процесс селекции. Показано преимущество •уцзроваЕИЯ диплоидов перец амояетрашюзпаш, которое проявляет-в сокращении сроков интрсгрессии ценных генов и расширении гене-•геского разнообразия получаешх исходен::: форм.

Згстаковлена высокая; эффективность массовой оценки испытуемого тесала на шадунвтет к вирусу У в условиях естественного инфек-онного фока взамен искусственного зарат.эния, сникающей трудоеы-сть работа. Разработан и экспериментально проверен метод й.денти-кации К -генов с помощью генетического анализа, позволяющий при-•нять минимальный набор рас фитофторы. Модифицирован метод искус-венной оценки селекционных образцов по степени полевой устойчивос-к фитофторе путем использования различной нагрузки инфекции, в ВИС0МОСТИ от происхождения материала и цели исследований. Установка высокая эффективность предварительной оценки гибридных популя-1 по частоте встречаемости трансгрессивных рекоыбинантов, сочетаю-х высокие показатели крахмалистости и полевой устойчивости к фи-фторе с комплексом хозяйственно-ценных признаков.

На осноЕе новых источников создав генетически разнообразный нс-однкй материал для селекции на устойчивость к мозаичным вирусам X У, картофельной нематоде, альтернариозу и неблагоприятным факто-аы среда (жаре а засухе). Путегл комбинационной селекции получены одительские линии, сочетающие перечисленные признаки с устойчивос-ью к фитофторозу и повышенной крахмалистостьа. При использовании оеого исходного материала и применении разных методов подбора и от-ора создано 14 сортов картофеля различного хозяйственного назначе-ия, включенных в Государственный реестр селекционных достижений и опущенных к использованию в производстве. Из них 10 сортов созданы селекцентре ВНИИКХ (Бегицкий, Белоусовский, Вестник, Чуковский аинай, Раменский, Резерв, Ресурс, Россиянка, Эффект, Юбилей Жукова) Остальные 4 сорта (Сокольский, Симбирянин, Рамзай, Утенок) выведены совместно с другими научными учреждениями, которым ш предоставляли

каши гибридные популяции дал отбора. ---

л'Сорт Беяицкий выведен в соавторстве с Брянской опытной станцией по картофелю, а сорт Ресурс - в соавторстве с Елецкой и Ульяновской опытными станциями, которые занимались семеноводством этих сортов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- Селекционно-генетическая характеристика новых источников ишу-нитета к мозаичным вирусам и картофельной нематоде, схема их использования для создания исходного материала и новых сортов.

- Закономерности наследования иммунитета к вирусам У и X я устойчивости к картофельной нематоде в потомстве сортов, гибридов ^ , амфидишюидоз и однократных беккроссов.

- Результаты генетического анализа по определению генетическое контролирования признаков полевой устойчивости к фитофторе, крахгла-листости, пригодности к промпереработке.

- Принципы соз.цания ноеых исходных форм, комбинирующих полиген- ■ ные и моногенкые хозяйственно-ценные признаки.

- Созданные сорта картофеля, включенные в Государственный реестр селекционных достижений.

Личный вклад соискателя в получение экспериментальных данных заключается в планирования научных исследований, разработке программ ж методик, схем скрещивания и участил в их выполнении, проведении полевой оценки испытуемого материала, отборе гибридов, з выполнении стаистнческой обработай полученных данных, анализе результатов исследований, подготовке научных отчетов, докладов, статей я описании селекционных достижений.

Доля авторства в районированных сортах ВНйЖХ составляет: Рамен-ский-35^, Резерв-35^, Жуковский ранний-3($, Бестник-2С^, Безицкий-25$, Белоусовский-3($, Ресурс-20^, Россиянка-20^, Зффект-2С$, Юбилей Жукова-2($; в сортах, созданных совместно с другими учреждениями (Сокольский, Симбирянин, Рамзай, Утенок) - 10% в каждой.

Исследования выполнялись в соответствии с научно-технической программой института по теые 01. "Разработать физиолого-биохагличес-кве, генетические и биотахнологическзе основы и методы селекции новых сортов картофеля с высокими показатели.® продуктивности и качества, с комплексной устойчивостью к биотически?,1 и абиотическим факторам среды" (номер Госрегестрации 01.83.0005937 (1903-95 гг) и 01.960.011677 (1386-2000 гг).

Апробация работы. Основные результаты работа доложены: на 17,7 и УШ Всесоюзных совещаниях по ишунитету сельскохозяйственных растений (1566,1265,1584); на втором, четвертом и пятой сьездах-ЗСШС (1672,1532,1587); на 17 Всесоюзно?,; совещании по вирусным болезням

(Киев,1971); на симпозиуме по устойчивости картофеля к болезням (Боша, Польша, 1974); на научно-координационном совещании СЭВ (Гав-личкув Брод, Чехословакия, 1576); на Международном генетическом конгрессе (Москва,1978); на Ш Всесоюзной конференции по экологической генетике (Кишинев, 1987); на конференции по перспективам развития научных исследований по картофелеводству (шнек, 1995); на Международном симпозиуме по картофелю (БрашоЕ, Румыния,1997); на Международной научной конференции по проблемам современного картофелеводства (Миаск-Сачохваловичи,1997); на Международном симпозиуме по селекции картофеля (Гросс-Люзевитц, Германия, 1998); на научной сессии?, по проблемам создания новых сортов (Санкт-Петербург,1996); на заседании крутлого. стола по использованию генетических ресурсов (ВНИЙКХ, 1999); на Международном конгрессе, посвященном столетию переоткрытия законов Менделя (Брно, 2000).

