Биометрический анализ признаков продуктивности волокна сортов льна-долгунца (Linum usitatissimum L.)

Размещено на http://www.allbest.ru

БИОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИЗНАКОВ ПРОДУКТИВНОСТИ ВОЛОКНА СОРТОВ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА (LINUM USITATISSIMUM L.)

И.А. Голуб, Л.М. Полонецкая, Е.В. Иванова

Обзор литературы свидетельствует о неоднозначности результатов оценки фенотипической и генотипической изменчивости, комбинационной способности современных сортов льна-долгунца по признакам урожайности и качества волокна. Представлены результаты идентификации исходного селекционного материала и нового генофонда льна-долгунца на основе биометрического анализа данных о генетическом контроле признаков продуктивности и качества волокна, фенотипической, генотипической изменчивости, комбинационной способности современных сортов льна-долгунца в двух схемах бипарентальных факториальных скрещиваний в поколениях F₁, F₂. Выделены сорта-доноры признаков продуктивности волокна и гибридные комбинации, перспективные для целей практической селекции.

лен генетический волокно продуктивность

Review of literature shows different results of estimation of phenotypic and genotypic changeability and combination ability of modern varieties of long-fiber flax according to indicators of productivity and fiber quality. We have presented results of identification of initial selection material and new gene pool of long-fiber flax on the basis of biometric analysis of data about the genetic control of indicators of productivity and fiber quality, phenotypic and genotypic changeability, and combination ability of modern varieties of long-fiber flax in two schemes of bi-parental factorial crossings in generations F₁ and F₂. We have selected the varieties, which are donors of indicators of fiber productivity, and hybrid combinations, which are promising for the purpose of practical selection.

Введение

Повышение результативности селекции льна-долгунца, определение параметров моделируемого сорта зависят как от результатов фундаментальных исследований генетических, физиолого-биохимических особенностей культуры, так и от внедрения новейших технологий создания сортов с высокими показателями признаков продуктивности и качества волокна [10]. Создание сортов льна - трудоемкий, длительный процесс, включающий два основных этапа: (1) формирование генотипической изменчивости с применением классических методов селекции и новейших биотехнологий; (2) идентификация и отбор генотипов по важнейшим хозяйственно ценным признакам. Информация о генетическом контроле признаков позволяет разрабатывать научно обоснованные программы, направленные на максимальное использование генетического потенциала культуры, а целенаправленный подбор родительских пар на основании данных о комбинационной способности в различных схемах скрещиваний сокращает сроки селекции.

Анализ источников

Схемы скрещиваний для оценки комбинационной способности можно подразделить на би-, три- и полипарентальные. Бипарентальные скрещивания проводят между двумя родителями, трипарентальные - между тремя, а полипарентальные - между испытуемой линией, опыленной другими сортами, линиями или клонами. Бипарентальные скрещивания делятся на диаллельные (гибридизация в пределах одного набора линий) и факториальные (гибридизация между двумя неодинаковыми наборами линий). По такому же принципу трипарентальные скрещивания подразделяются на трипарентальные и трифакториальные. Для самоопылителей наиболее часто используют факториальные и диаллельные скрещивания (полные и неполные). К факториальным скрещиваниям относятся топкроссы [6].

Анализ литературных источников последних лет зарубежных авторов по оценке генетических параметров изменчивости и комбинационной способности сортов льна (Linum usitatissimum L.) в различных системах скрещиваний (топкроссы, диаллельные скрещивания) показал, что среди анализируемой группы генотипов аддитивное действие генов преобладает в наследовании признаков «число дней до цветения», «число дней до полной спелости», «высота растения», «масса 1000 семян», доминирование _ «число коробочек/растение», «число семян в коробочке», а в генетическом контроле признаков «индекс урожайности», «число семян/растение», «урожайность семян» важны как аддитивное, так и неаддитивное действие генов [3, 2].

Результаты оценки фенотипической, генотипической изменчивости, общей (ОКС), специфической комбинационной способности (СКС) современных сортов льна-долгунца по признакам продуктивности и качества волокна в условиях Республики Беларусь ограниченны и неоднозначны [4,8,9,5], а отсутствие сведений по таким косвенным характеристикам качества волокна, как «мыклость», «сбежистость», в определенной степени ограничивают эффективность улучшения и создания сортов льна-долгунца с заданными показателями продуктивности и качества волокна [7].

Цель исследований - идентификация перспективного исходного селекционного материала и нового генофонда льна-долгунца на основе биометрического анализа генетического контроля, фенотипической, генотипической изменчивости, комбинационной способности современных сортов льна-долгунца по признакам продуктивности волокна в двух схемах скрещиваний в поколениях F₁, F₂.

Методы исследования

Исходный материал представлен современными сортами льна-долгунца, различающимися по продолжительности вегетационного периода, прядильной способности, устойчивости к полеганию и фузариозному увяданию.

