Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Внутрисортовой полиморфизм глиадина и возможность его использования в первичном семеноводстве озимой пшеницы

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Василенко, Александр Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПОЛИМОРФИЗМ ГЛИАДИНА И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ В СЕЛЕКЦИИ И СЕМЕНОВОДСТВЕ ПШЕНИЦЫ (обзор литературы)

1.1. Электрофорез клейковинных белков как метод выявления полиморфизма глиадина у пшеницы.

1.2. Практическое использование блоков компонентов глиадина в селекции и семеноводстве пшеницы.

1.3. Пути улучшения гетерогенных сортов пшеницы с учетом компонентного состава глиадина.

Глава 2. УСЛОВИЯ, ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Агрометеорологические условия в период исследований.

2.2. Место, материал и методика исследований.

2.3. Общая характеристика исследуемых сортов.

Глава 3. ВНУТРИСОРТОВОЙ ПОЛИМОРФИЗМ ГЛИАДИНА

У ОЗИМОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ.

3.1. Блоки компонентов глиадина и глютенина у сортов Московская 70, Инна и Заря.

3.2. Биотипный состав сортов Инна и Московская 70 с учетом полиморфизма глиадина.

Глава 4. КАЧЕСТВО ЗЕРНА ГЛИАДИНОВЫХ БИОТИПОВ,

ВЫДЕЛЕННЫХ У СОРТОВ ИННА И МОСКОВСКАЯ 70.

4.1. Показатель седиментации.

4.2. Содержание белка в зерне.

4.3. Масса 1000 зерен.

4.4. Стекловидность и натура зерна.

4.5. Содержание клейковины в зерне и ее качество.

4.6. Технологические свойства муки.

4.7. Хлебопекарные свойства зерна.

Глава 5. ПРОДУКТИВНОСТЬ, ЗИМОСТОЙКОСТЬ, ДРУГИЕ СВОЙСТВА И ПРИЗНАКИ ГЛИАДИНОВЫХ БИОТИПОВ,

ВЫДЕЛЕННЫХ У СОРТОВ ИННА И МОСКОВСКАЯ 70.

5.1. Морозо-зимостойкость растений.

5.2. Урожайность зерна и продуктивность колоса.

5.3. Устойчивость к болезням, другие свойства и признаки.

5.4. Отбор ценных потомств (семей) по качеству зерна и морозо-зимостойкости растений у сорта Московская 70 с учетом компонентного состава глиадина.

ВЫВОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРАКТИКЕ

СЕЛЕКЦИОННО-СЕМЕНОВОДЧЕСКОЙ РАБОТЫ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Внутрисортовой полиморфизм глиадина и возможность его использования в первичном семеноводстве озимой пшеницы"

Современные требования сельскохозяйственного производства вызывают необходимость ускоренного создания и внедрения сортов озимой пшеницы и других зерновых культур, устойчивых к стрессовым факторам, особо опасным болезням, обладающих повышенной продуктивностью и улучшенным качеством зерна.

Решение этой проблемы связано с освоением в селекционной практике ускоренных методов создания сортов и совершенствованием их воспроизводства. Разработка дополнительных и эффективных приемов в первичных звеньях семеноводства современных сортов направлена прежде всего на ускорение селекционного процесса. Специфика этой работы состоит в том, что в процессе селекции индивидуальные отборы самоопыляющихся растений (колосьев) из гибридных популяций проводят в ранних поколениях, что способствует увеличению среди отобранных элит доли гетерозиготных форм, обладающих комплексом биологических и хозяйственно ценных признаков и свойств. При морфологической выравненности и дальнейшем успешном испытании такие формы становятся родоначальниками будущих гетерогенных сортов, состоящих из нескольких гомозиготных генетических линий (биотипов). В последние годы число такого рода сортов постоянно растет и они занимают значительный удельный вес в Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации. Об этом свидетельствуют данные, полученные с 1982 г. Государственной комиссией по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур при идентификации сортов зерновых культур на генетическую однородность, константность и оригинальность. Так, определение белковых формул сортов по электрофоретическим спектрам проламинов показало, что более 70% испытанных сортов озимой и яровой пшеницы гетерогенны и состоят из биотипов (П.П.Демкин, В.П.Демкин, 1996).

Наибольшие результаты в решении этой проблемы дает использование методов биохимической генетики, позволяющих вести оценку селекционного и семеноводческого материала на генетической основе. Широкое применение электрофоретического анализа полиморфных белков позволило на качественно новом уровне разработать способ генетических маркеров. Для пшеницы приемлемым классом генетических маркеров оказались белки, образующие клейковину - глиадин и глютенин.

