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

Автореферат диссертации по теме "Внутрисортовой полиморфизм глиадина и возможность его использования в первичном семеноводстве озимой пшеницы"

ггз од

2 2 Ш| 1393

На правах рукописи

ВАСИЛЕНКО Александр Иванович

ВНУТРИСОРТОВОЙ ПОЛИМОРФИЗМ ГЛИАДИНА И ВОЗМОЖНОСТЬ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПЕРВИЧНОМ СЕМЕНОВОДСТВЕ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Немчиновка, Московская область 1998 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны (НИИСХ ЦРНЗ) в 1989-1993 гг.

Научный руководитель - член-корреспондент РАСХН, доктор

биологических наук, профессор Е.Т.Вареница.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Ю.Б.Коновалов;

часов на заседании диссертационного совета Д.020.19.01 в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны по адресу: 143013, п/о Немчиновка-1, Одинцовский район, Московская область.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИСХ ЦРНЗ.

кандидат сельскохозяйственных наук Л.Г.Погорелова.

Ведущее учреждение: Московское отделение Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова.

Защита диссертации состоится

и

Автореферат разослан " 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных нау|

В.М.Лапочкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. 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, образующих клейковину. Одним из основных объектов исследований являются полиморфные по компонентному составу запасных белков 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. Изучение внутрисортового полиморфизма в процессе первичного семеноводства этих сортов позволяет выявить стабильную сопряженность изменчивости исследуемых признаков с различным аллельным состоянием локусов, контролирующих синтез запасных белков.

Оригинатором установлено, что сорта озимой мягкой пшеницы Московская 70 и Инна гетерогенны по компонентному составу глиадина. При установлении существенных различий в уровне проявления изучаемых признаков с аллельными вариантами глиадинкодирующих локусов представляется возможность в первичных звеньях семеноводства отбирать для размножения потомства, у которых на электрофореграммах глиадина идентифицируются блоки компонентов, положительно связанные с тем или иным ценным свойством и удалять из питомников испьтания потомств биотипы, где эта связь носит отрицательный характер.

Сорт Московская 70 получен методом сложной (ступенчатой) гибридизации, в его родословную входят сорта озимой пшеницы Заря, Мироновская 808, Краснодарский карлик 1 (Е.Т.Вареница и др., 1989). Сорт Инна создан путем индивидуального отбора из комбинации

Немчиновская 86х Заря (Б.И.Сандухадзе, 1989). Сорта выведены в НИИСХ ЦРНЗ совместно с Рязанским НИПТИ АПК и включены с 1991 г. в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию в РФ по Северо-Западному (только Инна), Центральному, Волго-Вятскому и Центрально-Черноземному регионам. Среднеспелые, зимостойкие сорта. Обладают высоким потенциалом продуктивности и генетической устойчивостью к твердой головне. По качеству зерна относятся к ценным пшеницам. Устойчивы к полеганию. Экологически пластичны.

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 г достоверная сопряженность аллельных вариантов

2

эмпонентов глиадина с изменчивостью важнейших хозяйственно ценных эизнаков и свойств (содержание клейковины в муке, сила муки, екловидность зерна, морозо-зимостойкость растений и др). Обоснована эзможность использования внутрисортового полиморфизма глиадина в ■ггомниках испытания потомств для улучшения сорта Московская 70.

Практическая значимость работы. Первичное семеноводство сорта зимой мягкой пшеницы Московская 70 рекомендуется вести при энтроле состава аллельных вариантов глиадиикодирующих локусов, эименяя электрофорез в полиакриламидном геле. Семьи, имеющие в эмпонентном составе глиадина нежелательный блок С№Ю1, эпряженный с ухудшением качества зерна и снижением морозо-■(мостойкости растений, а также генетические примеси (гетерозиготные инии, мутантные формы), необходимо удалять из питомников испытания этомств. Высокопродуктивные семьи с генотипической формулой 1иадина 3.1.5.3.1.2., характерной для сортов, возделываемых в гнтральных районах Нечерноземной зоны, следует включать в ^лекционный процесс для дальнейшего испытания.

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

Реализация результатов. Результаты исследований применяют в элекционно-семеноводческой работе по озимой пшенице в НИИСХ ,РНЗ. У сорта Московская 70 выделены семьи с блоком компонентов ■жадина СМЮ5, отличающиеся более высоким качеством зерна и овышенной морозо-зимостойкостью растений, семена которых бъединили и использовали для закладки питомника размножения ервого 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, названия которых приводятся в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 172 страницах машинописного текста, включает: введение, обзор литературы по теме, условия, исходный материал и методику опытов, три главы экспериментальных исследований, выводы и предложения для селекционно-семеноводческой работы. Список литературы состоит из 236 наименований, из них 95 на иностранных языках. Работа содержит 46 таблиц и 6 рисунков.

УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполнена в 1989-1993 гг. в лаборатории селекции озимой пшеницы и отдаленной гибридизации Научно-исследовательского института сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны. Вегетационные периоды 1988/89 гг., 1990/91 гг. характеризовались повышенной, а 1989/90 гг. неустойчивой температурой воздуха и количеством осадков в пределах нормы. Вегетационный период 1991/92 гг. был с повышенным температурным режимом и недобором осадков. Перезимовка озимой пшеницы проходила при минимальной температуре почвы на глубине залегания узла кущения: в 1988/89 гг. до -1С0, в 1989/90 гг. -ЗС°, в 1990/91 гг. -6С°, в 1991/92 гг. до -7С°. Период созревания зерна озимой пшеницы в 1989 г. и 1990 г. проходил при

избыточной, а в 1991 г. - оптимальной влагообеспеченности. В 1992 г. налив зерна совпал с острозасушливыми условиями.

