Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Тенденции изменчивости некоторых хозяйственно полезных признаков в популяциях сомаклонов и андрогенных дигаплоидов риса ORYZA SATIVA L.

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Тенденции изменчивости некоторых хозяйственно полезных признаков в популяциях сомаклонов и андрогенных дигаплоидов риса ORYZA SATIVA L."

г

7

На правах рукописи

ЗМЕЕВА ВЕРА НИКОЛАЕВНА

УДК 531.143.6: 582.542

ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ НЕКОТОРЫХ ХОЗЯЙСТВЕННО ПОЛЕЗНЫХ ПРИЗНАКОВ В ПОПУЛЯВДЯХ СШАКЛШОВ И АНДРОГЕННЫХ ДИГАПЛОИДОВ РИСА Oryza sativa L

03. 00.12 - физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток 1995

Работа выполнена в лаборатории биотехнологии Биолого-

почьенного института Дальневосточного отделения РАН.

Научный руководитель - чл. -корр. РАН Ю. Н. Куравлев

Унциальные оппоненты - доктор биологических наук, 3. Б. Шамина

(г. Москва)

кандидат биологических наук, В. И. Малиновский (г. Владивосток)

Ведущее учреждение: Институт цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск)

Защита диссертации состоится "49 " <х^/и>-иХ 199 3 года в часов на заседании специализированного совета К 003.97.01. по физиологии растений в Биолого-почвенном институте ДВО по адресу: 690022, Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке ДВО РАН

Автореферат разослан " ^а/ь-гчси 199^ г.

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

¿Р.

И. И. Сибирякова

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы Сельскохозяйственное производство испытывает постоянную потребность б новых сортах культивируемых растений: продуктивных, устойчивых к болезням и максимально приспособленных к агроклиматическим условиям зоны возделывания. Традиционная селекция достаточно успешно справлялась с поставленными перед нею задачами в течение многих лет. Однако в последние десятилетия темпы выведения новых сортов и их разнообразие ухе не отвечают требованиям современной сельскохозяйственной практики.

Выведение новых сортов основано на получении генетически равно-образного исходного материала, из которого затем осуществляется отбор селекционно ценных форм. В связи с этим проблема генетического разнообразия в селекции была и остается актуальной. В свете решения проблемы современная биотехнология предлагает два способа создания генетического разнообразия исходного материала: путем сомаклональной и гаметоклональной изменчивости.

Сомаклональная изменчивость возникает среди растений, регенерировавших в культуре соматических тканей и протопластов (Larkin, Scovrcroft, 1981). Спектр этой изменчивости затрагивает как качественные, так и количественные признаки, хозяйственно Еажные в том числе. Перспективность использования сомаклональной изменчивости в селекционной практике признана многими авторами (Кучеренко, Мамаева, 1979; Larkin, Scovrcroft, 1981; Бутенко, 1983; Sun et al., 1983)

В основе гаметоклональной изменчивости лежит культура тканей изолированных пыльников. Регенерация гаплоидных растений и разработанная на ее основе техника создания дигапдоидов дают возможность получать гомозиготный материал и стабилизировать гибриды значительно быстрее, чем традиционными методами (Snape, 1982; Лукьянюк, Игнатова, 1983; De Buyser et al., 1985). Включение дигаплоидов в селекционный процесс облегчает оценку рекомбинантных генотипов, возникающих

в результате скрещивания, повышает скорость и надежность отбора желаемых форм при меньших объемах популяции (Харченко, Кучеренко, 1977; Simpson, Snape, 1981; Luckett, Smithard, 1992). У самоопыляющихся злаков один гомозиготный генотип может потенциально стать новым сортом.

В этой связи понятен интерес исследователей к проблемам сома- и гаметоклональной изменчивости.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования было изучить тенденции изменчивости отдельных хозяйственно важных признаков у сомаклонов и дигаплоидов риса дальневосточных сортов, выявить особенности сома- и гаметоклональной изменчивости, индуцированной в культуре тканей одного и того же генотипа.

Были поставлены следующие задачи:

1. получить сомаклональные и дигаплоидные линии риса районированных и перспективных сортов;

2. провести генетико-селекщонную оценку полученного материала;

3. определить основные тенденции изменчивости хозяйственно важных признаков у сомаклонов и дигаплоидов, в том числе полученных из одних и тех же сортов;

4. отобрать селекционно-ценные формы в популяциях сомаклонов и дигаплоидов.

Научная новизна. Впервые проанализированы закономерности изменчивости основных хозяйственно важных признаков у регенерантов, полученных в культуре соматических и генеративных тканей риса одних и тех же сортов. Показано, что сходство сома- и гаметоклональной изменчивости состоит в одинаковой частоте линий, сохраняющих значение таких признаков как длина метелки, число фертильных и стерильных колосков, масса зерна с 1 метелки на уровне родительского фенотипа. Напротив, различие обусловлено разными направлениями изменений этих

же признаков у уклоняющихся линий. Показана возможность возникновения изменений одного и того же типа (неосыпаедаеть зерна, остистость, опушенность зерновки) в фенотипе регенерантов, полученных различными способами.

