Біологічні особливості селекції та розмноження ріпаку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Біологічні особливості цвітіння ріпаку

Створення вихідного матеріалу ріпаку неможливе без знання біологічних особливостей розвитку цієї культури і в першу чергу закономірностей біології цвітіння, запилення та запліднення. Тому першочерговим завданням селекціонера є ретельне вивчення сортових особливостей біології розмноження ріпаку.

1.1 Морфологія та динаміка розвитку квітки

За процесом цвітіння спостерігали на сортах озимого та ярого ріпаку.

Проведені спостереження показали, що цвітіння в ріпаку починається з центральної гілки (акропетально), потім у тому самому порядку зацвітають бокові гілки. В онтогенезі квітки виділено 5 фаз.

-- дрібний зелений бутон, трішки витягнутий, тичинки всередині бутона також зеленого кольору, маточка знаходиться на одному рівні з тичинками.

-- середній зелений бутон. Чашолистики бутона зверху розходяться, добре видно кінчики пелюсток, пиляки мають світло-жовте забарвлення, їхні стоміуми направлені в бік маточки. Маточка знаходиться вище тичинки.

III-- жовто-зелений бутон.

IV-- великий жовто-зелений бутон. Квітка набуває форми дзвіночка. Починається подовження тичинкових ниток у чотирьох внутрішніх тичинок, дві зовнішні залишаються на першопочатковому рівні. Приймочка знаходиться на рівні внутрішніх тичинок. Пиляки мають яскраво-жовте забарвлення.

V-- квітка починає розкриватись відразу після сходу сонця і закінчує до 9 год. ранку, внутрішні тичинки змінюють своє розташування по відношенню до приймочки маточки, стоміум відкривається. При цьому верхівки пиляків починають згинатися всередину квітки. Пиляк поступово розкривається по всій довжині. Відбувається висипання пилку. В такому стані квітка залишається до вечора. До 20-21 год. квітка знову набуває форми дзвіночка.

Цвітіння квітки ріпаку триває один день. Наступного дня оцвітина в'яне і до кінця другого дня опадає.

Бутонові кожної фази притаманний певний вік і розмір, залежно від сортових особливостей. Ярий ріпак: бутони І фази мають довжину 1,9-3,5 мм і ширину 1,2-1,6 mm; II фази -- 3,0-4,6 мм і 1,9-2 mm; III фази -- 4.2-5,6 мм; IV фази -- 6,0-7,2 мм і 3,0-3,6 мм; V фази -- 7,9-11,1 мм і 3,8-4,7 мм.

Озимий ріпак: бутони І фази мають довжину 3,0-4,2 мм і 1,5-1,7 мм; II фази -- 4,4-5,2 мм і 2,0-2,4 мм; III фази -- 5,2-6,9 мм і 2,6-3 мм; IV фази -- 7,9-8,7 мм і 3,7-4,1 мм; V фази -- 11,0-12,4 мм і 4,5-5,4 мм.

Розкриття віночка в бутонів IV фази починається відразу після сходу сонця і закінчується до 8-9 год. ранку.

На думку деяких дослідників процес цвітіння квітки ріпаку складається з 5 етапів: 1 -- бутон; 2 -- квітка розкривається, пиляки починають висипати пилок; 3 -- пиляки продовжують висипати пилок до повного розкриття квітки; 4 і 5 -- чотири довгі тичинки викривляються і нахиляються до центру квітки, те саме відбувається і з двома короткими тичинками; після розкриття квітки починається виділення нектару -- спочатку у внутрішніх, а потім (після звільнення пиляків довгих тичинок від пилку) -- у зовнішніх нектарниках.

Із зменшенням відносної вологості повітря з 80-90% до 55-65% вміст цукру в нектарі збільшується з 21,8-23,4% до 68,4-84,0% [4], що обумовлює добре відвідування ріпаку бджолами і джмелями.

За нашими спостереженнями, з моменту початку розкриття до повного розпускання квітки ріпаку минає 2-4 год. (табл. 1).



Час після розкриття квітки	Пелюстки	Пиляки	Приймочка
У момент розкриття	Яскраво-жовті	Яскраво-лимонно-жовті, свіжі	Світло-зелена, свіжа
Через 2-3 год.	Яскраво-жовті	Жовті, частково звільнились від пилку, трохи зморшкуваті	Світло-зелена
Через 6 год.	Яскраво-жовті	Жовто-буруваті, повністю звільнились від пилку, зморшкуваті	Світло-жовта, з ледь помітним ш>%ршням по краях
Через 9 год.	Блідо-жовті, змикаються	Жовто-бурі, сильно зморшкуваті	Побуріла по всій поверхні
Через 12 год.	Блідо-жовті, змикаються	Жовто-бурі, дуже зморшкуваті	Побуріла з ознаками засихання
Через 24 год.	Починають в'янути	Бурі, висохлі	Засохла
Через 48 год.	Опадають	Обсипаються	Опадає

Наступні 3-4 год. довгі тичинки викривляються і нахиляються до центру квітки. Потім це відбувається із короткими тичинками. У момент розтріскування пиляків довгі тичинки дуже близько підходять до приймочки маточки, висипаючи на нього велику кількість пилку, що сприяє самозапиленню.

З наших досліджень найбільш чітко можна виділити чотири фази життя квітки:

I фаза -- початок цвітіння -- співпадає з початком 5 фази розвитку бутона, триває 2-3 год. до появи перших ознак розтріскування пиляків. У момент розкриття квітки приймочка знаходиться нижче від пиляків довгих тичинок, які оточують її.

