Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Создание высококачественных форм озимой пшеницы с использованием методов биохимической генетики

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Создание высококачественных форм озимой пшеницы с использованием методов биохимической генетики"

^ с'?

<0 #

\

На правах рукописи

НУРМАТОВА ГУЛЬНАРА РАЙЫМБЕРДИЕВНА

СОЗДАНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ФОРМ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ БИОХИМИЧЕСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Специальность 06.01.05 - Селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Апмалыбак, 1998 г.

Работа выполнена в лаборатории молекулярных маркеров и в отделе селекции пшеницы Кыргызского научно-исследовательского института земледелия.

Научный руководитель - кандидат биологических наук, старший

научный сотрудник 3. А. ОМОРБЕКОВА

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор ПЕРУАНСКИЙ Ю. В. кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ДЖУНУСОВА М. К.

Ведущее предприятие - Казахский Государственнный

аграрный университет

Защита состоится " 22. " лл-аЯ- _1998 г. в /4 часов на заседании диссертационного совета Д 55.05.01 вКазахском научно-исследовательском институте земледелия по адресу: 483133, Алматинская область, Каскеленский район, п. Алмалыбак, КазНИИЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КазНИИ земледелия.

Автореферат разослан " 22 " ап/г€Л& 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /¡) , —

доктор биологических наук ^ ' ^Оау(/1-СС/>с. Б. РАМАЗАНОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Качество зерна пшеницы является полигенным признаком и в основном определяется свойствами клейковины, которая является конгломератом макромолекул спиртораствори-мых белков глиадинов и щелочерастворимых белков глютенинов. Технологические методы оценки качества не позволяют дифференцировать его наследственно-обусловленный уровень от фенотипической изменчивости. Решение этой проблемы возможно с использованием современных методов физико-химической биологии, генетики.

Генетика глиадина и глютенина в настоящее время достаточно изучена. Установлено, что глиадинкодирующие локусы находятся в коротком плече первой и шестой гомеологичных групп хромосом. Каждый из локусов контролирует биосинтез группы сцеплено наследуемых компонентов, которые легко идентифицируются при помощи электрофореза на гелевых носителях. Белки, являясь производными деятельности определенной хромосомы, могут служить генетическими маркерами ценных в селекционном отношении признаков, что очень важно для селекционера.

В настоящее время установлена связь определенных блоков компонентов глиадина с качеством зерна, продуктивностью, устойчивостью к болезням, морозостойкостью и другими свойствами растений. В связи с этим, весьма актуально при создании высококачественных исходных форм озимой пшеницы, наряду с классическими методами селекции использовать методы биохимической генетики.

Цель исследования. Используя глиадинкодирующие локусы в качестве генетических маркеров, создать исходные формы озимой пшеницы, сочетающие лучшие хлебопекарные качества с высокой продуктивностью.

Задачи исследования.

1. С целью подбора исходных родительских форм идентифицировать глиадинкодирующие локусы у доноров качества из коллекции ВИР.

2. Изучить характер наследования глиадинкодирующих локусов в гибридных поколениях Я,, и характер их замещения при насыщающих скрещиваниях в ВС1, ВС2, ВС3.

3. В Р2, ВС,, ВС2, ВС3 выявить элитные растения, сочетающие отличные технологические свойства с высокой продуктивностью. По-

лученные на их основе гомозиготные линии испытать по комплексу хозяйственно-ценных признаков.

Связь диссертационной работы с тематическим планом научных исследований.

Исследование по созданию новых высококачественных форм озимой пшеницы проведено в рамках программы О.СХ.32.: «Создать и внедрить высокопродуктивные сорта сельскохозяйственных культур, отвечающих требованиям интенсивных технологий».

Раздел: 02. Создание высококачественных форм озимой пшеницы с использованием методов биохимической генетики.

(Номер государственной регистрации 00001000)

Научная новизна работы. Внедрены методы биохимической генетики в селекционный процесс по созданию высококачественных форм озимой пшеницы. Показано, что сочетание результатов изучения полиморфизма запасных белков методом электрофореза на крахмальном геле с классическими методами селекции значительно ускоряет процесс создания ценных в селекционном отношении генотипов.

Установлена особенность замещения глиадинкодирующих локусов при насыщающих скрещиваниях озимой пшеницы и определено оптимальное число беккросов, при котором происходило полное или почти полное замещение глиадинкодирующих локусов от сорта донора к реципиенту.

Положения, выносимые на защиту:

Возможность создания генотипов озимой пшеницы с желаемым сочетанием глиадинкодирующих локусов в простых и насыщающих скрещиваниях, а также отбора гомозиготных по глиадинкодирующим локусам форм озимой пшеницы, характеризующихся высокой продуктивностью и отличным качеством зерна.

Практическая ценность работы. Выделено 80 гомозиготных линий, сочетающих высокую продуктивность с лучшим качеством зерна из гибридных растений ВС3, полученных от реципрокных скрещиваний доноров качества Обрий, Проминь, Прометей, Одесская красноколосая с местными высокопродуктивными формами - сортом Лютесценс 46 и Альбидум 4352. Из них 4 линии включены в коллекцию отдела селекции пшеницы в качестве исходного материала, а 7 линий, как наиболее перспективные, находятся в селекционной проработке в питомнике конкурсного сортоиспытания отдела селекции и первичного семеноводства пшеницы КырНИИЗ.

Предложена и внедрена в отделе селекции пшеницы КырНИИЗ схема использования глиадинкодирующих локусов для оценки селекционного материала при простых и насыщающих скрещиваниях.

Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в печатных работах, список которых приводится в конце автореферата, а также доложены на Республиканской научно-практической конференции молодых ученых (1987) и на Республиканской научной конференции "Физиолого-биохимические основы повышения продуктивности растений" (Бишкек, 1991), на Республиканской научно-практической конференции "Аграрная реформа и научно-консультативное и кадровое обеспечение сельского хозяйства" (Бишкек, 1997).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов и предложений по использованию результатов исследований. Список использованной литературы включает 115 отечественных и 165 зарубежных публикаций. Работа содержит 24 таблицы, 2 приложения, 7 фото и иллюстрирована 4 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объекты исследования

Объектами исследования служили 32 образца коллекции ВИР. В качестве исходных родительских форм привлечены 4 донора качества, характеризующиеся присутствием глиадинкодирующих локусов, определяющих высокое качество - Обрий, Проминь, Прометей, Одесская красноколосая и высокопродуктивные сорта Лютесценс 46 и Альбидум 4352. Изучено 16 гибридных комбинаций Рт, Р2, ВСт, ВС2, ВС3, полученных в результате реципрокных скрещиваний доноров качества с местными высокопродуктивными формами и более 1000 гомозиготных линий, отобранных в процессе исследования.

Полевые опыты заложены в соответствии с общепринятыми методами селекционно-генетических исследований на полях отдела селекции и первичного семеноводства пшеницы КырНИИЗ.

Методика исследования

Электрофорез глиадина проводился по методике Созинова А. А. и др. (1977) в алюминий-лактатном буфере с рН - 3,1- В качестве носителя служил 13—14% крахмальный гель, глиадин извлекался 70% этанолом.

Метод возвратного насыщающего скрещивания - беккросса использован для полного замещения глиадинкодирующих локусов от донора к реципиенту.

Для технологической оценки родительских форм, гибридов и линий определяли показатель седиментации, тип распада шарика теста, содержание белка, клейковины и качество клейковины, реологические свойства теста, проводили пробную лабораторную выпечку по общепринятым методикам (Методы оценки технологического качества зерна, М„ 1978).

Биометрический метод проведен индивидуально по каждому растению у гибридных и родительских форм по следующим параметрам: высота растений, длина колоса, число зерен в колосе, масса 1000 зерен.

Математическая обработка результатов проводилась по методике, изложенной в руководствах Н. Л. Удольской (1970) и П. Ф. Рокицкого (1973). Достоверность различия вычислялась по критерию Стьюдента. Оценка степени соответствия фактически полученных с теоретически ожидаемым расщеплением производилась по методу хи-квадрат (Рокицкий, 1978).

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ ГЛИАДИНА И КАЧЕСТВО ЗЕРНА СОРТОВ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ИЗ КОЛЛЕКЦИИ ВИР

Электрофоретические спектры глиадина 32 образцов коллекции ВИР изучены в целях подбора доноров качества. Глиадиновые блоки использовались в качестве генетического маркера при подборе исходных родительских пар для скрещивания.

Поскольку наиболее существенную роль в определении генетически детерминированного уровня качества зерна пшеницы оказывают глиадинкодирующие локусы хромосом 1А и 1В, то классификацию сорта коллекции ВИР проводили по этим хромосомам (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика групп сортов озимой пшеницы из коллекции ВИР, классифицированных по аллелям локусов СИ 1А, 0!с( 1В

Ал- Часто- Показатели качества в среднем по кластеру Ал- Часто- Показатели качества в среднем по кластеру

лели та лели та

локу- встре- Тип рас- Содержание Число локу- встре- Тип рас- Содержание Число

сэ чаемос- пада белка клейко- идк седимен- са чаемос- пада белка, клейко- идк седимен-

01с> 1А ти, % шарика % вины, % тации, С1с11В ти, % шарика % вины, тации, мл

теста мл теста %

2 3,1 1М 14,77 36,0 85,0 45,0 1 62,5 I 15,0 30,0 72,7 59,15

3 15,6 I 16,0 37,9 80,6 56,8 2 9,3 I 14,20 37,0 76,6 57,30

4 59,3 [ 14,82 36,0 69,3 59,0 4 9,3 I 15,36 39,20 71,6 56,70

7 3,1 I 14,45 37,0 70,0 54,0 7 6,3 1-Н 15,11 35,75 82,5 54,0

10 15,6 I 14,40 37,3 70,6 58,4 13 9,3 I 14,33 36,30 81,5 52,30

13 3,1 I 16.41 39,0 60,0 60,0 15 3,1 I 15,80 40,50 60,0 68,0

В результате исследований выявлено, что доноры качества коллекции ВИР содержат по данным хромосомам в основном блоки Gld 1А4 (59,3%) и 1В1 (62,5%). У некоторых сортов обнаружены аллельные варианты блоков компонентов глиадина, селекционная ценность которых еще не изучена. Это блоки Gld 1А10, 1А13, 1В13, 1В15. Блок глиадина Gld 1А10 встречается у сортов Березина, Криница, Одесская красноколосая, Мутант 107 и к-54995. Глиадинкодирующий локус Gld 1А13 выявлен только у Ставропольской 38. По глиадинкодирующим ло-кусам IB хромосомы малоизученный блок Gld IB13 выявлен у сортов Криница и Березина, а блок Gld IB15 характерен для сорта Одесская красноколосая. Сорта Криница, Березина, Одесская красноколосая имеют малоизученные блоки по двум глиадинкодирующим локусам.

Выявлен внутрисортовой полиморфизм по IB хромосоме с проявлением одновременно двух аллельных блоков у сорта Мироновская 808 Gld 1В4+4 и у румынского сорта К-56328 Gld IB4+3, а сорт Колос полиморфен по локусу IA хромосомы Gld 1АЗ+4.

Анализ средних показателей качества зерна групп сортов (кластеров) классифицированных по определенным глиадинкодирующим локусам показывает, что генотипы с блоками глиадина Gld 1А4, Gld 1В1 превосходят по этому признаку другие генотипы. Исключение составляют генотипы с малоизученными аллелями Gld 1А10, 1А13, 1В15. Так сорт Одесская красноколосая имеющая в спектре глиадина аллель Gld 1А10 и Gld 1В15 по числу седиментации на 9 мл превосходит генотипы с аллелями Gld 1А4, Gld 1В1.

В результате биохимической и технологической оценки сорто-образцов коллекции ВИР, с учетом рекомендаций, разработанных Со-зиновым А. А., Попереля Ф. А. (1986 г.), в качестве исходных родительских форм отобраны сорта Обрий, Проминь, Прометей, Одесская красноколосая, имеющие глиадинкодирующие локусы, определяющие наилучшие технологические свойства зерна.