Практическая значимость работы. Закономерности, выявленные при оценке изменчивости некоторыхых агрономических признаков у сомакло-нов и дигаплоидов, дают возможность прогнозировать успех отбора вариантных растений с нужными признаками в популяциях различного происхождения. Так, для улучшения сорта Дальневосточный по признакам число фертильных колосков, масса зерна с 1 метелки и некоторым другим целесообразно проводить отборы в популяции дигаплоидов; по признакам высота растений и дата выметывания - в популяции сомаклонов. Низкорослые формы сорта Новосельский с большей вероятностью будут обнаруживаемы среди дигаплоидов этого сорта. В сомаклональных линиях сорта Дальневосточный было отобрано вариантное растение с неосыпаю-щимся зерном. Линия передана селекционерам Приморского филиала ВНИИ риса и включена в селекционную программу по улучшению сорта.

Апробация работы Материалы диссертации были представлены на 5-й Шждународной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология" (Новосибирск, 1988), Всесоюзной конференции по генетике соматических клеток в культуре (Москва, 1989), 2-м Международном симпозиуме "Клеточные и генные биотехнологии для зерновых злаков" (Алма-Ата, 1989), Всесоюзной научно-практической конференции по биотехнологии растений (Владивосток, 1991), научной сессии, посвященной 60-летию академической науки и 30-летию Биолого-почвенного ин-та ДВО РАН (Владивосток, 1993), научной сессии Общего собрания Дальневосточного отделения РАСХН "Научное обеспечение АПК Дальнего Востока" (Уссурийск, 1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа, объемом в 141 страницу, состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения экспериментальных данных и их обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Содержит 8 таблиц и 16 рисунков. Список литературы представлен 233 работами, из которых на иностранных языках - 190. Приложение содержит ксерокопию Акта передачи сомаклональной линии, характеризующейся неосыпаемостью зерна, полученной в культуре тканей сорта Дальневосточный.

объект и метода исследования.

Сомаклональные варианты и андрогенные дигаплоиды получали в опытах с районированными в Приморском крае сортами риса Дальневосточный и Новосельский, перспективным сортом Дальрис 11, относящимися к виду Oryza sativa L. п/в japónica

Для получения сомаклонов в качестве экспланта были взяты зрелые зерновки, которые подвергали поверхностной стерилизации 0,2£-ным раствором диоцида перед инокуляцией их на искусственные питательные среды. В работе использовали базовые среды Мурасиге и Скуга (Muras-hige, Skoog, 1962) и Блейдиса (Blaydes, 1966), обогащенные витаминами и органическими добавками. В качестве индукторов каллусогенеэа применяли 2,4 Д (2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту), ИУК (^-индоли-луксусную кислоту), АНУ ^нафгилуксусную кислоту). Для получения каллуса'пробирки с эксплантами культивировали в темноте при температуре воздуха 25-27 градусов и влажности 70%. Продолжительность культивирования составила 30 суток. Для индукции морфогенеза размноженный в первом пассаже каллус переносили на среды, содержащие кинетин и БАП (6-бензиламинопурин), культивировали на свету при интенсивности освещения 2-4 тыс. люкс и 16-ти часовом фотрпериоде. Прочие

условия были такими же, как для индукции каллуса.

Для получения андрогенных дигаплоидов на питательные среды помещали пыльники, пыльца в которых находилась на одноядерной стадии развития. Отделенные от донорного растения метелки подвергали холо-довой обработке при температуре 8-10 градусов в течение 10 дней. Минеральной основой сред, использованных для культуры пыльников, была среда N6 (Chu et al. ,1975). Для пролиферации каллуса в среды добавляли 2,4-Д и АНУ, индукции органогенеза - кинетин и BAIL Условия культивирования пыльников и каллуса были такими же, как при получении сомаклональных вариантов. Все линии андрогенных дигаплоидов, представленные в данной работе, получены из каллуса первого пассажа.

Доля гаплоидных растений от общего числа регенерировавших была около 70%. Колхицинирование проводили методом обработки интеркаляр-ной меристемы злаков, предложенному Ееллом (Bell, 1950). Вновь отрастающий побег в случае успешного проведения процедуры формировал нормальную метелку с фертильными колосками. Семена с каждого фер-тильного побега собирали отдельно.

Цитологический анализ полученного материала выполняли по методике, описанной 3. П. Паушевой (1988).

Семенное потомство сомаклональных вариантов и андрогенных дигаплоидов выращивали в полевых условиях на чеках Приморского филиала ВНИИ риса. Опыт закладывали по типу селекционного питомника. Расстояние между рядками было 15 см, между делянками - 30 см, глубина заделки семян - 2 см. Первое семенное поколение сомаклонов и дигаплоидов вследствие малого числа семян выращено без повторений, второе и третье - в 2-х кратном повторении на делянках в 1 кв. м. Контрольные делянки располагали через каждые 10 номеров опытных делянок. При выращивании регенерантов применяли агротехнические приемы, принятые в Приморской зоне рисосеяния (Криволапов,1971).

В течение вегетационного периода Еели фенологические наблюдения (Методики опытных работ..., 1972). В фазу восковой спелости зерна проЕелн генетико-селекционную оценку линий, при этом отмечали сходство и различие морфологических признаков линий и исходного сорта, однородность растений на делянках по высоте, фазе развития и др. признакам. В фазу полной спелости добавили наблюдения за осыпаемостью зерна .и полегаемостью, которые устанавливали по шкалам, разработанным ВИРом для риса (Классификатор... , 1987).

