Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Формообразование в популяциях тритикале, пшеницы, ржи и его использование в селекции для условий Западной Сибири

Формообразование в популяциях тритикале, пшеницы, ржи и его использование в селекции для условий Западной Сибири

Формирование популяции первичных и рекомбинантных форм тритикале. Определение эффективности метода выявления растений ярового типа развития из гетерогенных популяций озимых культур. Создание и исследование селекционных форм пшеницы, ржи и тритикале.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 29.01.2018
Размер файла 473,9 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора сельскохозяйственных наук

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ В ПОПУЛЯЦИЯХ ТРИТИКАЛЕ, ПШЕНИЦЫ, РЖИ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕЛЕКЦИИ ДЛЯ УСЛОВИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Степочкин Петр Иванович

НОВОСИБИРСК- 2008

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Сибирском

научно-исследовательском институте растениеводства и селекции СО

Россельхозакадемии

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН Рутц Рейнгольд Иванович

доктор биологических наук, профессор

Першина Лидия Александровна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шаманин Владимир Петрович

Ведущая организация - ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет

Защита диссертации состоится ________ 2009 года в ___ часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.058.01 при Государственном научном учреждении Сибирском научно-исследовательском институте кормов СО Россельхозакадемии (630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск, ГНУ СибНИИ кормов Россельхозакадемии)

С диссертацией можно ознакомиться в ученой части ГНУ СибНИИ кормов СО Россельхозакадемии

Автореферат разослан “____” ______________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Осипова Г.М.

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одним из наиболее эффективных способов увеличения урожайности сельскохозяйственных культур является создание новых продуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды сортов и гибридов на основе применения в селекционной практике достижений в теории и методах генетики.

Основой для успешной селекции растений служит формообразование в популяциях, создаваемых, главным образом, гибридизацией или мутагенезом. Большинство сортов создано в результате внутривидовой гибридизации, возможности которой не исчерпаны. В Государственном реестре РФ зарегистрировано 130 сортов яровой пшеницы сибирской селекции (Гончаров П.Л. и др., 2003), однако разнообразие скороспелых и устойчивых к основным заболеваниям сортов невелико.

Сибирские селекционеры (Владимиров и др., 1986) сделали большой вклад в расширение сортимента озимой ржи, впервые создав в регионе устойчивые к полеганию и высокоморозостойкие сорта двух уровней плоидности. Данные сорта используются в получении сибирских форм озимых тритикале или пшенично-ржаных амфиплоидов (ПРА). Но из-за трудоёмкости и длительности их получения слабо расширяется сортовое разнообразие этого синтетического вида.

Селекция по яровой ржи и тритикале в Сибири не ведется, хотя они могли бы расширить видовое разнообразие яровых культур в некоторых экологических зонах. Этому способствуют теоретические разработки и цитогенетические исследования, проведенные на популяциях гибридов яровых тритикале и замещенных линий (Щапова и др., 1986; 1987; 1992). Подобные исследования на озимых тритикале применительно к селекции в Западной Сибири не проводились. Не изучены популяции озимых тритикале и на гетерогенность по типу развития растений или криптоэлементам, которые проявляются при определенных условиях выращивания в популяциях ржи и могут представлять селекционную ценность (Агаев, 1987; Батыгин, 1995). тритикале растение озимый пшеница

В результате исследований феномена возникновения яровых форм в популяциях озимых сортов пшеницы (Рутц, 2005) и по генетике типа развития растений пшеницы (Стельмах, 1986; Гончаров, 2002; Рутц, 2005) создан фундамент для решения актуальных задач по установлению закономерностей формообразовательного процесса в популяциях тритикале, пшеницы, ржи и ориентированных на разработку теоретических основ селекции, создание селекционного материала, увеличение разнообразия биотипов растений и видового сортимента сельскохозяйственных культур в сибирском регионе.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - установление закономерностей формообразования в популяциях при создании селекционного материала пшеницы, ржи и тритикале.

В задачи исследований входило:

1. Создать популяции первичных и рекомбинантных форм тритикале.

2. Цитогенетически изучить морфотипы растений, появляющиеся в результате формообразования в популяциях ранних поколений, созданных разными способами пшенично-ржаных гибридов и амфиплоидов.

3. Определить эффективность метода выявления растений ярового типа развития из гетерогенных популяций озимых культур, используя весенний сев как селективный фон и определить факторы, влияющие на частоту возникновения таких растений.

4. Изучить и оценить особенности разных методов создания исходного материала для селекции пшеницы, ржи и тритикале.

5. Выявить закономерности при изучении формообразования, в полученных разными способами популяциях трех культур, для расширения генетического разнообразия и создания селекционно-ценного материала.

6. Создать и изучить селекционные формы пшеницы, ржи и тритикале.

Научная новизна. Определено, что для получения озимых первичных тритикале наибольший эффект дает двукратный способ обработки колхицином проростков семян и корней раскустившихся растений гибридов.

Предложена внутривидовая классификация октаплоидных тритикале.

Выделены и изучены с помощью метода дифференциальной окраски хромосом разнообразные формы 6-х тритикале, возникшие в популяциях цитогенетически нестабильных октаплоидных ПРА в результате спонтанного процесса деполиплоидизации и элиминации 14 хромосом пшеницы.

Экспериментально показано, что снижение уровня плоидности тритикале с 8-х до 6-х, в результате процесса деполиплоидизации, приводит к увеличению морозостойкости этой культуры.

Использование весеннего сева озимых культур, как селективного фона, выявило растения с яровым типом развития в гетерогенных популяциях озимых тритикале. Новизной исследований являются результаты изучения частоты возникновения яровых растений в популяциях трех озимых культур пшеницы, ржи и тритикале и факторов, влияющих на неё.

Изучены этапы органогенеза на двух световых режимах у яровых форм, выделенных из популяций трёх озимых культур.

Предложена и применена в исследованиях по ржи схема генетического анализа, на основе использования в скрещиваниях гетерозигот, позволяющая провести идентификацию доминантных мутаций.