Для создания новых генотипов, сочетающих отличное качество с высокой продуктивностью, в гибридизацию с донорами качества были привлечены высокопродуктивные формы местной селекции Лютесценс 46 и Альбидум 4352.

ХАРАКТЕРИСТИКА РОДИТЕЛЬСКИХ СОРТОВ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ, ПРИВЛЕЧЕННЫХ В ГИБРИДИЗАЦИЮ

Как видно из таблицы 2 родительские сорта имеют разную генетическую формулу глиадина и по элеетрофоретическому спектру они различаются количеством компонентов (рис. 1), наличие которых зависит

Таблица 2

Генетические формулы глиадина родительских сортов озимой пшеницы, привлеченных в гибридизацию

№№ Сорта Аллельные варианты глиадинкодирующих

п/п локусов по хромосомам

1А 1В ю 6А 6В 6Э

1 Обрий 4 1 4 3 1 3

2 Проминь 4 1 4 3 1 3

3 Прометей 4 1 5 3 2 3

4 Одесская

красноколосая 10 15 1 1 1 1

5 Лютесценс 46 4 3 3 1 1 1

6 Альбидум 4352 3 3 1 1 1 1

Рис. 1. Электрофоретические спектры глиадина родительских сортов озимой пшеницы привлеченных в гибридизацию.

Н

е

г 3

V 10

н а п 11 >6 1е

/?

6 ?

?

9 но

11 12

иъ и

4£ 1?

7

9 9

ю

у/ 12 1Ь 14 1.о Л 16

е ?

<?

9

10 ■Н 12

/3 /« -16

.2

, ч

£ ?

Р 9

/<? 11

12

/3

>5 %

1

2

3

4

5 С

7

<?

5

К . Н

кг

13 п 16 /б

1?

1В

19

20

Сорта: 1 — Обрий, 2 — Проминь, 3 — Прометей, 4 красноколосая, 5 — Лютесценс 46, 6 — Альбидум 4352.

Одесская

Таблица 3.

Различия между родительскими сортами по показателям качества и элементам продуктивности

(в среднем за три года)

Показатели качества Элементы продуктивности

Наименование сортов Число седиментации, мл Удельная работа деформации теста, е.а. Объем хлеба, см3 Масса зерна с колоса, г Масса зерна с растения, г Масса 1000 зерен, г

Обрий ± Лютесценс 46 + 16ХХХ + чга™ + 141хх -0,3х - 3,53х* - 2,27х"

Проминь ± Лютесценс 46 + 14хх + 124х* + ЮО5" - 0,27х -1,51х -1,24х

Прометей ± Лютесценс 46 + 10х + 95х + 70х - 0,63х - 5,23х" - 5,40ххх

Одесская красноколосая ± Лютесценс 46 + 23ххх + 159ххх + 178х" - 0,39х + 0,79 -0,47

Обрий ± Альбидум 4352 + 19хх +• 132хх + 195** - 0,48х" - 4,77ххх - 4,93ххх

Проминь ± Альбидум 4352 + 1?хх + 128х + 154х" - 0,45х - 2,75е' - 3,90ххх

Прометей ± Альбидум 4352 + 13х + 99х + 124х -О.в!"1 - 6,47ххх - в.Об50«

Одесская красноколосая ± Альбидум 4352 + 26ххх + ЧбЗ*** + 232ясх - 0,57х -0,45 -ЗИб1001

Примечание:х,**,ххх — различия существенны соответственно на 0,05; 0,01; 0,001 уровнях значимости.

от присутствия того или иного блока и по данному признаку являются мономорфными.

В таблице 3 приведены данные, характеризующие различие между родительскими сортами по показателям качества и элементами продуктивности.

При сопоставлении данных показателей качества выявлено, что отличные технологические свойства имеют сорта Обрий и Проминь, несколько ниже сорт Прометей, хотя по исследуемым глиадинкоди-рующим локусам 1А, 1В хромосом они имеют идентичные аллели. Это объясняется тем, что на качества зерна оказывают влияние ряд других факторов, в том числе глиадинкодирующие локусы других хромосом, особенности углеводно-амилазного комплекса, свойства глютенинов и др. Сорт Одесская красноколосая, у которого в электрофоретическом спектре глиадина присутствуют малоизученные блоки Gld 1А10, Gld 1В15, характеризуется наилучшими хлебопекарными свойствами. При сопоставлении данных по числу седиментации сорт Одесская красноколосая достоверно превысил сорт Лютесценс 46 на 23 мл, а Альбидум 4352 на 26 мл. По удельной работе деформации теста межсортовая разница по этому признаку между сортами Одесская красноколосая и Лютесценс 46 составили 159 е.а., а с Альбидум 4352 - 163 е.а. Самый высокий объем хлеба был также у сорта Одесская красноколосая 805 см3, у сортов Лютесценс 46 и Альбидум 4352 он составил 627 см3 и 573 см3 соответственно.

Как видно, местные высокопродуктивные сорта Лютесценс 46 и Альбидум 4352 с блоками глиадина Gld 1АЗ и Gld 1ВЗ в значительной степени уступают донорам качества по технологическим показателям, но по изученным элементам продуктивности существенно превосходят их.

Несмотря на то, что изучаемые нами количественные полигенные признаки в значительной мере зависят от условий выращивания, наследственно обусловленные различия между сортами по качеству зерна и элементам продуктивности сохранились во все годы исследований и достоверны на высоком уровне значимости.

ХАРАКТЕР НАСЛЕДОВАНИЯ ГЛИАДИНКОДИРУЮЩИХ ЛОКУСОВ В ГИБРИДНЫХ ПОКОЛЕНИЯХ F,, F2 И ХАРАКТЕР ИХ ЗАМЕЩЕНИЯ ПРИ НАСЫЩАЮЩИХ СКРЕЩИВАНИЯХ В ВС,, ВС2, ВС3

При анализе отдельных гибридных зерен F, выявлено, что независимо от направления скрещивания спектры глиадина гибридных зерновок представлены суммой компонентов элекгрофоретических спектров

родительских форм. Интенсивность проявления компонентов материнского сорта выше, чем отцовского, что является следствием наличия двух доз генов материнского организма, предопределенной триплоид-ной природой эндосперма.