Перед уборкой с каждой делянки отбирали по 10 растений. Биометрический анализ проводили по следующим признакам: высота растений, длина метелки, число фертильных и стерильных колосков на 1 метелке, масса зерна с 1 метелки, масса 100 семян. Семена для определения массы 100 семян отбирали из общего объема кондиционного зерна снопа в 3-х кратном повторении.

В 1985 году получено первое семенное поколение сомаклонов (Р1), 1936 - второе (Р2) ив 1987 - три генерации в один и тот же полевой сезон. В работе представлены данные 1987 года. Первое семенное поколение дигаллоидов (Д1) помучено в 1988 году.

Контрольные популяции и линии регенерантов оценивали с помощью таких статистических показателей как среднее арифметическое, ошибка среднего, коэффициент вариации, причем последний рассчитывали как внутрилинейный, так и межлинейный по всем изучаемым признакам. Достоверность различий средних вариантных линий и исходного сорта устанавливали по критерию Стьюдента при 0,05 уровне значимости (Ро-кицкий, 1973). Данные представлены в виде таблиц и рисунков.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 1. Частота и спектр сомаклональной изменчивости регенерантов риса сорта Дальневосточный.

Статистический анализ показал, что средние значения (М*т) приз-

Исходный сорт и растения, полученные из каллуса Высота растений Длина метелки Количество колосков на метелку Масса зерна с 1 метелки Масса 100 семян

фертильных стерильных

М±ш см СУ % М+т см СТ % М±т ШТ СУ % шт СУ % М±ш г СУ % М±т г СУ г

Дальневосточный 92,6+1,4 3 15,6±0,7 9 73,2+6,2 17 13,6+2,7 40 2,07+0,21 21 3,04+0,09 5

1-е поколение 82,2+2,4" 6 14,2+0,4"* 6 60,1+7,3" 24 16,6+2,1 25 1,64+0,20" 24 2,88±0,02 1

2-е поколение 82,0+0,7" " 2 14,1±0,2~ 2 52,6±1,1Г 4 19,7+4,0 40 1,5б±0,13"" 17 2,80+0,07 5

Примечание:

Значения признаков, помеченные знаком (+) достоверно (Р = 0,05) выше, энаком (-) ниже значений исходного сорта.

наков высота растений, длина метелки, число фертильньи колосков на 1 метелку и масса зерна с 1 метелки у сомаклональных вариантов сорта Дальневосточный были достоверно них, , чем у родительского сорта (табл.1). Средние числа стерильных колосков сомаклонов и контрольных растений не различались. По времени наступления выметывания половина линий сомаклонов не отличалась от исходного сорта; у остальных линий признак варьировал. Таким образом, фенотипы всех изученных линий сомаклонов отличались от исходного хотя бы по одному признаку. Снижение высоты растений у регенерантов этого сорта, склонного к полеганию, является положительным событием, поскольку предоставляет возможность отбора низкорослых форм.

Значения коэффициентов вариации (СУ) изученных признаков у сомаклонов первого и второго поколений значительно отличались как друг от друга, так и от исходного сорта, что, вероятно, отражает нестабильность величин признаков в разных поколениях у некоторых линий.

Среди сомаклонов этого безостого сорта в Р2 было обнаружено вариантное растение с остистыми колосками (линия 27) и два растения с неосыпающимся зерном (линия 95), одно из которых характеризовалось более ранним (на 7 дней) наступлением выметывания и не уступало исходному сорту по продуктивности метелки. Осыпаемость зерна - один из серьезных недостатков сорта Дальневосточный. Выделенная семья, обладающая новыми для сорта признаками (неосыпаемость зерна, раннеспелость, короткостебельность), была размножена. Е течение семи генераций все приобретенные признаки сохранили константность. Линия была передана селекционерам Приморского филиала ВНИИ риса и включена ими в селекционную программу по улучшению сорта Дальневосточный. 2. Частота и спектр сомаклональной изменчивости регенерантов риса сорта Новосельский.

Средние значения признаков высота растений, длина метелки, фер-

Исходный сорт и растения, полученные из каллуса Высота растений Длина метелки Количество колосков на метелку Масса зерна с 1 метелки Масса 100 семян

фертильных стерильных

М+т см СУ % М±ш см СУ X КЙ:т шт СУ % М±т ШТ СУ % М±ш г СУ X М±т г СУ %

Новосельский 84,7+0,1 г 15,8±0,3 4 48,5±3,1 13 6,2±1,8 57 1,33±0,09 14 2,83±0,Об 0,3

1-е поколение 85,3±1,7 4 16,6+0,7 8 55,3+3,6 13 10,6±2,1+ 40 1,49±0,14 19 2,78±0,10 7

2-е поколение 82,7±3,9 9 15,1±0,4 5 46,4+3,8 14 9,3+4,2 79 1,29+0,10 12 2,26+0,28 25

Примечание:

(+) и (-) - значения символов см в Примеч. к табл. 1.

