Генетична природа ознаки "самофертильність" та її використання в селекції кормових буряків (Beta vulgaris L.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний науковий центр «Інститут землеробства Української академії аграрних наук»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Спеціальність: 06.01.05 - селекція рослин

Генетична природа ознаки «самофертильність» та її використання в селекції кормових буряків (Beta vulgaris L.)

Золотар Олена Василівна

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному науковому центрі «Інститут землеробства УААН» протягом 2001-2004 років

Науковий керівник кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Рибак Дмитро Аксентійович ННЦ «Інститут землеробства УААН»

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук Парій Федір Микитович, Уманський державний аграрний університет Мінагрополітики України, завідувач кафедри генетики, селекції рослин та біотехнології

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Башкірова Наталія Вікторівна, Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, доцент кафедри селекції та насінництва

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук Л.О. Кравченко

Анотація

Золотар О.В. Генетична природа ознаки «самофертильність» та її використання в селекції кормових буряків (Beta vulgaris L.). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.05 - селекція рослин. - «ННЦ Інститут землеробства УААН», Київ, 2008.

Приведені дані експериментальних досліджень, здійснених в умовах правобережного Лісостепу України, за результатами яких встановлена генетична природа ознаки самофертильності у кормових буряків, успадкування цієї ознаки при різних способах розмноження, встановлено життєздатність насіння самофертильних ліній.

За роки наукової роботи досліджено здатність самозапильних ліній до кросбридингу.

Мутації в S-локусі, виявлені у гібридів міжсортових схрещувань, рекомендується використовувати як донори самофертильності.

Ключові слова: кормові буряки, гени самофертильності, селекція, покоління сибсового розмноження, виживання самозапліднених зародків, донор самофертильності, кросбридинг, самозапильні лінії, гібриди.

Аннотация

Золотарь Е.В. Генетическая природа признака «самофертильность» и его использование в селекции кормовой свеклы (Beta vulgaris L.). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.05 - селекция растений. - «ННЦ Институт земледелия УААН», Киев, 2008.

В диссертационной работе представлены результаты экспериментальных исследований, выполненных в Институте земледелия УААН, по изучению генетической природы признака самофертильности у кормовой свеклы, наследование этого признака при разных способах размножения, изучено жизнеспособность семян самофертильных линий.

В результате проведенной работы было показано, что линии, взятые для изучения, имеют мутацию самофертильности.

Получены линии кормовой свеклы с высокими показателями самофертильности и жизнеспособности семян. Было установлено, что для получения таких линий необходимо проводить два цикла умеренного инбридинга. Успешная селекция линий кормовой свеклы заключается в чередовании самоопыления и сибсового размножения.

В работе доказано, что уровень показателя самофертильности родительских форм не влияет на уровень самофертильности самоопыленных потомств. Для самоопыления можно использовать формы как с низкими, так и с высокими показателями самофертильности.

За годы исследований у самофертильных линий наблюдалось постоянное появление самостерильных форм, в связи с этим предполагается, что полученные линии несут мутацию самофертильности только по одному локусу самонесовместимости.

При изучении самофертильных линий кормовой свеклы было доказано, что уровень самофертильности растений и уровень жизнеспособности семян имеют разную генетическую природу. У кормовой свеклы реакцию самонесовместимости контролируют две генетические системы: система S-генов и система зиготических субвитальных генов.

За годы исследований изучено способность самоопыленных линий к кроссбридингу. Показано, что в целом самофертильные линии кормовой свеклы проявили удовлетворительную способность к перекрестному опылению.

Мутации в S-локусе, обнаруженные у гибридов междусортовых скрещиваний, рекомендуется использовать в качестве доноров самофертильности.

Самоопыление сортов и линий кормовой свеклы позволило обнаружить большое разнообразие форм, а также исследовать влияние инбридинга на некоторые хозяйственно-ценные показатели свеклы.

Проведенные опыты показали, что у свеклы влияние инбридинга отрицательно сказывается на всхожести семян. Инбредная депрессия проявляется и на утилитарных показателях. Самое большое влияние инбредной депрессии прослеживается на урожае корней, а наименьшее - на урожае ботвы.

Ключевые слова: кормовая свекла, гены самофертильности, селекция, поколение сибсового размножения, жизнеспособность самооплодотворенных зародышей, донор самофертильности, кроссбридинг, самоопыленные линии, гибриды.

Abstract

Zolotar O.V. Genetic nature of the character “self-fertility” and its use in fodder beet breeding (Beta vulgaris L.). - Manuscript.

Thesis for the degree of candidate of agricultural sciences in the speciality 06.01.05 - plant breeding. - NSC “Institute of agriculture of the UAAN”, Kyiv, 2008.

The data of experimental research conducted in the conditions of the right-bank Ukrainian Forest-Steppe are adduced. As a result of them, the genetic nature of the character “self-fertility”, the inheritance of this trait at different propagation methods are established, the viability of seeds of self-fertile lines is determined.

For years of research work, the ability of self-pollinated lines to cross-breeding is investigated.

Mutations in S-locus revealed in hybrids of intervariental crosses are recommended to use as donors of self-fertility.

Key words: fodder beet, genes of self-fertility, breeding, generations of sibs propagation, survival of self-fertile germs, self-fertility donor, cross-breeding, self-pollinated lines, hybrids.