Комбинационную способность сортов анализировали в двух схемах скрещиваний в поколениях F₁, F₂. В схеме 1 в качестве материнских форм использовали следующие сорта: Пралеска, Антей, Исток, Смолич. Отцовскими компонентами скрещивания служили растения сортов: Алексим, Блакит, Ритм, Ярок. В схеме 2 материнские формы представлены сортами: Табор, Ритм, Ярок, Заказ, Левит 1; отцовские - Jitka, Madonna, Весна, Ива, Будаyнiк.

Родительские сорта, гибриды F₁ , F₂ выращивали на полях лаборатории селекции льна-долгунца РУП «Институт льна» Оршанского района Витебской области. При уборке растений учитывали признаки: высота растения, техническая длина, масса соломки, масса волокна, содержание волокна (%), мыклость, сбежистость, число коробочек, число семян с растения, число семян в коробочке. Статистический анализ данных проводили в соответствии с методом O.Kempthorne [1]. Расчеты выполнялись по программам, разработанным в Институте генетики и цитологии НАН Беларуси. В статье приведены и обсуждаются данные по признакам продуктивности волокна и косвенным показателям качества волокна.

Основная часть

В анализ включены гибриды F₁, F₂, созданные на основе бипарентальных факториальных скрещиваний без реципрокных комбинаций. Математическая модель для любого ijk -того наблюдения (гибридной комбинации, полученной от скрещивания i -той и j -той родительских форм и выращенной в k -той повторности) предполагается следующей (1):

X_ij = u + v_ij + b_k + e_{ijk ,} , (1)

где u - средний популяционный эффект; v_ij - эффект ij-го генотипа; b_k - эффект k-й повторности; e_ijk - эффект, обусловленный случайными причинами и отнесенный к ijk-му генотипу.

Оценка значимости факторов «генотип», «повторности» достигается методом двухфакторного дисперсионного анализа. В наших исследованиях доказаны высокодостоверные генотипические различия между гибридами схемы 1 и между гибридами схемы 2 как в F₁, так и в F₂ по анализируемым признакам (исключение - признак «выход (%) волокна/растение» в F₁).

Сравнительный анализ варианс фенотипической (у²p) и генотипической (у²g) изменчивости позволил установить, что доля генотипической изменчивости в общей фенотипической выше в поколениях гибридов F₂ (схема 1, схема 2), о чем свидетельствуют показатели коэффициентов наследуемости в широком смысле H² (табл. 1).

Последующий этап расчетов заключался в разложении генотипической вариансы (v_ij), характеризующей гибриды, на вариансы, зависящие от общей комбинационной способности (gi, gj) обеих родительских форм, и вариансу специфической комбинационной способности (sij) согласно математической модели (2):

vij = gi + gj + sij. (2)

Анализ комбинационной способности сортов льна-долгунца среди материнских и отцовских компонентов скрещивания схемы 1 выявил высокий уровень значимости ОКС (+) по признакам: «выход (%) волокна/растение» (F1), «масса стебля/растение», «масса волокна/растение», «выход (%) волокна/растение», «сбежистость» (F2) _ и ОКС (>) по признакам: «мыклость», «сбежистость» (F1), «масса стебля/растение», «масса волокна/растение», «выход (%) волокна/растение» (F2). Среди компонентов скрещивания схемы 2 в поколениях F₁, F₂ доказана достоверность средних квадратов ОКС (+) сортов и ОКС (>) сортов по признакам продуктивности и качества волокна (исключение - сорта, включенные в скрещивания в качестве материнского компонента скрещивания, не различались по признаку «выход (%) волокна/растение» в F₁ и не установлены различия между сортами отцовских компонентов скрещивания по признаку «сбежистость»).

Анализ соотношений варианс ОКС+/СКС, ОКС >/СКС в F₁ (схема 1) показал, что генетический контроль признаков «масса стебля/растение», «масса волокна/растение», «мыклость», «сбежистость» обусловлен различными видами взаимодействия генов, а признаки «выход (%) волокна/растение» и «сбежистость» среди отцовских компонентов скрещивания _ аддитивным действием генов. В расщепляющемся поколении (F₂) гибридов в наследовании анализируемых признаков отмечено преобладание аддитивных эффектов генов (исключение _ признак «мыклость» среди обеих родительских форм и «сбежистость» среди > сортов) (табл. 1).

Таблица 1. Дисперсионный анализ комбинационной способности сортов льна-долгунца

* Достоверно при P < 0,05 ** Достоверно при P < 0,01

У сортов льна-долгунца, включенных в систему скрещиваний схемы 2, при испытании в различных поколениях (F₁, F₂) и условиях выращивания установлен высокий уровень аддивного действия генов в наследовании изучаемых признаков. Полученные результаты в определенной степени указывают на стабильность вклада аддитивных эффектов генов в генетический контроль признаков продуктивности у данного набора сортов и на возможность эффективного отбора перспективных генотипов по элементам продуктивности волокна (табл. 1).