тильность, масса зерна с 1 метелки, масса 100 семян регенерантов достоверно не отличались от такоЕЫХ исходного сорта (табл. 2), в то же время часть отдельных линий характеризовалась отклонениями как в сторону превышения уровня исходного сорта, так и наоборот. Средние значения стерильности метелки в популяциях Р1 и Р2 были выше, чем у родительского фенотипа, хотя различие в Р2 было недостоверным, вероятно, вследствие большого рассеяния вариант. В популяции сомаклонов была обнаружена одна более ранняя линия (52), остальные линии не несли отличий по дате выметывания.

Коэффициенты вариации длины метелки, фертильности, массы зерна с 1 метелки характеризовались значениями, близкими к таковым исходной популяции. Значительная вариабельность между линиями сомаклонов была зафиксирована по признакам высота растений и масса 100 семян.

3. Частота и спектр сомаклональной изменчивости регенерантов риса сорта Дальрис 11.

Средние значения высоты растений и длины метелки у исходного сорта и регенерантов не имели достоверных различий (табл. 3), тем не менее по каждому из признаков были идентифицированы линии как превосходящие родительский фенотип, так и уступающие ему. Средние значения признаков число фертильных колосков и масса зерна с 1 метелки линий сомаклонов были достоверно выше; не было обнаружено ни одной линии, ' которая уступала бы родительскому сорту. Величины признаков число стерильных колосков и масса 100 семян регенерантов были меньше исходной. У 45,2% сомаклональных линий вьметывание наступило в сроки, отличные от родительских; при этом раннеспелые варианты преобладали над позднеспелыми. Полностью тождественными исходному сорту Дальрис 11 были 33,3% полученных сомаклональных линий.

Коэффициенты вариации большей части признаков у линий сомакло-

Исходный сорт и растения, полученные из каллуса Высота растений Длина метелки Количество колосков на метелку Масса зерна с 1 метелки Масса 100 семян

фертильных стерильных

М±га см СУ % М+т см СУ X М±т шт СУ % М±т ШТ СУ % М±ш г СУ % М±т Г СУ %

Дальрис 11 66,5±2,1 6 13,0±0,5 11 39,0+3,0 26 12,3±1,8 49 1,0810,07 22 2,74±0,05 о ы

1-е поколение 66,1±0,8 б 13,0+0,2 8 45,0+1,8+ 17 8,6+0,8" 37 1,20±0,06+ 22 2,65+0,02 4

2-е поколение 66,4+0,6 6 13,0±0,1 6 50,2±1,4+ 16 7,3±0,5~ 37 1,34±0,05+ 19 2,6910,03 5

3-е 65,3±0,7 5 13,0±0,2 7 50,6±2,2+ 20 8,0±0,6~ 37 1,32±0,07+ 28 2,65±0,03 6

поколение

Примечание:

(+),(-) - значения символов см в Примеч. к табл. 1.

нов и контрольных растений имели близкие значения; экспериментальные линии были более однородны по признаку длина метелки и более вариабельны по признаку масса 100 семян. Из сомаклонов этого сорта было отобрано несколько растений, значительно превышающих исходный сорт по продуктивности метелки, однако, в следующих поколениях признак не сохранился.

4. Особенности сомаклональной изменчивости у сортов риса дальневосточной селекции.

Популяции сомаклонов трех сортов риса существенно различались по частоте появления вариантных растений и линий. Так, Есе линии, полученные из сорта Дальневосточный, несли отличия от исходного фенотипа хотя бы по одному признаку, в то время как сомаклоны сорта Новосельский в подавляющем большинстве от исходного сорта не отличались; в популяции сомаклонов сорта Дальрис 11 33,3% линий были тождественны родительскому сорту по изученным признакам. Наши данные о различной степени сомаклональной изменчивости у разных генотипов злаков согласуются с результатами, полученными другими авторами (Кучеренко, Мамаева, 1979; Sun et al., 1983; Ryan et al. ,1987).

Анализ величин варьирующих признаков в последовательных генерациях сомаклонов показал, что у одних линий возникшее в PI изменение стабильно сохраняется в РЕ и РЗ, у других - в разных генерациях различно. 'Воспроизводившиеся в течение ряда генераций отклонения от исходного фенотипа наблюдали также Кучеренко и Мамаева (1979) при изучении сомаклонов риса. Нестабильность изменений, аналогичная полученной нами, была выявлена при оценке агрономических признаков у сомаклонов пшеницы (Maddock, Semple, 1986). Авторы не высказали никаких предположений для объяснения этого явления. Ш считаем, что

эти данные свидетельствуют о значительном расширении у этих линий нормы реакции генов, контролирующих данные признаки, что является следствием прохождения организмом стадии in vitro в процессе индивидуального развития.

Все без исключения признаки, изученные в данной работе, были подвержены изменчивости, но у разных сортов имели различную направленность, что отражает, по видимому, генотипическую специфичность реакции на условия культуры in vitro. Полученные наш данные подтверждают точку зрения о том, что сомаклональная изменчивость может быть использована в качестве нового источника генетического разнообразия исходных форм в селекции, однако следует иметь в виду нестабильность некоторых индуцированных изменений, которая может проявляться у отдельных генотипов.

5. Роль колхицина в индуцировании изменчивости у регеиерантов, полученных в культуре пыльников риса.