Во втором поколении у зерновок обнаружено четыре фенотипиче-ских класса. Один из них не отличается от электрофоретического спектра материнского организма, другой - от электрофоретического спектра отцовской формы. Остальные два класса являются гетерозиготами с преобладанием в одном классе дозы гена материнского, а в другом -отцовского компонента. Фактически полученное нами расщепление в Р2 соответствовало теоретически ожидаемому соотношению 1:2:1 характеризующего кодоминантный характер наследования.

В практической селекции для создания новых форм пшеницы часто применяют насыщающие скрещивания — беккроссы, когда в ряде поколений гибридное потомство последовательно насыщается ядерным наследственным материалом от сорта-донора сорту-реципиенту.

Для ускоренного создания новых высококачественных форм пшеницы были использованы насыщающие скрещивания в сочетании с методом биохимической генетики. Нами изучен характер замещения глиа-динкодирующих локусов в 16 реципрокных гибридных комбинациях скрещивания. В таблице 4 приведены результаты изучения компонентного состава глиадина у гибридных зерновок ВС), ВС2, ВС3 полученных от реципрокных скрещиваний сортов Лютесценс 46 и Обрий, а также Альбидум 4352 и Обрий.

После первого насыщения в гибридных зерновках В^ было выявлено три типа электрофоретического спектра глиадина. Первый и второй тип по эндосперму является гетерозиготами с разным дозовым эффектом гена. В первом типе преобладают компоненты материнского организма ?9о-, во втором — отцовского организма <г<г9, а третий тип является гомозиготой с проявлением только отцовских компонентов сгегсг. Уже после первого насыщения генотипы с чисто материнским типом спектра глиадина 999 полностью элиминированы. Во всех гибридных комбинациях число гетерозигот с преобладанием отцовского компонента сго-9 было меньше (от 20 до 30%), чем гетерозигот, с дозовым эффектом материнского компонента 99<г (32—41%). Но несмотря на это, число генотипов, несущих глиадинкодирующие локусы отцовского организма сго-о-, уже после первого беккросса значительно возросло и составило от 35 до 45%.

Таблица 4

Характер замещения глиадинкодирующих локусов в гибридных зерновках ВС^ ВС2, ВС3

Частота встречаемости родительских аллелей по

Комбинации Гибридное хромосомам, %

скрещиваний поколение 1А 1В

99сг <У<У9 (ГОГСГ ?9ог ссг? огсгог

Обрий х Лютесценс 46 ВС! - - 100 35 20 45

ВС2 - - 100 6 20 74

ВСз - - 100 - 3 97

Лютесценс 46 х Обрий ВС! - - 100 40 20 40

ВС2 - - 100 8 28 64

ВСз - - 100 - - 100

Обрий х Альбидум 4356 ВС1 41 24 35 32 30 38

ВС2 14 20 66 8 24 68

ВСз - 4 96 - - 100

Альбидум 4356 х Обрий ВС1 39 23 38 32 25 43

ВС2 18 18 72 14 25 61

ВСз - 3 97 - 6 94

Примечание: ста? — генотип по эндосперму с двойной дозой гена отцовского организма 9?<у — генотип по эндосперму с двойной дозой гена материнского организма сгасг — генотип по эндосперму с отцовской дозой гена

У зерновок ВС2, полученных после второго беккросса, сохранились встречающиеся в ВС^ типы апектрофоретических спектров глиадина (табл. 4), однако их соотношение изменилось в сторону увеличения числа генотипов с отцовскими аплельными вариантами блоков компонентов глиадина (orо-сг 61—74%). Также резко (от 6 до 18%) снизилось число генотипов, несущих две дозы гена материнской формы ?9сг, тогда как в BCi наблюдалась обратная закономерность.

Вследствие этого, в гибридных комбинациях, где насыщение проводили донорами качества, после второго насыщения вероятность отбора генотипов, несущих высокое качество зерна с учетом расщепления гетерозигот, содержащих две дозы гена отцовского и одну дозу гена материнского сорта, составила свыше 61% с генотипом Gld 1В1, 1В1, 1В1 и свыше 72% с генотипом Gld 1А4, 1А4, 1А4.

При насыщении гибридов высокопродуктивными формами Лютес-ценс 46 и Альбидум 4352, вероятность отбора высококачественных генотипов Gld 1В1, 1В1, 1В1, составляет всего 6—8%, а генотипов Gld 1А4, 1А4, 1А4, —14%.

Отсюда следует, что после второго беккросса можно отобрать генотипы с желаемым сочетанием аллелей глиадинкодирующих локусов, маркирующих определенный признак, в том числе и качество зерна.

При каждом последующем беккроссе гибридное потомство последовательно насыщается блоками и компонентами глиадина отцовского организма. В изучаемых гибридных комбинациях практически полная замена глиадинкодирующих локусов от сорта-донора к сорту-реципиенту обнаружена в ВС3. Встречаемость гетерозигот Gld <ха9 с двойной дозой отцовского компонента незначительна и составила 3% — Gld 1В1, 1ВЗ, 1ВЗ; 6% —Gld 1ВЗ, 1В1, 1В1; 4% —Gld 1А4, 1АЗ, 1АЗ; 3% — Gld 1АЗ, 1А4, 1А4. Генотипов с преобладанием компонентов материнского организма 9чо не обнаружено (табл. 4).

Сравнительная оценка по числу седиментации гибридных зерновок ВС,, ВС2, ВС3 и родительских форм позволила выявить положительную трансгрессию по показателям качества в гибридных комбинациях, где насыщение проводили глиадинкодирующими локусами Gld 1А4, 1А10, 1В1,1В15, характерными для доноров качества (табл. 5).