фаза -- запилення. Починається з появи ознак розтріскування пиляків і триває близько 2 год. до повного розкриття віночка квітки. Це період інтенсивного викидання пилку з пиляків.

фаза -- запліднення. Починається відразу після масового виділення пилку і триває близько 4-6 год. Довгі, а потім і короткі, тичинки звільняються від пилку. Пиляки набувають жовто-бурого зморшкуватого вигляду. По краях у приймочки спостерігається ледь помітне побуріння поверхні, забарвлення змінюється від світло-зеленого до світло-жовтого. Наприкінці фази 4 довгі тичинки викривляються і нахиляються до центру, потім аналогічний процес відбувається з 2 короткими тичинками. Пилкові трубки досягають яйцеклітини.

фаза -- пасивне життя квітки. Починається через 9-10 год. після розкриття квітки і продовжується до осипання пелюсток і тичинок. Пелюстки наступного дня знову розкриваються, пиляки бурі, зморшкуваті, сухі; до кінця другої доби обсипаються (за вологої погоди можуть опадати і на третю добу). Приймочка, побурівши по всій поверхні, починає засихати. У нормально запліднених квітках після в'янення та опадання пелюсток зав'язь поступово розвивається в плід.

результаті проведених досліджень досить чітко простежувались також сортові відмінності за головними елементами квітки.

Таким чином, період цвітіння однієї квітки становить дві доби. При вологій, прохолодній погоді спостерігається розкриття квіток, але пиляки при цьому не відкриваються і збільшується період цвітіння однієї квітки. Цвітіння рослини також залежить від метеорологічних умов вегетаційного періоду і триває в ріпаку 25-35 діб (до 40). Максимум квіток, що розкрилися (до 90), припадає на першу половину доби. Динаміка добового цвітіння рослини залежить як від температури, так і від відносної вологості повітря: з підвищенням t° і зниженням вологості після 11-12 год. ранку нові квітки не розкриваються.

Інтенсивність цвітіння визначається особливостями сорту, метеорологічними умовами вегетаційного періоду Ріпак має певний добовий ритм розпускання квіток, віднесений до першої половини дня. В онтогенезі квітки виділено 4 фази. Максимум розпускання квіток у процесі цвітіння ріпаку припадає на період цвітіння центральної гілки.

1.2 Морфологія пилку, продуктивність пилків і потенційна продуктивність зав'язі

Розкриття квіток у ріпаку відбувається вранці, коли підвищена відносна вологість повітря. Пилок у цей час липкий, грудкуватий, перенесення його повітрям обмежене. За дослідженнями Х.Ф. Бінакена, здатність до злипання пилку обумовлена вмістом у ньому жиру.

Пилок ріпаку, випадаючи грудочками з пиляків, є типовою для ентомофілів нелеткою структурою. Але при підсиханні такі грудочки розпадаються на окремі пилкові зерна й легко переносяться вітром.

З метою ідентифікації сортів за формою та розміром пилку вивчали його морфологічні особливості.

Дозрілі пилкові зерна ярого й озимого ріпаку мають жовте забарвлення, пористу сітчатоподібну округлу поверхню, подовжено-еліптичну та овально-еліптичну форму.

Відмічається відмінність за розмірами пилкових зерен у різних сортів озимого (довжина 40,2-41,3 мкм, ширина 27,5-28,4 мкм) та ярого ріпаку (довжина 38,5-40,6 мкм, ширина 27,2-28,2 мкм).

За нашими даними кожен пиляк містить до 6,5 тис. пилкових зерен [5].

Загальна кількість пилкових зерен, що утворює одна квітка рослини, сягає 39 тис. штук. Зав'язь квітки має відповідно від 21 до 41 насінних зачатків [5]. Таким чином, на кожен насінний зачаток припадає в середньому близько 1,2 тис. пилкових зерен. Однак, не дивлячись на таку велику кількість пилку, фактична зав'язуваність становить лише 65-76% від числа насінних зачатків у зав'язі ріпаку. Така невисока реалізація потенційної продуктивності зав'язі пов'язана з багатьма факторами, одним із яких, на нашу думку, є розтягнутість періоду цвітіння сильно гілчастого ріпаку. Період цвітіння однієї рослини складає в середньому близько ЗО діб при тривалості цвітіння кожної окремої квітки 1-2 доби. Кількість квіток, що розкриваються на початку цвітіння рослини, 1 -2 на добу, а через 10-15 днів -- 20-30 квіток. Погодні умови, що постійно змінюються, створюють різні умови формування, цвітіння й запилення тієї чи іншої частини квіток, що у свою чергу викликає неоднакову можливість реалізації потенційної продуктивності зав'язі та її зниження в середньому для рослини. Особливо це спостерігається, коли запилення відбувається в умовах сухої та жаркої погоди, або в період дощів, адже тоді в частині квітів різко знижується середня продуктивність зав'язі.

1.3 Сприйнятливість приймочки квітки рослин ріпаку до пилку

Деякі автори [6, 7, 8] зазначають, що квіткам ріпаку притаманне явище протерогінії. Для його вивчення нами проведені внутрішньовидові схрещування на бутонах різних фаз розвитку ярого й озимого ріпаку з попереднім видаленням пиляків.

Було встановлено, що у сортів ярого та озимого ріпаку приймочки маточок здатні сприймати пилок вже в II фазі бутона, тобто за 3-4 дні до розкриття квітки. При цьому зав'язується 33% плодів і 12% насіння. Надалі сприйнятливість приймочки збільшується до 78,2% і 47% в IV фазі бутона і до 94,2% і 76% в V фазі [9].

Сприйнятливість приймочки маточки озимого ріпаку в II фазі краща, ніж приймочки маточки ярого ріпаку.

Окрім того, встановлено суттєву відмінність у сприйнятливості приймочки між сортами як ярого, так і озимого ріпаку, що важливо знати при виконанні гібридизаційних робіт. Таким чином, безеруковим сортам ярого й озимого ріпаку притаманна протерогінія квітки, яка сприяє перехресному запиленню рослин. Особливо це важливо враховувати у зв'язку з явищем гетеростилії, яке спостерігається в ріпаку. Так само при створенні сортів з тим або іншим типом запилення.

Завдяки дослідженням із визначення тривалості періоду збереження сприйнятливості приймочки маточки квітки ріпаку до пилку встановлено, що при запиленні кастрованих бутонів IV фази через один день після кастрації зав'язуваність складає в ріпаку 18-62% по плодах і 8-41% по насінню, а через три доби 53-91%, 30-67%. Далі вона знижується із затримуванням запилення на 5 днів до 16-48% і 7-23%, на 7 днів до 7-24% і 0,0-2,4% [9].

З результатів досліджень видно, що приймочка маточки ріпаку здатна сприймати пилок протягом 7 діб після розкриття квітки, з урахуванням протерогінії цей період збільшується в ріпаку до 10-11 діб. Кращим строком запилення ріпаку з цілями гібридизації є запилення впродовж перших трьох діб після кастрації квіток. Запилення відразу після кастрації майже не призводить до зав'язування насіння. Для створення самозапильних сортів як вихідний матеріал краще брати сорти з коротким періодом сприймання приймочкою пилку.

1.4 Різноманітність форм приймочки квітки ріпаку та особливості її запліднення

Одним із факторів, який може впливати на процеси запилення та запліднення рослин, є форма приймочки маточки. У процесі спостережень за морфологією квітки ріпаку нами виявлені сортові відмінності за формою приймочки маточки, а також різне процентне співвідношення форм приймочок маточок у ярого та озимого ріпаку.

Форми приймочки маточки у квітки ріпаку:

Прямокутна, трапецієподібна, округла, ребриста.

Встановлено, що в ярого ріпаку, залежно від сортових особливостей, 10-62% квітів мають маточки з приймочками трапецієподібної форми, 11-70% -- прямокутної, 3-57% -- округлої, 5-52% -- ребристої; в озимого ріпаку відповідно: 8-43%, 5-53%, 12-61%,12-60% [10].

Виявлена нами різноманітність форм приймочки маточки в ріпаку може бути пов'язана зі способом запилення і ступенем реалізації потенційної продуктивності зав'язі квітки. Для підтвердження правильності цієї думки нами проведені дослідження з вивчення зв'язку між формою приймочки і продуктивністю. Відсоток зав'язування насіння в рослин із прямокутною формою приймочки становить 42-81%, трапецієподібною - 42-84%, ребристою - 50-92%, округлою - 63-100% [10].

Форма приймочки маточки впливає на процес запліднення, а отже -- на продуктивність рослин. Так, рослини з округлою приймочкою виявились продуктивнішими, оскільки загальна площа поверхні приймочки в таких квіток більша, ніж у решти форм, чим забезпечується краще запилення (тобто більша ймовірність і кількість пилкових зерен попадає на поверхню приймочки), у результаті чого більша кількість насіннєвих зачатків має можливість бути заплідненою.

1.5 Типи запилення ріпаку

Спосіб запилення культури є визначальним фактором для ведення селекційної роботи. Отримані нами результати проведених досліджень доводять, що запилення ріпаку відбувається переважно в межах квітки (зав'язується 48-70% насіння) і в межах своєї рослини (50-75%). Меншою мірою воно проявляється між квітками рослин одного сорту--при примусовому запилення 24-49%, при вільному цвітінні кастрованих квіток 26-43% та між сортами відповідно 25-38% і 18-37% [5].

Для визначення ступеня перехресного запилення в сортів ярого та озимого ріпаку вивчали схрещуваність безерукових і високо ерукових сортів при примусовому запиленні, а також ступінь їх перехресного запилення при вільному цвітінні.

Отримані результати свідчать, що схрещуваність безерукових сортів з високо еруковими при примусовому запиленні з кастрацією квіток, залежно від комбінації, коливається по плодах від 45% до 69%, а по насінню від 27-43% [5].

Тобто різноерукові сорти можуть різною мірою схрещуватись між собою, що вказує на різну можливість їх перехресного запилення при вільному цвітінні поряд розміщених посівів.

Використовуючи як маркерну ознаку «вміст ерукової кислоти», ми визначали ступінь перехресного запилення між сортами ріпаку.

У результаті перерахунку за цією формулою рівень перехресного запилення коливається, залежно від генотипу, в сортів від 0,5% до 25,8%, у гібридів до 82,3%. Вміст ерукової кислоти в олії після вільного перезапилення різноерукових сортів підвищується на 0,2-3,2%.

1.6 Дальність переносу пилку вітром

Перезапилення також залежить від сортових властивостей пилку та погодних умов. Так, важкий, покритий воском пилок, злипається і погано переноситься вітром, натомість сухий пилок маленького розміру може далеко розноситись повітрям. Запилюючи здатність ріпаку розповсюджувалась, за даними одних вчених, на 40 м, за даними інших -- на 30-32 м [12, 13]. За нашими дослідженнями, близько 80% усього пилку осідає в радіусі 4-6 м від продукуючої рослини. Загалом основна частина пилку ріпаку осідає навколо поля, яке цвіте, на відстані 50-70 м. Окремі пилкові зерна можуть переноситись на 200-250 м (табл. 2).