Растения риса, регенерировавшие из каллуса пыльцевого происхождения, являются преимущественно гаплоидами и дигаплоидами. Выход гаплоидных растений от обшего числа полученных варьирует в пределах 30-60% у разных генотипов (Chen, Lin, 1976), зависит от состава культуральных сред и предобработки пыльников (Lee, Chen, 1982). Для того, чтобы гаплоиды стали фертильными и могли быть используемы в дальнейших исследованиях и в практической селекции, их набор хромосом должен быть удвоен. Согласно литературным данным, наиболее эффективным и часто используемым способом удвоения числа хромосом является обработка растворами колхицина (Бреславец, 1963).

Обработка колхицином может приводить к возникновению не только диплоидных клеток, но также клеток с плоидностью различной кратности п - Зп, 4п и т.д. и, как следствие, миксоплоидных тканей и расте-

ний-химер (ВреслаЕец, 1963). Используя слабые растворы колхицина и короткие экспозиции, можно свести к минимуму нежелательные эффекты. Среди полученных нами с помощью колхицина гаметоклонов риса не обнаружено ни одного химерного растения, ни растений с резко отличным от донора фенотипом, свидетельствующем об уровне плоидности выше 2п.

ЭЕанс с сотр. (Evans et al. ,1984) высказали идею о'том, что при оценке дигаплоидов, полученных в результате обработки колхицином (к-дигаплоидов), следует иметь в виду, что некоторые из наблюдаемых вариаций могут быть следствием не гаметоклональной изменчивости, а мутагенного действия колхицина. В связи со стоящей перед нами задачей оценки дигаплоидов, часть из которых обязана своим происхождением обработке колхицином, ответ на вопрос о том, индуцируется ли при этом дополнительная изменчивость, имел принципиальное значение.

Нами было проведено сравнение спонтанных дигаплоидов (16 линий) и к-дигаплоидов (26 линий), полученных из сорта Дальневосточный, по признакам высота растений, длина метелки, число фертильных и стерильных колосков на 1 метелке, масса зерна с 1 метелки, масса 100 семян. Из данных сравнения следует, что обработка колхицином не повлияла на частоту линий, имеющих такое же значение признака, как у родительского сорта, по всем изученным признакам. Тенденции изменчивости уклонявшихся линий также были идентичными у спонтанных и к-дигаплоидов. Отмечено, что диапазоны варьирования числа стерильных колосков и массы 100 семян у к-дигаплоидов были несколько шире, чем у спонтанных. Кроме того, в наших исследованиях линии с неосыпающимся зерном были обнаружены как среди к-дигаплоидов, так и спонтанных дигаплоидов, что указывает на то, что изменение осыпаемости зерна не является следствием собственно обработки. Таким образом, можно считать допустимым объединение спонтанных и к-дигаплоидов в единую популяцию при проведении генетико-селекционной оценки регенерантов,

полученных в культуре пыльников данных сортов риса.

3. Гаметоклональная изменчивость в популяции Д1 потомства дигаплоидов сорта Дальневосточный.

Средние значения признаков высота растений, длина метелки, число фертильных и стерильных колосков, масса зерна с 1 метелки

контрольной популяции и популяции дигаплоидов достоверно не различались, средняя массы 100 семян была выше у дигаплоидов (табл.4). В то же время среди дигаплоидных линий были обнаружены такие, которые достоверно уклонялись от родительского 'фенотипа по перечисленным признакам. Изменение признака высота растений у дигаплоидов имело преимущественную направленность в сторону уменьшения его значения, остальных признаков - в сторону превышения показателей донорного сорта. Популяция дигаплоидов окааалась однородной по признаку число дней до вьметывания: у 90% линий выметывание наступило в те же сроки, что и у родительского сорта.

Из 42-х линий, полученных из сорта с осыпающимся зерном, 5 имели прочное прикрепление зерновки. В то же время величина других хозяйственно полезных признаков у этих линий не уступала родительскому сорту. В одной из семей (линия 302) было отобрано вариантное растение с остистыми колосками. В последующих генерациях (до ДЗ) оба признака оказались не только воспроизводимыми, но и в 100% случаев константными.

Коэффициенты вариации изученных признаков у большей части линий дигаплоидов были меньше, чем соответствующие СУ у родительского сорта, что свидетельствует о большей однородности растений внутри линий. В то же время диапазоны варьирования самого СУ отдельных признаков у индивидуальных линий популяции Д1 значительно больше, чем у контрольных растений, что подтверждает наличие гаметоклональной из-

Таблица 4.

Характеристика некоторых хозяйственно ценных признаков у потомства регенерантов-дигаплоидов риса.