Аналогичная закономерность наблюдается и в остальных 12 комбинациях скрещивания, изучение гибридного материала BCi, ВС2, ВС3 16 гибридных комбинаций позволило установить, что достаточно провести три непрерывных беккросса для получения форм, имеющих от-

Таблица 5

Различия по показателю седиментации между гибридами ВС^ ВС2, ВС3 и их родительскими формами.

Исходные родительские формы ВС, ВС2 ВСз

и гибридные комбинации число разница, число разница, число разница,

седиментации, мл седиментации, мл седиментации, мл

мл мл мл

Лютесценс 46 36,6 ± 1,4 -1,4 39,0 ± 0,8 -6,0х 32,2 ±1,1 -10,2х

Лютесценс 46 х Обрий 38,0 ± 3,9 -8,6х* 45,0 ± 1,6 20,0х* 42,2 ±3,0 -0,8

Обрий 46,6 ± 0,8 65,0 ± 1,7 43,0 ±0,5

Обрий 46,6 ± 0,8 ю.г'" 65,0 ±1,7 27,0"1 43,0 ± 0,5 12,1х*

Обрий х Лютесценс 46 36,4 ± 0,2 -0,2 38,0 ±1,4 -1,0 30,9 ±1,1 -1,1

Лютесценс 46 36,6 ± 1,4 39,0 ± 0,8 32,2 ±1,1

Альбидум 4352 33,6 ±1,2 - 1,4 38,6 ± 1,4 -19,4 24,6 ± 1,5 - 18,4х*

Альбидум 4352 х Обрий 35,0 ± 5,4 - 11,6х 58,0 ±3,5 -7х* 43,0 ±1,7 0

Обрий 46,6 ± 0,8 65,0 ± 1,7 43,0 ± 0,5

Обрий 46,6 ±0,8 8,6х 65,0 ± 1,7 16,5х" 43,0 ±0,5 170«х

Обрий х Альбидум 4352 38,0 ±4,0 4,4 48,5 ±0,5 +9,9ХХ 26,0 ±2,4 1,4

Альбидум 4352 33,6 ±1,2 38,6 ±1,4 24,6 ±1,5

Примечание: Я!Х— различия существенны соответственно на 0,05; 0,01; 0,001 уровнях значимости

цовский генотип по глиадинкодирующим локусам, маркирующим тот или иной признак. В наших исследованиях это — качество зерна. При этом вероятность отбора высококачественных форм озимой пшеницы значительна уже после второго беккросса, когда можно отобрать гомозиготы с желаемым глиадинкодирующим локусом.

ХАРАКТЕРИСТИКА ГОМОЗИГОТНЫХ ЛИНИЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ БИОХИМИЧЕСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Оценка по электрофоретическому спектру глиадина гибридного материала ВС2, ВС3, позволила из более 1000 форм отобрать 129 новых гомозиготных по глиадинкодирующему локусу генотипов сочетающие высокую продуктивность с лучшим качеством зерна.

При сопоставлении элекгрофоретического спектра глиадина изучаемых линий выявлены типы спектров, характеризующиеся сочетанием всего разнообразия глиадинкодирующих локусов родительских сортов. Среди типов элекгрофоретического спектра глиадина у линий, полученных в комбинациях с привлечением сорта Лютесценс 46 обнаружены такие, компонентный состав которых идентичен спектрам глиадина родительских сортов Обрий, Проминь, Лютесценс 46, Одесская красноколосой.

Среди линий, имеющих одной из исходных форм Альбидум 4352, спектры глиадина идентичные спектрам сортов Обрий и Проминь не обнаружены. Здесь встречаются элекгрофоретические спектры глиадина аналогичные Альбидум 4352, Одесская красноколосой, Прометею.

Однако свидетельством их гибридного происхождения являются отличия линий от родительских форм по морфологическим и другим селекционным признакам. Обнаружены также линии с идентичными спектрами глиадина, но имеющие различное генетическое происхождение (отобраны из разных гибридних комбинаций).

Для выявления сопряженности компонентного состава глиадина с качеством зерна и элементами продуктивности, сравнивались средние значения признаков между группами линий, различающихся по глиадинкодирующим локусам 1А и 1В хромосом.

Статистический анализ, проведенный методом сравнения показателей седиментации и массы 1000 зерен у генотипов, различающихся по одной паре аллелей глиадинкодирующих локусов 1А и 1В хромосом,

Таблица 6

Влияние глиадинкодирующих локусов на показатель седиментации и массу 1000 зерен у групп линий, отобранных в комбинациях от реципрокных скрещиваний сортов Лютесценс 46 и Альбидум 4356 с

донорами качества (в среднем за три года)

Сопоставляемые типы Различия

Группы линий глиадинкодирующих по показателю по массе

локусов седиментации, мл 1000 зерен, г

Линии от скрещивания IB1 ±IB3 + - 2,45х

сорта Лютесценс 46 с до- !В1 ±IB15 + 3,05х -2,81х

норами качества: Обрий, IB3 ± IB15 - 9,51ххх -4,26хх

Проминь, Прометей, Одес-

ская красноколосая IA4 ± IA10 -2,57 + 1,30

Линии от скрещивания IB1 ± IB3 + И.ОЭ^ - 2,43х

сорта Альбидум 4352 с до- IB1 ±!В15 + 0,5 + 1,99

норами качества: Обрий, IB3± IB15 -12,58х30' + 4,32ю01

Проминь, Прометей, Одес-

IA4 ± IA3 + И.Зб*"" -2,29

ская красноколосая

IA4 ± IA10 + 2,54 + 1,09

IA10± IA3 + 8,84х - 3,38ххх

Примечание:х, **, т— различия существенны соответственно на 0,05; 0,01; 0,001 уровнях значимости

позволил установить, что число седиментации достоверно выше у тех генотипов, в состав глиадина которых входят блоки компонентов глиа-дина, характерные для доноров качества: Gld 1А4, Gld 1А10, Gld 1В1, Gld 1B15, тогда как присутствие аллельных блоков Gld 1АЗ, Gld 1ВЗ вызывало снижение числа седиментации (табл. 6).