В последние два десятилетия во многих селекцентрах, с целью совершенствования существующей системы оценки качества зерна и генетического контроля сортов в первичном семеноводстве, проводится электрофоретический анализ спирторастворимых белков - глиадинов и щелочнорастворимых - глютенинов. Одним из основных объектов исследований являются полиморфные по компонентному составу глиадина и глютенина сорта пшеницы. Это вызвано тем, что такие сорта являются удобной моделью для выяснения связи между полиморфизмом белков и изменчивостью их важнейших хозяйственно ценных признаков и свойств. Для селекции в целом и для семеноводства сортов пшеницы, в частности, важно иметь надежные генетические маркеры изменчивости количественных и качественных признаков. Поэтому основная практическая ценность изучения явления полиморфизма белков - это поиск стабильных результатов по сопряженности изменчивости того или иного признака с аллельными вариантами глиадин- и глютенинкодирующих локусов.

Оригинатором установлено, что сорта озимой пшеницы Московская 70 и Инна гетерогенны по компонентному составу глиадина. При изучении внутрисортового полиморфизма у этих мягких пшениц представляется возможность получить достаточно достоверную информацию о влиянии белкового локуса на изменчивость конкретного признака. Это объясняется тем, что выделение биотипов у этих сортов, по данным электрофореза запасных белков, проводится в первичных звеньях семеноводства, то есть при существующей схеме предварительного размножения в Р10 -^ этих поколениях уровень гомозиготности считается достаточно высоким, а отбор элитного растения - родоначальника сорта делали в Рз, поэтому выявленные по электрофоретическому спектру биотипы имеют аналогичные гены или блоки генов по большинству локусов. Из этого следует, что существенные различия в уровне проявления изучаемых признаков с большой вероятностью связаны с различным аллельным состоянием локусов, контролирующих синтез исследуемых белков. При установлении таких связей появляется возможность рекомендовать в первичных звеньях семеноводства отбирать потомства, у которых на электрофореграммах глиадина идентифицируются блоки компонентов, положительно связанные с тем или иным ценным свойством и удалять из питомников испытания потомств биотипы, где эта связь носит отрицательный характер.

При проведении электрофоретического анализа в первичных звеньях семеноводства можно выявлять и своевременно элиминировать различные механические и биологические примеси, которые визуально не заметны. Кроме того, выделять ценные по блокам компонентов проламинов формы и включать их в селекционный процесс.

Цель и основные задачи исследований. Цель исследований -изучить внутрисортовой полиморфизм сортов озимой пшеницы Инна и Московская 70 по компонентному составу запасных белков и выявить возможность их улучшения по основным хозяйственно ценным признакам и морозо-зимостойкости растений в процессе первичного семеноводства.

В задачу исследований входила оценка семей сортов Инна и Московская 70 в питомниках испытания потомств:

- по компонентному составу глиадина и глютенина, используя метод электрофореза клейковинных белков в полиакриламидном геле;

- по основным морфо-биологическим и хозяйственно ценным признакам: продуктивности, морозо-зимостойкости растений, качеству зерна и другим показателям; по биотипному составу и определению возможности улучшения сортов.

Исследования включали раздел плановой темы лаборатории селекции озимой пшеницы и отдаленной гибридизации НИИСХ ЦРНЗ.

Научная новизна работы. Впервые проведено детальное изучение внутрисортовой изменчивости сортов озимой мягкой пшеницы Инна и Московская 70 по компонентному составу глиадина. У сорта Московская 70 установлена достоверная сопряженность аллельных вариантов компонентов глиадина с изменчивостью важнейших хозяйственно ценных признаков и свойств (содержание клейковины в муке, сила муки, стекловидность зерна, морозозимостойкость растений и др). Обоснована возможность использования внутрисортового полиморфизма глиадина в питомниках испытания потомств для улучшения сорта Московская 70.

Практическая значимость работы. Первичное семеноводство сорта озимой мягкой пшеницы Московская 70 рекомендуется вести при контроле состава аллельных вариантов глиадинкодирующих локусов, применяя электрофорез в полиакриламидном геле. Семьи, имеющие в компонентном составе глиадина нежелательный блок 01с11Р1, сопряженный с ухудшением качества зерна и снижением морозо-зимостойкости растений, а также генетические примеси (гетерозиготные линии, мутантные формы), необходимо удалять из питомников испытания потомств. Высокопродуктивные семьи с генотипической формулой глиадина 3.1.5.3.1.2., характерной для сортов, возделываемых в центральных районах Нечерноземной зоны, следует включать в селекционный процесс для дальнейшего (конкурсного) испытания.

Семеноводство первичных звеньев сорта Инна целесообразно вести обычным способом, так как статистически достоверных различий по основным хозяйственно ценным признакам, зимостойкости растений и другим свойствам между биотипами не установлено.

Реализация результатов. Результаты исследований используют в селекционно-семеноводческой работе по озимой пшенице в НИИСХ ЦРНЗ. У сорта Московская 70 выделены семьи с блоком компонентов глиадина С1с1105, отличающиеся более высоким качеством зерна и повышенной морозо-зимостойкостью растений, семена которых объединили и использовали для закладки питомника размножения первого года (Р-1).

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-практической конференции "Вклад молодых ученых в развитие АПК Нечерноземья" (1992 г.) и всероссийском научно-методическом совещании по селекции, семеноводству и технологиям возделывания озимой пшеницы (1994 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы три научные работы, одна из которых в соавторстве с научным руководителем.