Исходный сорт и растения, полученные из каллуса Высота растений Длина метелки Количество колосков на метелку Масса зерна с 1 метелки Масса 100 семян

фертильных стерильных

М+т см СУ % М+т см СУ % М+ш шт СУ X М+т ШТ СУ % М+т г СУ % М±т г СУ X

Дальневосточный 81,0±0,9 8 15,2±0,5 10 55,2±4,5 26 7,3+1,8 81 1,70+0,13 25 2,73+0,03 2,0

дига-плоиды 80,8+0,9 6 15,8+0,1 6 59,0+2,6 20 10,3+1,0 33 1,81+0,08 19 2,94+0,08+ 0,3

Новосельский 99,8+1,5 7 17,5±0,6 12 61,3+3,8 19 7,2±1,6 68 1,84+0,12 20 2,20±0,01 1,0

дига-плоиды 82,1+1,Г 7 16,9+0,3 6 60,0+1,6 13 3,3±0,4~ 93 1,7210,06 14 2,1110,03" 0,4

Примечание:

Значения признаков, помеченные знаком (+) достоверно (Р = 0,05) выше, знаком (-) ниже значений исходного сорта.

менчивссти в популяции дигаплоидов этого сорта.

б. Гаметоклональная изменчивость в популяции потомства Д1 дигаплоидов сорта Новосельский.

Все линии дигаплоидоЕ, полученные из сорта Ново-сельский, характеризовались меньшей, чем у исходного сорта высотой растений. Средние длины метелки, числа фертильных колосков, массы зерна с 1 метелки дигаплоидных линий и контрольных не различались; средние признаков число стерильных колосков и масса 100 семян были достоверно ниже у дигаплоидов (табл.4).

Около 80% линий дигаплоидов не имели отличий от родительского сорта по признаку число дней до вьметывания. В популяции Д1 обнаружено 4 линии, выметывание у которых наступило на 4-6 дней позже, чем у растений сорта Новосельский. Случаев с более ранними сроками выметывания не зарегистрировано.

Выло установлено, что линии дигаплоидов имеют зерновки, опушенные в различной степени - от густоопушенных, как у родительского сорта, до полностью лишенных опушения. В одной из линий (18?), имеющей остистые зерновки, было отобрано вариантное растение, отличающееся большей высотой, более поздним сроком выметывания и несущим безостые зерновки. Выли получены две репродукции этой семьи, в которых эти признаки показали себя константными.

Таким образом, все линии, входящие в состав популяции, несли отклонения от родительского сорта по одному или нескольким признакам. Дигаплоиды уступали родительскому сорту по всем признакам, за исключением числа стерильных колосков в метелке.

Коэффициенты вариации признаков у большей части линий дигаплоидов имели меньшую величину, чем соответствующие CV у донорных расте-

ний, что является следствием высокой однородности растений внутри линии. Амплитуды колебаний CV отдельных признаков у индивидуальных линий дигаплоидов значительно шире, чем у контрольных растений, что свидетельствует о существовании гаметоклональной изменчивости в популяции дигаплоидов сорта Новосельский.

Оценка популяции Д1 сорта НоЕосельский с точки зрения ее полезности для селекционной работы показала, что 7 линий из 28 (27%) могут быть использованы для улучшения сорта, т. к. несут удачные сочетания признаков, в частности, низкорослость и более крупное зерно, низкорослость и высокую продуктивность метелки.

7. Особенности гаметоклональной изменчивости дигаплоидов, полученных из сортов дальневосточной селекции.

Изученные нами дигаплоидные линии несли статистически достоверные отклонения от исходных сортов хотя бы по одному признаку; единственная линия, полностью тождественная исходному фенотипу, была обнаружена в популяции дигаплоидов сорта Дальневосточный. По оценкам других авторов частота вариантных линий колеблется от 27,5% до 100% (Оопо,1975; Zapata, 1985) и зависит, так же как в случае сомакло-нальной изменчивости, от генотипа донорного сорта.

Тенденции изменчивости отдельных признаков у дигаплоидов были следующими. Значения признака высота растений линий имели тенденцию к снижению, у разных сортов выраженную в различной степени: 38,1% линий, полученных из сорта Дальневосточный, и все линии, полученные из сорта Новосельский, уступали исходным фенотипам по этому признаку. Признаки, характеризующие продуктивность метелки: ее длина, число фертильных и стерильных колосков, масса зерна с 1 метелки и масса 100 семян имели сходное, но сортоспецифичное направление изменений. У дигаплоидов сорта Дальневосточный преобладали отклонения в

сторону превышения значений этих признаков у исходного сорта, у дигаплоидов Новосельского, наоборот - в сторону снижения. Число линий, тождественных исходному фенотипу по признаку масса 100 семян составило в популяции дигаплоидов сорта Дальневосточный 2,5% ив популяции дигаплоидов сорта Новосельский 24%. Следует подчеркнуть, что степень вариабельности признака масса 100 семян у дигаплоидов очень высока - самая высокая по сравнению с другими изученными признаками. Число линий, уклоняющихся по признаку дата выметывания, составило 10% и 19,2% у дигаплоидов сортов Дальневосточный и Новосельский соответственно. При этом у дигаплоидов Дальневосточного наблюдали отклонения о обе стороны от значений исходного фенотипа, у Новосельского - только более поздние формы.

Коэффициенты вариации изученных признаков у большей части линий дигаплоидов были меньше, чем у родительского сорта, что свидетельствует о большей однородности растений внутри линий. Диапазон варьирования значений СУ у отдельных линий популяции дигаплоидов был значительно шире, чем в популяции контрольных растений, что указывает на присутствие гаметоклональной изменчивости в популяциях дигаплоидов обоих сортов.

В литературе обсуждается вопрос о роли гаметоклональной изменчивости в селекции. Некоторые авторы считают ее помехой в селекционной работе, но в то же время отмечают, что наряду с линиями, имеющими худшие, чем у родительского сорта, показатели, в популяциях дигаплоидов обнаруживаются линии-с полезными вариациями (Ваепг1®ег еЬ а1. , 1984; Бе Виугег еЬ а1. , 1985; \/тге1ег еЪ а1. , 1987; Змеева и др. , 1993).

Согласно наших данных, гаметоклональная изменчивость может служить довольно значительным источником новых форм для селекции. В популяциях дигаплоидов сорта Дальневосточный 43% линий и сорта Но-

восельский 27% линий были пригодны для включения в селекционные программы по улучшению названных сортов.

4. Сравнение тенденций изменчивости хозяйственно ценных признаков

у сомаклонов и дигаплоидов риса, полученных в культуре тканей одного и того же сорта.

4.1. Сорт Даль невосточльм.

Сравнение сомаклональных и гаметоклональных вариантов, полученных в культуре тканей сорта Дальневосточный, показало, что такие признаки как высота растений и дата выметывания имели сходные тенденции изменчивости, все остальные - различные.

И сомаклоны, и дигаплоиды уступали родительскому сорту по высоте растений (рис. 1). Дата вьметывания у большей части линий обоих популяций была такой же, как у сорта Дальневосточный. Отклонения от донора происходили в обе стороны и с примерно равной частотой. Частоты линий, тождественных исходному фенотипу по признакам длина метелки, число фертильньк и стерильных колосков, масса зерна с 1 метелки в популяциях сомаклонов и дигаплоидов были одинаковыми. Различия заключались в тенденциях изменчивости этих признаков у уклоняющихся линий. У сомаклонов преобладали отклонения в сторону уменьшения значений признаков. Не было обнаружено ни одной линии, у которой значения данных признаков превышали бы уровень родительской формы. У ди-гаплоидных линий, наоборот, отклонения наблюдали преимущественно в сторону увеличения значений этих признаков. Ни одна из полученных линий сомаклонов не отличалась от исходного фенотипа по признаку масса 100 семян. В то же время в популяции дигаплоидов доля линий, тождественных родительскому фенотипу по этому признаку была очень мала.

Прогноз использования сомаклональных и дигаплоидных линий сорта

% А

Сорт Дальневосточный

В А В А

%

ш •

«о,

75

Высота растений Длина нетелки

Фертильность

Стерильность Масса зерна с 1 метелки Масса 100 семян

Сорт Новосельский

Стерильность Масса зерна с 1 метелки Масса 100 семян

1 Е332 из

Рис. 1. Направления изменчивости хозяйственно полезных признаков у сомаклонов (А) и дигаплоидов (Б), полученных в культуре, тканей одного и того же генотипа.

Количество линий (%), имеющих значение признака достоверно превышающих исходное (1); не отличающихся от исходного (2); уступающих исходному (3). Уровень значимости 0,05.

Дальневосточный в селекционной работе может быть следующим. Для улучшения исходного сорта по признакам число фертильных колосков, масса зерна с 1 метелки, масса 100 семян целесообразно проводить отборы в популяции дигаплоидов; по признакам высота растений и число дней до'выметывания - в популяции сомаклонов.

4. 2. Сорт Новосельский.

При сравнении сома- и гаметоклонадьной изменчивости, генерированной в культуре тканей риса сорта Новосельский, оказалось, что частоты появления линий, идентичных исходному фенотипу по длине метелки, числу фертильных и стерильных колосков, массе зерна с 1 метелки среди сомаклонов и дигаплоидов совпадают (рис. 4. 2). Различие между обоими типами изменчивости у этого сорта, так же как и у Дальневосточного, состоит е направлении отклонений значений признаков вариантных линий от значений донорного сорта. Величины изученных признаков, кроме числа дней до выметывания и высоты растений, у уклоняющихся линий сомаклонов превышали величины донорного сорта. У дигаплоидов же, наоборот,уклоняющиеся линии характеризовались преимущественно более низкими значениями признаков. Большая часть линий обоих популяций не имела отличий от донорного сорта по срокам выметывания, однако уклоняющиеся линии характеризовались противоположным направлением изменчивости этого признака; среди дигаплоидов преобладали более поздние варианты, среди сомаклонов - более ранние.

Для улучшения донорного сорта по каждому из рассмотренных признаков, кроме высоты растений и числа стерильных колосков, целесообразно делать отборы более продуктивных форм среди сомаклональных линий. Поиск низкорослых форм будет более эффективен среди дигаплоидов.

- 25 -выводы

1.Изученные сорта риса характеризуются высокой частотой сома- и гаметоклональных изменений: все линии регенерантов, полученные из сортов Дальневосточный и Новосельский, и 33% линий, полученных из сорта Дальрис 11, несут отличия от исходного фенотипа.

2. Популяции еомаклонов имеют соргогоэ особенности изменчивости, которые заключаются у еомаклонов сорта Дальневосточный в тенденции уступать родительской форме по всем изученным признакам; у еомаклонов сорта Новосельский, наоборот, превосходить его. Сомаклоны сорта Дальрис 11 по признакам число фертильных колосков и масса зерна с 1 метелки - превосходят, по признаку число стерильных колосков - уступают, по остальным изученным признакам - тождественны родительской форме.