Впервые в Западной Сибири созданы устойчивые к полеганию короткостебельные формы и сорта озимой тритикале на основе доминантного гена низкостебельности Hl ржи сорта Короткостебельная 69.

Использование межсортовых географически отдаленных гибридов F1 пшеницы в скрещиваниях с рожью, оказалось эффективным в получении рекомбинантных форм и создании сортов озимых тритикале.

Основные положения и разработки, выносимые на защиту:

- генетическое и морфотипическое разнообразие в популяциях тритикале и пшеницы зависит от способов их получения;

- популяции цитогенетически нестабильных 8-х тритикале гетерогенны по кариотипам и морфотипам растений и являются источниками стабильных 6-х форм;

- снижение плоидности тритикале увеличивает их морозостойкость;

- популяции озимых культур пшеницы, ржи и тритикале гетерогенные по биотипам растений;

- схема генетического анализа доминантных мутаций;

- результаты изучения селекционного материала;

- селекционные формы пшеницы, ржи и тритикале, обладающие комплексом хозяйственно-ценных признаков и свойств. Созданные и защищенные авторскими свидетельствами сорта тритикале и пшеницы.

Практическая значимость. Получены разные формы гексаплоидных тритикале ценные в качестве источников таких хозяйственно-полезных признаков как низкостебельность, обусловленная действием доминантного гена Hl ржи, устойчивость к полеганию, высокая зимостойкость, устойчивость к пыльной головне и мучнистой росе, высокая урожайность зерна в условиях Западной Сибири.

Предложен способ двукратной обработки колхицином озимых пшенично-ржаных гибридов, увеличивающий выход фертильных растений и вероятность получения амфиплоидов.

Созданы и включены в Государственный реестр селекционных достижений сорт озимой тритикале Цекад 90 (авторское свидетельство (АС) № 34645 от 26.01.2005 г.), сорта яровой мягкой пшеницы Удача (АС № 39096 от 26.01.2006 г.), Александрина (АС № 40409 от 25.01.2007 г.) и Полюшко (АС № 42032 от 25.01.2008 г.) для возделывания в Западной Сибири.

Создана коллекция яровых растений, выделенных из популяций озимых культур пшеницы, ржи и тритикале.

Достоверность результатов подтверждается методами статистической обработки и воспроизводимостью.

Личный вклад соискателя. Все лабораторные и полевые исследования по созданию и изучению исходного для селекции тритикале материала спланированы, проведены, обработаны, проанализированы и обобщены лично диссертантом. Экспериментальные исследования по ржи и пшеницы проведены в ГНУ СибНИИРС с другими сотрудниками института и отражены в совместных публикациях.

Апробация работы. По материалам диссертации опубликованы 1 монография, 69 работ. Из них 18 статей - в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора наук. Основные результаты исследований доложены на конференциях, симпозиумах и школах региональных, российских (Омск, 1978; Тбилиси, 1985; Одесса, 1979; Харьков, 1980; Новосибирск, 1978, 1979, 1983, 1987, 1991, 1994, 1999, 2004; Красноярск, 2001; Москва, 1987) и международных (Шверин, Германия - “EUCARPIA, Triticale Meeting”1987; Новосибирск, 1992 - советско-шведский симпозиум, 1999 - международная конференция по земледелию, растениеводству и селекции, 2000 - 11th International EWAC Conference, 2001 - международная конференция по изогенным линиям; Киров, 2003 - международная конференция по ржи; Стамбул, Турция, “14th International EWAC Conference” 2007; Санкт-Петербург, 2007 «II Вавиловская международная конференция»; Новосибирск, 2008, Российско-Французская конференция “Problems and Prospects in Plant Biotechnology”).

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 372 страницах машинописного текста, состоит из введения, восьми глав, заключения, основных выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы, включающего 431 наименование, в том числе 185 иностранных источника. Экспериментальные данные изложены в 97 таблицах, 10 приложениях, иллюстрированы 80 рисунками, схемами и фотографиями.

Автор выражает глубокую благодарность академику П.Л.Гончарову за консультацию и помощь при подготовке диссертации, коллективам лабораторий защиты растений, биохимии и технологии ГНУ СибНИИРС за оценку селекционного материала, сотруднику отдела растительных ресурсов А.Ф.Зыряновой за совместные работы по пшенице, заведующей лаборатории озимых культур Г.В.Артёмовой за совместные исследования по ржи,

2. Содержание и основные результаты исследований

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ТРИТИКАЛЕ ПО СРАВНЕНИЮ С ПШЕНИЦЕЙ И РОЖЬЮ

В главе приводится обзор литературы по описанию трех родственных культур пшеницы, ржи и тритикале. Приводятся характеристики, присущие для всех трех культур, а также отличительные особенности морфологического, биологического и цитогенетического характера. Большое внимание уделяется тритикале, как искусственно созданного рода злаков, истории и цитогенетики этой культуры.

Особенности всех трех культур необходимо учитывать при создании исходного материала для их селекции на основе гетерогенных популяций.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ, УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Метеорологические условия.

Исследования проведены в 1975 - 2007 гг. в лабораторных и полевых условиях ГНУ СибНИИРС, расположенного в лесостепи Приобья на левом берегу Оби близ города Новосибирска. Состав почвы на полях учреждения не выровненный, с преобладанием выщелоченного чернозема. Климат - континентальный, умеренно прохладный, умеренно засушливый со среднегодовым количеством осадков 425 мл (78% выпадает в теплый период), с продолжительным периодом снежного покрова (150 - 180 дней, в среднем 169 дней), и коротким жарким летом. Безморозный период длится 92-141 дней (в среднем 117). Сумма положительных температур за вегетацию, в основном, находится в пределах 1800 - 2000оС. Продолжительность периода со среднесуточной температурой воздуха свыше +10 оС составляет в среднем 119 дней (Агроклиматические ресурсы Новосибирской области, 1971). За период исследований метеорологические условия как в зимний, так и в летний периоды были разнообразными, что в значительной степени влияло на выживаемость растений и их семенную продуктивность.

2.2. Исходные родительские формы.