Таблиця 2. Дальність виносу пилку ріпаку вітром за межі поля (50-100 га, швидкість вітру 10 м/с) в умовах Київської, Тернопільської, Рівненської, Вінницької областей

Відстань від поля, яке цвіте, м	Пилкових зерен (штук на 10 см2) за напрямами обліку
	Північ	Південь	Захід	Схід
Контроль - у центрі поля 6 500 пилкових зерен на 10 см2 (сорт озимого ріпаку Ранок Поділля)
10	400	780	230	1200
50	20	24	17	49
70	11	15	10	ЗО
100	5	5	3	10
150	0	1	0	2
200	0	0	0	1
250	0	0	0	1
300	0	0	0	0
Контроль - у центрі поля 5 800 пилкових зерен на 10 см2 (сорт ярого ріпаку Марія)
10	150	270	70	380
50	7	12	5	21
70	0	3	0	7
100	0	0	0	1
150	0	0	0	1
200	0	0	0	1
250	0	0	0	1
300	о	0	0	0

Отже, отримані дані дають підстави для перегляду встановлених норм просторової ізоляції для ріпаку, які на даний час становлять 250-500 м.

2. Генетичні дослідження ріпаку

На відміну від багатьох с.-г. культур, у ріпаку недостатньо вивчений характер успадкування основних біологічних і господарських ознак. Це можна пояснити труднощами проведення генетичних досліджень культури, пов'язаними з її амфідагшоїдним походженням, наявністю перехресного запилення, певною морфологічною однорідністю рослин.

Однак створення високопродуктивних сортів і гібридів із поліпшеними якісними показниками насіння та маркерними ознаками, які могли б захистити сорт від підробки, неможливе без інформації про закономірності успадкування цих ознак. Досить важко вести наукову селекцію ріпаку без знань характеру успадкування вмісту ерукової кислоти в ньому.

2.1 Успадкування вмісту ерукової кислоти в ріпака

Відповідно до сучасних поглядів, вміст ерукової кислоти в насінні ріпаку контролюється двома генами і серією множинних алелів, які визначають: відсутність ерукової кислоти, 10%, 15%, 30%, 3,5% і позначаються відповідно е, Еа, Eb, Ес, Ed [14]. Вважається, що такий набір алелів дозволяє контролювати будь-яку кількість ерукової кислоти від слідів до 60%. Однак деякі автори вносять певні корективи до цієї схеми [15], а тому важко класифікувати алелі, виділені різними авторами. Відтак, ми вирішили перевірити справедливість висновків цих авторів на іншому матеріалі ріпаку.

У зв'язку з цим перед нами постали наступні завдання:

виділення гомозиготних ліній озимого ріпаку різного походження з різним вмістом ерукової кислоти, які визначили б усю широту мінливості ознак;

проведення гібридологічного аналізу успадкування вмісту ерукової кислоти в гомозиготних ліній;

визначення кількості алелів, що контролюють у насінні відсутність ерукової кислоти.

До роботи було задіяно самозапильні лінії, що стабільно відрізнялись за вмістом ерукової кислоти. Матеріалом для отримання гомозиготних ліній слугувало 8 сортів озимого ріпаку (табл. 3).

Лінії щороку підтримували шляхом індивідуальної ізоляції центральної гілки 10 рослин. Контроль за вмістом ерукової кислоти проводили, починаючи з 3 покоління самозапилення.

Лінії в третьому поколінні самозапилення схрещували з однією рослиною безерукової лінії Алігатор, яка виступала як материнська. Отримані таким чином F_x і F₂ аналізували.

Лінії з різним вмістом ерукової кислоти виявились стабільними в 4 і 5 поколіннях самозапилення (табл. 4).

Таблиця 4. Вміст ерукової кислоти в лініях озимого ріпаку, %

Лінія Сорт	Лінія Із	Рослини-засновники ліній	ЛІНІЯ І4	Лінія І5
Алігатор	Сліди	Сліди	Сліди	Сліди
Світоч	Сліди	Сліди	Сліди	Сліди
Аскарі	Сліди	Сліди	Сліди	Сліди
Омікрон	1,5	1,6	1,6	1,5
Галицький	3,0	3,0	3,0	3,0
Ранок Поділля	10,7	10,8	10,8	10,7
Вотан	6,8	6,7	6,7	6,7
Ксаверівський	21,4	21,3	21,4	21,4
Аскарі-2	42,3	42,4	42,4	42,3
Аскарі-3	56,2	56,3	56,3	56,2

Гібриди першого покоління виявились одноманітними й показали проміжне успадкування ознак відповідно до даних наукової літератури [14-18].

Серед безерукових рослин проводили тест на алелізм. Лінії, виділені нами з високо ерукового сорту Аскарі, а також лінії низько ерукових сортів Світоч, Омікрон схрестили між собою і з безеруковою лінією Алігатор за циклічною схемою.

Усі гібриди першого покоління Fi містять сліди ерукової кислоти, тобто тест на алелізм дав від'ємний результат: в усіх лініях задіяний один і той самий алель «безеруковості» (табл. 5).