Так у групп линий полученных с привлечением в качестве одного из родителей сорта Лютесценс 46 при сопоставлении по глиадинкоди-рующим локусам Gld 1В1 ± Gld 1ВЗ различия по числу седиментации составили +12,0 мл, a Gld 1В15 ± Gld 1ВЗ — +9,51. Аналогично, у линий из комбинаций скрещивания с Альбидум 4352 присутствие в спектре глиадина аллелей Gld 1В1, 1В15, 1А4, 1А10 обуславливает достоверно высокое число седиментации, в отличие от линий, характеризующихся наличием аллелей Gld 1АЗ, 1ВЗ: Gld 1В1 ± Gld 1ВЗ —+11,08 мл; Gld

1ВЗ ± Gld 1В15--12,58 мл; Gld 1A4±Gld 1АЗ —+11,36 мл; Gld 1А10±

Gld 1АЗ — +8,84 мл. Установлено статистически достоверное превышение по одному из показателей продуктивности: массе 1000 зерен, у линий, характеризующихся наличием аллелей Gld 1ВЗ, Gld 1АЗ в сравнении с Gld 1В1, Gld 1А4, Gld 1А10.

Таким образом, для линий наиболее ценных по качеству свойственно присутствие аллелей Gld 1А4, Gld 1А10, Gld 1В1, Gld 1B15. По числу седиментации эти линии превосходят своего лучшего родителя. Так линии 739 и 848 превосходят по числу седиментации лучшего родителя на 3 мл, а линия 772 — на 10 мл.

Интересно отметить, что положительная трансгрессия по числу седиментации характерна только для линий, выделенных из гибридных комбинаций, где в качестве высокопродуктивного родителя привлекался сорт Лютесценс 46. Трансгрессивные по качеству линии в комбинациях с Альбидум 4352 не выявлены. Можно предположить, что это вероятно определяется особенностями генотипов этих родительских форм.

Таким образом, полученные результаты дают возможность заключить, что сочетание методов индивидуального отбора и биохимической генетики позволяют уже на самих ранних этапах селекции выделить гомозиготные линии, превосходящие лучшего родителя по качеству и другим селекционно-ценным параметрам.

В отдел селекции пшеницы КырНИИЗ для дальнейшей селекционной проработки в 1994 году были переданы 39, а в 1995 году — 41 гомозиготных линий, характеризующиеся лучшими показателями по комплексу признаков.

СЕЛЕКЦИОННАЯ ЦЕННОСТЬ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЛИНИЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

На следующем этапе высококачественные линии изучались в полевых условиях на опытном участке КырНИИЗ по методике Государственного сортоиспытания по комплексу селекционно-ценных признаков. Перспективные линии озимой пшеницы проверялись по компонентному составу глиадина на гомозиготность и проводилась оценка технологических свойств зерна.

Всестороннее изучение в различных селекционных питомниках восьмидесяти полученных линий и их жесткая браковка по селекционно-ценным признакам позволили выделить 11 наиболее перспективных форм.

Из выделившихся форм, в результате детального изучения технологических и селекционных параметров, линии 739, 772, 848, 1000 включены в коллекцию отдела селекции пшениц КырНИИЗ. В дальнейшем они будут использоваться в селекционной работе как исходный материал при создании новых высококачественных форм озимой пшеницы. Характеристика этих линий представлена в таблице 7.

7 наиболее ценных по комплексу хозяйственно-полезных признаков линий, признанных селекционерами весьма перспективными заложены в питомнике КСИ под урожай 1998 года. В качестве стандарта служат районированные сорта местной селекции Лютесценс 42 и Эрит-роспермум 13. Все перспективные линии выравнены, однотипны, относятся к среднеспелым сортам, не полегают, зимостойкие, с высотой растений 78—103 см. Они характеризуются высокой урожайностью и отличным хлебопекарным качеством зерна.

Различия по ряду признаков между выделившимися линиями и сортами, принятыми в качестве стандартов представлены в табл. 8.

Во все годы испытания линии 27а, 31а, 121, 124, 127, 506, 645 характеризуются высокими технологическими показателями зерна, это предопределено наличием глиадинкодирующих локусов маркирующих отличное качество зерна.

При сравнении показателей качества, наилучшие параметры имели линии 506, 127, 124. Сила муки у них достигала 387,5; 360,5; 350 е.а. соответственно, в то время, как стандарты Эритроспермум 13 и Лютесценс 42 имели силу муки в среднем 291,5 и 297,5 е.а. Наибольшая

Таблица 7

Характеристика линий озимой пшеницы, рекомендованных как исходный материал при селекции на качество (в среднем за два года)

Разно- Генетическая Год Высо- Длина Число Мас- Уро- Число Тип Сила Стек-

Ли- вид- Гибридное формула выра- та коло- колос- са жай- седи- распа- муки, ло-

ния ность происхождение глиадина щива- расте- са, см ков в 1000 ность, мента- да ша- е. а. вид-

ния нии, коло- зе- ц/га ции, рика ность,

см се, шт рен, г мл теста %

739 эритр. Проминь X 4.1.1.1.1.3 1996 100,0 9,5 21,0 39,9 65,4 51 1 234 90,5

Лютенсценс 46 1997 97,0 10,0 19,5 41,2 66,8 56 1 388 92,8

сред. 98,5 9,7 20,2 40,5 66,1 53,5 1 311 91,6

772 эритр. Проминь х 4.1.3.1.1.1 1996 99,0 9,0 20,0 42,2 -61,9 54 -1 345 96,5

Лютенсценс 46 1997 104,0 9,5 21,5 40,8 67,3 56 1 459 98,0

сред. 101,5 9,2 20,7 41,5 64,6 55 1 402 97,2

848 эритр. Проминь X 4.1.4.3.1.3 1996 95,0 11,0 23,0 42,5 58,0 52,5 1 324 95,8

Лютенсценс 46 1997 87,0 10,0 21,0 40,4 55,7 58 1 303 96,9

сред. 91,0 10,5 22,0 41,4 56,8 55,2 1 313,5 96,3

1000 эритр. Одесская 10.15.1.1.1.1. 1996 110,0 9,0 23,0 43,0 69,0 54 1 329 92,0

красноколосая х 1997 99,0 9,0 23,0 41,5 64,7 57 1 36 3 89,8

Лютенсценс 46 сред. 104,5 9,0 23,0 42,2 66,8 55,5 1 346 90,9

Таблица 8

Различия по некоторым селекционно-ценным параметрам между перспективными линиями озимой пшеницы и сортами стандартами Лютесценс 42 и Эритроспермум 13 (в среднем за два года)