Материалом для исследований служили семьи из питомников испытания потомств сортов озимой пшеницы Инна и Московская 70. Отбор злит для посева питомников испытания потомств первого цикла был проведен в 1987 г. на участках предварительного размножения восьмого поколения (Р8) сорта Московская 70 по растению и сорта Инна по колосу. Для закладки второго цикла эксперимента отбор провели по элитному колосу в 1988 г. на участке размножения девятого поколения (Р9) сорта Московская 70 и в 1989 г. на участке размножения десятого поколения (Яю) сорта Инна. Полевые опыты размещали на полях селекционно-семеноводческого севооборота института.

Питомники первичного семеноводства закладывались в соответствии с "Методическими указаниями по производству элитных семян зерновых культур", 1982.

Учеты и наблюдения осуществляли согласно методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1989). Зимостойкость сортов оценивали по 5-балльной системе в П-2 и по количеству перезимовавших растений на учетных площадках в П-3. Полевую и лабораторную браковку проводили в питомниках испытания потомств первого (П-1), второго (П-2) и третьего годов (П-3).

Для электрофоретического анализа первого цикла исследований в качестве исходного материала были взяты образцы зерна от 104 семей сорта Московская 70 из П-2 урожая 1989 г. и от 107 семей сорта Инна из П-3 урожая 1990 г. Компонентный состав глиадина и глютенина второго цикла отбора определяли в пробах зерна урожая 1991 г. из П-2 от 160 семей сорта Инна и от 109 семей сорта Московская 70.

Электрофорез проводили в Селекционно-генетическом институте Украинской академии аграрных наук (СГИ УААН) в отделе генетических основ селекции по принятой там методике.

Показатели качества зерна определяли в соответствии с ГОСТом на семена сельскохозяйственных культур (Методы определения качества. Часть 2, 1991) и справочником "Оценка качества зерна" (И.И.Василенко, В.И.Комаров, 1987). Показатель набухаемости муки в 2%-ном растворе уксусной кислоты (число седиментации) определяли при навеске 3,2 г и 0,5 г муки (в микромодификации). Технологические и хлебопекарные свойства оценивали в лаборатории технологии зерна НИИСХ ЦРНЗ общепринятыми методами.

Морозостойкость учитывали в отделе абиотических стрессов СГИ УААН методом промораживания проростков в рулонах в морозильных камерах при температуре минус 12°С и минус 14°С с объемом выборки образца (биотипа) 200-230 растений (Методические рекомендации СГИ УААН, 1993).

Математическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного анализа. Для оценки существенности различий между вариантами опыта по количественным признакам использовали критерий Стьюдента. Статистические показатели определяли по руководству Б.А.Доспехова (1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Внутрисортовой полиморфизм озимой пшеницы Московская 70 и Инна по компонентному составу глиадина

В диссертации рассматриваются результаты анализа компонентного состава глиадина и глютенина в образцах зерна, взятых от 267 семей

б

орта Инна и 213 семей сорта Московская 70 из питомников испытания ютомств.

По электрофоретическим спектрам глиадинов нами у сорта Инна |дентифицировано аллельное состояние глиадинкодирующего локуса 6В-сромосомы. Сорт имеет два биотипа с разными блоками компонентов аллелями) 01с1бВ1 и 01с16В4 (табл. 1). По спектрам проламинов у сорта Московская 70 выявлены восемь биотипов, различающихся по аллелям 51сИАЗ и С1с11А4, ОНЮ1 и ОсИОЗ, С1с16В1 и 01с16В4, контролируемым :оответственно 1А-, Ю- и бВ-хромосомами. По глютенинкодирующим юкусам установлена генетическая однородность семей у данных сортов. Эбицая генотипическая формула глиадина и глютенина: у сорта Инна -5.1.5.3.1+4.2.2.1.1., у сорта Московская 70 - 3+4.1.1+5.3.1+4.2.2.1.1.

Таблица 1

Генотипические формулы глиадина и глютенина биотипов, выделенных у сортов Заря, Инна и Московская 70

Сорт Биотип Аллели глиадинкодирующих локусов хромосом Аллели глютенин-кодирующих локусов хромосом

N 1А 1В 1D 6А 6В 6D 1А 1В 1D

ЗАРЯ I 3 1 5 3 1 2 2 1 1

ИННА i 3 1 5 3 1 2 2 1 1

II 3 1 5 3 4 2 2 1 1

МОС- I 3 1 1 3 4 2 2 1 1

КОВС- II 3 1 1 3 1 2 2 1 1

КАЯ III 3 1 5 3 4 2 2 1 1

70 IV 3 1 5 3 1 2 2 1 1

V 4 1 1 3 4 2 2 1 1

VI 4 1 1 3 1 2 2 1 1

VII 4 1 5 3 4 2 2 1 1

VIII 4 1 5 3 1 2 2 1 1

Формула глиадина свидетельствует, что исходными родительским! формами сортов Инна и Московская 70 были сорта озимой пшениць Краснодарский карлик 1 (4.1.1.1.1.1.), Мироновская 808 (3.1.5.3.1.2.) j Заря (3.1.5.3.1.2.). Электрофоретический анализ показал, что в составе глиадинов сорта Московская 70 присутствуют белки спектров все) родителей. Так, блоки компонентов Gld1A4, Gld1D1 свойственны только Краснодарскому карлику 1, а блоки Gld1A3, Gld1D5 и Gld6D2 имеются е составе глиадина Мироновской 808 и Зари. В спектрах обоих сортоЕ следует отметить появление нового, несвойственного спектраг/ скрещиваемых родителей аллеля Gld6B4.

Поэтому было решено провести электрофорез образцов зерна от 5С семей из П-2 сорта Заря, который был последним реккурентным компонентом на заключительном этапе скрещивания при создании гибридной популяции обоих сортов. В результате электрофоретических исследований выявлено, что все семьи данного сорта имеют одну и ту же формулу глиадина и глютенина - 3.1.5.3.1.2.2.1.1. (табл. 1). Это свидетельствует о полной константности, генетической однородности сорта и об отсутствии механического засорения.

Уникальность сорта Московская 70 заключается в наличии в компонентном составе глиадина аллелей GW1A4 и Gld1D1, характерных для сортов степной зоны (Ф.А.Попереля, 1989; В.В.Князьков и др., 1994 ). Частота встречаемости биотипов, имеющих эти аллели в П-2, была высокая. Следовательно, в результате такого соотношения глиадиновых биотипов сорта, Московская 70 получила более широкое распространение в Центрально-Черноземном регионе и впервые районирована с 1991 г. в Курской области.

Сорт Инна с 1991 г. районирован по Московской области. Один из его биотипов с аллелем Gld6B1 (табл. 2) имеет наилучшую формулу глиадина для центра Нечерноземной зоны - 3.1.5.3.1.2. (М.И.Рыбакова и

8

э., 1993). Поэтому этот сорт занимает наибольшие площади посева в эзяйствах Центрального региона.

При проведении электрофореза первого цикла у сорта Московская 3 были выявлены номера (образцы муки) из П-2 урожая 1989 г., 1ектрограмма которых показала наличие в глиадинкодирующих локусах А-, Ю- или бВ-хромосом сразу двух аллельных вариантов компонентов 1иадина. При анализе муки гетерогенных сортов П.П.Демкин (1989) часто тмечал на электрофореграммах сдвоенные компоненты глиадина. оэтому нами был сделан анализ отдельных зерновок. Установлено, что :его одна семья в первом цикле отбора (табл. 3) была гетерозиготна в □кусе вИЮ с формулой глиадина - 3.1.14-5.3.1.2. (биологическое асорение). Остальные 45 номеров гомозиготны. Каждый такой номер эстоит из двух разных глиадиновых биотипов. Таким образом, при зрвом анализе муки гетерогенных образцов на электрофореграммах »дно наложение спектров отдельных биотипов, входящих в сорт. Этот 1акт можно объяснить только тем, что отборы элит первого цикла в 1987 для первичных звеньев семеноводства были сделаны по лучшему астению, т.е. выбирали потомтсво с наибольшим числом продуктивных геблей и ошибочно взяли (учитывая морфологическую выравненность эрта и небольшой опыт стажеров-практикантов и лаборантов) для спытания одной семьи два родоначальных растения с разными ;нотипическими формулами глиадина. Об этом свидетельствует число вешанных номеров, выявленных у сорта Инна в первом цикле отбора по олосу (всего 2 образца), во втором цикле - 5 (табл. 2).

Во втором цикле отбор элит проводили по родоначальному колосу у сорта Московская 70, в результате число номеров со сдвоенными эмпонентами глиадина составило 6 образцов (табл.3), что вероятнее :его вызвано обычным механическим засорением между семьями (с азными формулами глиадина) при посеве семян или уборке зерна.

Биотипный состав сорта Инна с учетом полиморфизма глиадина

Формула глиадина биотипа Первый цикл, П-3 (1990 г.), число семей Частота встречаемости, % Второй цикл, П-2 (1991 г.), число семей Частота встречаемости, %

3.1.5.3.4.2. 74 70 122 79

3.1.5.3.1.2. 31 30 33 21

3.1.5.3.1+4.2* 2 - 5 -

*- смешанные номера (образцы), состоящие из разных биотипов.

Таблица 3

Биотипный состав сорта Московская 70 с учетом полиморфизма

глиадина

Формула глиадина биотипа Первый цикл, П-2 (1989 г.), число семей Частота встречаемости, % Второй цикл, П-2 (1991 г.), число семей Частота встречаемости, %

3.1.1.3.4.2. 8 13,6 22 21

3.1.1.3.1.2. 3 5,1 4 4

3.1.5.3.4.2. 3 5,1 3 3

3.1.5.3.1.2. 3 5,1 3 3

4.1.1.3.4.2. 17 28,8 22 21

4.1.1.3.1.2. 8 13,6 26 25

4.1.5.3.4.2. 8 13,6 9 9

4.1.5.3.1.2. 7 11,9 14 14

3.1.1+5.3.1.2. 1 1,6 - -

3.1.0.3.1.2. 1 1,6 - -

3+4.1.1+5.3.1+4.2* 45 - 6 -

*- смешанные номера (образцы), состоящие из разных биотипов.

При изучении полиморфизма глиадина у сорта Московская 70 была эбнаружена семья мутантного происхождения, у которой блок компонентов в локусе в1сЛ0 отсутствовал, генотипическая формула 3.1.0.3.1.2. (табл. 3). Изменения в спектре глиадина могут быть вызваны мутациями, находящимися как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии. Гомозиготные мутации проявляются в изчезновении одного и более компонентов электрофоретического спектра или целого блока, при этом данные мутации наследуются без изменений (В.П.Упелниек и др., 1991) и могут накапливаться в популяции сорта. Был проведен повторный электрофорез после пересева, который подтвердил первый результат и у всех анализируемых зерновок этой семьи был аналогичный спектр глиадина.

Благодаря электрофорезу обнаружены такие мутанты у сортов яровой пшеницы Омская 18, Сибаковская 3, Саратовская 36, Целиноградка (В.В.Чернаков, Е.В.Метаковский,1993), Саратовская 29 (Р?.Рес1ае1Г| е1 а1., 1994). У сортов озимой пшеницы отсутствие блока компонентов глиадина в локусе вМЮ отмечается значительно реже. Считается, что такие генотипы существенно уступают другим вариантам по зимостойкости (М.М.Копусь, 1988). В наших исследованиях такой мутант эыл забракован в связи с плохой перезимовкой растений при испытании ютомства в семенных питомниках.

В работе подтвердились выводы многих авторов о том, что электрофоретический спектр глиадина и глютенина определяется енотипом и не изменяется под влиянием внешних условий (А.А.Созинов, 1985; Е.В.Метаковский, 1990). Сравнительная простота анализа юлиморфизма делают аллельные варианты глиадинкодирующих локусов »ффективными маркерами генотипа (Е.У.Ме<акоузку, А.А.Богтоу, 1987).

и

Качество зерна глиадиновых биотипов, выделенных у сортов Московская 70 и Инна

Для выяснения влияния конкретных аллелей на основные физические показатели зерна, технологические и хлебопекарные свойства муки проводили сравнение средних значений признака между группами биотипов сорта Московская 70, различающихся аллельным состоянием глиадинкодирующих локусов 1А-, 1D- и бВ-хромосом. Анализ полученных данных показал, что существенные различия по качественным характеристикам наблюдаются между биотипами с аллельными блоками компонентов глиадина Ю-хромосомы. Заметная дифференциация биотипов была отмечена в первом цикле исследований в образцах зерна урожая 1989 г. (П-2) при анализе набухаемости частиц муки (с навеской -3,2 г) в 2%-ном растворе уксусной кислоты. Все линии с аллелем Gld1D1 имели показатель седиментации достоверно ниже, чем линии с аллелем Gld1D5, в среднем на 1,9 мл. Отрицательное влияние аллеля Gld1D1 на технологические и хлебопекарные свойства муки проявилось во втором цикле в образцах зерна урожая 1991 г. (П-2). Несмотря на равное содержание сырой клейковины между биотипами, наблюдаются различия по силе муки в среднем на 28 е.а., разжижению теста на 8 е.ф., объему хлебной выпечки на 155 см3 и пористости хлеба на 1,1 балла (табл. 4).

Изучение зерна и муки у биотипов сорта Московская 70 урожая 1992 г. (П-3) показало, что биотипы, в состав глиадина которых входит блок компонентов Gld1D1, достоверно снижают в среднем показатель седиментации (в микромодификации) на 0,3 мл, стекловидность зерна на 6%, количество сырой клейковины на 2,8%, удельную работу деформации теста (силу муки) на 18 е.а. Кроме того, ухудшают разжижение теста на 9 е.ф. и пористость хлеба на 0,4 балла, уменьшают объем лабораторной выпечки на 59 см3 в сравнении с биотипами с блоком Gld 1D5.

Показатели качества зерна у биотипов сорта Московская 70

Формула Седи- Стек- Содер- идк, Содер- Сила Раз- Объем По-

глиадина биотипа, мента ция, ловид- ность, % жание сырой усл. жание сухой муки, е.а. жиже -ние хлеба из 100г ристость

сравниваемые аллели мл клеико-вины,% ед. клеико-вины,% теста, е.ф. муки, см3 хлеба, балл

П-2, 1991 г.

3.1.1.3.1.2. 4,9 47 28,7 75 10,0 103 100 730 2,0

3.1.1.3.4.2. 5,2 49 27,2 67 9,8 182 80 1020 4,5

3.1.5.3.1.2. 5,0 47 26,8 71 9,7 171 80 770 3,0

3.1.5.3.4.2. 4,5 49 28,3 75 9,1 - - - -

4.1.1.3.1.2. 5,0 47 26,3 75 9,4 134 95 875 3,8

4.1.1.3.4.2. 4,6 49 27,2 79 9,5 131 100 625 2,0

4.1.5.3.1.2. 5,3 48 27,7 75 10,0 133 100 980 4,0

4.1.5.3.4.2. 4,8 50 27,0 73 9,6 147 90 945 4,0

Gld 1АЗ+1А4 0 -1 +0,6 -4 0 + 19 -11 +13 -0,1

Gld 1D1 + 1D5 0 -1 0 0 0 -28 +8 -155 -1,1

Gld 6В1±6В4 +0,1 -2 +0,1 0 +0,3 -30 +8 -2 -0,2

П-3. 1992 г.

3.1.1.3.1.2. 3,3 44 16,0 56 5,5 146 130 715 3,3

3.1.1.3.4.2. 3,2 41 20,0 62 7,0 179 100 705 3,0

3.1.5.3.1.2. 3,6 47 23,1 65 7,9 166 90 860 4,0

3.1.5.3.4.2. 3,2 43 20,3 67 6,7 180 85 795 4,0

4.1.1.3.1.2. 3,1 45 20,1 64 6,9 160 110 805 4,0

4.1.1.3.4.2. 2,8 44 20,0 64 7,1 151 105 795 3,8

4.1.5.3.1.2. 3,3 52 21,7 63 7,0 175 125 810 3,8

4.1.5.3.4.2. 3,6 54 22,1 71 8,3 188 110 790 4,0

Gld 1АЗ+1А4 +0,1 -5* -1,2 -3 -0,5 0 -11 -31 -0,2

Gld 1D1+1D5 -0,3* -6* -2,8* -4 -0,9* -18* +9 -59 -0,4

Gld 6B1+6B4 +0,1 +1 -0,4 -4 -0,5 -12 +14 +26 +0,1

*-различия достоверны на 5%-ном уровне значимости.

Отрицательное влияние аллеля 0ИЮ1 на качество зерна отмечено во многих исследованиях, проведенных в других эколого-географических зонах (А.А.Созинов, 1985; Ф.А.Попереля, 1989; М.М.Копусь, 1992).

Роль аллельных пар блоков компонентов глиадина, контролируемых 1А- и бВ-хромосомами, в определении генетически обусловленных различий по качеству зерна биотипов, выделенных у сортов Московская 70 (табл. 4) и Инна (табл. 5) статистически не доказана.

Таблица 5

Показатели качества зерна у биотипов сорта Инна

Формула глиадина биотипа, сравниваемые аллели Седи-мента ция, мл Масса 1000 зерен, г Белка в зерне, % Натура зерна, г/л Стекловидность зерна, % Содержание сырой клейковины, % идк, усл. ед. Содержание сухой клейковины, % Доля биотипа, %

П-3. 1990 г.

3.1.5.3.1.2. 50,8 47,4 10,98 775 41 24,0 66 8,4 29

3.1.5.3.4.2. 52,8 46,5 11,01 781 43 23,3 66 8,1 70

ош 6В1+6В4 -2 +0,9 -0,03 -6 -2 +0,7 0 +0,3 -

П-2, 1991 г.

3.1.5.3.1.2. 48,5 39,0 12,38 765 45 27,9 69 10,9 21

3.1.5.3.4.2. 50,6 38,4 12,45 769 47 27,8 68 10,0 79

»а 6В1+6В4 -2,1 +0,6 -0,07 -4 -2 +0,1 +1 +0,9 -

П-3. 1992 г.

3.1.5.3.1.2. 3,51 49,4 - - - - - - 17

3.1.5.3.4.2. 3,66 49,0 - - - - - - 83

01<а 6В1+6В4 -0,15 +0,4 - - - - - - -

Полный технологический и хлебопекарный анализ зерна по сорту Инна не проводили (в целях экономии средств), так как результаты первых тестов (показатель седиментации, стекловидность, содержание белка и клейковины в зерне и др.) показали, что различия между биотипами не существенны.

Морозо-зимостойкость растений глиадиновых биотипов, выделенных у сортов Московская 70 и Инна

В наших исследованиях проводился поиск сопряженности изменчивости уровня морозостойкости (на проростках, выращенных из семян урожая 1992 г., П-3) и зимостойкости растений сорта Московская 70 с изменчивостью аллельного состояния локусов в1с11А, вМЮ и вИбВ, кодирующих синтез запасных белков эндосперма.

Таблица 6

Морозо-зимостойкость растений у биотипов сорта Московская 70

Формула Число Зимо- Число Зимо- Число Зимо- Живых Живых

глиадина семей в стой- семей в стой- семей в стой- расте- расте-

биотипа, сравниваемые аллели П-2 кость, балл П-2 кость, балл П-3 кость, % нии при % нии при <=-14°С, /о

1989 г. 1991 г. 1992 г.

3.1.1.3.1.2. 3 4,5 4 4,5 3 93,1 50,8 46,0

3.1.1.3.4.2. 8 3,7 22 3,9 9 87,7 34,3 22,5

3.1.5.3.1.2. 3 4,7 3 4,7 3 96,5 57,0 41,9

3.1.5.3.4.2. 3 4,3 3 4,3 3 92,3 48,9 32,2

4.1.1.3.1.2. 8 3,5 26 3,7 14 84,2 25,0 23,5

4.1.1.3.4.2. 17 3,6 22 3,9 12 83,4 31,2 26,5

4.1.5.3.1.2. 7 4,0 14 4,2 6 89,5 44,4 32,9

4.1.5.3.4.2. 8 3,9 9 4,0 5 88,8 44,4 31,2

аа 1АЗ+1А4 17+40 +0,5 32+71 +0,4 18+37 +5,9** +11,6* +7,1

Ос) Ю1±Ю5 36+21 -0,4 74+29 -0,3 38+17 -4,7** -13,4** -5,0

т 6В1+6В4 21+36 +0,3 47+56 +0,3 26+29 +2,8 +4,6 +8,0

*-различия достоверны на 5%-ном уровне значимости;

**- различия достоверны на 1%-ном уровне значимости. В результате анализа морозо-зимостойкости биотипов сорта Московская 70 выявлено отрицательное влияния блока компонентов С!с!Ю1 на перезимовку и устойчивость растений к низкой температуре (табл. 6). Процент живых растений у биотипов, имеющих аллель СИШ1,

15

был достоверно ниже после промораживания при температуре -12°С на 13,4%, а при перезимовке в П-3 (1992 г.) на 4,7%, чем у биотипов с аллелем 01с1Ю5. М.И.Рыбакова с соавторами (1993) отмечает, что блок компонентов 0НЮ5 можно считать ценным маркером зимостойкости, а наиболее благоприятным для Нечерноземной зоны аллелем глиадинкодирующего локуса 1А-хромосомы является 01с11 АЗ. По данным испытания на выживаемость изоглиадиновых линий М.М.Копусь (1994) делает вывод, что наиболее жизнеспособными в условиях Подмосковья являются сорта с аллелем 0МЮ5, а аллель ОсЛАЗ соответствует естественным условиям зоны. В нашем опыте также установлено положительное влияние аллеля 0!с11 АЗ на морозо-зимостойкость растений у биотипов, имеющих в составе глиадина данный блок компонентов. Они заметно превзошли биотипы с аллелем в1сЛА4 (в среднем на 11,6% живых растений при -12°С и на 5,9% при перезимовке в П-3, 1992 г.).

Таблица 7

Зимостойкость растений у биотипов сорта Инна

Формула глиадина биотипа, сравниваемые аллели Число семей в П-3 Зимостойкость, % Число семей в П-2 Зимостойкость, балл Число семей в П-3 Зимостойкость, %

1990 г. 1991 г. 1992 г.

3.1.5.3.1.2. 17 97,3 33 4,6 24 97,9

3.1.5.3.4.2. 46 96,6 122 4,6 120 97,0

01с1 6В1+6В4 +0,7 0 +0,9

По сорту Инна считали количество перезимовавших растений на учетных плошадках в П-3 (1990 г., 1992 г.) и оценивали зимостойкость визуально в П-2 (1991 г.). Отдельного опыта на морозостойкость не закладывали, так как различия по зимостойкости растений между биотипами в семенных питомниках были не существены (табл. 7).

Продуктивность глиадиновых биотипов, выделенных у сортов Московская 70 и Инна

Наиболее сложно установить сопряженность аллельных вариантов блоков компонентов глиадина с продуктивностью зерна. Это вызвано тем, что уровень продуктивности генотипа сильно подвержен влиянию условий выращивания (А.А.Созинов, 1985). Поэтому в П-3 семьи высевали на делянках по 10 м2 в трехкратной повторности. Тем не менее роль аллельных пар блоков компонентов глиадина, контролируемых 1А-, Ю- и бВ-хромосомами, в определении генетически обусловленных различий по урожайности зерна сортов Московская 70 и Инна статистически не установлена (табл. 8, 9).

Таблица 8

Урожайность зерна и продуктивность колоса у биотипов сорта Московская 70

Формула глиадина биотипа, сравниваемые аллели Доля биотипа в П-2, % Урожайность зерна, т/га Доля биотипа в П-2, % Урожайность зерна, т/га Доля биотипа в П-3, % Урожайность зерна, т/га Количество продукт, стеблей на 1 м2 Число зерен в колосе Масса зерна с колоса, г

1989 г. 1991 г. 1992 г.

3.1.1.3.1.2. 5 6,06 4 5,49 5 5,71 357 36 1,68

3.1.1.3.4.2. 14 6,16 21 5,61 16 5,70 322 39 1,77

3.1.5.3.1.2. 5 5,75 3 5,40 5 5,56 369 33 1,51

3.1.5.3.4.2. 5 5,78 3 5,78 5 5,75 362 36 1,65

4.1.1.3.1.2. 14 5,91 25 5,42 26 5,58 305 40 1,83

4.1.1.3.4.2. 30 5,79 21 5,56 22 5,76 330 36 1,74

4.1.5.3.1.2. 13 5,84 14 5,76 11 5,88 358 36 1,67

4.1.5.3.4.2. 14 5,81 9 5,34 10 5,75 355 37 1,65

С1<1 1АЗ+1А4 30+70 +0,09 31+69 +0,05 33+67 -0,06 + 15 -1 -0,07

вЮ 101+Ю5 63+37 +0,18 72+28 -0,05 69+31 -0,05 -33* +2 +0,14

вМ 6В1+6В4 37+63 +0,01 46+54 -0,05 47+53 -0,05 +5 -1 -0,03

*-различия достоверны на 5%-ном уровне значимости.

17

Урожайность зерна и продуктивность колоса у биотипов сорта Инна

Формула Доля Уро- Доля Уро- Доля Уро- Коли- Число Масса

глиадина биоти- жай- биоти- жай- биоти- жай- чество зерен зерна

биотипа, па в ность па в ность па в ность продукт. в ко- с ко-

сравнивае- П-3, зерна, П-2, зерна, П-3, зерна, стеблей лосе лоса,

мые аллели % т/га % т/га % т/га на 1 м2 г

1990 г. 1991 г. 1992 г.

3.1.5.3.1.2. 27 5,57 21 5,82 17 6,24 373 34 1,72

3.1.5.3.4.2. 73 5,68 79 5,94 83 6,28 376 34 1,71

Ос! 6В1+6В4 -0,11 -0,12 - -0,04 -3 0 +0,01

Анализ сноповых образцов у семей сорта Московская 70 урожая 1992 г. показал (табл. 8), что в П-3 наибольший удельный вес занимают биотипы, имеющие аллель С1с1101 с большей массой зерна с колоса и его озерненностью, но с низким продуктивным стеблестоем. К ним относятся биотипы с формулами глиадина: 4.1.1.3.1.2. - 26% (в среднем масса зерна с колоса составляет 1,83 г, число зерен в колосе - 40, продуктивных стеблей на 1м2 - 305); 3.1.1.3.4.2. - 16% (соответственно - 1,77 г, 39 зерен, 322); 4.1.1.3.4.2. - 22% (1,74 г, 36 зерен, 330). По-видимому, высокий удельный вес биотипов с формулами глиадина 4.1.1.3.1.2. (25%) и 3.1.1.3.4.2. (21%) в П-2 (1991 г.) обусловлен индивидуальным отбором элитного потомства во втором цикле исследований по лучшему (высокопродуктивному) колосу. Так, в первом цикле опыта отбор элит проводили по родоначальному растению и в П-2 (1989 г.) доля этих биотипов была ниже (по 14%).

Проведенными исследованиями установлена однородность глиадиновых биотипов по морфо-биологическим свойствам и признакам (высота растений, длина вегетационного периода, форма колоса, окраска листьев и др.), не выявлены различия между биотипами по устойчивости к полеганию и основным болезням (бурая, стеблевая и желтая ржавчины, твердая головня, мучнистая роса, снежная плесень, септориоз и др.).

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

Одна из главных задач исследований состояла в том, чтобы :есторонне изучить селекционную ценность аллелей отдельных локусов. днако в связи с четким аддитивным характером взаимодействия еаллельных глиадинкодирующих локусов даже слабо выраженные гнденции в различиях по отдельному признаку на уровне всех локусов в экоторых случаях достигали значительных различий. При оценке в П-3 аибольшие различия отмечались (табл. 4, 6) между биотипами сорта 1осковская 70: по седиментации - 0,8 мл с формулами глиадина .1.5.3.1.2. и 4.1.1.3.4.2., по стекловидности - 13% - 4.1.5.3.4.2. и ,1.1.3.4.2., по содержанию сырой клейковины в муке - 7,1% - 3.1.5.3.1.2.

3.1.1.3.1.2., по силе муки - 42 е.а. - 4.1.5.3.4.2. и 3.1.1.3.1.2., по азжижению теста - 45 е.ф. - 3.1.5.3.4.2. и 3.1.1.3.1.2., по объемному э1ходу хлеба - 155 см3 - 3.1.5.3.1.2. и 3.1.1.3.4.2., по морозостойкости ри t= -12°С живых растений 32% - 3.1.5.3.1.2. и 4.1.1.3.1.2., ямостойкости - 13,1% живых растений - с формулами глиадина .1.5.3.1.2. и 4.1.1.3.4.2. Все биотипы с максимальным выражением ризнака имеют в компонентном составе глиадина аллель Gld1D5 и, аоборот, все биотипы с минимальными показателями содержат аллель ¡ld1D1.

Считается, что наиболее полно отвечают требованиям ельскохозяйственного производства и лучше адаптированы к условиям ентральных районов Нечерноземной зоны сорта, имеющие знотипическую формулу глиадина - 3.1.5.3.1.2. К таким сортам относятся 1ироновская 808 и Заря (В.В.Пыльнев, 1994). Указанная закономерность меет полное подтверждение и в нашей работе.

Лучшие показатели в П-3 урожая 1992 г. (табл. 4, 6) были отмечены у биотипа с формулой глиадина 3.1.5.3.1.2., в том числе: по седиментации

- 3,6 мл, содержанию клейковины в муке - 23,1%, объемному выходу хлеба - 860 см3, перезимовке - 96,5% живых растений. Самую высокую морозостойкость растений при температуре -12°С показал именно этот биотип (57,0%). Для дальнейшего испытания была отобрана семья с формулой глиадина 3.1.5.3.1.2. и с наибольшей урожайностью (5,77 т зерна с 1 га) в среднем за три года испытаний. Максимальное выражение показателей по седиментации - 3,6 мл, стекловидности - 52%, силе муки -188 е.а. имел биотип с формулой глиадина 4.1.5.3.4.2. Семья с аналогичным компонентным составом глиадина и с наилучшей продуктивностью ( в среднем за 1991-1992 гг. - 6,79 т зерна с 1 га) также была предложена для включения в селекционный процесс.

Выводы

1. В результате электрофореза запасных белков у образцов зерна, взятых от 267 семей озимой мягкой пшеницы сорта Инна и 213 семей сорта Московская 70, установлено, что этим сортам характерен внутрисортовой полиморфизм по компонентному составу глиадина при морфологически выравненном сортотипе. По электрофоретическим спектрам глиадинов у сорта Инна идентифицировано аллельное состояние глиадинкодирующего локуса бВ-хромосомы. Сорт имеет два биотипа с разными блоками компонентов Gld6B1 и Gld6B4. У сорта Московская 70 выявлены восемь биотипов, различающихся по аллелям Gld 1 A3 и Gld1A4, Gld1D1 и Gld1D5, Gld6B1 и Gld6B4, контролируемым соответственно 1А-, 1D- и бВ-хромосомами.

Общая генотипическая формула глиадина и глютенина: у сорта Инна

- 3.1.5.3.1+4.2.2.1.1., у сорта Московская 70 - 3+4.1.1+5.3.1+4.2.2.1.1.

2. При изучении внутрисортового полиморфизма глиадина сорта Московская 70 в питомниках испытания потомств были обнаружены генетические примеси - гетерозиготная линия и мутантная форма. На спектрограмме спонтанная мутация проявлялась в исчезновении целого блока компонентов глиадина в локусе вИЮ, при этом данная мутация наследовалась без изменений. Электрофореграмма проламинов отдельных зерновок гетерозиготной формы показала аллельное состояние локуса вИЮ. Повторный анализ подтвердил расщепление по спектрам глиадина в потомстве. Следовательно, происходило накопление примесей в процессе воспроизводства сорта (биологическое засорение).

3. По данным электрофореза белков у образцов зерна, взятых от 50 семей из семенного питомника сорта Заря установлено, что все потомства данного сорта имеют формулу глиадина и глютенина - 3.1.5.3.1.2.2.1.1. Это свидетельствует о полной константности, генетической однородности сорта и об отсутствии механического засорения.

4. Генотипические формулы глиадина сортов Инна и Московская 70 подтверждают их происхождение, в родословную которых вошли сорта озимой мягкой пшеницы Краснодарский карлик 1 (4.1.1.1.1.1.), Мироновская 808 и Заря (3.1.5.3.1.2.).

5. На обширном экспериментальном материале первичных звеньев семеноводства сорта Московская 70 установлено, что аллельные блоки глиадиновых компонентов могут быть маркерами генов, играющих важную эоль в изменчивости таких признаков, как качество зерна и морозо-зимостойкость растений. Существенные различия по технологическим, хлебопекарным показателям, устойчивости растений к низким этрицательным температурам, зимостойкости были выявлены между эиотипами, различающимися по аллелям глиадинкодирующего локуса Ю-фомосомы. Изучение зерна у биотипов сорта Московская 70 показало, 1то биотипы, в состав глиадина которых входит блок компонентов

21

Э1с1101, достоверно снижают показатель седиментации, стекловидность зерна, количество сырой клейковины, удельную работу деформации теста (силу муки). Кроме того, ухудшают разжижение теста и пористость хлеба, уменьшают объем лабораторной выпечки в сравнении с биотипами, содержащими блок 01с1105. Процент живых растений у биотипов с аллелем 0ШЮ1 после промораживания при температуре минус 12°С и при перезимовке в питомниках испытания потомств был достоверно ниже, чем у биотипов с аллелем СИЮ5.

6. Детальное изучение семей сортов Инна и Московская 70 в процессе первичного семеноводства, проведенное нами в 1989-1993 гг., по компонентному составу глиадина, урожайности, качеству зерна, морозо-зимостойкости растений и по другим признакам и свойствам позволило выявить особенности этих сортов и обосновать наиболее целесообразные приемы их воспроизводства в условиях центральных районов Нечерноземной зоны.

7. Принимая во внимание отрицательное влияние аллеля С1с1101 на качество зерна и морозо-зимостойкость растений сорта Московская 70, а также учитывая преобладание семей с этим аллелем (в П-3 урожая 1992 г. - 69%), выявлена возможность, не снижая продуктивности, значительно улучшить этот сорт по перечисленным признакам путем элиминации биотипов, имеющих в компонентном составе глиадина аллель 01с1Ю1. Выделенные в результате лучшие потомства с аллелем СНЮ5 составили основу для формирования питомника размножения первого года (Р-1).

8. Подтверждены данные других исследователей о генетической связи компонентов глиадина с качеством зерна и морозо-зимостойкостью растений озимой пшеницы. У сорта Московская 70 лучшие показатели по технологическим и хлебопекарным свойствам, устойчивости растений к низким отрицательным температурам, перезимовке имел биотип с генотипической формулой глиадина - 3.1.5.3.1.2., характерной для

22

ольшинства сортов озимой пшеницы, возделываемых в центральных айонах Нечерноземной зоны.

9. По результатам изучения компонентного состава глиадина сортов нна и Московская 70 можно научно обосновать основную зону их озделывания с позиции адаптации генотипов, выявляемых при анализе олиморфных систем. Для этого необходимо сравнить генотипическую юрмулу глиадиновых биотипов данных сортов с аллельными вариантами аиадинкодирующих локусов наиболее часто встречаемых сортов в екомендуемом для возделывания регионе. Биотипный состав, ыявленный с учетом полиморфизма глиадина у сорта Московская 70, бусловливает его широкое распространение в Центрально-Черноземном егионе. Компонентный состав глиадина сорта Инна характерен для ортов, допущенных к использованию в Центральном регионе РФ.

10. Проведенными исследованиями в питомниках испытания отомств сортов Инна и Московская 70 статистически не установлена роль ллельных пар блоков компонентов глиадина, контролируемых 1А-,Ю- и В-хромосомами, в определении генетически обусловленных различий по рожайности зерна, устойчивости растений к основным заболеваниям, юрфо-биологическим признакам.

Предложения для использования в практике селекционно-семеноводческой работы

1. Первичное семеноводство сорта озимой пшеницы Московская 70 рекомендуется вести при контроле состава аллельных вариантов лиадинкодирующих локусов, применяя электрофорез в олракриламидном геле. Семьи, имеющие в компонентном составе лиадина нежелательный аллель С1с1101, сопряженный с ухудшением ачества зерна и снижением морозо-зимостойкости растений, а также

генетические примеси (гетерозиготные линии и мутантные формы) необходимо удалять из питомников испытания потомств. Семена семей имеющих аллель 01(1105, объединяют и используют для заклада питомника размножения первого года (Р-1). Высокопродуктивные семьи с генотипической формулой глиадина 3.1.5.3.1.2. следует включать е селекционный процесс для последующего (конкурсного) испытания.

2. Несмотря на гетерогенность сорта озимой пшеницы Инна пс компонентному составу глиадина, семеноводство первичных звеньев этого сорта целесообразно вести обычным способом, так как статистически достоверных различий по основным хозяйственно ценным признакам, зимостойкости и другим показателям между биотипами не установлено.

3. Индивидуальные отборы элит для закладки питомников испытания потомств полиморфных сортов следует вести по родоначальному типичному колосу с тем, чтобы избежать ошибочно получаемых (в случае отбора двух элитных растений) гетерогенных (смешанных) номеров, часто представляющих собой два потомства с разными генотипическими формулами глиадина. В дальнейшем при электрофорезе образца зерна, взятого из урожая такого номера, на электрофоретическом спектре наблюдаются сдвоенные компоненты глиадина двух биотипов.

По материалам диссертации опубликованы следующие печатные работы:

1. Василенко А.И. Внутрисортовой полиморфизм озимой пшеницы Инна ^ Московская 70 и возможность его использования в первичном семеноводстве// Современное семеноводство полевых культур: Сб.науч.тр.НИИСХ ЦРНЗ.-М.,1993. С. 196-203.

2. Вареница Е.Т., Василенко А.И. Сопряженность компонентов глиадина < качеством зерна и морозостойкостью растений у озимой пшеницы Московская 70 // Селекция и семеноводство. - 1998. - N 1. - С. 13-16.

3. Василенко А.И. О первичном семеноводстве озимой мягкой пшеницы сорта Московская 70// Вестник семеноводства СНГ. -1998. - N 1. - С. 37-40.