3. Изменчивость признаков у дигаплоидов, полученных из разных генотипов, также характеризуется сортоспецифичностью. Направления изменений признаков, за исключением высоты растений и числа дней до выметывания у дигаплоидов, полученных из сорта Дальневосточный, заключаются в тенденции превосходить донорный сорт; у дигаплоидов, полученных из сорта Новосельский, наоборот, уступать ему по всем изученным признакам. Значения признака высота растений у дигаплоидов обоих генотипов были меньше, чем у донорных сортов.

4.Обработка колхицином, использованная для перевода гаплоидных растений на дигаплоидный уровень, не оказала влияния на частоту появления вариантных линий и тенденции изменчивости признаков у дигаплоидов, полученных посредством обработки.

5. Сравнение сома- и гаметоклональной изменчивости, индуцированной в культуре тканей одного и того же генотипа, показало, что частоты появления линий, тождественных исходному фенотипу по признакам длина метелки, число фертильных и стерильных колосков, масса

зерна с 1 метелки среди сомаклонов и дигаплоидов одинакова. Уклоняющееся линии характеризуются противоположным направлением изменений этих же признаков.

6. В популяциях сомаклонов и дигаплоидов, полученных из дальневосточных сортов, были отобраны вариантные линии и растения с селекционно ценными сочетаниями признаков, которые могут быть использованы в селекционных программах по улучшению названных сортов. Сомакло-нальная линия с неосыпающимся зерном, полученная из сорта Дальневосточный, передана селекционерам Приморского филиала ВНИИ риса. Выполненные исследования дают возможность прогнозировать появление желаемых фенотипов в популяциях сомаклонов и гаметоклонов, полученных из изученных сортов, и, таким образом, повышать эффективность селек-ционнй работы.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Журавлев Ю. Е ,3меева В. Е , Писецкая Е Ф. , Вахмут Е А. Сомаклональ-ные варианты риса дальневосточных сортов //Биология культивируемых клеток и биотехнология: Тез. докл. 5-й Межд. конф.-Новосибирск. -1988.- С. 270.

2. Zhuravlev Ju. N. , Pisetskaya N. F. , Zmeeva V. N. Somaclonal variability in tissue culture of soviet Far East rice cultivars //XVI Intern. Genet. Congr.: Abstr. - Ottawa, 1989.-P. 59.

3. Журавлев Ю. E , Змеева E E , Писецкая E Ф. Сомаклональные варианты риса дальневосточных сортов // Язв. СО АН СССР. - Серия биол. науки. - 1989 - Вып.1.- С. 12-17.

4. Журавлев ¡0. Е , Змеева В. Е, Писецкая Н. Ф. Изменчивость хозяйственно-ценных признаков у сомаклональных вариантов и андрогенных ди-

гаплоидов трех сортов риса // Всес. конф. по генетике соматических клеток в культуре: Тез. докл. - М. ,1989,- С. 43-44.

5. Сокирка А. И., Жемчугова Е Л., Змеева Е Е , Чернодед Г. К. , Журавлев Ю. а Продолжительность этапов органогенеза и продуктивность риса в зависимости от температуры воздуха // Вест. с.-х. науки.-1991.-N 3. -С. 125-128.

6. Zmeeva V. N. , Zhuravlev Yu. N. Improvement of a rice cultivar by means of tissue culture // XV Intern. Bot. Cong.: Abstr. - Tokyo, 1993. - P. 529.

7. Змеева В. H. , Журавлев Ю. Н. Использование методов биотехнологии в селекции риса в Приморском крае // Некоторые вопроси селекции и технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Приморье. Новосибирск: ДВО РАСХЕ 1993.

8. Змеева В. Е , Журавлев Ю. Е Андрогенные дигаплоиды риса сортов дальневосточной селекции // Биология культивируемых клеток растений и биотехнология: Tea. докл. 2-й Межд. (6-й Нац.) конф.- Алма-Ата.- 1993,- С. 143.

9. Змеева В. Е , Фролова Е Е , Чернодед Г. К., Журавлев Ю. Е Гаметокло-нальная изменчивость в популяции андрогенных дигаплоидов риса Oryza sativa L. и ее применение в селекции // Биология культивируемых клеток й биотехнология: Тез. докл. 2-й Мевд. (б-й Нац.) конф,- Алма-Ата. - 1993.- С. 144.

Вера Николаевна ЗМЕЕВА

ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ НЕКОТОРЫХ ХОЗЯЙСТВЕННО ПОЛЕЗНЫХ ПРИЗНАКОВ В ПОПУЛЯЦИЯХ СОМАКЛОНОВ И АЦДРОГЕННЫХ ДИГАПЛОИДОВ РИСА ORYZA SATIVA L.

Автореферат

Лицензия ЛР'й 040118 от 15.10.91 г. Подписано к печати 16.01.95 г. Формат 60x84/16. Печать офоетная. Уел.п.л. 1,75. Уч.-изд.л. 1.16. Тирак. 100 экз. Заказ 200 экз.

Отпечатано в типографии издательства "Дальнаука" ДВО РАН

690041, Владивосток, Радио, 7