Сравниваемые линии и сорта Масса 1000 Урожай- Число седи- Сила муки, Стекловид-

зерен, г ность, ц/га ментации, мл е. а. ность, %

линия 27а ± Лютесценс 42 + 0,8 +9,6** +6,5х +17,0 -2,8х

линия 27а ± Эритроспермум 13 -0,3 +2,8 +6,0ХХХ +23,0 -5,8х"

линия 31а ± Лютесценс 42 +0,7 -5,5х +10,0" +45,0х -2,0

линия 31а ± Эритроспермум 13 +0,4 -1,3 +9,5ю1 +51,0х -5,0х

линия 121 ± Лютесценс 42 +2,1 +6,0х +5,0ХХХ +19,5 -8,8х"

линия 121 ± Эритроспермум 13 +1,0 -0,8 +4,5х +25,5 -11,8х*

линия 124 ± Лютесценс 42 +1,0 +7,1хх +7,5ю" +52,5х +3,0

линия 124 + Эритроспермум 13 -0,1 +0,3 +7,0х +58,5" +0

линия 127 + Лютесценс 42 +1,2 +5,6х +9,5х +63,0х +4,8х

линия 127 + Эритроспермум 13 -0,1 -1,2 +9,0ХХХ +69,0х +1,8

линия 506 + Лютесценс 42 +1,2 +7,2х" +4,7х +90,0х +2,9

линия 506 ± Эритроспермум 13 +0,1 +0,4 +4,2ХХ +96,0х -0,1

линия 645 + Лютесценс 42 +0,3 +4,2х +7,5х +22,0 +2,5

линия 645 ± Эритроспермум 13 -0,8 -2,6 +7,0ХХХ +28,0 -0,5

Примечание: *, **,1001 —различия существенны соответственно на 0,05; 0,01; 0,001 уровнях значимости.

достоверная разница обнаружена при сопоставлении силы муки линии 506 с сортом Лютесценс 42 — 90 е.а., с сортом Эритроспермум 13 — 96 е.а.; линия 127 превысила стандарт Лютесценс 42 на 63,0 е,а., а стандарт Эритроспермум 13 на 69 е.а.; линия 124 по силе муки превосходила стандартные сорта Лютесценс 42 и Эритроспермум 13 на 52,5 и 58,5 е.а. соответственно. Высокий показатель седиментации в среднем за два года имели линия 127 (52 мл) и линия 31а (52,5 мл). Они значительно превосходили по данному признаку стандарты и различия составили: линия 127 ± Лютесценс 42: +9,5 мл; линия 127 ± Эритроспермум 13: +9,0 мл; линия 31а ± Лютесценс 42: +10 мл; линия 31а ± Эритроспермум 13: +9,5 мл. Кроме того, можно выделить линию 124, превосходящую сорт Лютесценс 42 по числу седиментации на +7,5 мл, а Эритроспермум 13 ■— на 7,0 мл. Все остальные испытуемые линии также достоверно превосходят стандартные сорта по числу седиментации.

По продуктивности выделились линии 27а, 506 и 124. Средняя урожайность за два года у них составила 77,1; 74,7; 74,6 ц/га соответственно. По этому признаку они достоверно превосходили стандарт Лютесценс 42 на 9,6; 7,2; 7,1 ц/га. Остальные линии — 645; 127; 121 и 31а характеризуются более низкой урожайностью, в сравнении с линиями 27а, 506, 124, но превосходят стандарт Лютесценс 42 на 4,2; 5,6; 6,0; 5,5 ц/га соответственно.

По массе 1000 зерен, стекловидности и другим параметрам значительных различий между стандартами и линиями не выявлено.

Как видно из вышеприведенных данных, высококачественные линии, отобранные для дальнейшего испытания в конкурсном сортоиспытании, по уровню продуктивности не уступают стандартам, а некоторые значительно и достоверно превосходят их.

Изучение линий на инфекционном фоне на устойчивость к твердой и пыльной головне выявило их среднюю устойчивость к этим патогенам.

Результаты проведенного испытания отобранных линий по комплексу признаков позволяет заключить, что линии, созданные с использованием методов биохимической генетики по всем параметрам отвечают требованиям, предъявляемым к современным сортам.

выводы

1. Из коллекции доноров качества ВИР выделены сорта пшеницы Обрий, Проминь, Прометей, Одесская красноколосая, характеризующиеся присутствием глиадинкодирующих локусов Gld 1А4, Gld 1А10, Gld 1В1, Gld 1B15, являющихся маркерами наилучших хлебопекарных свойств.

2. Исходные родительские формы, привлеченные в гибридизацию, различаются по генетическим формулам глиадина и являются моно-морфными по данному признаку. Доноры качества Обрий, Проминь, Прометей, Одесская красноколосая существенно превосходя по технологическим показателям местные высокопродуктивные сорта Лютес-ценс 46 и Альбидум 4352, значительно уступают им по элементам продуктивности.

3. Наследование компонентного состава глиадина в гибридных поколениях F, и F2 осуществляется по кодоминантному типу Изучение характера замещения глиадинкодирующих локусов при насыщающих скрещиваниях в сочетании с контролем качества зерна гибридного материала по числу седиментации, позволило установить, что после трех непрерывных беккроссов 92—100% генотипов имеют желаемое сочетание глиадинкодирующих локусов, а по качеству зерна наблюдается положительная трансгрессия. Вероятность отбора высококачественных форм озимой пшеницы значительна уже после второго беккросса.

4. Из 80 гомозиготных линий, созданных и переданных в отдел селекции пшеницы КыргНИИЗ, 4 высококачественные линии — 739, 772, 848, 1000 включены в коллекцию отдела селекции пшеницы для дальнейшего использования в качестве исходного материала при селекции на качество.