Оценка эффектов ОКС сортов льна-долгунца в различных поколениях и условиях выращивания свидетельствует о значимости аддитивных наследственных факторов в детерминации исследуемых признаков у конкретного сорта, о ценности сортов в качестве доноров признаков продуктивности и об их относительной стабильности. Сравнение эффектов ОКС сортов по элементам продуктивности волокна в F₁ и F₂ , включенных в систему скрещиваний схемы 1, показало, что в течение двух поколений стабильно положительными эффектами характеризовались сорта: + - Смолич (масса стебля/растение, масса волокна/растение), Пралеска, Антей, Исток (выход (%) волокна/растение), Антей, Исток (мыклость); > - Блакит, Ярок (масса стебля/растение, масса волокна/растение). Ярок (выход (%) волокна/растение). Среди сортов льна-долгунца схемы 2 можно выделить как стабильно проявляющие эффекты ОКС следующие: Левит 1 (масса стебля/растение, масса волокна/растение, сбежистость), Табор (масса волокна/растении, выход (%) волокна/растение), Ритм, Ярок (мыклость), Ива (масса стебля/растение, масса волокна/растение), Jitka, Весна, Ива (выход (%) волокна/растение), Madonna, Будаунiк (мыклость), Madonna, Ива (сбежистость) (табл. 2).

Таблица 2. Оценки эффектов общей комбинационной способности (ОКС) сортов льна-долгунца (схема 1 (2009-2010 гг.)

На основании математической модели:

xij = u + gi + gj + sij, (3)

где xij _ средняя величина признака, u _ средняя популяционная, gi, gj _ эффекты ОКС родительских компонентов скрещивания, sij _ константа СКС гибрида, проанализирован вклад эффектов ОКС, констант СКС в формирование средней характеристики признака гибридов и выделены гибридные комбинации (ПралескаЧРитм, ПралескаЧЯрок, ИстокЧЯрок, АнтейЧЯрок, ИстокЧАлексим, ТаборЧИва, ТаборЧВесна), перспективные для включения в селекционный процесс в качестве исходного материала новых линий и источников трансгрессивных форм.

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что донорами признаков продуктивности волокна в качестве материнской формы являются: Пралеска, Смолич, Tabor, Левит 1; отцовской _ Блакит, Ярок, Jitka, Ива; донорами содержания волокна в качестве материнской формы - Пралеска, Антей, Исток, Tabor, в качестве отцовской - Ярок, Jitka, Весна, Ива. Источниками качества волокна при вовлечении в гибридизацию в качестве матери могут быть сорта Антей, Исток, Ритм, Ярок, в качестве отцовских форм - Madonna, Будаўник, Ива.

Гибридные комбинации ПралескаЧРитм, ПралескаЧЯрок, ИстокЧЯрок, АнтейЧЯрок, ИстокЧАлексим, ТаборЧИва, ТаборЧВесна являются перспективными и представляют ценность для направлений селекции.

Литература

1. Kempthorne, O. An introduction to genetic statistics. N.Y.: John Willey and Sons. 1957. - P. 468 - 472.

2. Mohammadi, A.A. Genetic analysis of some agronomic traits in flax (Linum usitatissimum L.) /A.A. Mohammadi, G. Saeidi and A. Arzani // Australian Journal of Crop Science, AJCS4. - 2010. - №5. - P. 343-352.

3. Salej Sood. Detection of genetic components of variation for some biometrical traits in Linum usitatissimum L. in submountain Himalayan region / Salej Sood, N.R.Kalia, S.Bhateria, Sanjeev Kumar // Euphytica. - 2007. - 155. - P. 107-115.

4. Анализ действия генов, контролирующих формирование элементов продуктивности и качества волокна у сортов льна-долгунца: отчет о НИР / Ин-т ген. и цит.; рук. Л.М. Полонецкая. - Минск, 2000. - 99 с. - № ГР 19982300.

5. Анализ фенотипической, генотипической изменчивости и комбинационной способности сортов льна-долгунца / И.А. Голуб [и др.] // Научные достижения - льноводству: науч.-практ. конф. основных результатов и направлений развития научных исследований по льну-долгунцу, посвящ. 80-летию образования ВНИИ льна. - Торжок, 2010. - С. 97 - 99.

6. Гетерозис в селекции сельскохозяйственных растений / А.В. Кильчевский [и др.] // Молекулярная и прикладная генетика: сб научн. трудов. - Минск, 2008. - Т. 8. - С. 7-24.

7. Селекционные аспекты улучшения качества льноволокна. / Л.Н. Павлова [и др.] // Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Торжок. 2005. - С. 34 - 39.

8. Генетический контроль признаков продуктивности и качества волокна у сортов льна-долгунца в системе диаллельных скрещиваний / Л.М. Полонецкая [и др.] // Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Торжок, 2004. - С. 110 - 115.

9. Полонецкая, Л.М. Оценка генотипической изменчивости сортов льна-долгунца (Linum usitatissimum L.) в условиях северо-востока Беларуси / Л.М. Полонецкая, И.А. Голуб, Е.Л. Андроник // Весцi НАН Беларусi. Серыя бiялагiчных навук - 2009. - №1. - С. 72 - 78.

10. Понажев, В.П. Состояние и перспективы научного обеспечения производства продукции льна-долгунца высокого качества / В.П. Понажев // Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Торжок, 2005. - С. 6-11.

Размещено на Allbest.ru