Публикация результатов исследований. По теме исследований опубликовано работ, получено 12 авторских свидетельств на сорта, 2 авторских свидетельства находятся в стадии оформления.

Структура работы.Диссертация в виде научного доклада изложена на £?В страницах, включает 14 таблиц, 3 схемы, список опубликованных работ.

Условия, материал и методика исследований.Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте картофельного хозяйства (ВНИЙКХ) в 1964-2000 гг. Опытные участка картофеля располагались в селекционном севообороте ОПГ'Коренево" (Московская обл., Люберецкий район). Почвы подзолистые, супесчаные, легкие.

В качестве исходного материала использовали образцы коллекции ВИР и ВНИЙКХ (дикие виды, гибриды разной сложности, сорта мировой коллекции), а также образцы зарубежной селекции. Для выделения источников устойчивости к вирусам, картофельной нематоде и фитофторе было использовало 1X5 образцов диких видов, полученных на их основе полиплоидных форм и межвидовых гибридов. Все образцы диких видов включали в процесс селекции после предварительного отбора в семенном

точников успешные результаты получены при использовании отдельных

и 58^ (2м,=24), формыВ.а.смес ЗОЛ, выделенной в^г обРаз^а К-454С;

потомстве

общего "Чйсла изученных ис-

гибрида 41 d {¿. лсаиее- х S. ска-со&ш 2 =72), выделенного bF9> свер чувствительных к вирусу М форм Ъ^, г (2а.-24).

Из зарубедных источников успешно использованы: саесь сегляя от самоопыления 8 гибридов-беккроссов, жзднкых к вирусу 7, получению из Англии; образцы 6S.5403.259 к КЕ-23, иммунные к вирусам X, 7,£ , которые были получены из Венгрии; два образца (К -838/37 и 846/П 7/ сверхчувствительные к вирусу М, полученные кз Германии (через BID? и TCIA). Зкоококрахшлистые' и устойчивые к фитофторе гибрида 3150-1 4242-12, I0S2-049 поступили к нам из Белорусского института картсфе леводства.

Б процессе исследований изучено более 800 популяций однократных беккроссов, полученных на основе диких видов разных серий и более 4000 популяций от скрещивания беккроссов высоких поколений и сортов межвидового происхождения.

Для колхициновой обработки намеченных форм семена Еысеваяи в сере.дине апреля в теплице и проростки в фазе развернутых семядолей обрабатывали 0,4^ раствором колхицина. Идентификацию полиплоидных форм проводили Еизуайьно, по размеру пыльцевых зерен в'прямым подеч том числа соматических хроггосом в кончиках корешков или молодых лис точкое. Межвидовые скрещивания проводили при использовании метода декапитациа - на стебля?:, установленных в проточную воду (Яшина, Фшшппое,1965), применяя кастрацию или изоляцию пыльников.

Для выделения источников иммунитета к вирусам У и 1 и анализа наследования признака ишунитета применяли стандартную методику искусственной инокуляции: заражение инфекционным соком путем механи ческого натирания листьев сеянцев или одностебелькых растении, Енра щензых из глазкоЕНх проб клубней; последующее заражение прививкой на инфицированный тоыат. диагностику скрытой зараженности проводили с поаощью соответствующих растений-индикаторов. Для заражения испытуемых растений вирусом М использовали естественный инфекционный фон, диагностику зараженности осуществляли серологическим методом. В последние года для диагностики наличия вирусов в скрытом состояние использовали иетод имкуно-фериентного анализа (ISA), передавая пробы Нсяытуедих образцов .для определения в отдел биотехнологии.

Для оценка растений по сверхчувствительной реакции к расам фп-тоуторы применяли общепринятый лабораторно-полевой метод искусствен кого заражения отделенных листьев суспензией зооспор соответствущзт рас гриба. Суспензию рас фитофторы подчеркивали з готовили для зара-

зения сотрудники отдела защиты, которые участвовала в нашей работе. Степень полевой (горизонтальной) устойчивости к фитофторе также определяли методом заражения отделенных листьев (Букасов, Каме раз 1959), используя модификации Умеруса (ЬтапШ . Кон-

центрацию суспензии для инокуляции расчитывали по числу конидий в поле зрения микроскопа при увеличении 120, применяя 5-6, 10-12 и 20-25 конидий. Полевую устойчивость клубней определяли по методу Заданы и Ермольева (1955), сверхчувствительность - путем заражения ломтиков клубней. Учет степени поракенности до 1980 года проводили по 6-балльной шкале (0-5 баллов), в последующий период - но унифицированной 9-бальнои. Для оценки нематодоустойчивости по 3 клубня от образца посылали на Вильнюсский пункт ВИМС. Содержание редуцирующих Сахаров в алубнях (% на сырую массу) оценивали хроматограф^чес-ким экспресс-методом с использованием анилино-фталиевого реагента до В.й.Залецкому и В.А.Барановский (1976). Пригодность к промперера-ботке на чипсы оценивали путеа их приготовления в лабораторных условиях при использовании хлопкового масла, нагреваемого до температуры 180°С в специальной шни-заровне, позволяющей обжаривать одновременно 100 ломтиков.

Генетический анализ популяций по большинству признаков проводили в первой клубневой репродукции, выращивая по 1-5 растений каждого гибрида. Гибрида П клубневой репродукции выращивали на одяоряд-вдх делянках по 10 растений. Полученные цифровые данные обрабатывали известными методами вариационной статистики (Меркурьева, 1963; Лапин, 1973; Доспехов, 1973; 1985 ). Соответствие наблюдает,их и теоретически оаидаемых отношений в расщепляющемся потомстве оценивали методом X2, для анализа по полигенным признакам применяли критерий А (ламбда), который не требует определения числа степеней свободы.

В разные года в работе под