Первичные формы озимых тритикале получали, привлекая в гибридизацию наиболее зимостойкие и продуктивные сорта пшеницы и ржи из сибирского генофонда. Больше всего гибридов получено с высоко зимостойким и устойчивым к полеганию сортом ржи Короткостебельная 69. Рекомбинантные формы тритикале получали скрещиванием созданных форм первичных тритикале с коллекционными гексаплоидными сортами.

Для создания исходного материала в селекции яровой мягкой пшеницы на основе внутривидовой гибридизации использовали высоко адаптивные к местным условиям сорта пшеницы сибирской селекции, источники и доноры признаков устойчивости к заболеваниям из мировой коллекции ВИР.

2.3. Методы создания исходного материала для селекции пшенично-ржаных гибридов и амфиплоидов.

Первичные 8-х тритикале за период с 1974 по 2007 гг. получали скрещиванием в полевых условиях 70 сортов мягкой пшеницы из мировой коллекции ВИР и 69 межсортовых гибридов F1 пшеницы с 10 формами ржи сибирской селекции по 264 комбинациям с последующей обработкой проростков, а также корней растений стерильных пшенично-ржаных гибридов (ПРГ) водным раствором колхицина.

Для озимых гибридов применяли двукратную обработку ростков проросших семян 0,01-0,05% водным раствором колхицина в течение 4-6 часов и, через несколько недель, - корней раскустившихся и расклонированных недояровизированных растений 0,05% раствором колхицина в течение четырех суток во время дневного времени. У яровых гибридов обрабатывали однократно ростки 0,01-0,03% раствором в течение 4 часов.

В полевых условиях стерильные колосья пшенично-ржаных гибридов опыляли гексаплоидными тритикале по 60 комбинациям, октаплоидные тритикале скрещивали с гексаплоидными по 90 комбинациям, и 6х тритикале с мягкой пшеницей - по 11 комбинациям.

2.4. Методы цитологических и генетических исследований.

Цитологические исследования тритикале проводили с помощью метода дифференциального окрашивания хромосом (Щапова, 1977) на препаратах, приготовленных из кончиков корешков проростков и из пыльников растений. Для анализа кариотипов растений использовали микроскоп «Биолам».

Изучение конусов нарастания и зачаточных колосьев на I - VIII этапах органогенеза проводили у растений яровых мутантов пшеницы Лютесценс 105/5, Лютесценс 105/7, тестерных форм по генам Vrn пшеницы Triple Dirk D (Vrn 1), Triple Dirk B (Vrn 2), Triple Dirk E (Vrn 3), Triple Dirk F (Vrn 4), яровой ржи Онохойская, Короткостебельная 69 яровая и Тетра Короткая яровая, яровых гексаплоидных тритикале УК 30, О.312, выращенных в камере искусственного климата в 2006 г.

Гибридизацию по диаллельной схеме 7 Ч 7 форм яровой мягкой пшеницы Хал Гол, Дархан 106, Тулеевская, Омская 33, Tul, Лютесценс 105/5 (яровой мутант) и Лютесценс 105/7 (яровой мутант) проводили в 2003 году для генетического анализа и определения донорских способностей сортов и селекционных форм пшеницы.

Диаллельный анализ F1 проводили по методикам, опубликованным Р.А.Цильке и Л.П.Присяжной (1979).

2.5. Методы полевых и лабораторных оценок селекционных форм.

Исходный для селекции материал по яровой пшенице и озимым формам тритикале изучали и оценивали в селекционных питомниках по общепринятым методикам испытания сельскохозяйственных культур.

Фенологический учет фаз развития растений, оценка степени поражения растений различными видами болезней и насекомыми-вредителями проводили в полевых условиях. Результаты полевых и лабораторных исследований статистически обрабатывались по методикам Б.А.Доспехова (1979) и П.Ф.Рокицкого (1973).

2.6. Методы выделения и изучения спонтанных яровых мутантов пшеницы, ржи и тритикале.

Опыты по выявлению в гетерогенных популяциях озимых культур биотипов растений, способных переходить к генеративному развитию без яровизации, проводились в 1999 - 2007 гг. Весенний сев озимых культур 18 форм тритикале, пшеницы Лютесценс 105, двух диплоидных и двух тетраплоидных форм ржи во второй декаде мая служил селективным фоном, позволяющим выделить в их популяциях такие растения. Чистота эксперимента обеспечивалась тем, что яровые культуры тритикале и ржи на полях и опытных участках СибНИИРС никогда не высевались.

Степень проявления признака яровости проверяли у потомств выделенных растений с первого по четвертое поколения.

Чтобы выяснить, принадлежат ли спонтанные доминантные мутации у растений (гетерозиготы или доминантные гомозиготы - не известно) одному локусу или разным, применили трёхэтапную систему скрещиваний и анализа.

На первом этапе (гетерозиготизация доминантных генов) создаются гетерозиготы по двум изучаемым генам:

1. а)А1А1 х а1а1 А1а1 или А1а1 х а1а1 А1а1 + а1а1

б)А2А2 х а2а2 А2а2 или А2а2 х а2а2 А2а2 + а2а2

Рецессивные гомозиготы ликвидируются и на втором этапе (перекомбинация гетерозигот) гетерозиготы скрещиваются между собой:

3. а)А1 и А2 аллели одного локуса:

А1а1 х А2а2 А1А2 + А1а2 + А2а1+ а1а2

б) А1 и А2 аллели разных локусов:

А1а1а2а2 х А2а2а1а1 А1а1А2а2 + А1а1а2а2 + а1а1А2а2 + а1а1а2а2

Рецессивные гомозиготы ликвидируются, и на третьем этапе (аналитическом) яровые растения либо самоопыляются (переопыляются между собой у ржи, как строгого перекрестника), либо скрещиваются с рецессивными гомозиготами (аналитические скрещивания).