5. Линии 27a, 31a, 121, 124, 127, 506, 645, как наиболее перспективные по комплексу признаков, испытываются в питомнике конкурсного сортоиспытания отдела селекции и первичного семеноводства пшеницы КырНИИЗ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Для получения ценного селекционного материала озимой пшеницы, сочетающего отличное качество зерна с высокой продуктивностью, рекомендуются доноры высоких хлебопекарных свойств - сорта Эбрий, Проминь, Прометей, Одесская красноколосая, характеризующиеся наличием глиадинкодирующих локусов Gld 1А4, Gld 1А10, 3!d 1В1, Gld 1B15.

2. Для получения генотипов с глиадинкодирующими локусами, маркирующими высокое качество зерна, следует сочетать насыщающие скрещивания с методами биохимической генетики.

3. Выделившиеся по технологическим показателям линии 739, 772, 848, 1000 рекомендуются как исходный материал при создании новых высококачественных форм озимой пшеницы.

4. Перспективные линии 27а, 31а, 121, 124, 127, 506, 645, выделившиеся по комплексу селекционно-ценных признаков рекомендуются для дальнейшего испытания в КСИ.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Нурматова Г. Р., Сариева Г. С. Молекулярные маркеры качества пшеницы. - Тезисы докл. научно-практ. конф., посвященной ХХП съезду ЛКСМ Киргизии. Фрунзе, 1987.

2. Нурматова Г. Р., Сариева Г. С. Использование полиморфизма глиадина белков пшеницы для отбора ценных по качеству форм. - Тезисы докл. конф. молодых ученых. Фрунзе, 1987.

3. Нурматова Г. Р. Использование биохимических маркеров в селекции озимой пшеницы. - Тезисы докл. IV республ. научно-практ. конф. по физиолого-биохимич. основам повышения продуктивности растений. Бишкек, 1991.

4. Оморбекова 3. А., Любавина Р. Ф., Нурматова Г. Р., Сариева Г. С. Использование методов биохимической генетики при создании высококачественных форм озимой пшеницы. - Вестник с.-х. науки. М., "Колос", 1992.

5. Нурматова Г. Р. Использование методов биохимической генетики при подборе родительских форм озимой пшеницы. - Селекция и семеноводство с.-х. культур в Кыргызстане. Бишкек, МП "Табылга", 1993.

6. Нурматова Г. Р., Оморбекова 3. А. Характер замещения глиа-динкодирующих локусов озимой пшеницы при беккроссах. - Селекция и семенонодство с.-х. культур в Кыргызстане. Бишкек, МП "Табылга", 1993.

7. Нурматова Г. Р., Оморбекова 3. А. Характеристика новых линий озимой пшеницы, созданных методом биохимической генетики. -Респ. научно-практ. конф. "Аграрная реформа и научно-консультативное и кадровое обеспечение сельского хозяйства", Бишкек, 1997.

ТУЙ1Н1

Нурматова Гулнар Райымберд1 кызы. Биохимиялык, генетика TecinflepiH колданумен кузд1к бидайдыц жогары сапалы турлерт алу. 06.01.05 — селекция жэне тукым шаруашылыгы мамандыгы бойынша ауылшаруашылыгы гылымдары кандидаты гылыми атагын алу уш^н, Алмалыбак, 1998, п.

1989—1997 жылдар арапыгында бидай селекциясы бел ¡Mi мен биохимиялык, маркерпар лабораториясы 6ipirin биохимиялык генетика эдгамен клейковина белогы полиморфизмы зерттеу непзЫде куздж бидайдьщ жогары сапалы сорттык улплерш алуга багыттаяган жумы-стар барысында селекциялык процессте алгаш рет биохимиялык генетика Tacmi колданыла бастады. Кор тур1ндеп белоктар полиморфизма крахмал гелшде ететЫ электрофорез едгамен зерттеу нэти-желерш селекцияньщ дэстурл1 эдютер1мен уштастыра 6iny кунды ге-нотиптер any процесан б!раз тездетед1.

Донордыц глиадиндж локустарымен реципиентп устемелеп ка-ныктыру уийн кажегп беккросс саны аныкталды

Сапалылык донорлары Обрий, Проминь, Одесская красноколо-сая сорттарын жерпл1ю1 жогары eHiMfli Лютесценс 46 сортымен, Аль-бидум 4352 линиясымен рецилрокп' турде будандастырудан апынган еюним урпак (F2) пен уцл'нол беккросстан (ВС3) зерттеулер натижесжде жогары енмдщтмен 6ipre дэш вте сапалы 80 гомозиготалы линиялар алынды. Олардын ¡шшен 4-eyi сапа корсетюштер! бойынша коллек-цияга енгЫлсе, 7-evi жан-жакты кундылыгымен басталкы материал рет|'нде конкурстык сортсынау питомнипнде Кыргыз eriHiumiK гылыми-зерттеу институты бидай селекциясы бел'1м1нде сынактан втуде.

SUMMARY

Nurmatova Gulnara Raimberdievna. Using methods of the biochemical genetic for breeding new high quality varieties of the winter wheat. Speciality — 06.01.05 breeding and seed farming.

The methods of biochemical genetics in the process of breeding were introduced. It was shown that the using of results of studying the polymorphism of storage protein by the method of electrophoreis in the starch gel alongside with the classical methods of breading, breading speed up the process of creation valuable in selection attitude and genotypes.

There were determined the optimal number of backcross, under which was the full or 92% substitution of blocks of gliadin components from the donor's cultivar to the recipient.

There are 80 homozygous lines, that combine both high productivity with better quality of the grain from hybrid plants F2 and BC3 , as a result of saturated crossing of such donors as Obriyi, Promin, Prometey and Odesskaya Krasnokolosaya with local high-productive forms as varieties Lutestsens 46 and line Albidium 4352.

Using electrophoretic investigation of gliadins in combination with back-crosses is an reliable tool for an early selection of high productivity and good breadmaking quality genotypes of wheat.