1. Загальна характеристика роботи

самофертильність генетичний кросбридинг

Найбільша ймовірність реалізації потенціалу кормових буряків, як перехреснозапильної культури, можлива шляхом використання ефекту гетерозису. Ефективність селекції на гетерозис сільськогосподарських культур в значній мірі визначається наявністю самофертильних ліній з комплексом цінних господарських ознак.

Актуальність теми. Вдосконалення методів отримання інбредних ліній, формування на їхній основі гетерозисних гібридів та впровадження їх у виробництво є особливо актуальним в селекції кормових буряків, тому що самофертильні лінії можуть бути використані для прискореного отримання ліній-донорів: стійкості проти хвороб, однонасінності, комбінаційної здатності, форми коренеплода та ін. Лінії, схильні до самозапилення, мало придатні для використання в якості материнського компонента, але можуть бути з успіхом використані при створенні закріплювачів О-типу, оскільки ознака самофертильності дозволяє підтримувати в чистоті як фертильну лінію, так і її стерильний аналог. При використанні самофертильних форм у перехреснозапильних рослин з генетично контрольованою самонесумісністю успішно можна проводити генетичний аналіз за кількісними та якісними ознаками.

Тому досить актуальним є подальше вивчення генетичної природи самосумісності-самонесумісності у кормових буряків, що дасть можливість ефективно використовувати ці явища в селекційній роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень відділу генетики та селекції кормових культур ННЦ “Інститут землеробства УААН” та виконувалась у відповідності з науково-технічною програмою УААН «Кормовиробництво», завдання «Вивчити генетичну природу ознаки роздільноквітковості і створити донори із стабільним проявом цієї ознаки у кормових буряків» ( № державної реєстрації 0101U003842).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень було встановити генетичну природу самофертильності у кормових буряків і можливості її використання в селекції, отримати нові самофертильні лінії та створити нові донори самофертильності. В зв'язку з цим на вивчення виносились наступні завдання:

дослідити генетику трьох різних джерел самофертильності кормових буряків;

встановити особливості успадкування ознаки самофертильності у рослин при самозапиленні;

дослідити вплив багаторазового самозапилення на прояв життєздатності насіння самофертильних ліній;

перевірити здатність самозапильних ліній до кросбридингу і його рівень;

створити нові донори самофертильності.

Об'єкт дослідження - генетична природа явища самофертильності ліній кормових буряків та її успадкування в інбредних поколіннях.

Предмет досліджень - інбредні лінії різної глибини інбридингу, міжсортові гібриди кормових буряків, отримані на їхній основі.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті проведених досліджень поглиблені наукові уявлення про механізми генетичного контролю ознаки самофертильності у кормових буряків: вперше встановлено дворівневий контроль реакції несумісності, досліджено, що отримані самозапильні лінії проявляють задовільну здатність до кросбридингу. Вперше отримано лінії кормових буряків з високим показником самофертильності та високим показником життєздатності насіння, отримано 4 лінії-донори самофертильності та лінії з високою здатністю до кросбридингу.

Практичне значення одержаних результатів. На основі результатів експериментальних досліджень створені нові лінії (101, 199, 201, 202, 205, 208, 209, 210, 211, 301, 1601, 2401, 2601), одержані донори самофертильності (144-15, 144-18, 144-23, 144-26), які представляють цінний вихідний матеріал для селекції, а також для вивчення генетики основних якісних та кількісних ознак у кормових буряків, тому що вони характеризуються високим ступенем самофертильності, життєздатності насіння та цінними господарськими ознаками. Отримані лінії залучені в селекційну програму відділу генетики та селекції кормових культур.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто або за його безпосередньою участю виконано польові та лабораторні дослідження. За темою дисертації проведено аналіз вітчизняної та зарубіжної літератури. Узагальнено результати досліджень, зроблено їхню систематизацію та сформульовані основні положення дисертаційної роботи, висновки та рекомендації виробництву; підготовлені матеріали та опубліковані наукові праці. Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на засіданнях відділу генетики та селекції кормових культур, на міжнародній конференції молодих учених «Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений» (г. Харьков, 2-7 июля 2001 г.), на другій міжвузівській науково-практичній конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” (Вінниця, 2002), на науково-практичній конференції молодих вчених ”Проблеми сучасного землекористування” (Чабани, 2002), на методичній комісії з питань селекції та насінництва Національного наукового центру «Інститут землеробства УААН».

Публікації. За результатами досліджень за темою дисертації опубліковано 8 наукових праць, з них 5 у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, висновків, пропозицій для селекційної практики, списку використаної літератури ( 208 джерел, із них 23 - латиницею) та додатків. Робота викладена на 153 сторінках машинописного тексту, містить 21 таблицю, 9 додатків, 33 рисунка.

2. Зміст роботи

Розділ 1. Сучасний стан досліджень генетичної природи самофертильності у видів з гаметофітною несумісністю та використання цієї ознаки в селекційній роботі (огляд наукової літератури)

У розділі подано короткий аналіз результатів досліджень вітчизняних та зарубіжних науковців з питань вивчення генетичної природи самофертильності у видів з гаметофітною несумісністю. Показано розвиток напрямків і методів селекції кормових буряків. Розглянуті результати досліджень з вивчення генетики гаметофітної несумісності, структури популяцій за ознакою самостерильності-самофертильності, використання самофертильних форм в генетичних дослідженнях і селекційній роботі.

З аналізу літературних даних випливає, що генетичні особливості ознаки самофертильності кормових буряків ще недостатньо вивчені, тому дослідження в цьому напрямку є досить актуальними.

Розділ 2. Умови та методика проведення досліджень

Для досягнення поставленої мети і вирішення завдань за темою дисертаційної роботи дослідження були проведені протягом 2001-2004 рр. у відділі генетики та селекції кормових культур ННЦ «Інститут землеробства УААН», в дослідному господарстві «Чабани», що розташоване в північній частині правобережного Лісостепу України.

Досліди закладали в польових сівозмінах на сірих лісових грунтах з такими характеристиками орного шару: вміст гумусу-1,08-1,15% (за Тюріним), рН_{сольовий}-5,4-5,6, легкогідролізованого азоту (за Корнфілдом)-7,9-8,1мг/100г грунту, рухомого фосфору та обмінного калію (за Чириковим)-відповідно 11,4-12,6 і 8,0-9,0 мг на 100г грунту.

Погодні умови за основними гідротермічними показниками (температурний режим та кількість опадів) відрізнялись за роками проведення досліджень та мали суттєві відхилення від середніх багаторічних показників.

Об'єктами досліджень були інбредні лінії різної глибини інбридингу, міжсортові гібриди кормових буряків. В якості вихідного матеріалу були використані лінії, отримані з гібридних комбінацій від схрещування однонасінного самофертильного номера 1288 із багатонасінними сортами: Оброшинський жовтий, Полтавський білий та Урсус. На початок проведення досліджень із гібридних матеріалів шляхом застосування різних форм інбридингу (самозапилення і сибсового розмноження) були отримані однонасінні лінії.

Самофертильність оцінювали за двома показниками: кількість рослин, що утворили від самозапилення плоди та рівень зав'язування плодів на рослині, який виражався у відсотках від числа ізольованих квіток (самофертильними вважалися рослини, у яких показник утворених плодів становив не менше 10%).

Сибсове розмноження ліній та гібридизацію проводили на ізольованих ділянках при екранній ізоляції у посівах жита. З метою прискорення одержання чергових поколінь самозапилення ліній, вирощування рослин здійснювали за однорічним циклом. Для вивчення біолого-господарських показників лінійних матеріалів коренеплоди вирощували весняним посівом в селекційному розсаднику.

Фертильність пилку визначали візуально та шляхом перегляду препаратів пилку, забарвленого розчином ацетокарміну у десяти полях зору мікроскопа. Життєздатність насіння визначали в польових умовах шляхом обліку відсотка схожих насінин від кількості висіяних.

У родовідних ліній покоління самозапилення позначені символом І, а сибсового розмноження - G, з відповідними цифровими показниками, що вказує на тривалість проведення тієї чи іншої форми інбридингу. Математичний аналіз результатів досліджень здійснювали з використанням комп'ютерних програм варіаційної статистики та кореляційного аналізу.

Розділ 3. Особливості успадкування ознаки самофертильності при різних способах розмноження ліній

Природній добір сприяв багатьом пристосуванням, які забезпечують перехресне запилення. У буряків контроль над запиленням здійснюється генетичною системою самонесумісності, яка характеризується у нездатності рослин зав'язувати насіння від самозапилення.

Самофертильність ліній в поколіннях інбридингу. Встановлено, що самофертильність може зберігатися в поколіннях ліній, які розмножуються шляхом чергування самозапилення із сибсовим розмноженням.

У ліній після одноразового циклу помірного інбридингу самофертильні нащадки зустрічаються з частотою від 14,3 до 100% з діапазоном мінливості показника самофертильності від 11,4 до 79,0%. У таких ліній середній показник самофертильності складає від 15,7 до 57,6%.

У ліній, що пройшли два цикли помірного інбридингу самофертильні нащадки зустрічалися із частотою 33,3-100%, з діапазоном мінливості ознаки самофертильності 18,9-81,4%, а середній показник самофертильності у таких ліній коливався у межах 31,8-51,6% (табл. 1).

Селекцію ліній у кормових буряків потрібно проводити чергуванням самозапилення та сибсового розмноження. Для того, щоб отримати лінії з відносно високими показниками самофертильності доцільно проводити два цикли помірного інбридингу.

Таблиця 1. Показники самофертильності ліній після самозапилення, 2001 р.

Номер лінії	Родовід лінії	Проаналізовано рослин, шт	Діапазон мінливості ознаки самофертильності,%	Середній показник самофертильності потомств, %
		всього	із них самосумісних
			шт	%
208	I1G1	4	4	100,0	13,7-79,0	43,4
1601	I1G1	6	2	33,3	22,7-36,3	30,5
2401	I1G1	10	5	50,0	11,4-42,0	21,8
2601	I1G1	2	1	50,0	57,6	57,6
211	I1G1	14	10	71,4	12,7-58,5	27,2
101	I1G2	9	3	33,3	2,6-56,6	15,7
301	I1G2	7	1	14,3	25,7	25,7
205	I1G3	9	8	88,9	16,6-76,4	48,1
209	I1G3	9	4	44,4	1,9-52,7	22,1
201	I1G1I1G1	3	3	100,0	18,4-75,6	51,2
210	I1G1I1G1	5	3	60,0	18,9-47,8	31,8
202	I1G1I2G1	3	1	33,3	51,6	51,6
199	I1G1I1G2	7	7	100,0	10,6-81,4	44,9

Показники самофертильності ліній при наступному самозапиленні. Повторне самозапилення більшості ліній було проведене у 2002 році (табл. 2).

Таблиця 2. Показники самофертильності ліній після самозапилення, 2002р.

Номер лінії	Родовід лінії	Проаналізовано рослин, шт	Діапазон мінливості самофертильності , %	Середній показник самофертильності потомств,%
		Всього	із них самосумісних
			шт	%
208	I1G1I1	8	0	0	0	0
2601	I1G1I1	22	12	54,5	28,9-71,0	53,7
211	I2G1I1	7	4	57,1	41,7-65,5	58,8
4	I1G2I1	2	2	100,0	9,1-10,6	9,5
5	I1G2I1	1	1	100,0	21,0	21,0
206	I1G2I1	3	2	66,7	5,3-14,2	7,4
101	I1G2I1	5	2	40,0	45,2-61,2	51,6
205	I1G3I1	12	9	75,0	40,6-81,3	52,4
209	I1G3I1	1	1	100,0	58,2	58,2
201	I1G1I1G1I1	9	6	66,7	33,2-84,6	57,2
210	I1G1I1G1I1	5	3	60,0	26,2-93,1	71,7
199	I1G1I1G2I1	3	2	66,7	54,0-84,2	66,3

Результати досліджень показали, що дворазове самозапилення ліній у більшості випадків веде до збільшення частки самофертильних нащадків в інбредних поколіннях і зростання у них середнього показника самофертильності. Разом з тим, зустрічаються лінії, які, характеризуючись відносно високим рівнем самофертильності після першого самозапилення, при наступній ізоляції проявили самостерильні властивості.

Показники самофертильності ліній після третього циклу самозапилення у 2003 році нами був проведений третій цикл самозапилення ліній (табл. 3).

Таблиця 3. Показники самофертильності ліній після триразового самозапилення, 2003 р.

Номер лінії	Родовід лінії	Проаналізовано рослин	Діапазон мінливості ознаки самофертильності %	Середній показник самофертильності потомств, %
		всього	із них самосумісних
			шт	%
2	I1G1I3	2	1	50,0	37,4	37,4
2601	I1G1I3	2	0	0	0	0
211	I2G1I3	3	1	33,3	19,4	19,4
206	I1G2I3	4	4	100,0	40,0-66,6	47,4
101	I1G2I2	5	0	0	0	0
5	I1G2I3	2	1	50,0	49,8	49,8
209	I1G3I3	2	1	50,0	29,1	29,1
205	I1G3I2	6	0	0	0	0
201	I1G1I1G1I3	2	2	100,0	36,2-38,7	36,5
210	I1G1I1G1I3	2	1	50,0	41,3	41,3
199	I1G1I1G2I3	2	2	100,0	29,7-40,9	34,2

Дані досліджень ілюструють, що навіть незначні вибірки рослин у більшості ліній дають змогу виявити самофертильних нащадків, що свідчить про генетичну обумовленість даної ознаки. Нами був проведений порівняльний аналіз особливостей успадкування середніх показників самофертильності в трьох поколіннях послідовного інбридингу.

Тут чітко проявляється тенденція негативного впливу інбридингу на рівень самофертильності ліній.

Проведені дослідження показали, що лінії, взяті для вивчення, є носіями мутації самофертильності, яка успадковується в ряді інбредних поколінь. Ми схиляємось до думки, що ці лінії несуть мутацію самофертильності лише в одному з локусів самонесумісності.

Підтвердженням цього є постійне вищеплення самонесумісних форм в інбредних поколіннях.

Досить цікавим є питання чи існує зв'язок між показниками самофертильності вихідних рослин і їхніми самозапиленими нащадками.

В своїх дослідженнях при вивченні питання характеру успадкування ознаки самофертильності в самозапильних поколіннях ми використали генеалогічний аналіз родоводів інбредних нащадків.

Це розглянемо на прикладі родоводу інбредних нащадків лінії 211.

Перше самозапилення лінії було проведено у 2001 році. При ізоляції 14 рослин самостерильність проявилася лише у двох із них. Самофертильними були 78,5% рослин. До повторного самозапилення були залучені нащадки від рослин з низькою (12,7%), середньою (35,3 і 44,6%) та високою (58,5%) самофертильністю.

Повторне самозапилення рослини від низькосамофертильної батьківської форми призвело зростання самосумісності до 63,0%. В поколінні рослин із середнім рівнем самофертильності відмічено вищеплення самостерильних нащадків. Утворення плодів у самофертильних рослин було вищим, ніж у вихідної батьківської форми. Нащадки від рослини 14, що в І₀ мала найвищу самофертильність, в І₁ також проявили схильність до самозапилення, але рівень зав'язування плодів у них був нижчим порівняно з батьківською рослиною.

У 2003 році до самозапилення були залучені нащадки тільки від високосамофертильних рослин. В І₂ у всіх нащадків рівень зав'язування плодів знизився. Як і в попередньому поколінні продовжувалось вищеплення самонесумісних рослин. Таким чином, немає підстав стверджувати про існування залежності між рівнем самофертильності вихідних рослин і самофертильністю інбредних нащадків. Вона проглядається лише в перших двох поколіннях самозапилення у випадку ізоляції рослин із гетерозиготних популяцій.

Самофертильність поколінь від парних внутрішньолінійних схрещувань

В процесі вивчення особливостей успадкування ознаки самофертильності в інбредних поколіннях нами параллельно були проведені парні внутрішньолінійні схрещування, які, по суті, є дуже близькими до самозапилення, але, на відміну від нього, дозволяють підтримати в певній мірі гетерозиготність і тим самим зменшити рівень інбредної депресії ліній.

Відомо, що при сибсовому розмноженні вдається підтримувати певний рівень гетерозиготності ліній, що дозволяє в подальшому провести 1-2 покоління самозапилення, в яких підтримуватиметься задовільний рівень самофертильності ліній.

Оцінка самофертильності рослин, включених до схрещувань, дає можливість дослідити вплив батьківських форм на особливості прояву даної ознаки у нащадків (табл. 4).

Дані досліджень показують, що шляхом застосування парних внутрішньолінійних схрещувань можна підтримувати високий рівень самофертильності ліній. Середній показник самофертильності потомств знаходився у межах від 9,5 до 80,5%, а кількість самосумісних потомств перебувала в діапазоні від 20 до 100%.

З проведених досліджень випливає, що селекцію ліній у кормових буряків можна успішно проводити шляхом почергового застосування інбридингу з внутрішньолінійним перезапиленням. Така система інбридингу дозволяє підтримувати самофертильність у значної частини рослин. Використовуючи внутрішньолінійні парні схрещування, можна досягти гомозиготності ліній за певними ознаками в короткий термін.

Таблиця 4. Самофертильність ліній від парних внутрішньолінійних схрещувань, 2001 р.

Номер лінії і рослини	Родовід	Самофер-тильність* батьківських рослин, %	Проаналізовано рослин, шт	Із них самосумісних	Діапазон мінливості ознаки самофертильності, %	Середній показник самофертильності потомств, %
				шт.	%
211-13х14	I2G2	35,3/58,5	6	6	100,0	19,4-63,8	46,5
211-14х13	I2G2	58,5/35,3	2	2	100,0	40,0-45,2	42,6
208-9х8	I1G2	79,0/13,7	14	5	35,7	27,5-75,3	61,4
209-8х7	I1G4	13,7/0	6	5	83,3	6,5-78,2	41,5
205-6х7	I1G4	67,5/76,4	3	1	33,3	40,3	40,3
205-7х6	I1G4	76,4/67,5	7	6	85,7	38,1-79,1	61,4
205-7х8	I1G4	76,4/46,0	7	5	71,4	37,5-75,2	61,7
205-8х7	I1G4	46,0/76,4	3	2	66,7	61,2-65,0	63,1
210-1х2	I1G1I1G2	47,8/0	4	3	75,0	50,4-98,5	68,1
210-2х1	I1G1I1G2	0/47,8	1	1	100,0	57,0	57,0
206-2х3	I1G2I1G2	10,5/14,2	10	6	60,0	26,8-71,7	49,3
206-3х2	I1G2I1G2	14,2/10,5	10	2	20,0	8,1-10,9	9,5
199-1х2	I1G1I1G3	10,6/39,2	2	0	0	0	0
199-3х2	I1G1I1G3	81,4/39,2	10	8	80,0	55,9-93,5	80,5

*В чисельнику - материнської рослини, в знаменнику - батьківської рослини

Самофертильність поколінь ліній від вільного перезапилення

У 2001 році в розсаднику розмноження ліній, де проводились самозапилення і внутрішньолінійні парні схрещування, з окремих рослин було зібране насіння і від вільного перезапилення. Ми намагалися охопити різні за самофертильністю групи рослин: самостерильні, з низьким, середнім і високим рівнем самосумісності.

В наступній генерації на насінниках, вирощених із насіння від вільного перезапилення, була проведена оцінка самофертильності нащадків при їхньому самозапиленні (табл. 5).

Дослідження показали, що в умовах вільного перезапилення ліній, значна частина (від 70 до 100%) нащадків проявила здатність до самозапилення. При цьому середній показник самосумісності у більшості випадків був значно вищим, ніж у вихідних рослин ліній. Це пояснюється тим, що при вільному перезапиленні рослин різних ліній утворюється гетерозиготне покоління, особливо за алелями активних S-генів і, таким чином, краще проявляється дія мутантного Sf-гена. Ми не виключаємо, що підвищення гетерозиготності рослин по інших генах може мати позитивний вплив на виживання зигот, що виникають в результаті самозапилення.

Таблиця 5. Самофертильність нащадків окремих ліній від вільного перезапилення, 2001 р.