3.а) Если доминантные аллели А1 и А2 принадлежат одному локусу, то примерно, 1/3 потомства яровых растений не будет расщепляться в следующем поколении от скрещивания с родителем неизвестной генетической формулы, так как теоретически 1/3 потомства, полученного на втором этапе и ставшими родительскими формами при скрещиваниях на третьем этапе, должны были быть доминантными гомозиготами АА. То есть теоретически ожидаемое соотношение расщепляющихся семей к нерасщепляющимся равно 2:1.

б) Если аллели А1 и А2 принадлежат разным локусам, то потомства всех анализируемых родительских растений будет расщепляться как в результате опыления их рецессивными гомозиготами, так и от свободного их переопыления в популяции.

ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ПЕРВИЧНЫХ ТРИТИКАЛЕ И ИХ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ

Работы по созданию и изучению форм тритикале ведутся с 1974 г. на основе скрещиваний сортов мягкой пшеницы с сибирскими формами ржи и последующими межамфиплоидными скрещиваниями по нескольким направлениям. Их можно выразить, используя геномные формулы растений:

1. пшеница (BB AuAu DD) Ч рожь (RR) F1 ПРГ(BAuDR)

2. F1 ПРГ(BAuDR) Ч 6х ПРА (BB AuAu RR) 6х ПРА (B/D Au/D RR)

3. F1 ПРГ(BAuDR) обработка колхицином 8х ПРА (BB AuAu DD RR)

4. 8х ПРА (BB AuAu DD RR) спонтанная деполиплоидизация 6х ПРА + 6x пшеница

5. пшеница (BBAuAuDD) Ч рожь (RRRR) F1 (BAuDRR) 6х ПРА

6. 8х ПРА (BBAuAuDDRR) Ч 6х ПРА (BBAuAu RR) 6х ПРА (BBAuAuRR)

7. 6х ПРА (BBAuAuRR) Ч пшеница (BBAuAuDD) 6х ПРА (BBAuAuD/R).

3.1. Получение первичных тритикале на основе скрещиваний мягкой пшеницы с рожью.

Всего за все годы изучения опылено пыльцой ржи 248030 цветков пшеницы по 264 комбинациям и получено 8602 семян F1, что составляет в среднем 3,47% завязываемости (табл. 1). У большинства сортов пшеницы (88%) скрещиваемость с рожью была 0-10%, что позволяет предполагать у них гены нескрещиваемости Kr1 и Kr2. У 11% сортов пшеницы завязываемость семян была в пределах 10-30%, и у 1% (тестерные линии по генам Vrn: Triple Dirk D, Triple Dirk B и Triple Dirk F) - превышала 30%.

Наиболее успешным создание первичных октаплоидных озимых тритикале было в 1975 и 1983 годы, а яровых - в 2007 г.

На скрещиваемость пшеницы с рожью влияли как годы, так и генотип исходных родительских форм, особенно пшеницы, а на получение семей С1 влияли условия и способы обработки колхицином пшенично-ржаных гибридов (ПРГ) для удвоения у них числа хромосом.

При однократной обработке озимых проростков семян выход фертильных гибридов был меньше (14,2%) по сравнению с однократной обработкой корней расклонированных растений (18,8%), зато количество фертильных колосьев у фертильных гибридов при первом способе было 17%, а при втором - 9,2%.

Среди группы ПРГ, дважды подвергавшихся воздействию колхицина, максимальный выход фертильных гибридов (35,7%) был в том случае, когда ростки семян (II этап органогенеза) обрабатывали зимой 0,01%-ным раствором колхицина, а корни этих раскустившихся растений (III) обрабатывали 0,05%-ным раствором в апреле.

Таблица 1. Результаты получения первичных 8х тритикале

Год изучения

Число

комбинаций

опыленных цветков

завязавшихся зерен F1

жизнеспособных семян

полученных семей амфиплоидов С1*

шт.

шт.

шт.

%

шт.

%

шт.

%**

1974

10

87242

1298

1,49

297

22,9

38

0,04

1975

70

63125

3224

5,11

213

6,6

25

0,04

1977

18

22996

967

4,21

44

4,6

12

0,05

1978

31

17423

624

3,6

51

8,2

8

0,05

1981

19

8515

262

3,08

17

14,1

-

-

1982

32

20200

642

3,2

61

9,5

42

0,21

1984

38

16112

653

4,05

26

4,0

1

0,01

1985

40

10992

605

5,5

31

5,1

-

-

2007

6

1425

327

22,9

74

22,6

16

1,12

Всего

264

248030

8602

3,47

814

9,6

142

0,06

Примечание: * - Семьи амфиплоидов С1 созданы годом позже, чем исходные пшенично-ржаные гибриды F1;

При двукратной обработке озимых ПРГ сочетаются высокий процент выхода фертильных гибридов и фертильных колосьев с получением большого количества семян с растения, у которого большая доля секторов тканей имеют удвоенное число хромосом.

Всего за годы изучения в результате обработки колхицином было получено 142 семьи С1 (первое поколение с растений, обработанных колхицином) первичных октаплоидных тритикале по 36 комбинациям скрещивания, что послужило базой для дальнейшего цитогенетического изучения и получения исходного материала для селекции.

3.2. Цитогенетические исследования морфотипов в популяциях первичных тритикале

Все созданные нами семьи 8х тритикале оказались цитогенетически нестабильными в различной степени и характеризовались различным содержанием анеуплоидов, в основном гипоплоидов с числом хромосом ниже 56, но выше 42. Подсчёт числа хромосом в ранних поколениях (С1 - С2), проведённый в разные годы, показал, что семьи октаплоидных тритикале различались по содержанию анеуплоидов в их популяциях, которое достигало 77% у наиболее цитогенетически нестабильных семей.

Многолетние работы цитогенетиков с октаплоидными (8х) тритикале выявили разную степень их цитогенетической нестабильности и различное содержание анеуплоидов, в потомстве которых на протяжении ряда поколений может происходить утрата 14 хромосом и возникнуть формы стабильного гесаплоидного (6х) уровня (Vettel, 1960; Krolow, 1963). В большинстве случаев обнаруживали пшеничные формы.

