Віддалена гібридизація ярих злаків і її модифікація низькою температурою

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр'єва

Української академії аграрних наук

УДК [631.527.5:633.1]:631.528.634

віддалена гібридизація ярих злаків і її модифікація низькою температурою

06.01.05 - селекція рослин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Криштоп Євген Анатолійович

Харків - 2009



Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Харківському національному аграрному університеті ім. В. В. Докучаєва Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор чл.- кор. УААН ПУЗІК Володимир Кузьмич, Харківський національний аграрний університет ім. В. В. Докучаєва Мінагрополітики України, перший проректор, завідувач кафедри екології та біотехнології

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор ТИЩЕНКО Володимир Миколайович, Полтавська державна аграрна академія Мінагрополітики України, директор НДІ агрономії;

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник ВАСЬКО Наталія Іванівна, Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр'єва УААН, завідувач лабораторії селекції і генетики ячменю

Захист відбудеться „_15__”___грудня__ 2009 р. о _10_ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.366.01 при Інституті рослинництва ім. В. Я. Юр'єва УААН за адресою: 61060, м. Харків, проспект Московський, 142, тел. (057) 392-23-78, факс (057) 779-84-17

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту рослинництва ім. В. Я. Юр'єва УААН, м. Харків, проспект Московський, 142

Автореферат розісланий „_12_”__листопада__ 2009 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Петренкова В. П.



Криштоп Є. А. Віддалена гібридизація ярих злаків і її модифікація низькою температурою. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.05 - селекція рослин. - Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр'єва УААН, Харків, 2009.

У дисертаційній роботі викладено основні результати досліджень щодо використання дії низької температури на насіння материнської рослини при віддаленій гібридизації різних видів ярих злаків. Установлено, що в результаті дії низької температури -14 ^оС на насіння материнської рослини вологістю 14,0 - 14,5% підвищується схрещуваність між родами, яка залежить не тільки від виду, сорту і комбінації схрещування, а й від температури і тривалості її дії.

З'ясовано деякі питання механізму дії низької температури на насіння материнської рослини. Дія низької температури змінює мітотичну активність клітин кореневої меристеми проростаючого насіння пшениці ярої, викликає хромосомні порушення у них і зміни у спектрі запасних білків насіння і проростків, що сприяє підвищенню схрещуваності різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим. насіння пшениця ярий схрещуваність

Виявлено, що життєздатність і продуктивність F₁ міжродових гібридів, характер формотворчого процесу міжродових гібридів другого покоління залежать від дії низької температури, її тривалості, вибору материнської форми при схрещуваннях і комбінації схрещування. Дія низької температури у поєднанні з віддаленою гібридизацією змінює співвідношення у спектрі F₂ міжродових гібридів і суттєво посилює рівень фенотипової мінливості міжродових гібридів другого покоління.

Ключові слова: дія низької температури, насіння, пшениця яра, жито яре, сорт, схрещуваність, хромосомне порушення, гібрид, життєздатність, продуктивність.



Криштоп Е. А. Отдалённая гибридизация яровых злаков и её модификация низкой температурой. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.05 - селекция растений. - Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева УААН, Харьков, 2009.

В диссертационной работе представлены основные результаты исследований по использованию действия низкой температуры на семена материнского растения при отдалённой гибридизации разных видов и сортов пшеницы яровой с рожью яровой. Установлено, что в результате действия низкой температуры -14 ^оС на семена материнского растения влажностью 14,0 - 14,5% повышается скрещиваемость между родами, которая зависит не только от вида, сорта и комбинации скрещивания, а и от температуры и продолжительности её обработки.

Наибольшее количество гибридных зерновок как в комбинации скрещивания T. durum / S. сereale, так и в комбинации скрещивания T. aestivum / S. cereale установлено в варианте опыта с экспозицией обработки 168 часов. Так, в комбинации скрещивания Харьковская 27 / Somro завязываемость гибридных зерновок в среднем за 2005 - 2007 гг. исследований составила 30,8%, в комбинации скрещивания Харьковская 26 / Somro - 25,4%, тогда как на контроле - 6,9 и 4,4% соответственно.

Увеличение продолжительности действия низкой температуры до 192 часов на семена материнского растения приводит к снижению завязываемости как в комбинации скрещивания T. durum / S. сereale, так и в комбинации скрещивания T. aestivum / S. сereale, что, возможно, обусловлено более сильным поражением самих систем восстановления клеток на стадии прорастания семян пшеницы яровой.

Действие низкой температуры -14 ^оС на протяжении 72 часов на семена материнского растения повышает скрещиваемость разных сортов твёрдой и мягкой пшеницы яровой с рожью яровой. В среднем за 2005 - 2007 гг. исследований при гибридизации твёрдой пшеницы яровой с рожью яровой лучшие результаты получены в комбинации скрещивания Изольда / Somro, где завязываемость гибридных зерновок составила 38,9%. При гибридизации мягкой пшеницы яровой с рожью яровой лучшие результаты получены в комбинации скрещивания Харьковская 18 / Somro - 6,7%. Тогда как на контроле эти показатели составили 36,0 и 4,3% соответственно.

Выяснены некоторые вопросы механизма действия низкой температуры на семена материнского растения. Действие низкой температуры изменяет митотическую активность клеток корневой меристемы прорастающих семян пшеницы яровой, вызывает хромосомные нарушения в них и изменения в спектре запасных белков семян и проростков, что способствует повышению скрещиваемости разных видов и сортов пшеницы яровой с рожью яровой.

Обнаружена разница в реакции разных видов и сортов пшеницы яровой на действие низкой температуры на семена материнского растения. Так, при экспозиции обработки 168 часов отмечено видовое различие в значениях митотической активности в клетках корневой меристемы. В опыте с сортом мягкой пшеницы яровой Харьковская 26 митотический индекс равнялся 6,87%, тогда как у сорта твёрдой пшеницы яровой Харьковская 27 он составил 5,99%.

Жизнеспособность и продуктивность межродовых гибридов первого поколения как в комбинации скрещивания T. durum / S. сereale, так и в комбинации скрещивания T. aestivum / S. сereale зависит от действия низкой температуры, её экспозиции, комбинации скрещивания и выбора материнской формы при скрещиваниях.

Установлено, что действие низкой температуры разной экспозиции влияет на характер расщепления F₂ межродовых гибридов и их соотношение при скрещивании разных видов пшеницы яровой с рожью яровой и зависит от комбинации скрещивания и выбора материнской формы при скрещиваниях.

Продуктивность межродовых гибридов второго поколения как в комбинации скрещивания T. durum / S. сereale, так и в комбинации скрещивания T. aestivum / S. сereale зависит не только от морфотипа, комбинации скрещивания и выбора материнской формы при скрещиваниях, а и от температуры и продолжительности её обработки.

В результате проведенных исследований выделены лучшие сорта пшеницы яровой, которые при скрещивании можно использовать как родительские формы с целью повышения продуктивности колоса и увеличения уровня фенотипической изменчивости гибридного потомства.

Ключевые слова: действие низкой температуры, семена, пшеница яровая, рожь яровая, сорт, скрещиваемость, хромосомное нарушение, гибрид, жизнеспособность, продуктивность.



Krishtop E. A. Wide hybridization of spring cereals and their modification by low temperature. - Manuscript.

The thesis for a master of agricultural science, speciality 06.01.05 - Plant Breeding. - Plant Production Institute named after V.Ya. Yuriyev UAAS, Kharkiv, 2009.

Main results of research of low temperature influence using on seed of maternal plant at wide hybridization of different species of spring cereals has been expounded in the dissertation work. It was found that influence of low temperature -14 ^оС on seed of maternal plant with moisture of 14,0 - 14,5% leads to increase of crossability between kinds and depends not only on variety, specie and cross combination, but on temperature and duration of its influence.

Some of questions about the mechanisms influence of low temperature on seed of maternal plant have studied. Influence of low temperature changes mitotic activity of cells of root meristem in germinating seeds of spring wheat causes chromosomal abnormalities in it and changing in spectrum of seed and germ reserve proteins, that to assist of crossability between spring wheat and spring rye of different species and varieties.

It was found that viability and productivity of F₁ intergeneric hybrids, character of morphogenesis process of intergeneric hybrids of second generation depends on low temperature influence, its duration, choice of maternal form at the crosses and cross combinations. Influence of low temperature in combination with remote hybridization changes correlation of intergeneric hybrids in the F₂ spectrum and strengthens level of phenotypic variation of intergeneric hybrids of second generation significantly.

Key words: low temperature influence, seed, spring wheat, spring rye, variety, crossability, chromosomal abnormality, hybrid, viability, productivity.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Використання методу віддаленої гібридизації у селекції рослин пов'язане з цілим рядом труднощів, основною причиною яких є бар'єри несумісності, які виникають на ранніх етапах розвитку гібридних зернівок тощо. Такими бар'єрами є генетична і фізіологічна несумісність. Створення віддалених гібридів вимагає подолання цих бар'єрів на етапах проростання пилку, росту пилкових трубок, запліднення і формування гібридних зернівок.

Для подолання несумісності і підвищення результативності гібридизації дослідниками розроблено численні методи, які умовно поділено на механічні (скорочення довжини стовпчика, запилення і запліднення у пробірці та ін.), генетичні (амфідиплоїдія, метод посередника, поліплоїдія малохромосомного компоненту) і фізіологічні (дія на материнський організм низькими температурами, мікроелементами, фізіологічно активними речовинами тощо).

Незважаючи на велику кількість методів, розробка нових, підвищення ефек-тивності відомих методів і впровадження їх у селекційну практику є актуальним завданням. Ми вивчали дію низької температури на насіння материнської рослини та її вплив на схрещуваність різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим, життєздатність і продуктивність F₁ міжродових гібридів та формотворчий процес F₂ міжродових гібридів. Крім цього, до теперішнього часу практично нез'ясованим залишається питання механізму дії низької температури на насіння материнської рослини. Недостатньо необхідних відомостей про особливості схрещуваності різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від тривалості дії низької температури на насіння материнської рослини.

Отже, вищезазначені питання є актуальними, а їх опрацювання має становити вагомий внесок до селекційної науки у цілому й у першу чергу - для підвищення ефективності методу віддаленої гібридизації у селекції пшениці ярої.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є складовою частиною тематичного плану науково-дослідної роботи кафедри генетики, селекції та насінництва ХНАУ імені В. В. Докучаєва. Дослідження здійснювали у 2005-2008 рр. відповідно до наукового завдання ”Створити нові високопродуктивні сорти і гібриди, удосконалити систему насінництва та розробити ресурсозберігаючі технології вирощування сільськогосподарських культур” (номер державної реєстрації 0106U009651).

Мета і завдання досліджень. Мета досліджень полягала у встановленні закономірностей схрещуваності різних видів пшениці ярої з житом ярим, життєздатності і продуктивності F₁ міжродових гібридів та формотворчого процесу гібридів другого покоління залежно від дії низької температури.

Для досягнення поставленої мети вирішували такі завдання:

встановити особливості схрещуваності різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим залежно від тривалості дії низької температури на насіння материнської рослини;

з'ясувати питання щодо механізму дії низької температури на насіння материнської рослини;

визначити життєздатність і продуктивність міжродових гібридів першого покоління залежно від дії низької температури;

виявити характер розщеплення міжродових гібридів другого покоління і їх продуктивність залежно від дії низької температури;

з'ясувати характер формотворчого процесу міжродових гібридів другого покоління залежно від дії низької температури.

Об`єкт дослідження - дія низької температури при віддаленій гібридизації ярих злаків.

Предмет дослідження - дія низької температури на насіння материнської рослини представників родини Poaceae: Triticum durum Desf (2n=28), Triticum aestivum L. (2n=42). Родова, видова і сортова специфічність при схрещуванні різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим, життєздатність і продуктивність F₁ міжродових гібридів, розщеплення і формотворчий процес міжродових гібридів другого покоління та їх продуктивність, мітотична активність та спектр хромосомних порушень клітин кореневої меристеми, спектр запасних білків залежно від дії низької температури.

Методи дослідження: польовий - віддалена міжродова гібридизація для встановлення особливостей схрещуваності різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим, життєздатності і продуктивності F₁ міжродових гібридів, розщеплення, формоутворення і продуктивності міжродових гібридів другого покоління; лабораторний - структурний аналіз рослин для визначення біометричних показників міжродових гібридів першого і другого покоління та батьківських рослин за варіантами дос-лідів; цитологічний - для визначення мітотичної активності, мітотичного індексу та хромосомних порушень; електрофорез - для визначення спектра запасних білків; дисперсійний і статистичний аналіз даних - для узагальнення і визначення дос-товірності одержаних експериментальних результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше досліджено схрещуваність рекомендованих Державним реєстром до поширення в Україні сортів різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури на насіння материнської рослини. Встановлено, що дія низької температури на насіння материнської рослини підвищує схрещуваність між родами і залежить не тільки від виду, сорту і комбінації схрещування, а і від температури й тривалості її дії.

Вперше з'ясовано деякі сторони механізму дії низької температури на насіння материнської рослини: дія низької температури змінює мітотичну активність клітин кореневої меристеми проростаючого насіння пшениці ярої, викликає хромосомні порушення у них і зміни у спектрі запасних білків насіння і проростків, що сприяє підвищенню схрещуваності різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим.

Виявлено, що життєздатність і продуктивність F₁ міжродових гібридів, характер формотворчого процесу міжродових гібридів другого покоління залежать від дії низької температури, її тривалості, вибору материнської форми при схрещуваннях і комбінації схрещування. Дія низької температури на насіння материнської рослини у поєднанні з віддаленою гібридизацією змінює співвідношення у спектрі F₂ міжродових гібридів та суттєво посилює рівень фенотипової мінливості міжродових гібридів другого покоління.

Практичне значення отриманих результатів. Селекційній практиці запропоновано науково обґрунтовану методику підвищення ефективності методу віддаленої гібридизації у селекції пшениці ярої, як маловитратну і екологічно безпечну.

Допосівна обробка насіння материнських форм низькою температурою -14 ^оС протягом 168 год підвищує схрещуваність різних видів пшениці ярої з житом ярим, життєздатність і продуктивність F₁ міжродових гібридів та змінює характер формотворчого процесу міжродових гібридів другого покоління.

Виділено кращі сорти, що можуть бути використані як батьківські форми для схрещувань з метою добору на підвищення продуктивності колоса і збільшення рівня фенотипової мінливості гібридного потомства.

Найбільш цінні лінії, які характеризуються високою продуктивністю та якістю зерна, використовуються у селекційній програмі кафедри генетики, селекції та насінництва ХНАУ ім. В. В. Докучаєва.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем особисто виконано дослідження за темою дисертації, узагальнено і теоретично обґрунтовано отримані експериментальні дані, сформульовано висновки і пропозиції виробництву. Наукові положення за темою дисертації сформульовано автором особисто. Авторство у спільних публікаціях становить 75%.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, основні положення і висновки дисертації заслухано та обговорено на вченій раді агрономічного факультету та висвітлені у матеріалах щорічних наукових конференцій професорсько-викладацького складу молодих вчених і аспірантів Харківського національного аграрного університету ім. В. В. Докучаєва: ”Екологічні проблеми сталого розвитку агросфери в умовах реформування земельних відносин та шляхи раціонального використання і охорони земель” (Харків, 2005); ”Екологізація сталого розвитку агросфери, культурний грунтогенез і ноосферна перспектива інформаційного суспільства” (Харків, 2006); ”Екологізація сталого розвитку агросфери і ноосферна перспектива інформаційного суспільства” (Харків, 2008); VII з'їзду Українського това-риства генетиків і селекціонерів ім. М. І. Вавилова, який було присвячено 120-річчю від дня народження М. І. Вавилова (Алушта, 2007).

Публікації результатів досліджень. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 7 наукових праць, з них 4 статті у фахових виданнях і 3 тези доповідей наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 236 сторінках комп'ютерного тексту, в т. ч. на 136 сторінках основного тексту, містить вступ, п'ять розділів, висновки, рекомендації для селекційної практики, 6 додатків. Робота ілюстрована 48 таблицями, 88 рисунками. Список використаних літературних джерел налічує 351 найменування, у тому числі латиницею 99.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Використання методу віддаленої гібридизації у селекції ярих злаків (огляд літератури)

Проведений аналіз літературних даних з історії і досягнення селекції ярих злаків вказує на принципову важливість методу віддаленої гібридизації. У розділі розглянуто і проаналізовано результати наукових робіт вітчизняних та зарубіжних авторів з питань несумісності рослин, що використовуються у схрещуваннях. Показано, що при створенні віддалених гібридів виникають бар'єри міжродової несумісності на ранніх етапах проростання пилку, росту пилкових трубок, запліднення і формування гібридних зернівок. Наводяться існуючі гіпотези дії низької температури на рослинний організм.

Умови, матеріал і методика проведення досліджень

Польові досліди проводили на дослідному полі Харківського національного аграрного університету ім. В. В. Докучаєва у 2005-2008 рр. Дослідне поле розташоване у межах землекористування на вчально-дослідного господарства агроуніверситету у північно-східній частині Харківської області.

Лабораторні досліди проводили на кафедрі генетики, селекції та насінництва Харківського національного аграрного університету ім. В. В. Докучаєва та в лабораторії якості зерна Інституту рослинництва ім. В. Я. Юр'єва УААН.

Об'єктами досліджень були представники родини Poaceae: Triticum durum Desf. (2n=28); Triticum aestivum L. (2n=42); Secale cereale L. (2n=14). Види злаків, які використовували в експериментах представлені сортами твердої пшениці ярої: Ізольда, Луганська 7, Харківська 27 (var. leucurum), Дарина (Янтар Луганщини), Харківська 23 (var. hordeiforme), Харківська 19 (var. melanopus); м'якої пшениці ярої: Рання 93 (var. erythrospermum), Прохоровка, Харківська 18, Харківська 26, Харківська 28, Sunnan (var. lutestens); жита ярого: Somro (Німеччина), Yaselle (Канада).

Відповідно до мети досліджень закладено наступні досліди.

Дослід 1. Насіння різних видів пшениці ярої перед посівом витримували у морозильних камерах при температурі -14 ^оС протягом 48 - 192 год. Як контроль використовували насіння материнських форм без обробки.

Дослід 2. З метою підтвердження результатів у двох комбінаціях, що використовували в експерименті, насіння різних сортів твердої і м'якої пшениці ярої витримували при температурі -14 ^оС протягом 72 год. Як контроль використовували насіння материнських форм без обробки. Вологість насіння материнських форм на всіх дослідних варіантах була на рівні 14,0 - 14,5%.

Польові досліди. Сівбу насіння проводили вручну під дошку в оптимальні для східної частини Лісостепу України строки. Попередник - сочевиця. Площа ділянки 1м², повторність 4-разова. На кожній ділянці висівали по 360 насінин. Розміщення ділянок у досліді - рендомізоване. Польові досліди закладали і виконували з урахуванням усіх вимог методики дослідної справи за Б. А. Доспєховим (1985). Агротехніка у дослідах загальноприйнята для зони Лісостепу.

Обліки і спостереження проводили згідно з Методикою держсортвипробування сільськогосподарських культур (В. В. Волкодав, 2000). При досягненні рослинами фази колосіння проводили схрещування за загальноприйнятою методикою. У кожному варіанті запилювали по 10 колосків (200 квіток) при 4-разовій повторності. Запилення примусове і обмежено-вільне.

Гібридні зернівки висівали по чорному пару поряд з батьківськими видами. Життєздатність F₁ міжродових гібридів визначали за схожістю гібридних зернівок (відсоток схожості визначали шляхом підраховування сходів і розрахунку співвідношення кількості висіяних зерен) і виживаністю, тобто за кількістю рослин, що збереглися до моменту збирання.

З метою подолання стерильності гібридів першого покоління проводили насичуюче схрещування пилком пшениці ярої. Запилення примусове і обмежено-вільне. Структуру врожаю міжродових гібридів визначали за Методикою держсортвипробування сільськогосподарських культур (В. В. Волкодав, 2000).

Рослини гібридних популяцій F₂ аналізували за морфологічними ознаками і елементами продуктивності у порівнянні з вихідними батьківськими сортами. Гібриди розподіляли на три фенотипові групи: материнського (пшеничного), проміжного (пшенично-житнього і житньо-пшеничного) і батьківського типу (житнього) на основі відношення довжини колоскової луски до її ширини (Л. Н. Наумова, 1964). Крім цього, для характеристики F₂ гібридів за фенотипом використовували ознаки видів і різновидностей.

Статистичний аналіз отриманих результатів проводили за методикою Б. А. Доспєхова (1985) шляхом дисперсійного аналізу. Для інтерпретації результатів дисперсійного аналізу застосовували графічні рисунки з використанням ліцензійної програми Excel.

Лабораторні досліди. З метою вияснення механізму дії низької температури на насіння материнської рослини вивчали рівень мітотичної активності і спектр хромосомних порушень у клітинах кореневої меристеми проростаючого насіння сортів твердої Харківська 27 (var. leucurum) та м'якої пшениці ярої Харківська 26 (var. lutestens).

Для цього насіння різних сортів пшениці ярої, вологість якого була на рівні 14,0-14,5%, витримували у морозильних камерах при температурі -14 ^оС протягом 72, 168 і 192 год. Як контроль використовували насіння пшениці ярої без обробки. Після обробки насіння пророщували на зволоженому фільтрувальному папері у ростильнях при температурі 23-25^о протягом 3-4-х діб до появи ростків не менше довжини насіння і корінців довжиною 2-3 см. Корінці фіксували у фіксаторі Кларка та зберігали у 70% спирті в холодильнику.

Мітотичний індекс і мітотичну активність вивчали на тимчасових давлених оцтокармінних препаратах, які готували за загальноприйнятою методикою (З. П. Па-ушева, 1980). Для виявлення мітотичної активності досліджували не менше 60 корінців та 6 000 клітин, порушень мітозу - не менше 100 корінців і 1 000 клітин на цій стадії поділу. Цифрові дані порівнювали з урахуванням F-критерію Фішера для частки варіант (Г. Ф. Лакин, 1980).

Спектр хромосомних порушень визначали за методикою З. В. Абрамової (1979). Обчислення виконували окремо для виявленого типу аберацій і для кожної стадії, а також у середньому. У дослідженнях використовували мікроскоп „Біолам” (збільшення х 400). Фотографування здійснювали за допомогою цифрового фотоапарата „Canon”.

Для вивчення спектра запасних білків насіння сортів твердої Харківська 27 (var. leucurum) та м'якої пшениці ярої Харківська 26 (var. lutestens) вологістю 14,0-14,5% витримували у морозильних камерах при температурі -14 ^оС протягом 48-288 год. Як контроль використовували насіння пшениці ярої без обробки.

Експеримент розділяли на дві складові: „насіння” і „проростки”. Одразу після проморожування у варіанті „насіння” вивчали спектр запасних білків, а у варіанті „проростки” - насіння після проморожування пророщували при температурі 18-20 ^оС протягом 3-4-х діб до появи ростків не менше довжини насіння і корінців довжиною 2-3 см. Після цього досліджуваний матеріал фіксували у сушильній шафі при температурі +130 ^оС і проводили аналіз.

Електрофорез запасних білків у поліакріламідному гелі виконували за методикою Ф. О. Поперелі (1996), яка є модифікацією методики ISTA з використанням буфера оцтова кислота - гліцин. Зразки характеризували за гліадиновими спектрами шляхом позернового аналізу. Розмір випадкової вибірки становив 50-60 зернівок на зразок.

Схрещуваність різних видів ярих злаків залежно від дії

Низької температури на насіння материнської рослини

Зав'язуваність гібридних зернівок при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Отримані нами результати показали, що зав'язуваність гібридних зернівок при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежить від дії низької температури -14 ^оС та її експозиції на насіння материнської рослини. Так, при схрещуванні твердої пшениці ярої Харківська 27 з житом ярим Yaselle зав'язуваність гібридних зернівок на контролі у середньому за роки проведення дослідів становила 4,4%. При дії низької температури протягом 48 год вона підвищувалась і становила 6,9%. Зі збільшенням експозиції обробки спостерігали підвищення зав'язуваності гібридних зернівок (72 год - 10,2%; 96 год - 14,4%; 120 год - 17,8%; 144 год - 21,3%; 168 год - 26,8%). У варіанті досліду з експозицією обробки насіння 192 год зав'язуваність гібридних зернівок знижувалась до 12,0% (табл. 1).

При використанні як батьківської форми жита ярого Somro зав'язуваність гібридних зернівок підвищувалась. Так, на контролі вона у середньому за роки дос-ліджень становила 6,9%. На дослідних варіантах цей показник зростав (48 год - 8,5%; 72 год - 12,5%; 96 год - 16,0%; 120 год - 20,0%; 144 год - 23,2%; 168 год - 30,8%). У варіанті досліду 192 год зав'язуваність гібридних зернівок знижувалась і становила 14,4%. Аналогічні результати отримано при гібридизації м'якої пшениці ярої з житом ярим.

Збільшення тривалості дії низької температури до 192 год призводить до зниження зав'язуваності гібридних зернівок як у комбінації схрещування T. durum / S. cereale, так і у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale. Це, можливо, обумовлено сильнішим ураженням самих систем відновлення клітин на стадії проростання насіння пшениці ярої.

Проведений дисперсійний аналіз показав, що зав'язуваність гібридних зернівок при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежить від тривалості обробки (фактор А), комбінації схрещування (фактор В) та взаємодії цих факторів (АВ) + залишок (Z). Так, частка впливу факторів у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale у середньому за роки проведення дослідів становила: фактор (А) - 97,0%; фактор (В) - 2,0%; взаємодія факторів (АВ) + залишок (Z) - 1,0% (рис. 1, а). Частка впливу факторів у комбінації схрещування T. durum / S. cereale становила: фактор (А) - 96,0%; фактор (В) - 3,0%; взаємодія факторів (АВ) + залишок (Z) - 1,0% .

Зав'язуваність гібридних зернівок при схрещуванні різних сортів твердої і м'якої пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Ефективність запропонованої нами методики підтвердилася при схрещуванні різних сортів твердої та м'якої пшениці ярої з житом ярим. Схрещування з великою кількістю сортів пшениці ярої проводилось з метою підтвердження результатів у двох комбінаціях, що використовувалися в експерименті.

Аналіз результатів показав, що дія низької температури -14^оС на насіння материнської рослини протягом 72 год покращує зав'язуваність гібридних зернівок при гібридизації різних сортів твердої та м'якої пшениці ярої з житом ярим. Так, найбільша зав'язуваність гібридних зернівок була отримана при схрещуванні твердої пшениці ярої Ізольда з житом ярим Somro. Зав'язуваність гібридних зернівок на контролі у середньому за роки проведення дослідів становила 36,0%, тоді як на дослідних варіантах 38,9%, залежно від дії низької температури на насіння материнської рослини. Аналогічні результати отримані нами і в інших комбінаціях схрещування.

Підвищення зав'язуваності спостерігалося і при гібридизації м'якої пшениці ярої з житом ярим. Так, у комбінації схрещування Харківська 26 / Yaselle зав'язу-ваність гібридних зернівок на контролі у середньому за роки проведення дослідів становила 3,2%, тоді як на дослідних варіантах 4,5%, залежно від дії низької температури на насіння материнської рослини протягом 72 год. При використанні як батьківської форми жита ярого Somro зав'язуваність гібридних зернівок на контролі становила 4,8%, а у варіанті досліду з експозицією обробки 72 год цей показник збільшувався до 6,2%. Зав'язуваність гібридних зернівок при використанні як батьківської форми жита ярого Yaselle знижувалась незалежно від варіанта дослідів як у комбінації схрещування T. durum / S. cereale, так і у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale.

Проведений дисперсійний аналіз отриманих результатів показав, що зав'язуваність гібридних зернівок при схрещуванні різних сортів твердої і м'якої пшениці ярої з житом ярим залежить від комбінації схрещування (фактор В), тривалості обробки (фактор А), взаємодії цих факторів (АВ) + залишок (Z). Так, частка впливу факторів у комбінації схрещування T. durum / S. cereale у середньому за роки досліджень становила: фактор (В) - 96%; фактор (А) - 3,0%; взаємодія факторів (АВ) + залишок (Z) - 1,0% (рис. 2, а). Тоді як у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale частка впливу факторів становила: фактор (В) - 67,0%; фактор (А) - 21,0%; взаємодія факторів (АВ) + залишок (Z) - 12,0%.

Таким чином, результати проведених досліджень свідчать, що дія низької температури -14^оС за певних режимів на насіння материнської рослини покращує схрещуваність різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим як у комбінації схрещування T. durum / S. cereale, так і у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale. Підвищення схрещуваності пояснюється дією низької температури, характер якої залежить не тільки від виду, сорту і комбінації схрещування, а і від температури й тривалості її дії.

Механізми дії низької температури на насіння материнської рослини

З метою вияснення механізму дії низької температури на насіння материнської рослини вивчено рівень мітотичної активності та спектр хромосомних порушень у клітинах кореневої меристеми проростаючого насіння, а також спектр запасних білків насіння і проростків сортів твердої Харківська 27 (var. leucurum) та м'якої пшениці ярої Харківська 26 (var. lutestens).

Мітотична активність клітин кореневої меристеми різних сортів твердої і м'якої пшениці ярої залежно від дії низької температури. У результаті досліджень встановлено, що під дією низької температури мітотична активність у клітинах кореневої меристеми пшениці ярої істотно зростає на всіх дослідних варіантах. Так, у сорту Харківська 26 на контролі кількість клітин на стадії телофази становила 0,93%; у варіанті досліду 72 год - 1,33%; у варіанті 168 год - 3,78%. На дослідному варіанті 192 год кількість клітин знижувалась до 1,23%. Зниження ж мітотичної активності при збільшенні тривалості обробки до 192 год зумовлене сильнішим ураженням самих систем відновлення клітин на стадії проростання насіння пшениці ярої. Аналогічні результати отримали по сорту Харківська 27.

Установлено, що мітотична активність у клітинах кореневої меристеми залежить від генотипових особливостей рослин пшениці ярої, дії низької температури і її тривалості. Так, на дослідних варіантах нами відмічено видову різницю у величинах мітотичної активності. У варіанті досліду 168 год мітотичний індекс у сорту твердої пшениці ярої Харківська 27 становив 5,99%, тоді як у сорту м'якої пшениці ярої Харківська 26 дія низької температури протягом 168 год підвищувала його до 6,87%.

Спектр хромосомних порушень у клітинах кореневої меристеми різних сортів твердої і м`якої пшениці ярої залежно від дії низької температури. У результаті вивчення спектра хромосомних порушень встановлено, що дія низької температури викликає їх істотне зростання у клітинах кореневої меристеми на всіх дослідних варіантах у порівнянні з контролем. Але найбільше зростання хромосомних порушень спостерігалося саме у варіанті досліду 168 год. Так, у сорту Харківська 26 дія низької температури протягом 168 год збільшувала відсоток забігань на стадії метафази до 1,40%, на стадії анафази фрагментів до 1,20%, тоді як у цих стадіях на контролі показники становили 0,20% . Подібна закономірність простежувалась у сорту Харківська 27.

Компоненти складу запасних білків насіння і проростків різних сортів твердої і м`якої пшениці ярої залежно від дії низької температури. Дія низької температури викликає зміни у спектрі запасних білків насіння і проростків. Так, у насінні сорту Харківська 26 у варіантах досліду 72 і 192 год зафіксовано появу повільних компонентів. У проростків цього ж сорту спостерігалися деякі відмінності. Так, в одному зразку у варіанті досліду 72 год виявлена відсутність мажорного компоненту у г зоні спектра. Крім цього, у варіантах досліду 168 і 192 год зафіксовано виникнення іншого блоку компонентів гліадинів у г зоні спектра, який не характерний для сорту Харківська 26.

Аналізуючи спектр запасних білків насіння твердої пшениці ярої Харківська 27 після проморожування при -14 ^оС, виявлено такі зміни. У спектрі одного зразка у варіанті досліду 168 год зафіксовано появу повільного компонента, який не харак-терний для гліадинового спектра цього сорту. У варіантах досліду 168 і 192 год у проростків сорту Харківська 27 також спостерігалась стабільність появи двох нових компонентів спектра запасних білків.

Особливості життєздатності f₁ міжродових гібридів залежно від дії низької температури

Життєздатність міжродових гібридів першого покоління при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Установлено, що дія низької температури підвищувала життєздатність гібридів першого покоління різних видів пшениці ярої з житом ярим. Польова схожість гібридних зернівок і виживаність гібридних рослин були вище у комбінаціях, де материнською формою була м'яка пшениця яра. Так, у комбінації схрещування Харківська 26 / Somro схожість гібридних зернівок на контролі у середньому за роки проведення дослідів становила 14,0%. На дослідних варіантах вона підвищувалась і найбільшою була у варіанті 168 год - 18,3%. Виживаність у цій же комбінації схрещування на контролі становила у середньому за роки досліджень 28,3%. На дослідних варіантах вона підвищувалась і найбільшою була у варіанті досліду 168 год - 32,3%. Аналогічні результати отримано при гібридизації твердої пшениці ярої Харківська 27 з житом ярим.

Життєздатність міжродових гібридів першого покоління при схрещуванні різних сортів твердої і м`якої пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Виявлено, що життєздатність гібридів першого покоління різних сортів твердої та м'якої пшениці ярої з житом ярим залежить від дії низької температури протягом 72 год. Так, у комбінації схрещування Ізольда / Somro схожість гібридних зернівок на контролі у середньому за роки досліджень становила 10,5%. На дослідному варіанті вона підвищувалася до 11,9%. Виживаність у цій же комбінації схрещування на контролі за цей період становила 18,2%. На дослідному варіанті вона підвищувалась до 19,3%. Схожі результати отримано при гібридизації різних сортів м'якої пшениці ярої з житом ярим.

Продуктивність F₁ міжродових гібридів при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Продуктивність F₁ гібридів визначали на основі маси зерна однієї рослини, маси 1000 зерен, кількості зерен у колосі і продуктивної кущистості. Установлено, що дія низької температури на всіх дослідних варіантах підвищує продуктивність F₁ гібридів різних видів пшениці ярої з житом ярим. Найбільш високі показники продуктивності F₁ гібридів отримали у варіанті досліду 168 год. Так, продуктивна кущистість F₁ гібридів у комбінації схрещування Харківська 26 / Somro на цьому варіанті досліду становила 3,3 стебла, тоді як на контролі - 2,0 стебла. У комбінації схрещування Харківська 27 / Somro дія низької температури протягом 168 год підвищувала кількість зерен у колосі до 3,0 зернівки, масу 1000 зерен до 26,9 г, масу зерна однієї рослини - до 1,31 г, тоді як на контролі ці показники становили 1,8; 25,2; 1,20 відповідно.

Продуктивність F₁ міжродових гібридів при схрещуванні різних сортів твердої і м`якої пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Найвищими показниками продуктивності серед сортів, що використовували в експерименті, характеризувався сорт м'якої пшениці ярої Рання 93. Так, у комбінації схрещування Рання 93 / Yaselle продуктивна кущистість F₁ гібридів на контролі становила 2,2 стебла, тоді як на дослідному варіанті протягом 72 год вона під-вищувалась до 2,5. Кількість зерен у колосі на контролі була 0,4 зернини, а на дос-лідному варіанті протягом 72 год - 0,6. Дія низької температури протягом 72 год підвищувала масу 1000 зерен та масу зерна однієї рослини F₁ гібридів до 25,5 і 1,48 г, тоді як на контролі 24,1 і 1,25 г відповідно.

У комбінації схрещування Рання 93 / Somro продуктивність F₁ гібридів підвищувалась. Так, на контролі продуктивна кущистість F₁ гібридів становила 2,3 стебла, тоді як на дослідному варіанті протягом 72 год вона підвищувалась до 2,6. Кількість зерен у колосі на контролі була 0,6 зернини, а на дослідному варіанті протягом 72 год збільшувалась до 0,8 зернини. Дія низької температури протягом 72 год сприяла підвищенню маси 1000 зерен та маси зерна однієї рослини F₁ гібридів до 26,5 та 1,50 г, тоді як на контролі - 25,8 та 1,27 г відповідно. Можна стверджувати, що певне різноманіття за цими показниками вноситься не тільки пшеничним, але і житнім компонентом. Ця закономірність спостерігалась при схрещуванні як T. aestivum / S. cereale, так і T. durum / S. cereale.

Формотворчий процес f₂ міжродових гібридів залежно від дії низької температури

Характеристика F₂ міжродових гібридів за фенотипом при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Установлено, що дія низької температури і її експозиція збільшує співвідношення у спектрі F₂ на користь міжродових гібридів материнського типу при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим і залежить від вибору материнської форми при схрещуваннях та комбінації схрещування. Так, у комбінації схрещування Харківська 26 / Somro дія низької температури протягом 168 год сформувала 31 рослину з материнським типом, тоді як з батьківським типом їх було 6, а з проміжним типом - 8 рослин. Аналогічна закономірність простежувалась в інших комбінаціях схрещування.

Фенотипова характеристика F₂ міжродових гібридів, отриманих у результаті гібридизації різних сортів твердої і м`якої пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Отримані результати показали, що дія низької температури протягом 72 год на насіння материнської рослини позитивно впливає на співвідношення у спектрі F₂ на користь міжродових гібридів материнського типу при схрещуванні різних сортів твердої і м'якої пшениці ярої з житом ярим. Найбільша кількість рослин з материнським типом відмічена нами у комбінації Ізольда / Somro, де на дослідному варіанті було 27 рослин материнського типу, 8 - батьківського, 10 рослин - проміжного типу. Аналогічні результати ми отримали при розщепленні за фенотипом гібридів F₂, отриманих від схрещування різних сортів м'якої пшениці ярої з житом ярим.

Продуктивність F₂ міжродових гібридів при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від дії низької температури. Продуктивність F₂ міжродових гібридів визначали на основі маси зерна однієї рослини, маси 1000 зерен, кількості зерен і колосків у колосі. Установлено, що дія низької температури протягом 168 год підвищує продуктивність F₂ міжродових гібридів при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим. Так, у гібридів материнського типу при схрещуванні Харківська 27 / Somro кількість зерен у колосі у варіанті досліду 168 год становила 26 шт, тоді як на контролі 21 шт. Маса зерна однієї рослини на контролі становила 0,58 г, а у варіанті досліду 168 год цей показник підвищувався до 0,77 г. Маса 1000 зерен у варіанті досліду 168 год становила 30,6 г, тоді як на контролі 27,6 г. У гібридних рослин проміжного типу у комбінації схрещування Харківська 27 / Somro дія низької температури протягом 168 год збільшувала кількість колосків у колосі до 29 шт, тоді як у гібридних рослин материнського і батьківського типу їх було 25 шт. Аналогічні результати отримані при схрещуванні м'якої пшениці ярої з житом ярим.



ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення важливого наукового завдання з встановлення закономірностей використання дії низької температури при віддаленій гібридизації ярих злаків, яке здійснено шляхом вивчення схрещуваності рекомендованих Державним реєстром до поширення в Україні сортів різних видів пшениці ярої з житом ярим залежно від тривалості дії низької температури на насіння материнської рослини. Розроблено теоретичні і практичні пропозиції щодо підвищення ефективності методу віддаленої гібридизації з метою збагачення селекційного матеріалу при створенні нових сортів пшениці ярої, що має важливе значення у галузі селекції цієї цінної культури.

За одержаними науковими і практичними результатами досліджень зроблено такі висновки.

1. Віддалена гібридизація різних видів пшениці ярої з житом ярим має не тільки теоретичний інтерес як модельний об'єкт для вивчення мінливості материнської рослини залежно від дії низької температури, а й практичну цінність як джерело генетичного різноманіття обох культур, яке може слугувати цінним вихідним матеріалом для їх селекційного покращання.

2. Зав'язуваність гібридних зернівок при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим залежить від дії низької температури -14 ^оС на насіння материнської рослини вологістю 14,0 - 14,5% та її експозиції, комбінації схрещування і вибору материнської форми при схрещуваннях. Найбільша кількість гібридних зернівок як у комбінації схрещування T. durum / S. cereale, так і у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale була у варіанті досліду з експозицією обробки 168 год. Так, у комбінації схрещування Харківська 27 / Somro зав'язуваність гібридних зернівок у середньому за роки проведення дослідів становила 30,8%, у комбінації схрещування Харківська 26 / Somro - 25,4%, тоді як на контролі - 6,9 і 4,4% відповідно.

3. Збільшення тривалості дії низької температури до 192 год призводить до зниження зав'язуваності гібридних зернівок як у комбінації схрещування T. durum / S. cereale, так і у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale, що, можливо, обумовлено сильнішим ураженням самих систем відновлення клітин на стадії проростання насіння пшениці ярої.

4. Установлено достовірний вплив температурного фактору на зав'язуваність гібридних зернівок при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим. У середньому за роки проведення дослідів частка впливу даного фактору у комбінації схрещування T. durum / S. cereale становила 96,0%, у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale - 97,0%.

5. Схрещуваність різних сортів твердої та м'якої пшениці ярої з житом ярим залежить від комбінації схрещування і дії низької температури -14 ^оС протягом 72 год на насіння материнської рослини. Кращі результати отримано у комбінації схрещування Ізольда / Somro, де у середньому за роки проведення дослідів зав'язу-ваність гібридних зернівок становила 38,9%. При гібридизації м'якої пшениці ярої з житом ярим кращі результати отримано у комбінації схрещування Харківська 18 / Somro - 6,7%. Тоді як на контролі ці показники становили 36,0 і 4,3% відповідно.

6. Використання як батьківської форми жита ярого Somro сприяло підвищенню зав'язуваності гібридних зернівок незалежно від тривалості обробки як у комбінації схрещування T. durum / S. cereale, так і у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale. Так, у дослідному варіанті 72 год у комбінації схрещування Харківська 23 / Yaselle у середньому за роки проведення дослідів зав'язуваність гібридних зернівок становила 12,9%, тоді як у комбінації схрещування Харківська 23 / Somro вона підвищувалась до 16,1%.

7. З'ясовано деякі питання механізму дії низької температури на насіння материнської рослини. Дія низької температури змінює мітотичну активність клітин кореневої меристеми проростаючого насіння пшениці ярої, викликає хромосомні порушення у них і зміни у спектрі запасних білків насіння і проростків, що сприяє підвищенню схрещуваності різних видів і сортів пшениці ярої з житом ярим.

8. Виявлено різницю у реакції різних видів і сортів пшениці ярої на дію низької температури на насіння материнської рослини. Так, при експозиції обробки низькою температурою протягом 168 год відмічено видову різницю у величинах мітотичної активності в клітинах кореневої меристеми. У досліді з сортом м'якої пшениці ярої Харківська 26 мітотичний індекс дорівнював 6,87%, тоді як у сорту твердої пшениці ярої Харківська 27 він становив 5,99%.

9. Установлено, що життєздатність міжродових гібридів першого покоління залежить не тільки від комбінації схрещування і вибору материнської форми при схрещуваннях, а й від температури і тривалості її дії. Так, при дії низької температури протягом 168 год схожість гібридних зернівок у середньому за роки проведення дослідів у комбінації схрещування Харківська 26 / Somro становила - 18,3%, а виживаність гібридних рослин 32,3%. Використання твердої пшениці ярої як материнської форми призводило до зниження схожості гібридних зернівок і виживаності гібридних рослин (12,8 і 19,5% відповідно).

10. Рівень продуктивності F₁ міжродових гібридів залежить від комбінації схрещування, дії низької температури та її експозиції. Так, у комбінації схрещування Рання 93 / Somro продуктивна кущистість F₁ міжродових гібридів на контролі становила 2,3 стебла, тоді як на дослідному варіанті з експозицією обробки 72 год вона підвищувалась до 2,6. Кількість зерен у колосі на контролі була 0,6 зернини, а на дослідному варіанті протягом 72 год вона підвищувалась до 0,8 зернини. Дія низької температури протягом 72 год підвищувала масу 1000 зерен та масу зерна однієї рослини гібридів першого покоління до 26,5 та 1,50 г, тоді як на контролі 25,8 та 1,27 г відповідно.

11. Установлено, що дія низької температури і її експозиція збільшує співвідношення у спектрі F₂ на користь міжродових гібридів материнського типу при схрещуванні різних видів пшениці ярої з житом ярим і залежить від вибору материнської форми при схрещуваннях та комбінації схрещування. Так, дія низької температури протягом 168 год у комбінації схрещування Харківська 26 / Somro сформувала 31 рослину з материнським типом, тоді як з батьківським типом їх було 6, а з проміжним типом - 8 рослин.

12. Установлено, що продуктивність F₂ міжродових гібридів як у комбінації схрещування T. durum / S. cereale, так і у комбінації схрещування T. aestivum / S. cereale залежить від дії низької температури, її експозиції, морфотипа, комбінації схрещування і вибору материнської форми при схрещуваннях. Дія низької температури протягом 168 год збільшувала у гібридних рослин проміжного типу кількість колосків у колосі. Так, у комбінації схрещування Харківська 27 / Somro сформувалося 29 колосків, тоді як у рослин з материнським і батьківським типом їх кількість становила 25 колосків.

Практичні рекомендації для селекції

1. Використовувати у селекційній практиці як маловитратну і екологічно безпечну запропоновану нами науково обґрунтовану методику підвищення ефектив-ності методу віддаленої гібридизації ярих злаків: обробляти до посіву насіння материнських форм пшениці ярої низькою температурою -14 ^оС протягом 168 год.

2. Використовувати як компоненти схрещування сорти м'якої пшениці ярої - Харківська 26, Рання 93 та сорти твердої пшениці ярої - Харківська 19, Ізольда, які мають більш високі показники продуктивності у порівнянні з іншими сортами; як батьківську форму сорт жита ярого Somro для збагачення селекційного матеріалу при створенні нових сортів пшениці ярої з метою добору на підвищення продуктивності колоса і збільшення рівня фенотипової мінливості гібридного потомства.

3. У селекційній роботі з пшеницею ярою при створенні нового вихідного матеріалу використовувати найбільш цінні лінії, що відібрані з гібридного потомства у варіантах з використанням дії низької температури: Л 5/7, Л 8/11, Л 11/12, які характеризується підвищеною крупністю зерна, високою кількістю колосків і зерен у колосі.