Номер лінії	Родовід	Самофертильність вихідної рослини, %	Проаналізовано рослин, шт	Із них самофертильних	Діапазон мінливості самофертильності, %	Середній показник самофертильності потомств, %
				шт	%
208-2	I1G1	44,0	6	3	50,0	10,4-76,2	42,3
211-14	I2G1	58,5	7	7	100,0	25,8-94,0	62,4
209-3	I1G3	0	11	8	72,7	19,8-87,5	55,6
205-8	I1G3	46,0	5	4	70,0	6,7-71,2	36,1
210-3	I1G1I1G1	24,1	10	7	70,0	5,5-69,5	32,4
199-2	I1G1I1G2	10,6	7	6	85,7	43,9-88,5	74,1
199-3	I1G1I1G2	39,2	10	8	80,0	13,2-90,5	55,9
199-7	I1G1I1G2	68,4	17	13	76,8	19,0-93,4	69,2

Розділ 4. Життєздатність плодів самофертильних ліній

Для створення високопродуктивних сортів і гібридів кормових буряків крім врожайності, цукристості та роздільноквітковості велике значення має схожість насіння, яка в селекції на гетерозис відіграє важливу роль не тільки при отриманні фабричного насіння гібридів, але й при розмноженні батьківських форм. Результати оцінки життєздатності насіння ліній у двох суміжних поколіннях представлені в таблиці 6.

Аналіз даних показав, що лінії після одноразового самозапилення в цілому проявили невисоку життєздатність. В залежності від лінії цей показник коливався у межах від 8,6 до 45,2%. В усіх лініях зустрічалась значна частка плодів з нежиттєздатним насінням. У другому поколінні інбридингу хоча й досліджували лінії з середнім та високим рівнем самофертильності, проте, як показує таблиця 6, варіювання за показником життєздатності залишалось значним - від 12,0 до 54,6%. У більшості ліній відмічено зростання частки плодів із нежиттєздатним насінням. Коефіцієнт кореляції між рівнем зав'язування плодів при самозапиленні та часткою плодів із нежиттєздатним насінням у ліній І₂ становив 0,86. Залежність між самофертильністю ліній і життєздатністю їхнього насіння була ще нижчою, ніж в І₁ (r = 0,15). Це вказує на те, що самофертильність і життєздатність насіння контролюються різними генетичними системами.

Дані з вивчення життєздатності насіння за різних способів їхнього розмноження (самозапилення, парні внутрішньолінійні схрещування, вільне перезапилення ліній) вказують на те, що самонесумісність у кормових буряків, як і в інших самонесумісних видів, контролюється двома різними генетичними системами.

Таблиця 6. Життєздатність насіння самозапильних ліній кормових буряків в поколіннях послідовного інбридингу

Перше покоління інбридингу, І1	Друге покоління інбридингу, I2
Номер лінії	Родовід	Рівень зав'язування плодів при самозапиленні, %	Життєздатність насіння, %	Номер лінії	Родовід	Рівень зав'язування плодів при самозапиленні, %	Життєздатність насіння, %
211-2	I2G1I1	62,9	24,1	211-2-1	I2G1I2	51,2	23,9
211-13	I2G1I1	35,3	24,0	211-13-1	I2G1I2	50,0	18,1
211-14	I2G1I1	63,5	31,9	211-14-3	I2G1I2	65,5	43,9
206-2	I1G2I1	10,5	37,0	206-2-1	I1G2I2	61,7	54,6
205-6	I1G3I1	72,9	27,7	205-6-19	I1G3I2	81,3	12,0
209-2	I1G3I1	52,2	33,3	209-2-2	I1G3I2	26,2	15,7
201-2	I1G1I1G1I1	44,6	40,0	201-2-1	I1G1I1G1I2	84,2	33,7
210-5	I1G1I1G1I1	8,9	14,2	210-5-3	I1G1I1G1I2	37,6	24,7
210-3	I1G1I1G1I1	24,2	17,3	210-3-1	I1G1I1G1I2	67,7	50,2
				210-3-3	I1G1I1G1I2	93,1	29,3
199-2	I1G1I1G2I1	39,2	45,2	199-2-7	I1G1I1G2I2	49,4	45,4
3099-4	I1G1I1G2I1	60,0	20,0	3099-4-4	I1G1I1G2I2	65,6	23,0
				3099-4-7	I1G1I1G2I2	47,5	36,7
3099-12	I1G1I1G2I1	5,0	8,6	3099-12-1	I1G1I1G2I2	78,5	34,0
3099-20	I1G1I1G2I1	60,0	32,7	3099-20-7	I1G1I1G2I2	90,4	37,6
				3099-20-13	I1G1I1G2I2	81,2	27,0
	41,5 + 6,43	27,4 +2,96		64,5+4,90	31,9+3,10

Розділ 5. Створення нових донорів самофертильності

У своїй роботі ми приділяли значну увагу пошуку нових джерел самофертильності. Зокрема, проводячи серію схрещувань між різними сортами кормових буряків, виділили рослини, у яких виявилася мутація самофертильності. Отримані від цих рослин нащадки пройшли три покоління самозапилення.

Як показує рисунок, у трьох ліній середнє значення показника самофертильності зросло в І₃, порівняно з І₁ та І₂ (лінії 144-5, 144-23 та 144-26). У решти ліній цей показник знижувався протягом трьох поколінь і найменшого значення набув саме в І₃ (лінії 144-5, 144-18). Мутація самофертильності підтримувалась у самозапилених нащадків протягом трьох поколінь інбридингу.

Таким чином, за отриманими результати можна стверджувати, що в нащадків міжсортових гібридів, за незначних об'ємів ізоляції, нам вдалося виділити рослини з мутаціями самофертильності в одному з локусів самонесумісності.

Пошук Sf-мутацій серед вказаних сортів не увінчався успіхом. Механізм виникнення мутацій самофертильності при міжсортових схрещуваннях поки що залишається нез'ясованим.

Розділ 6. Здатність самозапильних ліній до кросбридингу

У самонесумісних видів, до яких відносяться кормові буряки, тісний інбридинг можна проводити лише на основі самофертильних форм. При використанні в гетерозисній селекції таких ліній важливе значення має оцінка здатності до перехресного запилення з іншими фертильними лініями. Узагальнені результати гібридологічного аналізу ліній представлені в таблиці 7.

Таблиця 7. Гібридологічний аналіз самофертильних ліній, 2004 р.

Лінія	Показник самофер-тильності, %	Співвідношення компонентів схрещування	Кількість родин, шт.	Кількість проаналі-зованих рослин, шт.	Теоретично очікувана кількість гібридів, %	Фактична кількість гібридів, % (Х+Sx)
224	18,0	1:1	11	1217	50,0	51,4+1,43
230	87,6	1:2	7	733	66,6	60,8+1,80
237	72,5	1:2	6	631	66,6	11,1+1,25
249	56,6	2:1	10	997	33,3	24,1+1,35
227	79,4	1:9	1	356	90,0	84,8+1,90
231	33,6	1:9	1	378	90,0	70,8+2,33

Результати досліджень свідчать про неоднорідність ліній за здатністю рослин до неспорідненого перезапилення.

Таким чином, самофертильні лінії кормових буряків у ряді випадків проявляють задовільну здатність до перехресного запилення. При лінійно-сортових схрещуваннях відсутність селективного запліднення зумовлена однотипністю компонентів схрещування. Виявлена широка мінливість рослин за здатністю до кросбридингу вказує на необхідність вивчення доцільності проведення добору за даною ознакою. Необхідно більш досконало дослідити в якій мірі ступінь кросбридингу окремих рослин зв'язаний з рівнем їхньої самофертильності.

Розділ 7. Господарсько-цінні показники самофертильних ліній

Для прискорення селекційного процесу зі створення нового вихідного матеріалу, сортів та гібридів всіх сільськогосподарських культур, в тому числі і кормових буряків, важливо знати особливості та характер кореляційних взаємозв'язків між господарсько-цінними ознаками і контролювати прояв ознак, які знаходяться між собою в негативній кореляційній залежності. Наявність тісного позитивного зв'язку між масою коренеплода, масою гички, висотою, довжиною та діаметром коренеплода, дає можливість проведення непрямого добору на покращення іншої ознаки (табл. 8).

Таблиця 8. Кореляційні зв'язки ознаки «маса кореня» з іншими господарсько-цінними ознаками у самофертильних ліній

Номер лінії	Значення коефіцієнта кореляції з ознаками
	Маса гички	Діаметр кореня	Висота надземної частини	Довжина кореня	Відсоток сухих речовин
206	0,861	0,797	0,750	0,777	-0,505
101	0,870	0,940	0,819	0,828	-0,232
2601	0,939	0,871	0,700	0,898	-0,366
201	0,832	0,769	0,875	0,837	0,252
144-15	0,816	0,807	0,316	0,684	-0,120
144-18	0,935	0,945	0,957	0,410	-0,719
144-23	0,646	0,957	0,914	0,895	-0,686
144-26	0,136	0,972	0,861	0,574	-0,387
209-5(в)	-0,121	0,933	0,564	0,880	-0,020
199-3(в)	0,797	0,935	0,836	0,940	-0,772

Посилення від'ємного зв'язку між масою коренеплода і вмістом в ньому сухих речовин, на наш погляд, є важливою передумовою проведення добору біотипів, які б поєднували максимальне значення цих ознак. Очевидно, що ефективність такого добору на гібридному матеріалі буде вищою, ніж на популяційному.

Всі отримані коефіцієнти кореляції достовірні на 95%-му рівні ймовірності.

Висновки

У дисертації наведені теоретичне узагальнення та нове вирішення наукового завдання щодо встановлення генетичної природи ознаки самофертильності у кормових буряків. Отримані нові лінії та донори самофертильності, а також лінії з високою здатністю до кросбридингу. Доведено, що самонесумісність у кормових буряків контролюють дві генетичні системи.

1. Виявлено, що лінії, взяті для вивчення, мають мутацію самофертильності, яка успадковується в ряді інбредних поколінь. Отримані лінії з високими показниками самофертильності (значення самофертильності становило більше 50,0%). Добір високосамофертильних рослин призводить до поступового підвищення середнього рівня самофертильності лінії.

2. Встановлено, що в отриманих нами ліній кормових буряків мутація самофертильності виникає лише в одному з локусів несумісності. Підтвердженням цього є постійне вищеплення при самозапиленні самонесумісних форм. Така мутація стійко підтримувалась впродовж 5-7 поколінь інбридингу.

3. Доведено, що між рівнем самофертильності вихідних рослин та їхніх інбредних нащадків не існує залежності. Для створення ліній можна використовувати форми як з низьким, так і з високим показником самофертильності.

4. У ліній, що пройшли один цикл помірного інбридингу, тенденція до зниження кількості утворених плодів з кожним наступним поколінням самозапилення зростає, в порівнянні з лініями, які мали два цикли помірного інбридингу.