Случаи обнаружения гексаплоидных тритикале в гетерогенных по числу хромосом популяциях амфиплоидов и гибридов мягкой пшеницы с рожью довольно редкие (Сасаки и др. 1978; Суриков, 1978). Такие формы выделялись нами по морфологическим признакам колоса (плотный колос, опушенная колосоножка, жесткие колосковые чешуйки) и цитологически с помощью метода дифференциального окрашивания хромосом (рисунок 1а, б).

Рис. 1. Метафазные пластинки дифференциально окрашенных хромосом по Гимза гексаплоидных растений тритикале, выделенных из популяций цитогенетически нестабильных 8х амфиплоидов: (а) митоз в соматической ткани; (б) мейоз в МКП. Ув. 1Ч 1625.

Среди гексаплоидов, выделенных в гетерогенных по числу хромосом популяциях, было обнаружено около 1% форм тритикале с 14 хромосомами ржи и 28 хромосомами комбинированных геномов мягкой пшеницы. Некоторые из них стали родоначальниками линий, прошедшими испытание в селекционных питомниках. Одна из них, УК 30, была передана в государственное сортоиспытание. Подавляющее большинство гексаплоидных форм были пшеничные и неполные по числу хромосом ржи пшенично-ржаные амфиплоиды промежуточного морфотипа (рисунок 2).

Рис.2. Метафазная пластинка дифференциально окрашенных по Гимза соматических хромосом, выделенного из цитогенетически нестабильной популяции 8х тритикале УБ 157 гексаплоидного растения с 36 хромосомами мягкой пшеницы и 6 хромосомами ржи. Ув. 1Ч 1625.

Весь спектр изменчивости растений гетерогенных популяций семей амфиплоидов мягкой пшеницы с рожью ограничивался морфотипами 8х тритикале, мягкой пшеницы, промежуточных между ними формами и редкими случаями появления растений типа 6х тритикале, которые отличались более плотным, чем у пшеницы колосом и сильно опушенной колосоножкой. У пшеничных растений опушение под колосом (признак ржи) либо отсутствовал, либо был слабо выраженным.

Таким образом, в процессе спонтанной деполиплоидизации тритикале цитогенетически нестабильного 8х уровня возникают стабильные гексаплоидные гомозиготные формы - исходный материал для селекции.

3.3. Внутривидовая классификация октаплоидных тритикале

Первичные октаплоидные тритикале наследуют разновидностные признаки колоса исходных родительских форм пшеницы, и их внутривидовую классификацию можно создать, применив те же критерии, что и для родительской разновидности пшеницы. Опушение колосоножки (hp) является единственным качественным признаком, унаследованным ото ржи и четко проявляемым у 56-хромосомных форм тритикале. Его тоже можно использовать для внутривидовой классификации амфиплоидов.

Для октаплоидных форм тритикале с числом хромосом, близким к 56 (55, 56, 57) предлагается вариант внутривидовой классификации, основанный на разновидностной классификации пшеницы и с учетом наличия или отсутствия признака ржи опушения колосоножки (hl). Например, амфиплоид, полученный на основе скрещивания мягкой пшеницы разновидности lutescens Al. с рожью - донора признака опушенной колосоножки, классифицируется как Trl. rimpaui, ssp. hp-lutescens Al. При отсутствии признака опушения шейки колоса 56-хромосомный амфиплоид классифицируется как Trl. rimpaui, ssp. lutescens Al.

Растения октаплоидных тритикале могут быть представлены не менее, чем тридцатью двумя разновидностями на основе сочетаний пяти качественных альтернативных признаков: отсутствие или наличия опушения колосоножки, наличия или отсутствия остей, наличия или отсутствия опушения колосковой чешуйки, наличия или отсутствия красной окраски колоса и зерна.

3.4. Изучение формообразования в потомствах гибридов от скрещиваний мягкой пшеницы с тетраплоидной рожью

От опыления в 1974 г. тетраплоидной рожью 3250 кастрированных цветков пшеницы завязалось 197 щуплых с недоразвитым зародышем и эндоспермом семян. Вследствие таких плохих качеств их жизнеспособность была низкой. Жизнеспособными оказались только 2 растения.

В потомстве одного из них были выделены диплоидная аллорожь, а также гексаплоидные формы с полным набором хромосом ржи (14) и 28 хромосомным набором, скомбинированным из трех геномов мягкой пшеницы, ставшими родоначальниками высокопродуктивных устойчивых к полеганию линий тритикале УУТ 387 и УУТ 388 при возделывании их по интенсивной технологии. Формообразовательный процесс по морфологии колоса и биотипам растений проходил в F2 - F4 до становления кариотипа на гексаплоидном уровне. Отличительной особенностью стабильных 6х форм был длительный период вегетации (340-350 дней) и высокая зимостойкость.

Этот способ создания тритикале не получил широкого распространения вследствие трудности получения жизнеспособных семян из-за недоразвитости гибридных зерновок на материнском растении и необходимости использования методов выращивания незрелых зародышей на искусственных питательных средах.

Результаты исследований главы 3 показали, что гетерогенные популяции первичных цитогенетически нестабильных пшенично-ржаных гибридов амфиплоидов являются источником разнообразных по кариотипам форм, в том числе и селекционно ценных гексаплоидных.

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ РЕКОМБИНАНТНЫХ ТРИТИКАЛЕ И ИХ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ

4.1. Гибриды между 8х и 6х тритикале

Этот метод часто используется селекционерами для получения вторичных рекомбинантных форм пшенично-ржаных амфиплоидов.

По 91 комбинации 8х тритикале Ч 6х тритикале было опылено 13204 цветков и завязалось 3096 зерен, что составляет 23,5% успеха. Многие комбинации значительно различались по скрещиваемости, которая зависела как от генотипов исходных родительских форм, так и от погодных условий. Крайние значения по завязываемости семян составляли от 1,9% до 62,5%.

В потомствах гибридов, полученных по этой схеме элиминировали 7 хромосом. При изучении мейоза у растений F3 - F4 разных комбинаций этого типа скрещиваний мы находили 1 - 4 преимущественно пшеничных унивалента. Кроме них встречались также ржаные униваленты.