Таблиця 5. Вміст ерукової кислоти в насінні F_t і F₂ від схрещування з без еруковою лінією сорту Алігатор, %

Сорт	Вміст ерукової кислоти, %	Розподіл рослин	x2 факт
	у батьківській формі		уг2	За класами	Загальна кількість	1:2:1	1:4:6:4:1
Світоч	Сліди	Сліди	Сліди	-	62	-
Аскарі-1	Сліди	Сліди	Сліди	-	64	-
Омікрон	2,5	Сліди	Сліди	-	68	-
Галицький	3,0	Сліди	Сліди	-	40	-
Вотан	6,8	3,8	Сліди	34	130	0,27
			3,9	66
			6,9	ЗО
Ранок Поділля	10,7	5,2	Сліди	31	123	0,15
			5,1	64
			10,8	28
Ксаверівський	21,4	10,9	Сліди	22	87	0,35
			10,1	47
			21,8	20
Аскарі-2	56,2	29,3	Сліди	6	101		0,73
			10,2	22
			21,1	36
			30,9	21
			42,0	5
Аскарі-3	56,2	29,3	Сліди	6	101		0,73
			14,8	26
			29,1	38
			44,4	23
			58,6	8

Лінії з низьким вмістом ерукової кислоти сортів Світоч, Омікрон, Галицький, безерукова лінія сорту Аскарі не показали розщеплення на класи.

Лінії сортів Вотан, Ранок Поділля, Ксаверівський показали моно-гібридне розщеплення з доброю відповідністю теоретично очікуваному (за критерієм х²) [19]. Лінії високо ерукового сорту Аскарі показали дигібридне розщеплення. Характер розщеплення не суперечить теорії двох генів. У вивченому матеріалі нам вдалось виділити 5 алелів, які чітко відрізняються одні від одних за ефективністю: е -- відсутність ерукової кислоти, Е₃ 5 -- 3,5% ерукової кислоти, Е₅ -- 5%, Е₁₀ -- 10%, Е₁₅ -- 15%. Вміст ерукової кислоти в насінні лінії сорту Вотан дозволяє припустити, що в цьому генотипі задіяний 1 ефективний алель -- Е₃₅, у генотипі лінії Ранок Поділля -- Е₅₀, у лінії Ксаверівський і Аскарі-2 -- Е₁₀, Аскарі-3 -- Е₁₅. Генотипи вказаних гомозиготних ліній виглядають наступним чином: лінія Вотан -- ее Е_3>5 Е_{3 5}, Ранок Поділля -- ее Е₅ Е₅, Ксаверівський -- ее Е₁₀ Ею, Аскарі-2 -- Е₁₀ Е₁₀ Е₁₀ Е₁₀, Аскарі-3 - Е,₅ Е₁₅ Е₁₅ Е₁₅.

Алель Е₃₀ нам виділити не вдалось, можливо він присутній у матеріалі озимого ріпаку з більш високим вмістом ерукової кислоти, який нам не вдалося виявити в даних сортах.

Вміст ерукової кислоти визначається активністю відповідної ферментної системи, а багато чисельні свідчення про поліморфізм білків дозволяють припустити наявність алелів, які несуттєво відрізняються один від одного. Тому на даному етапі роботи найдоречніше обмежитись невеликою кількістю алелів, які б чітко відрізнялись один від одного за своєю ефективністю.

Отже, відсутність ерукової кислоти контролюється в усіх випадках одним і тим самим рецесивним алелем (е). Таким чином, генотип будь-якої безерукової форми -- це рецесивна гомо зигота.

Підтвердився також контроль вмісту ерукової кислоти 2 локусами із серією множинних алелів. У наших дослідженнях на озимому ріпакові найбільш чітко проявились алелі, що контролюють відсутність ерукової кислоти (е), рівень 3,5% (Е₃,₅), 5% (Е₅), 10% (Е,₀), 15% (Е,₅) [20].

З практичної точки зору важливим є виділення безерукової лінії з високоерукового сорту, що є цінним вихідним матеріалом для селекції.

2.2 Успадкування забарвлення квітки у Brassica napus

Brassica napus L. -- природний амфідиплоїд (2n = 38, геном AACC), у походженні якого брали участь В. campestris oleifera Metzg (2n = 20, геном AA) і В. oleracea L. (2n = 18, геном CC). Підтвердженням цього є ресинтез ріпака, проведений в Японії, Швеції та інших країнах [2, 21].

Зважаючи на це, логічно було б припустити, що один із генів забарвлення квітки ріпаку є похідним від суріпиці, а інший -- від капусти.

У дослідженнях Б.Й. Чен, У.К. Хелена, які стосувались штучно синтезованої лінії В. napus №7076, зазначається, що забарвлення пелюсток контролюється моногенно С-геномом й біле забарвлення квітки є домінантним стосовно жовтого [22, 23, 24]. Проведені нами дослідження показали дещо інші результати.

У роботі були задіяні жовто-квіткові лінії (І₃) сортів Марія і Лізоне та отримана нами методом біологічного мутагенезу біло-квіткова лінія сорту Марія (І₃) (рис. 2).

Лінії щороку підтримували шляхом індивідуальної ізоляції центральної гілки 10 рослин. Вивчали характер розщеплення забарвлення пелюсток ріпаку у Fi та F₂ поколіннях.

Проводили реципрокні схрещування між жовто-квітковими та біло-квітковою лініями культури.

Гібридні нащадки Fi як від прямих, так і зворотніх схрещувань виявились усі одноманітними з білим забарвленням квіток. Зважаючи на це, генотипи жовто-квіткових і біло-квіткової ліній можуть бути позначені як w_aw_aw_cw_c і W_a W_a W_c W_c.

Розщеплення забарвлення квітки у F₂ наведено в таблиці 6.

Таблиця 6. Комплементарна взаємодія генів, які визначають забарвлення квітки ріпаку

	wawc	Wawc	waWc	wawc
wawc	WaWaWcWc6me	WaWaWcwc біле	WawaWcWc біле	WwaWcwc біле
Wawc	WaWaWcwc біле	WaWawcwc сл. кістки	WawaWcwc біле	Wcwawcwc сл. кістки
waWc	WawaWcWc біле	WawaWcwc біле	wawaWc Wc сл. кістки	Wawawcwc сл. кістки
wawc	WawaWcwc біле	Wawawcwc сл. кістки	wawaWcwc сл. кістки	wawawcwc жовте

Нащадки F₂ розщеплюються на три генотипові групи у співвідношенні 9:6:1 -- білі, слонової кістки (кремові), жовті (табл. 6), тобто підтверджується дигенний характер контролю ознаки.

Дане розщеплення повністю відповідає очікуваному при комплементарній взаємодії генів (х² = 0,48, х² = 1,25, Р = 0,05) [25]. З дигібридної схеми схрещування (табл. 7) видно, що біле забарвлення пелюсток формується лише в тому разі, коли до складу генотипів цих рослин входять домінантні гени W_a А-геному (суріпиця) і W_c С-геному (капуста).

Разом із цим наявність у складі генотипу домінантного У_а-гена в комбінації з рецесивним w_c-геном, або У_с-гена в комбінації з рецесивним w_a-геном обумовлює кремове забарвлення (слонової кістки) квітки ріпака.

Наявність у складі генотипу лише двох рецесивних генів w_a та w_c обумовлює жовте забарвлення пелюсток.

2.3 Генетичні механізми контролю жовтого забарвлення оболонки насіння ярого ріпаку

Спроби створити ріпак (Brassica napus) з константним жовтим забарвленням насіннєвої оболонки і на даний час викликають певні труднощі. Так, усі сорти ріпаку, зареєстровані в Європі та країнах СНД, мають насіння чорного кольору [25]. Причиною цього є амфідиплоїдне походження В. napus і, як наслідок, складний характер успадкування ознаки жовто-насінності [26-29]. У природі зустрічаються жовто-насінні форми суріпиці, але відсутні в капусти. Тому основною проблемою отримання в ріпаку генетично стабільної ознаки жовтого забарвлення насіннєвої оболонки є відсутність у природі видів, які мали б у геномі СС-гени стійкого жовтого забарвлення [ЗО, 31, 32, 33].

У процесі вивчення жовто-насінного ріпаку, отриманого різними методами, було виявлено, що незалежно від походження колір насіння є нестабільним і сильно варіює від блідо-жовтого до темно-коричневого.

З метою вдосконалення методів селекції жовто-насінного ріпаку ми провели дослідження з вивчення генетичного контролю забарвлення оболонки насіння. Нами були виконані реципрокні схрещування між жовто-насінними та чорно-насінними формами В. napus. Як вихідний матеріал було взято зразок із ВІРу К-4984 (насіння коричневе, але зустрічається насіння з жовтими плямами), з якого було виділено жовто-насінну лінію; жовто-насінну лінію виділено з гібридної популяції від схрещування жовто-насінного сорту Янтарна (суріпиця) і сорту ярого ріпаку Титан (К-1-96); жовто-насінна лінія із сорту Ww-1471, отримана в результаті мутагенезу; чорно-насінні лінії сортів Форте та Марія.

Оскільки чіткого переходу від чорного до жовтого насіння не спостерігалось, то було досить важко визначити колір насіннєвої оболонки. Тому умовно насіння було розділене на 2 класи: темнозабарвлене та світло-забарвлене. До класу з темним забарвленням насіннєвої оболонки включено насіння чорного та всіх відтінків коричневого кольору, а до класу зі світлим забарвленням увійшло насіння з будь-якими відтінками жовтого кольору.

Проводились реципрокні схрещування між чорно-насінними та жовто-насінними лініями ріпаку. Колір утвореного насіння визначався генотипом материнської рослини, а насіння рослин F\ мало коричневе забарвлення.

Для того, щоб визначити в досліджуваному матеріалі загальну кількість генів, що визначають забарвлення насіння, і тип їхньої взаємодії, ми вивчили характер розщеплення гібридного насіння в наступному поколінні.

Розщеплення за забарвленням насіння F₂, отриманого від реципрокних схрещувань чорно-насінних ліній Марія і Форте з жовто-насінними лініями К-4984 та K-1-96, спостерігалось у співвідношенні 63:1, а з жовто-насінною лінією Wwl471 -- 15:1. Це дозволяє припустити, що темне забарвлення насіння визначається двома або трьома домінантними не алельними генами, а сполучення їхніх рецесивних алелей у гомозиготному стані визначає світле забарвлення; взаємодіють ці гени за типом полімерії.

При дигенному контролі ознаки у F₂ відбувається розщеплення на 9 генотипових класів. Рослини з генотипом будуть жовтими (1/16).

Результати схрещувань підтвердили те, що наявності одного домінантного алеля достатньо для проявлення темного забарвлення насіннєвої оболонки. В аналізуючому схрещуванні не завжди виходило розщеплення в співвідношенні 3:1, 7:1, що свідчило б про дигенний та три-генний контроль ознаки, яка вивчається. Даний факт свідчить про те, забарвлення оболонки насіння в ярого ріпаку контролюється більш складною системою генів.

Отже, аналіз результатів досліджень підтвердив складний характер спадкування забарвлення оболонки насіння ріпаку.

3. Селекція ріпаку

3.1 Принципи підбору батьківських пар при селекції на продуктивність

Продуктивність і надалі залишається однією з головних характеристик сорту Такі показники продуктивності, як кількість гілок, стручків на рослині, кількість насінин у стручкові, маса 1 000 насінин і т. д., не визначають генотипових можливостей рослини, оскільки піддаються впливу багатьох факторів навколишнього середовища і людського фактору. Тому нами були розроблені принципово нові методи підбору пар для схрещування, на які найменше могли вплинути названі фактори. На нашу думку, найменше піддається такому впливу кількість насіннєвих зачатків, де спостерігається чітка сортова диференціація [5]. Окрім продуктивності зав'язі, до уваги слід брати пилкову продуктивність, що особливо важливо при екстремальних по годних умовах [5], та форму приймочки маточки, адже рослини з округлою формою приймочки найкраще реалізують потенційну продуктивність зав'язі [10].

Таким чином, підбір батьківських пар для схрещування, які характеризувалися б дружнім і коротким періодом цвітіння, високою пилковою продуктивністю, великою кількістю насіннєвих зачатків, округлою формою приймочки маточки, сприятиме створенню високопродуктивного вихідного матеріалу ріпаку.

Для створення самозапильних ліній як вихідний матеріал краще брати форми з коротким періодом сприймання приймочкою маточки пилку та високим рівнем автогамії. Самозапильні рослини, виділені із сортів з високим ступенем перехресного запилення, можуть також слугувати цінним матеріалом при створенні самозапильних ліній.

Використовувати ефект гетерозису більш перспективно в сортах-синтетиках за умови підбору ліній із високими господарсько-біологічними ознаками, комбінаційною здатністю і, що особливо важливо, з високим ступенем перехресного запилення.

ріпак мутагенез запилення генетичний зав'язь

3.2 Ефективність мутагенезу в селекції ярого ріпаку

Визначальна роль у впровадженні та використанні ріпаку у виробництві належить сорту. Результативність селекційної роботи зі створення нових сортів у багатьох випадках залежить від вихідного матеріалу й методів його створення. На даний час із сортів, занесених до Державного реєстру сортів рослин України, не існує таких, які мали б чіткі маркерні ознаки, за якими можна було б легко відрізнити сорт від сорту.

Внутрішньовидовий генофонд ріпаку в цьому плані одноманітний. Тому в селекційній практиці особливого значення набуває використання експериментального мутагенезу для одержання мутагенного генофонду.

Експериментальне отримання індукованих мутацій рослин відбувається переважно двома шляхами, які самостійно склались. Перший шлях -- це радіобіологічні методи, тобто коли мутації отримують в результаті дії одним або іншим типом іонізуючого проміння. Другий -- це методи дії деякими специфічними й хімічними мутагенами. Окрім цих методів для отримання змінених форм рослин і промислових мікроорганізмів використовують імпульсне концентроване сонячне світло (фото-мутагенез) [34], препарати біогенного походження [35].

В основу нашої роботи з вивчення біогенної дії біопрепаратів покладено принцип використання в генетиці та селекції впливу на рослини екологічно нешкідливими факторами, які мають високу активність.

Препарати біогенного походження здатні викликати зміни генетичного матеріалу на рівні гена, хромосоми, генома. Низкою дослідників приводяться дані про мутагенну дію біологічно активних речовин, виділених із мікроорганізмів, грибів та вищих рослин [35].

Було встановлено, що, порівняно з фізичними та хімічними мутагенами, які викликають надмірну деструкцію генетичного апарату, нерідко із сублетальними та летальними ефектами, біопрепарати діють м'яко, не порушуючи життєво важливі процеси метаболізму й дозволяють індукувати більше корисних змін і тим самим краще використовувати біологічні можливості культурних рослин [35].

Це особливо важливо при роботі з поліплоїдними культурами. Деякі дослідники вказують, що у поліплоїдних форм найбільший інтерес повинні становити мутанти, які мало відрізняються морфологічно від материнської вихідної форми, оскільки морфологічні ознаки поліплоїдів стійкіші, ніж у диплоїдів, а різкі зміни часто пов'язані з порушенням плодючості [36].

Мутагенну дію біопрепаратів доведено дослідженнями, де як індуктори мінливості використовували рідкі фракції гомогенатів деяких вищих грибів [37, 38], витяжки із шкірки насіння квасолі та екстракти з генеративних і вегетативних органів різних рослин [39, 40, 41, 42].

Широковідомим є вплив колхіцину на виникнення геномних мутацій у рослин. З літературних джерел відомо про факт використання речовини, отриманої з папороті звичайної, з метою індукції в рослин хромосомних аберацій. Серед рослинних мутагенів заслуговує на увагу цикозин, виділений із саговнику, який у деяких країнах тропічного і субтропічного поясів вживають у їжу і використовують у народній медицині. Доведено мутагенний ефект кофеїну та гелогриту, знайденого в Senecio arvensis L. Знайдено присутність високоактивних мутагенних речовин у полину гіркого [39], генеративних органах вільхи, ліщини [42], алкалоїдних сортів люпину [43]. Мутагенні ефекти викликають рідкі фракції гомогенатів із вегетативних органів або водних витяжок із насіння різних видів рослин: Oenanthe aquatica L., Verayram lobelianum L., Convolcyamus niger L., Chelidionium mahjus L. [40].

Відомо багато способів отримання з вегетативних і генеративних органів рослин водних, спиртових, лугових і кислотних екстрактів, а також рідких фракцій гомогенатів, які містять біологічно активні речовини. Розроблені методи їх використання з метою впливу на мінливість рослин. Серед них можна назвати ін'єкцію, інфільтрацію, замочування або пророщування в екстрактах насіння.

Нами вивчалась мутагенна дія екстрактів із чистотілу великого та чорнокореня лікарського. Біологічна активність чистотілу обумовлена переважно його алкалоїдами, головними з яких є хелідонін, берберин, сангвинарин. Ці алкалоїди є мітотичним ядом, що затримує ділення клітин на стадії метафази. їхня цитостатична дія подібна до колхіцину [44]. Пиролізидинові алкалоїди (циноглосин, циноглосеїн, глюкоалкалоїд, конеолідин, геліосупін), які містяться в чорнокорені лікарському, є сильними мутагенами для комах, дріжджів [45].

Для отримання мутацій ін'єкції робили в зав'язь у різні фази її розвитку екстрактами з чистотілу і чорнокореня. Ін'єкції вводились у 100 зав'язей по кожному варіанту дослідів. Для виключення випадкового потрапляння «чужорідного» пилку рослини ізолювали перед цвітінням. Вихідним матеріалом слугувала самозапильна лінія сорту ярого ріпаку Марія.

У наших дослідженнях для визначення чутливості ріпаку до дії біологічних мутагенів ми використовували фенотипові ознаки, показники продуктивності та фізіологобіохімчні характеристики рослини. У даному розділі зупинимось на морфологічних ознаках.

Одним з обов'язкових прийомів експериментального мутагенезу є перевірка фенотипової мінливості мутантної лінії за потомством для визначення її мутантної природи. Так, мутація, що виникла перед тим, як проявитись у потомстві, мусить пройти ряд біологічних бар'єрів, серед яких найбільш складним є мейоз і наступна гаплоїдна фаза. На прояв мутацій впливає дія мутантного гена, стан алелів, сумісність 77 або вибірковість запилення і запліднення. І тільки та мутація, яка пройде усі ці бар'єри, може проявитись фенотипово, а змінена ознака може слугувати маркером у даній мутантній лінії. Такі мутації при умові самозапилення проявляться не лише в М₂, але і в наступних поколіннях.

Відносну генетичну ефективність дії біологічних мутагенів визначали шляхом порівняння мутаційної мінливості, викликаної різними екстрактами рослинного походження.

Насіння, що піддалось впливу мутагенів, висівали в полі за варіантами досліду. Всі рослини Мі піддавали примусовій ізоляції для попередження можливості перехресного запилення та вияву рецесивних мутацій в М₂. У Мі виявляли наявність домінантних мутацій, а також ступінь розвитку ознак, які вивчали.

Потомство всіх рослин Мі наступного року висівали за сім'ями для аналізу другого покоління М₂, у якому проводили добір і типізацію спадково змінених форм. Рослини сімей М₂, які виявили мутацію, що проявилась у рослин М_ь піддавали самозапиленню для виявлення гомозиготних форм. Окремо проводили облік генотипів зі зміною якісних морфологічних ознак (на яких ми зупинимось), генотипів із позитивними змінами господарських цінних ознак, строків дозрівання і т. д.

Відібранні в М₂ форми пересівали в М₃ для подальшого вивчення успадкування змінених форм (у разі потреби під ізоляторами).

Мутації якісних ознак виділяли, починаючи з М₃, коли змінена ознака проявлялась в усіх рослин лінії М₃, отриманої від окремих росіян М₂. При цьому добір рослин вели серед змінених ліній, а далі -- від рослин з яскраво вираженими змінами всередині ліній. У разі потреби дія отримання мутацій в гомозиготному стані від рослин в М₃ отримували сім'ї М₄ і в наступних поколіннях.

Нами було виділено низку мутантів з чіткими фенотиповими змінами, які зберігались у наступних поколіннях, основними з яких були Шле забарвлення пелюсток квітки ріпаку, антоціанове забарвлення рослини (стебло, суцвіття, черешки, жилкування).

У результаті проведених нами досліджень було встановлено: ¦ Частота видимих фенотипових мутацій найбільшою була в результаті дії на зав'язі рослин згущеним екстрактом чистотілу та настоянки з чорнокореня лікарського. Слабка мутагенна дія настою чорнокореня лікарського пояснюється тим, що вільні алкалоїди нерозчинні у воді, на відміну від солей алкалоїдів. Частота та спектр цих мутацій була найвищою при введенні цих препаратів у зав'язь за 1-2 доби після розкриття квітки. Це пояснюється тим, що зародки в цей час складаються лише з кількох десятків клітин і краще піддаються впливу мутагену.

Стабілізація фенотипово видимих мутацій, отриманих у результаті впливу рослинних мутагенів, є довготривалим процесом і залежить від характеру самих ознак. Так, стабілізацію таких мутантних ознак, як забарвлення пелюсток квітки, ми досягай в М₃, антоціанове забарвлення рослини -- в М₄.

? Методом мутагенезу створений новий сорт ярого ріпаку Сріблястий з білим забарвленням пелюсток.

Виділені перспективні мутантні лінії з антоціановим забарвленням рослини.

Размещено на Allbest.ru