5. Створення ліній у кормових буряків необхідно проводити шляхом чергування самозапилення з сибсовим розмноженням: порівняльний аналіз самофертильності рослин лінії 211 при самозапиленні та при парних схрещуваннях показав, що в першому інбредному поколінні здатність до самозапліднення проявили 71,1% рослин, у яких середній показник самофертильності становив 27,2%. При застосуванні парних схрещувань в прямій і зворотній комбінації у цієї лінії всі нащадки були самофертильними, а рівень самофертильності в середньому складав відповідно 46,5 і 42,6%.

6. В селекційній роботі для створення високосамосумісних ліній досить одноразової інтрогресії гена Sf від донора самосумісності (лінії 1288), оскільки його частка у нащадків гібрида зростає спонтанно за рахунок вибірковості пилку з геном Sf, що веде до гомозиготації ліній за геном самосумісності.

7. Встановлено, що життєздатність насіння у ліній після самозапилення не змінюється і знаходиться, в середньому, на рівні 30,0%. В залежності від генотипу ліній, дегенерація зародків становить від 19,0 до 84,0%.

8. Доведено, що між рівнем самофертильності рослин і життєздатністю насіння не виявлено чіткої кореляційної залежності, що свідчить про їхню різну генетичну обумовленість. Це дає підстави стверджувати, що в кормових буряків самонесумісність контролюють дві генетичні системи (дворівневий контроль реакції несумісності): система S-генів і система зиготичних субвітальних генів, що забезпечує виживання самозапліднених насінних зародків.

9. Встановлено, що для підвищення прояву самофертильності ліній, необхідно проводити одночасний добір за двома показниками: рівнем утворення плодів та життєздатності насіння.

10. Показано, що самофертильні лінії кормових буряків зберігають задовільну здатність до кросбридингу, це дозволяє використовувати їх в реалізації програм гетерозисної селекції.

11. Встановлено, що тривале самозапилення мало негативні наслідки на більшість господарсько-цінних ознак ліній кормових буряків: довжина, маса, ширина коренеплоду та маса гички. Посилення від'ємного зв'язку між масою коренеплоду та вмістом у ньому сухих речовин, на наш погляд, є важливою передумовою проведення добору біотипів, які б поєднували максимальне значення цих ознак.

Рекомендації селекційно-генетичній практиці

В результаті проведеної роботи отримані лінії, які представляють собою новий вихідний матеріал кормових буряків. Інбредні лінії з високим ступенем самофертильності та життєздатності насіння, а також лінії з високою здатністю до кросбридингу, пропонуються для використання в методичних та селекційних програмах по використанню гетерозису.

Згідно з результатами нашої роботи ми рекомендуємо:

1. При створенні ліній враховувати дворівневий контроль реакції несумісності та проводити добір за двома показниками: рівнем утворення плодів та життєздатністю насіння.

2. Для отримання ліній чергувати строгий (самозапилення) та помірний (сибсове розмноження) інбридинг. Доцільно також проводити два цикли помірного інбридингу.

3. Залучати в селекційні програми лінії з високим ступенем самофертильності та життєздатності насіння (101, 199, 201, 205, 209, 210, 211, 2601).

4. При одержанні гібридів використовувати лінії з високою здатністю до кросбридингу: 224, 227, 230, 231.

Перелік друкованих праць за темою дисертації

1. Рибак Д.А., Крамар О.С., Буряк (Золотар) О.В. Нові джерела самофертильності однонасінних кормових буряків // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К., 2001. - Вип. 1-2. - С. 172-176.

2. Рибак Д.А., Буряк О.В. Дослідження самофертильності в однонасінних ліній кормових буряків помірного інбридингу // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К., 2001. - Вип. 4. - С. 88-92.

3. Рибак Д.А., Буряк О.В. Оцінка самофертильних ліній однонасінних кормових буряків за здатністю до кросбридингу // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К., 2002. - Вип. 3. - С. 83-85.

4. Рибак Д.А., Буряк О.В. Мутації самофертильності в S-локусі потомств міжсортових гібридів кормових буряків // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К, 2002. - Вип. 3-4. - С. 149-153.

5. Рибак Д.А., Крамар О.С., Буряк О.В. Самофертильність однонасінних ліній кормових буряків // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН присвячений 100-річчю від дня народження Д.Ф. Лихваря (спецвипуск). - К., 2003. - С. 121-129.

6. Рыбак Д.А., Монке Г.Ю., Буряк Е.В. Методика многолетнего сохранения клонов исходных генотипов растений кормовой свеклы // Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений: Тезисы международной конференции молодых ученых, Институт растениеводства им. В.Я. Юрьева УААН, 2-7 июля 2001 г. - Харьков, 2001. - С. 246-247.

7. Рибак Д.А., Крамар О.С., Буряк О.В. Успадкування ознаки самофертильності у однонасінних кормових буряків при інбридингу // Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан та перспективи: Тези доповідей Другої міжвузівської науково-практичної конференції аспірантів, Вінницький державний аграрний університет, 27-28 лютого 2002 р. - Вінниця, 2002. - С. 11-12.

8. Рибак Д.А., Буряк О.В., Крамар О.С. Особливості успадкування ознаки роздільноквітковості в кормових буряків при самозапиленні // Проблеми сучасного землекористування: Матеріали науково-практичної конференції молодих вчених, Інститут землеробства УААН, 26-28 листопада 2002 року. - Київ, 2002. - С. 132-133.

Размещено на Allbest.ru