В популяциях гибридов второго и последующих поколений наблюдался широкий формообразовательный процесс, что послужило хорошим источником для отборов продуктивных форм. Причина такого формообразования заключается в генетической рекомбинации, осуществляемой в процессе кроссинговера между хромосомами двух видов пшеницы, перекомбинациях хромосом мягкой и твердой пшеницы, межгеномных транслокациях, пшенично-ржаных замещениях хромосом, а также в результате анеуплоидии, связанной с элиминацией хромосом гаплоидного D-генома. Во многих комбинациях в первом поколении проявлялся гибридный некроз, снижавший жизнеспособность и плодовитость растений.

Гетерогенность популяций в потомствах отобранных растений уменьшалась и к 5-7 поколению популяции практически были однотипными по морфологии и длине вегетационного периода с материнскими растениями.

В результате скрещиваний 8х и 6х тритикале между собой получаются рекомбинантные вторичные тритикале - исходный материал для селекции.

4.2. Гибриды между 6х тритикале и мягкой пшеницей

Большое разнообразие форм растений получается в потомстве гибридов от скрещиваний гексаплоидных тритикале с мягкой пшеницей.

Успеха в получении гибридов F1 удается добиться, когда в качестве материнской формы берутся 6х тритикале, а опылителем - мягкая пшеница. В этом случае средняя завязываемость в наших опытах составила 25,3% с почти 100%-ной всхожестью гибридных семян.

В процессе становления гибридных популяций возникают цитогенетически стабильные гексаплоидные формы, в геномной формуле которых 28 хромосом диплоидных геномов Au и В и 14 хромосом, скомбинированных из генома пшеницы D и генома ржи R с возможными замещениями и транслокациями по этим хромосомам. Морфотипическое разнообразие растений представлено широким спектром преимущественно пшеничных и промежуточных форм. Из них наибольшую селекционную ценность представляют устойчивые к мучнистой росе и полеганию. У растений 1-го и 2-го поколения некоторых комбинаций 6х тритикале с мягкой пшеницей проявлялся гибридный некроз, выражавшийся в пожелтении и преждевременном отмирании листьев, гибели и стерильности отдельных гибридов.

Таким образом, гибриды гексаплоидных тритикале с мягкой пшеницей являются источником разнообразных, преимущественно, пшеничных форм, образующихся в результате перекомбинации хромосом тритикале и пшеницы и представляющих ценность в качестве исходного материала для селекции.

4.3. Сложные гибриды от двухступенчатых скрещиваний

Обильным формообразованием характеризуются гетерогенные популяции, полученные в потомстве гибридов от опыления стерильных ПРГ F1 пыльцой 6х тритикале. Эту схему скрещиваний впервые применил Л.Х.Паремуд (1938).

По 63 комбинациям скрещивания, нами получено 981 шт. семян. Отличительной особенностью популяций гибридов, полученных этим способом является бурный формообразовательный процесс по морфологии колоса и растения вследствие перекомбинации хромосом всех геномов и генов. В первом поколении гибридов в ряде случаев наблюдали проявление гибридного некроза.

Число хромосом у растений F2 комбинации (Новосибирская 67 Ч Онохойская) Ч НАД 325 варьировало от 44 до 48, а в F3 - от 41 до 48 с преобладанием 44 и 45. В F4 доля 42-хромосомных растений увеличилась до 40% (табл. 2).

Таблица 2. Характеристика кариотипов 20 растений F4 (Новосибирская 67 Ч Онохойская) Ч НАД 325, 1978 г.

Число хромосом ржи

Число растений с общим числом хромосом

Всего растений

%

38

40

41

42

43

44

45

9

1

1

5

10

1

1

5

12

3

1

1

1

6

30

13

1

1

5

14

1

1

5

1

3

11

55

Всего растений

1

1

1

8

3

5

1

20

%

5

5

5

40

15

25

5

Гетерогенность популяций в потомствах отобранных растений уменьшалась к 6-8 поколению и стало возможным проведение отборов и раскладка популяций на линии.

Наиболее успешной оказалась комбинация скрещивания ((Краснодарская 39 Ч Цезиум 39) Ч Короткостебельная 69) Ч АД 3/5, в потомстве которой выделены цитогенетически стабильные рекомбинантные формы гексаплоидных тритикале, давшие начало селекционно ценным линиям, на основе которых созданы сорта Цекад 90 и Сирс 57.

Таким образом, в популяциях гибридов от инконгруентных скрещиваний наблюдается богатый формообразовательный процесс, на базе которого созданы рекомбинантные формы - исходный материал для селекции.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННЫХ РАЗНЫМИ СПОСОБАМИ ФОРМ ТРИТИКАЛЕ

5.1. Оценка форм, полученных на основе скрещивания мягкой пшеницы с диплоидной рожью

Результаты опытов по промораживанию растений показали превосходство полученных в результате спонтанной деполиплоидизации 6х тритикале над исходными 8х семьями (табл. 3).

Гексаплоидная форма тритикале УК 65/506 на режимах -200С и -250С превзошла по морозостойкости исходную 8х семью УК 65 в 1982 г. соответственно на 13,2% и 16,9%. При этих же условиях опыта гексаплоид из семьи УБ 157 показал более высокую морозостойкость, чем исходная 8х семья соответственно на 9,6% и 4,2%, а у гексаплоидной формы УБ 158/521 число выживших растений было больше на 16,2% и 28,2% соответственно.

Таблица 3. Число выживших растений (%) при двух температурных режимах промораживания в 1982 г.

Наименование форм

Плоидность

-200С

-250С

УУТ 388

6х

96,2±2,2

70,5±6,6

УК 65/506

6х

94,7±3,3

70,0±6,5

УБ 158/521

6х

95,2±3,1

64,2±7,4

УБ 157/бн

6х

93,4±3,7

50,6±7,7

Алтайское 1, стандарт

6х

83,3±5,5

52,1±7,5

АД 206, стандарт

6х

79,8±6,1

42,0±7,7

УК 65

8х

81,5±6,8

53,1±8,2

УБ 157

8х

83,8±5,7

45,8±7,9

УБ 158

8х

79,0±6,3

36,6±7,6

АД 72, стандарт

8х

68,2±7,0

22,1±7,0

Опыты по промораживанию в 1983 г. показали похожие результаты на обоих режимах. Эти данные свидетельствуют о том, что элиминация 14 хромосом пшеницы и снижение вследствие этого уровня плоидности у тритикале приводит к повышению морозостойкости.

Выделенное в 1980 году из гетерогенной популяции октаплоидного тритикале АД 120 элитное растение пшеничного типа обладало плотным хорошо озерненным колосом и прочной соломиной. Его потомство дало селекционную линию Лютесценс 105, которая характеризовалась высокой урожайностью зерна, достигавшей в питомнике конкурсного испытания 1985-1987 гг. 6,0 т/га и устойчивостью к полеганию. Она используется в теоретических исследованиях и селекционных программах, на основе которых в Кемерово созданы сорта пшеницы Тулеевская, Мариинская и Дарница.

Несколько десятков лучших по продуктивности зерна 6х форм, выделенных из популяций нестабильных амфиплоидов мягкой пшеницы с рожью, оценивались в селекционных питомниках. В 1985 г. одна из таких форм под названием Краснообское 1 (селекционный номер УБ 158/521) совместно с ГНУ СибНИИ кормов СО Россельхозакадемии испытывалась на корм и зернофураж и характеризовалась хорошей облиственностью, урожаем зеленой массы доходящей до 30-35 т/га и сена - до 9-11 т/га.

Высокими показателями хозяйственно-полезных признаков (устойчивость к мучнистой росе и видам головни, зимостойкость 4-5 баллов, устойчивость к полеганию 5 баллов) характеризовалась и гексаплоидная низкостебельная форма тритикале УК 30, выделенная из цитогенетически нестабильной популяции 8х амфиплоида Ульяновка Ч Короткостебельная 69. В питомниках КСИ её урожайность достигала 7,4 т/га (табл. 4).

5.2. Оценка форм, полученных на основе скрещивания мягкой пшеницы с тетраплоидной рожью

Две гексаплоидные формы тритикале УУТ 387 и УУТ 388, созданные в результате гибридизации озимой мягкой пшеницы сорта Ульяновка с тетраплоидной рожью Тетра Короткая обладали хорошей урожайностью зерна, уступая только амфиплоиду УК30 (табл. 4).

Таблица 4. Урожайность зерна лучших форм тритикале в 1983-1985 гг.

Наименование форм тритикале

Урожайность зерна, т/га

1983 г.

1984 г.

1985 г.

Средняя

УК 65/30

3,7±1,1

7,5±1,3

7,1±0,4

6,1

УБ 158/521

3,3±0,6

6,1±1,2

5,6±1,5

5,0

УУТ 387

4,1±2,0

7,3±0,3

58,5±3,3

5,8

УУТ 388

3,5±0,5

5,9±1,2

5,9±0,5

5,1

АД 206 (ст.)

1,8±0,7

6,5±0,8

4,8±0,3

4,4

Алтайское 1 (ст.)

2,5±1,0

5,9±0,3

5,9±0,1

4,8

Вследствие совмещения в одном геноме хромосом высоко морозо-зимостойких сортов родительских форм, морозостойкость и зимостойкость этих двух форм была высокой. Короткая соломина (70 - 90 см) придала им высокую устойчивость к полеганию. Хорошая облиственность и длительный период вегетации (350-360 дней) позволили им показать в 1986-88 гг высокую урожайность зеленой массы в опытах по орошению, проведенных Е.И.Ерошиной в ГНУ СибНИИ кормов СО Россельхозакадемии.

Обе формы тритикале являются источником низкостебельности и высокой зимостойкости.

5.3. Оценка рекомбинантных форм тритикале

Одна из цитогенетически стабильных линий комбинации скрещивания ((озимая пшеница Цезиум 39 Ч озимая пшеница Краснодарская 39) Ч озимая рожь Короткостебельная 69) Ч тритикале АД 3/5 после изучения и испытания на биологические и хозяйственно-полезные свойства в селекционных, контрольном питомниках и по результатам конкурсного испытания была передана в ГСИ в 2000 г. под названием Цекад 90 и в 2005 г. внесена в Государственный реестр РФ в качестве зернофуражной культуры.

Цекад 90 в годы конкурсного сортоиспытания значительно превосходил стандарт по массе 1000 зерен, продуктивной кустистости, озерненности, урожайности и устойчивости к болезням. Короткая соломина нового сорта обусловила высокую устойчивость к полеганию (табл. 5).

Таблица 5. Средние параметры по некоторым хозяйственно-полезным признакам у тритикале Цекад 90 и Алтайское 2 в КСИ 1997 - 1999 гг.

Наименование признаков

Цекад 90

Алтайское 2 (ст.)

Урожайность, т/га

5,0 + 0,2

4,3 + 0,3

Длина соломины, см

91,3 + 5,0

139,5 + 5,6

Продукт. кустистость, шт.

3,0 + 0,1

2,6 + 0,1

Число зерен с колоса, шт.

48,6 + 1,9

46,7 + 1,0

Масса 1000 зерен, г

35,4 ± 0,2

34,2 ± 0,3

Натура, г

640 + 12

610 + 7

Содержание сырого протеина в зерне, %

17,0 + 0,2

16,5 + 0,4

Перезимовка, %

75,3 + 5,6

78,8 + 4,2

Устойчивость к полеганию, балл

5,0+ 0,0

3,3+ 0,7

Устойчивость к бурой ржавчине, балл

4,8+ 0,2

4,5+ 0,3

Устойчивость к снежной плесени, балл

4,0 + 0,4

3,6 + 0,4

Элитное растение, полностью фертильное с плотным колосом и с высокой продуктивностью семян было выделено в 1992 году. Его потомство составило в последующих поколениях популяцию морфологически однотипных растений. Из них повторным отбором удалось выделить стабильные высокопродуктивные формы кариотип которых состоял из 28 хромосом пшеницы и 14 хромосом ржи.

Биохимические исследования, проведенные в 1990 г. в ГНУ СибНИИПТиЖ В.И.Филатовым, показали, что в зерне тритикале Цекад 90 высоко содержание углеводов и крахмала (53,3%), что делает возможным использовать сорт для производства сахара (табл. 6).

Таблица 6. Биохимический состав зерна пшеницы и тритикале, 1990 г.

Наименование химических компонентов

В натуральном корме

В сухом веществе корма

пшеницы

тритикале

пшеницы

тритикале

Сухое вещество, %

82,9

82,0

100

100

Органическое вещество, %

80,8

80,1

97,5

97,7

Протеин, %

11,2

12,6

13,5

15,3

Лизин, мг/г

3,46

4,60

4,17

5,61

Жир, %

1,5

1,1

1,8

1,3

Клетчатка, %

3,4

2,1

4,1

2,6

Сахар, %

2,0

1,7

2,4

2,1

Крахмал, %

53,5

53,3

64,5

65

По сравнению с пшеницей Новосибирская 67 тритикале Цекад 90 содержит больше протеина и лизина, что делает эту культуру перспективной для использования в качестве фуражной культуры. По химическому составу зерно тритикале сбалансировано на уровне пшеницы и по некоторым компонентам превосходит ее, что делает Цекад 90 перспективным для использования на корм животным и птице.

Изучение переваримости питательных веществ в рационах баранов показало, что переваримость основных питательных компонентов: сухого вещества, органического вещества, протеина, жира и клетчатки значительно увеличиваются в зерне тритикале после его термоплющения и по показателям переваримости тритикале превосходит пшеницу.

Из той же гетерогенной популяции, что и Цекад 90, в 1995 г было выделено элитное растение, давшее начало селекционной линии №157, переданной в 2005 году в ГСИ под названием Сирс 57, которая отличалась самой высокой зимостойкостью и урожайностью зерна (табл. 7).

Таблица 7. Средняя зимостойкость и урожайность зерна лучших форм гексаплоидных тритикале в КСИ 2000-2004 гг.

Наименование форм тритикале

Зимостойкость, %

Урожайность, т/га

Алтайское 3

82,7

3,9

Цекад 90

77,5

4,1

Сирс 57

92,0

4,9

НСР05

3,96

0,36

Таким образом, из всех рассмотренных способов создания исходного материала для селекции тритикале, наиболее эффективным оказались скрещивания мягкой пшеницы с рожью и опыление полученных стерильных гибридов гексаплоидными формами тритикале.

ГЛАВА 6. ИЗУЧЕНИЕ ГЕТЕРОГЕННОСТИ ПО ТИПУ РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЯ В ПОПУЛЯЦИЯХ ТРИТИКАЛЕ, ПШЕНИЦЫ И РЖИ

6.1. Изучение гетерогенности по типу развития растения в популяциях тритикале

Большинство растений, перешедших к генеративному развитию без яровизации, выходили в трубку в конце июля - середине августа и фазы колошения и цветения проходили в конце лета и осенью. Частота появления растений, перешедших к генеративной фазе развития в течение лета у разных форм трех культур значительно различалась (табл. 8).

Таблица 8. Количество яровых растений S1, выделенных в популяциях некоторых форм тритикале, пшеницы и ржи в разные годы изучения.

Наименование форм/год репродукции семян, культура

Год

опыта

Число растений

Доля яровых растений, %

всего в популяции

яровых

О.312/1996, тритикале

1999

602000

519

0,0862

УК 30/1996, тритикале

1999

303000

75

0,0247

Лютесценс 105/1996, пшеница

1999

293500

3

0,00100

Цекад 90/1999, тритикале

2000

813120

11

0,0014

Цекад 305/1996, тритикале

2000

2471040

740

0,0299

Алтайское 1/1997, тритикале

2000

6138

4

0,06516

О.312/1999, тритикале

2002

323400

6

0,00186

Алтайское 2/2000, тритикале

2002

107800

373

0,346

№ 364/2000, тритикале

2002

203280

333

0,1638

Короткостебельная 69/2001, рожь 2n

2002

212520

218

0.102

Сибирская 82/2001, рожь 2n

2002

203280

1065

0.524

Тетра Короткая/2001, рожь 4n

2002

126280

64

0.051

Влада/2001, рожь 4n

2002

180180

20

0.011

О.312/1996, тритикале

2003

10780

20

0,18553

О.312/1999, тритикале

2003

12127

2

0,01649

О.312/2002, тритикале

2003

12372

26

0,21015

Цекад 90/1999, тритикале

2003

11848

2

0.01688

Цекад 305/1996, тритикале

2005

46380

44

0,0949

Лютесценс 105/1996, пшеница

2005

407400

32

0,00785

Исследования показали, что год репродукции семян, год весеннего сева и сорт влияют на частоту появления яровых растений в популяциях изученных форм озимых тритикале О. 312 и Цекад 90. Выявлена высокая положительная корреляция между частотой этих мутаций и средней температурой воздуха в июне, а также с количеством осадков в июле в годы репродукции семян (табл. 9). Удлинение срока хранения семян также увеличивает частоту появления спонтанных яровых мутантов у тритикале (табл. 10).

Таблица 9. Корреляция частоты появления яровых мутаций тритикале О.312 в 2003 г. с погодными условиями разных лет репродукции семян

Наименование формы тритикале

Год репродукции

Частота яровых мутаций

Средняя температура в июне, оС

Средняя температура в июле, оС

Количество осадков в июле, мм

О.312

1999

0,01649

15,1

22,2

9,2

О.312

1996

0,18553

16,7

21,6

59,2

О.312

2002

0,21015

17

18,1

70,5

r

+0.9995

-0.70

+0.998

t факт. (t05 = 12,7)

46,6

-1,4

24,8

Таблица 10. Частота появления яровых растений в популяциях трёх форм озимых тритикале при разном сроке хранения семян.

Тритикале

О.312

Цекад 90

Цекад 305

Год репродукции семян

1996

1996

1999

1999

1999

1999

1996

1996

Год ...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены