Совершенствование схемы отборов тетраплоидных форм для гетерозисной селекции сахарной свеклы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Совершенствование схемы отборов тетраплоидных форм для гетерозисной селекции сахарной свеклы

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

Бердников Роман Владимирович

Рамонь - 2009

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова в 2006 - 2008 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корр. РАСХН, заслуженный деятель науки РФ Корниенко Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, член-корр. РАСХН, профессор, Медведев Анатолий Михайлович;

доктор сельскохозяйственных наук, Богомолов Михаил Алексеевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки».

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных аспектов в селекции сахарной свеклы является создание гетерозисных гибридов. При этом эффект гетерозиса в F 1 определяется подбором компонентов скрещивания, основанных на различных методах селекции, одним из которых является полиплоидия (Мазлумов, 1950; Юсубов, 1990; Роик, 1996).

Сочетание явлений полиплоидии и гетерозиса позволяет получать триплоидные гибриды на 10-15% продуктивнее, чем диплоидные, отличающиеся большей пластичностью и стабильностью урожаев, особенно при выращивании в благоприятных почвенно-климатических зонах (Bosemark, 1967; Бормотов, 1969; Scott, 1970). При этом полиплоидные формы характеризуются низкой семенной продуктивностью, энергией прорастания и всхожестью семян, что требует соответствующей доработки. Для обеспечения высокой комбинационной способности при гибридизации необходима интенсивная селекционная работа над тетраплоидным компонентом (Гизбуллин и др., 1999; Волгин, 2007).

Несмотря на большое количество исследований по проблеме полиплоидии у сахарной свеклы, потенциал тетраплоидной сахарной свеклы в селекционной практике и производстве еще не до конца использован. В связи с этим, создание и селекционно-генетическое изучение тетраплоидных форм для получения высокопродуктивных, наиболее приспособленных к механизированной уборке гетерозисных триплоидных гибридов весьма актуально.

Цель и задачи работы. Цель наших исследований заключалась в создании комбинационно ценных тетраплоидных линий с различной формой корнеплода и повышенной продуктивностью в процессе получения триплоидных гибридов на стерильной основе.

В соответствии с данной целью поставлены следующие задачи:

1. Изучить характер изменчивости биоморфологических и цитологических признаков исходного материала сахарной свеклы разного уровня плоидности;

2. Выделить комбинационно ценные тетраплоидные линии с определенной формой корнеплода и повышенной продуктивностью;

3. Получить триплоидные гибриды и провести их оценку хозяйственно-полезных признаков.

Научная новизна исследований. Усовершенствована схема селекционного процесса по оценке и отбору тетраплоидных линий с определенной формой корнеплода и высокой комбинационной способностью.

Выделены и созданы тетраплоидные линии (№ 601, 604), обладающие узко-конической формой корнеплода, которая передается по наследству в потомстве. Выделены линии, характеризующиеся ширококонической формой корнеплода (№ 603, 605, 606, 607, 608), при репродукции которых в поколении наблюдалось 90 % корнеплодов с ширококонической формой и 10 % корнеплодов с узкоконической. Установлено, что у растений свеклы, имеющих овально-коническую форму корнеплода (№ 602), наблюдается расщепление по данному признаку в поколении - 80 % корнеплодов с овально-конической формой, 15 % корнеплодов с ширококонической формой и 5 % корнеплодов с узко-конической формой.

Установлено, что при получении высокопродуктивных триплоидных гибридов форма корнеплода в F 1 наследуется в основном по тетраплоидному компоненту.

Практическая значимость работы. Выделенный тетраплоидный материал сахарной свеклы, обладающий комплексом хозяйственно-ценных и биоморфологических признаков - повышенной урожайностью, сахаристостью, различной формой корнеплода, сохраняющий данные признаки в процессе размножения (№ 601, 604 - обладают узкоконической формой корнеплода; № 602 - овально-конической; № 603, 605, 606, 607, 608 - ширококонической формой), используется в качестве доноров этих признаков при создании гетерозисных гибридов.

Отобранные и подготовленные для регистрации в селекцентре ВНИИСС тетраплоидные линии, дифференцированные по продуктивности: урожайного направления (Е) - № 601, 602, 603, 607, 608; сахаристого (Z) - № 604; урожайно-сахаристого направления (EZ) - № 605 и № 606, используются в качестве исходного материала при создании триплоидных гибридов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Биоморфологические и цитологические особенности различных по плоидности форм сахарной свеклы, позволившие выделить и отобрать тетраплоидные материалы;

2. Схема создания и принципы выделения тетраплоидных линий с определенной формой корнеплода;

3. Проявление гетерозиса в триплоидных гибридах в зависимости от направления продуктивности компонентов.

Апробация работы. Основные результаты исследований ежегодно докладывались на заседаниях Ученого Совета ГНУ ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова (2006-2009 гг.), студенческой научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки», (Воронеж, 2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 научные статьи, в том числе 3 - в реферируемом журнале «Сахарная свекла», рекомендованном ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений для практического использования результатов исследований, списка литературы из 165 наименований, в том числе 75 иностранных авторов. Диссертация изложена на 110 страницах компьютерного текста, содержит 25 таблиц, 10 рисунков и приложений.

МАТЕРИАЛ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа выполнена в лаборатории селекции сахарной свеклы ГНУ ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова в 2006-2008 гг.

Исследования выполнены в рамках Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг. (04.08.01.05. «Создать и сохранить селекционный материал сахарной свеклы, обладающий повышенной сахаристостью, урожайностью, стерильностью, односемянностью, скороспелостью, с формой корнеплода, обеспечивающей наименьшие потери при уборке, и кормовой свеклы с высокой комбинационной способностью, раздельноплодностью, повышенной сахаристостью»).

Климат района исследований умеренно-континентальный с неустойчивым увлажнением. Годы исследований (2006-2008 гг.) характеризовались разной обеспеченностью теплом и влагой.

Исходным материалом для исследований служили 6 сростноплодных тетраплоидных номеров лаборатории селекции сахарной свеклы ВНИИСС (205601, 205602, 205603, 205604, 205605, 205606) и 2 селекционных номера ИКК УААН (206607, 206608). Использовались также раздельноплодные диплоидные номера сахарной свеклы, обладающие признаком ЦМС (5004, 5006), лаборатории селекции сахарной свеклы ВНИИСС.

Сравнительная оценка свеклы первого года жизни проводилась по методике предварительного полевого сортоиспытания однорядковыми делянками в четырёхкратной повторности. Делянки размещались систематически. Учётная площадь одной делянки составляла 4,5 м², общая учётная площадь одного сортообразца соответственно составляла 18 м². В качестве группового стандарта были использованы гибриды Баккара, РМС 70 и ЛМС 94.

Урожайность корнеплодов сахарной свёклы определялась путем взвешивания всех корнеплодов с делянки и пересчёта на 1 га. Все номера и гибриды проходили оценку по сахаристости и по технологическим качествам на автоматической линии “Венема”.

Форма корнеплодов определялась по методике проведения испытаний на отличимость, однородность и стабильность (2003).

Размножение селекционных материалов осуществлялось на пространственно изолированных участках, размещенных в посевах озимой пшеницы и подсолнечника.

Посадку корнеплодов проводили вручную со схемой 70 х 70 см или 70 х 35 см. Уборку и обмолот семенников проводили с помощью комбайна “САМПО 130”.

Плоидность тетраплоидных форм, а также полученных с их участием триплоидных гибридов, наряду с применением методики отбора по биоморфологическим признакам, определяли следующими цитологическими методами:

1 - измерение величины замыкающих клеток устьиц в эпидермисе и подсчет числа устьиц на единицу листовой поверхности;

2 - подсчет числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц;

3 - измерение диаметра и изучение формы пыльцевых зерен, подсчет числа пор в них;

4 - проточной цитометрии на анализаторе плоидности фирмы «Partek».

Цитологический анализ по изучению замыкающих клеток устьиц, пыльцевых зерен проводился по общепринятым методикам (Паушева, 1984).

Для обеспечения сравниваемости результатов у диплоидных и полиплоидных форм измерения проводились на листьях и соцветиях одних ярусов. В ходе работы использовался микроскоп МБИ-3 с окуляром 8-15, объективом 20 и 40.

Улучшение тетраплоидных форм проводили методами индивидуального, повторно-индивидуального отборов и методом гибридизации тетраплоидных линий между собой. Тетраплоидные гибриды сахарной свеклы получали при совместной посадке компонентов на пространственно изолированных участках в соотношении 1:1. Гибридизация тетраплоидных линий и полученных с их участием гибридов с МС линиями для получения триплоидных гибридов, а также с целью изучения комбинационной способности скрещиваемых компонентов (методом топкросса), осуществлялась на пространственно изолированных участках при свободном переопылении тетраплоидных и диплоидных компонентов скрещивания в соотношении 3:1.

Цветушность учитывали путем подсчета цветушных растений перед уборкой.

Изучение биологических и генетических особенностей исследуемого материала, как на свекле первого, так и второго года вегетации, осуществляли методом фенологических наблюдений, измерений, анализа и описания. Полученные экспериментальные данные обрабатывались методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985).

Особенности полиплоидных растений сахарной свеклы первого года вегетации. Эффективность селекционных программ с сахарной свеклой во многом определяется наличием разнообразного исходного материала, обладающего комплексом важных признаков и степенью его изученности (Орлов, 1999). В этой связи важное значение имеет оценка исходного материала по основным биоморфологическим признакам.

Сравнительное изучение разных по уровню плоидности растений сахарной свеклы первого года жизни показало различия в размерах и форме листового аппарата. Листья тетраплоидных растений короче и шире диплоидных, более темно-зеленой окраски, имеют округлую форму, черешки, укороченные и утолщенные с более углубленной бороздкой.

Результаты проведенных измерений размеров листовой пластинки у диплоидной, триплоидной и тетраплоидной сахарной свеклы представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика размеров листовой пластинки у сахарной свеклы различной плоидности, 2006 - 2008 годы.

Плоидность	2006 г.	2007 г.	2008 г.
	15.06	15.07	1.09	15.06	15.07	1.09	15.06	15.07	1.09
Длина листовой пластинки, см
2х	12,2	21,2	22,4	14,2	20,6	24,6	13,4	21,5	23,6
3х	10,4	19,5	21,3	13,4	20,4	23,8	12,9	20,1	22,4
4х	11,0	17,6	20,5	12,8	18,8	21,5	11,6	18,5	20,9
Ширина листовой пластинки, см
2х	7,2	12,6	15,5	8,9	13,4	16,9	7,8	12,7	16,1
3х	8,2	13,5	16,1	9,9	14,6	18,1	9,2	13,3	17,9
4х	8,9	14,3	17,5	10,3	15,9	18,9	9,9	14,1	18,5
Отношение ширины листовой пластинки к длине, %
2х	59,0	59,4	69,2	62,7	65,0	68,7	58,2	59,1	68,2
3х	78,8	69,2	75,6	73,8	71,6	76,1	71,3	66,2	80,1
4х	80,9	81,2	85,3	80,4	84,6	88,0	85,3	76,2	88,6

На протяжении всего периода развития растения диплоидной сахарной свеклы первого года жизни по длине листовой пластинки превосходили тетраплоидные и триплоидные. Средняя длина листовой пластинки в сентябре у диплоидных форм изменялась по годам в пределах 22,4 - 24,6 см, в то время как у триплоидов и тетраплоидов данный показатель находился в границах 21,3 - 23,8 см и 20,5 - 21,5 см, соответственно. Относительно ширины листовой пластинки на протяжении всего вегетационного периода у тетраплоидных растений наблюдалось превосходство по данному показателю (17,5 - 18,9 см), по сравнению с диплоидными формами (13,4 - 16,1 см). Отношение ширины листовой пластинки к длине указывает на большую величину этого показателя у полиплоидной свеклы.

Триплоидная свекла по длине и ширине листовой пластинки занимала промежуточное положение между диплоидной и тетраплоидной свеклой, приближаясь по ширине листовой пластинки к тетраплоидной, а по длине - к диплоидной свекле. Визуально тетраплоидные и триплоидные растения легко отличались от диплоидных, однако, триплоидные и тетраплоидные растения друг от друга было отличить труднее. Размер листовой пластинки коррелирует с продуктивностью (Гончаров, 2009) и является одним из главных признаков при отборе тетраплоидных форм.

Нашими исследованиями установлено, что количество устьиц на единицу площади листовой пластинки уменьшалось с повышением плоидности растений (табл. 2).

Таблица 2 - Количество устьиц и хлоропластов у растений сахарной свеклы разной плоидности, 2006 - 2008 годы.

Плоидность	Количество хлоропластов в замыкающих клетках устьиц, шт	Длина устьиц, мк	Количество устьиц в поле зрения микроскопа, шт
2х	11,7	40	6,9
3х	17,7	50	4,3
4х	21,7	62	3,9

Кроме того, у полиплоидных форм по сравнению с диплоидными наблюдалось увеличение почти в два раза количества хлоропластов в замыкающих клетках устьиц (количество хлоропластов в устьичных клетках диплоидной свеклы составляло в среднем 11,7, а у тетраплоидной - 21,7) и в полтора раза размер устьичных клеток (средняя длина устьичных клеток диплоидных растений равнялась 40 мк, тетраплоидных - 62 мк). Триплоидные растения по своим анатомо-цитологическим показателям занимали промежуточное положение между диплоидными и тетраплоидными формами.

Выявленные нами закономерности использовались при определении плоидности растений сахарной свеклы.

Тетраплоидные растения второго года жизни по внешнему виду также отличались от диплоидных по ряду характерных признаков: листья у тетраплоидных семенников крупнее и более плотные, прицветники и цветки крупнее, соцветия расположены на цветоносных стеблях на большем расстоянии друг от друга.

Установлено, что тетраплоидные семенные растения характеризовались меньшей высотой куста по сравнению с диплоидными. В 2006 году высота тетраплоидных семенных растений составляла 95,5 см, диплоидных - 123,3 см, в 2007 году соответственно - 86 см и 113 см (табл. 3).

По среднему количеству стеблей на один куст тетраплоидные семенные растения также несколько уступали диплоидным: у тетраплоидов в среднем насчитывалось 13,6-14,4 стеблей на один куст, а у диплоидов - 15,9-17,1.

Таблица 3 - Сравнительная характеристика тетраплоидных и диплоидных растений второго года вегетации, 2006 - 2007 годы.

Плоидность	Высота семенного растения, см	Число стеблей на семенном растении, шт	Неполегаемых семенных растений, %
2006 г.
4 х	95,5	14,4	35,2
2 х	123,3	17,1	18,6
2007 г.
4 х	86	13,6	58,7
2 х	113	15,9	49,6

Семенные растения тетраплоидных форм отличались большей устойчивостью к полеганию, чем диплоидные. В 2006 году процент неполегаемых растений у тетраплоидного материала составил 35,2, у диплоидного - 18,6 %. В 2007 году для семенных растения обеих форм была характерна устойчивость к полеганию по сравнению с 2006 годом (у тетраплоидов 59 % неполегаемых кустов, у диплоидов - 49,6 %). Что связано с засушливыми погодными условиями 2007 года, которые отрицательно повлияли на проявление признака - высота растений.

Известно, что семенная продуктивность определяется плотностью расположения семян на цветоносном побеге.

Установлено, что число семян на 10 см цветоносного побега первого порядка у тетраплоидных форм меньше, чем у исходных диплоидных растений и в среднем достигало 20 шт, что составляло 89,6 - 89,8 % относительно диплоидной формы. Отбор по плотности расположения клубочков на цветоносных побегах тетраплоидного материала позволил отобрать формы, приближенные по этому показателю к диплоидным (в среднем 92,5 %) 2008 г.

Важным диагностическим признаком полиплоидов является размер пыльцевых зерен (Бормотов, 1968).

По размеру пыльцевые зерна тетраплоидных форм значительно крупнее диплоидных. Так, средний размер пыльцевых зерен тетраплоидных растений составил 35,9 мк, а диплоидных - 26,9 мк (табл. 4).

Таблица 4 - Размер пыльцевых зерен и количество пор на экзине полусферы у тетраплоидных и диплоидных форм

Годы	Размер пыльцевых зерен, мк	Количество пор, шт
	диплоидная форма	тетраплоидная форма	диплоидная форма	тетраплоидная форма
2007	28,5	37,6	8,4	18,1
2008	26,4	35,8	7,9	18,0
2009	25,9	34,4	7,8	17,8
среднее	26,9	35,9	8,0	18,0

тетраплоидный гибрид сахарная свекла

У тетраплоидных растений количество пор на экзине в два раза превышало диплоидные.

Таким образом, в результате анатомо-морфологического изучения исходного селекционного материала установлено, что тетраплоидная свекла в значительной мере отличается от диплоидной по целому ряду признаков: размером и формой листовой пластинки, меньшей высотой куста, меньшим количеством стеблей на один куст и менее плотным расположением клубочков на стебле, устойчивостью к полеганию, увеличенным размером устьиц и количеством хлоропластов в замыкающих клетках устьиц, меньшим количеством устьиц на единицу площади листа, более крупным размером пыльцевых зерен и увеличенным количеством пор на их экзине.

Вышеперечисленные признаки были использованы нами при оценке тетраплоидного исходного материала и отбора тетраплоидных линий.

Методы отбора при создании тетраплоидных линий

Непрерывный селекционный процесс по улучшению и созданию нового исходного материала постоянно требует глубоких систематических разработок по совершенствованию методов отбора (Вавилов, 1987).

Создание исходного тетраплоидного материала в годы исследований осуществлялось следующим образом: так, в 2006 году весь имеющийся исходный материал первоначально был оценен и визуально отбракован по морфобиологическим признакам, типичным для тетраплоидных форм. В результате проведенной оценки на свекле I года по биоморфологическим признакам у шести тетраплоидных номеров из 7771 растения было выбраковано 3010, что составило 38,7 %. Количество выбракованных растений у изучаемых селекционных номеров находилось в пределах от 470 шт (№ 205604) до 558 шт (№ 205601), в процентном отношении количество выбракованных растений варьировало от 35 % (№ 205602) до 42 % (№ 205603).

В результате отбора в 2006 году по биоморфологическим признакам, типичных для тетраплоидных форм семенных растений, процент выбраковки у изучаемых номеров составил от 26 % (№ 206603) до 42 % (№ 206606), что в среднем 34 %.

Анализ количества хлоропластов в замыкающих клетках устьиц является не только методом оценки плоидности клеток. Это одним из методов описания эпигеномной изменчивости меристем и оценки функционального состояния генома исходных форм. Поэтому следующим этапом отбора, из оставшихся на изолированном участке семенных растений, был отбор по количеству устьиц в замыкающих клетках. Установлено, что процент выбракованных растений с использованием подсчета хлоропластов в устьичных клетках обеспечивал количество выбракованных растений по биоморфологическим признакам еще на 8 %, что свидетельствует о его эффективности.

Таким образом, в ходе отбора в 2006 году на свекле первого года вегетации в общей сложности из 7771 растений было выбраковано 3010 растений, для дальнейшей селекционной работы осталось 4761 растение, что составило 38,7 %. На пространственно изолированных участках из 2075 семенных растений для размножения было оставлено 664 растений, что составило 32 %.

В 2007 году первоначальный отбор тетраплоидного селекционного материала I года жизни осуществлялся по биоморфологическим признакам. Для более точного определения уровня плоидности растения, отобранные по морфологическим признакам, были проанализированы затем на анализаторе плоидности по количеству ядерной ДНК. Таким образом, общее количество проанализированных растений составило 7495 штук.

Нашими исследованиями установлено, что количество выбракованных растений по биоморфологическим признакам колебалось от 23 % (№ 206606) до 38 % (№ 206601), путем отбора на анализаторе плоидности - от 39 % (№ 206608) до 48,3 % (№ 206602, № 206606). Установлено, что средний процент выбракованных растений путем определения количества ядерной ДНК на анализаторе плоидности (45 %) обеспечивал повышение процента выбракованных растений по биоморфологическим признакам еще на 30,5 %, подтверждая его точность и эффективность.

Также в 2007 году параллельно с работой на сахарной свекле I года жизни велся отбор на тетраплоидных семенных растениях. Первоначально была проведена визуальная браковка по биоморфологическим признакам, в результате которой из 2790 растений было оставлено 837 растений. Средний процент выбракованных по биоморфологическим признакам растений при этом составил 30 %. Самый большой процент брака наблюдался у № 206606 - 35 %, незначительный - у № 206601 - 25 %.

В связи с тем, что изменчивость по числу клеточных типов в соматических клетках влияет на изменчивость в генеративных клетках (в них наряду с клетками с гаметическим числом хромосом возникают клетки с соматическим числом хромосом), поэтому оценка и отбор по качеству пыльцевых зерен был одним из обязательных методов стабилизации исходного тетраплоидного материала по плоидности. Оставшиеся после визуальной браковки растения подверглись дальнейшей оценке и отбору: по размеру пыльцевых зерен и количеству хлоропластов в устьичных клетках.

Количество выбракованных растений по размеру пыльцевых зерен находилось в пределах от 33 % (№ 207606) до 39 % (№207604), что в среднем составило 36 %. При оценке оставшихся растений путем подсчета хлоропластов в замыкающих клетках устьиц количество выбракованных растений варьировало от 41 % (№ 207603) до 50 % (№ 207606), что в среднем составило 45,5 %. Учитывая, что данный селекционный материал в 2006 году был подвергнут визуальной браковке по биоморфологическим признакам, было отмечено заметное снижение процента выбракованных растений по данному признаку. Однако дальнейшие отборы по размеру пыльцевых зерен и по количеству хлоропластов в устьичных клетках показали возрастание количества выбракованных растений на 6,2 % и 16 % соответственно.

В целом, для дальнейшей селекционной работы в 2007 году на свекле первого года жизни после проводимых отборов из 7495 растений осталось 2866, что составило 38,2 % от общего числа растений, на свекле второго года жизни от 2790 - 713 семенных растений (25,5 %).

В 2008 году отбор тетраплоидных растений первого года вегетации начинался с визуальной оценки растений по биоморфологическим признакам. Затем отобранные по морфологическим признакам растения были проанализированы на анализаторе плоидности фирмы. Всего на данном этапе оценке и анализу подлежало 7100 растений.

Установлено, что отбор по морфологическим признакам позволил выбраковать от 7 % (№ 206603) до 17 % (№ 206606) нетипичных растений, что от общего числа проанализированных растений составило 888 штук или 12,5 %. Уровень браковки оставшихся растений после исследований на анализаторе плоидности «Partek» находился в пределах от 34 % (№ 206607) до 41 % (№ 206605) и составил в общем 3883 растения (62,5 %). Такой высокий процент выбракованных растений, несмотря на проводившиеся у данного материала ранее отборы по морфобиологическим признакам, по размеру пыльцевых зерен и по количеству хлоропластов в замыкающих клетках устьиц, объясняется не только более высокой точностью отбора при использовании метода проточной цитометрии на анализаторе плоидности, но и по влиянию разного характера детерминации биоморфологических признаков за счет ядерных и цитоплазматических структур.

Семенные растения сахарной свеклы в 2008 году, также как и в предыдущие годы, вначале были оценены и отобраны по биоморфологическим признакам. Затем, оставшиеся растения были подвергнуты цитологическому анализу по размеру пыльцевых зерен, по количеству хлоропластов в устьичных клетках и оценке на анализаторе плоидности. В общей сложности было проанализировано 3751 семенных растений сахарной свеклы.

Выявлено, что количество выбракованных растений по биоморфологическим признакам составило 206 шт. (5,5 %) и находилось в пределах от 1 % (№ 208602) до 10 % (№ 208604); по размеру пыльцевых зерен 319 шт. (9 %) - от 3 % (№ 208606, № 208607) до 15 % (№ 208604); по количеству хлоропластов в устьичных клетках 354 шт. (11 %) - от 5 % (№ 208608) до 17 % (№ 208603); по количеству ядерной ДНК на анализаторе плоидности 832 шт. (29 %)- от 9 % (№ 208607) до 49 % (№ 208601).

Важно отметить заметное снижение количества выбракованных растений по сравнению с предыдущими годами, что, безусловно связано с эффективной проводимой селекционной работой. Также следует отметить, что у номеров (№ 208602, № 208605, № 208606, № 208607, № 208608), которые в 2007 году были подвергнуты отбору на анализаторе плоидности, процент браковки был значительно ниже, чем у остальных, что подтверждает эффективность данного метода.

В 2008 году после всех проведенных отборов тетраплоидных форм сахарной свеклы для дальнейшей селекционной работы со свеклой первого года жизни осталось 2329 растений, а с семенными растениями - 2040 растений.

В 2009 году отбор тетраплоидных форм первого года вегетации также проводился по биоморфологическим признакам, отличающим тетраплоидные формы сахарной свеклы. В ходе данного отбора из всех номеров было выбраковано 214 растений. Всего было проанализировано 7590 растений. Количество выбракованных растений находилось в пределах от 9 штук (№ 208606) до 55 штук (№ 208604). Процент выбракованных растений варьировал от 1 % (№ 208606) до 5 % (№ 208604). Такие низкие показатели браковки говорят о том, что в результате ранее проведенной селекционной работы данный материал стал стабилен не только по признаку плоидности, но и выровнен по биоморфологическим признакам.

Выявлено, что в результате анализа 2867 семенных растений сначала по биоморфологическим признакам, затем по количеству хлоропластов в устьичных клетках количество выбракованных растений составило 200 шт., что говорит о высоком уровне выровненности и стабильности.

Установлено, что процент выбракованных семенных растений по биоморфологическим признакам не превышал 4 % (№ 209604), а по количеству числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц - 6 % (№ 209607), что в свою очередь также говорит о том, что нами отобран и создан новый исходный материал со стабильным уровнем проявления и наследования биоморфологических признаков тетраплоидных форм.

Таким образом, анализируя проведенную работу по способам создания исходного тетраплоидного материала, видно постепенное снижение процента выбракованных растений по биоморфологическим признакам по годам исследований (рис. 1).

Результаты исследований подтверждают, что сочетание разных методов оценки и отбора обеспечивает высокую стабильность уровня признаков тетраплоидных форм при оценке каждого номера.

Рис. 1. Эффективность проводимых отборов на свекле первого года жизни при отборе по биоморфологическим признакам, 2006 - 2009 гг.

В процессе исследований выявлено, что наибольшее количество выбракованных растений по количеству хлоропластов в устьичных клетках (57 %) приходилось на первый год проведения анализа (2006 г.).

Необходимо отметить, что использование различных методов определения плоидности на растениях I и II года жизни обеспечивает стабильность и высокий уровень плоидности в потомстве (рис. 2, 3).

Рис. 2. Характеристика проводимых отборов на свекле первого года жизни, 2008 г.



Рис. 3. Эффективность проводимых отборов на свекле второго года жизни, 2008 г.

Эффективность проведения отборов с помощью анализа количества ядерной ДНК обеспечивает высокий уровень наследования плоидности (при репродуцировании) в следующем поколении, когда процент браковки растений по морфологическим признакам у изучаемого материала уменьшился до 5 % (рис. 4).

Рис. 4. Эффективность отборов тетраплоидных номеров сахарной свеклы первого года жизни (2007-2009 гг.).

Параллельно в ходе проводимой селекционной работы по улучшению тетраплоидного материала ежегодно на пространственно изолированных участках из каждого номера индивидуально отбирались родоначальники, основные принципы их отбора заключались в следующих морфобиологических особенностях. Отбор велся на высокоурожайность, крупность, обсемененность и неполегаемость семенных растений, крупноплодность и многоплодность семян, устойчивость к различным заболеваниям. Эффективность проводимого отбора анализировалась по основным показателям продуктивности в сравнительном испытании отобранных родоначальников с их исходными тетраплоидными номерами (таб. 5).

Таблица 5 - Оценка эффективности отбора родоначальников из тетраплоидных номеров по основным показателям продуктивности, 2006 - 2008 годы.

Амбарный номер	2006 г.	2007 г.	2008 г.
	В процентах от исходного номера
	Урожайность	Сахаристость	Сбор сахара	Урожайность	Сахаристость	Сбор сахара	Урожайность	Сахаристость	Сбор сахара
601	102,1	101,1	103,2	101,5	100,4	101,9	102,1	101,2	103,3
602	101,5	100,7	102,2	102,1	101,0	103,1	101,9	100,8	102,7
603	103,0	100,0	103,0	100,9	102,1	103,0	102,3	100,5	102,8
604	102,4	100,4	102,8	101,2	101,5	102,7	100,8	101,4	102,2
605	101,9	101,0	102,9	101,7	100,9	102,6	101,5	100,9	102,4
606	104,2	100,5	105,0	102,5	101,4	103,9	101,9	101,0	102,9
607	-	-	-	102,2	100,8	103,0	101,8	101,3	103,1
608	-	-	-	101,9	101,2	103,1	102,2	100,7	102,9

За все годы исследований отобранные родоначальники по основным показателям продуктивности превышали исходные номера, причем превышение по урожайности было несколько выше, чем по сахаристости. В целом, процент превышения по сбору сахара в 2006 году находился в пределах от 102,2 % до 105,0 % (6,12 - 6,29 т/га), при уровне группового стандарта 5,04 т/га. В 2007 году превышение над групповым стандартом (7,22 т/га) составило от 101,9 % до 103,9 % (7,93 - 7,50 т/га). В 2008 году - от 102,2 % до 103,3 % (6,12 - 6,19 т/га) от группового стандарта (5,99 т/га). Отбор родоначальников является завершающим этапом формирования тетраплоидной линии.

Таким образом, в результате использования морфологических и цитологических методов анализа и отбора нами создан исходный материал с высоким уровнем плоидности и выровненности по биоморфологическим признакам для использования в дальнейшей селекционной работе по созданию триплоидных гибридов.

СОЗДАНИЕ ТРИПЛОИДНЫХ ГИБРИДОВ

Для создания высокопродуктивных гетерозисных триплоидных гибридов на стерильной основе с определенной формой корнеплода необходимо изучить в первую очередь изменчивость и наследование формы корнеплода в процессе размножения тетраплоидных линий.

За период 2006 - 2008 года тетраплоидные линии были изучены и оценены по признаку формы корнеплода, наиболее характерной для каждого номера. Установлено, что наиболее часто встречающаяся форма корнеплода у изучаемых тетраплоидных линий была ширококоническая (№ 205603, № 205605, № 205606, № 206607, № 206608). Линии № 205601, № 205604 отличались наличием корнеплодов с узкоконической формой; № 205602 - овально-конической.

При анализе наследования признака формы корнеплода в F 2 следует отметить, что линии, обладающие узко-конической формой корнеплода (№ 601, № 604) в процессе размножения передали своему потомству данный признак.

Линия 207602, обладающая овально-конической формой корнеплода, показала расщепление в процессе наследования признака формы корнеплода. Помимо 80 % корнеплодов с овально-конической формой, в ее потомстве было также 15 % корнеплодов с ширококонической формой и 5 % корнеплодов с узкоконической формой. У линий с ширококонической формой корнеплода (№ 603, №605, № 607, №608) наследование формы корнеплода происходило в среднем на 90 %.

В процессе создания высокопродуктивных гибридов важную роль занимает продуктивность тетраплоидных линий (табл. 6).

Таблица 6 - Результаты предварительного сортоиспытания тетраплоидных линий, 2006-2008 годы.

Номер линии	2006 г	2007 г	2008 г
	В % от группового стандарта
	урожай-ность, т/га	сахарис-тость, %	сбор сахара, т/га	урожай-ность, т/га	сахарис-тость, %	сбор сахара, т/га	урожай-ность, т/га	сахарис-тость, %	сбор сахара, т/га
601	102,7	102,1	104,8	102,7	100,8	103,5	102,5	101,5	104,0
602	101,5	101,8	103,3	103,7	98,9	102,5	102,6	100,8	103,4
603	109,3	101,3	110,7	102,7	101,4	104,1	102,9	100,1	103,0
604	69,1	103,7	71,6	91,8	103,1	94,6	93,6	103,2	99,4
605	75,2	100,1	75,2	84,8	99,3	84,2	100,1	99,6	99,7
606	72,4	102,2	73,9	88,7	101,6	90,1	98,6	98,6	97,2
607	-	-	-	101,0	98,7	99,7	102,5	101,9	104,4
608	-	-	-	102,1	100,7	102,8	102,7	101,7	104,4

За все годы испытаний практически все тетраплоидные линии по урожайности показали результат, превышающий стандарт, за исключением линий № 604, 605, 606. Урожайность у изучаемых линий варьировала от 69,1 % (20,7 т/га) до 109,3 % (32,8) - в 2006 году при урожайности группового стандарта 30 т/га. Изменчивость уровня урожайности в 2007 году находилась в пределах от 84,8 % (36,2 т/га) до 103,7 % (44,3 т/га), урожайность группового стандарта была на уровне 42,7 т/га; в 2008 году - от 93,6 % (31,9 т/га) до 102,9 % (35 т/га) в сравнении с групповым стандартом - 34,1 т/га. По сахаристости из всех тетраплоидных линий выделился только один образец № 604, который стабильно во все годы исследований превышал стандарт на 3,1 - 3,7 %. У остальных номеров по сахаристости превышение над стандартом составило в 2006 году - 0,1 % - 3,7 % (16,80 - 17,44), при уровне стандарта - 16,85 %. В 2007 году - 0,7 - 3,1 % (17,00 - 17,45 %), сахаристость группового стандарта была на уровне 16,9 %. В 2008 году - 0,8 - 3,2 % (17,72 - 18,14 %), в сравнении с групповым стандартом, составившим 17,58 %. По сбору сахара наблюдалась следующая закономерность: в 2006 году по данному показателю превысили стандарт (5,04 т/га) три линии - № 601, 602, 603, а в целом изменчивость составила от 71,6 % до 110,7 % (3,60 - 5,58 т/га). В 2007 году превышение отмечено у четырех линий - № 601, 602, 603, 608, варьирование находилось в пределах от 84,2 % до 104,1 % (6,08 - 7,52 т/га), при уровне группового стандарта по данному показателю 7,22 т/га. В 2008 году групповой стандарт по сбору сахара превысили пять линий - № 601, 602, 603, 607, 608 на 3,0 - 4,4 % (6,17 - 6,25 т/га), у остальных данный показатель находился практически на уровне стандарта (5,99 т/га).

Таким образом, в процессе проведенных нами исследований тетраплоидный материал по продуктивности был дифференцирован по трем направлениям: номера, выделившиеся по урожайности и в процессе размножения сохранившие свои показатели по сравнению со стандартом - № 601, 602, 603, 607, 608, были отнесены к урожайному направлению (Е); № 604 - к сахаристому (Z); № 605 и № 606 - к урожайно-сахаристому (EZ).

Изучение собственной продуктивности тетраплоидных номеров осуществлялось одновременно с оценкой их комбинационной способности при гибридизации с МС линиями (5004, 5006), так как определение комбинационной способности линий является надежным методом оценки их селекционной значимости (Балков, 1978). Полученные в ходе исследований в 2006 - 2008 годах триплоидные гибриды проходили сравнительное испытание по основным показателям продуктивности (табл. 7).

В 2006 году урожайность у лучших триплоидных гибридов варьировала в пределах от 32,77 до 36,69 т/га, что в процентном отношении к стандарту составило 109,2 и 122,3 %. Сахаристость у изучаемого материала находилась в пределах от 16,70 % до 17,15 %, что составило 99,4 - 102,1 % в сравнении со стандартом, сбор сахара колебался от 5,62 до 6,13 т/га (111,5 - 121,6 % от стандарта).

Следует отметить, что показатели собственной продуктивности тетраплоидных линий оказывают влияние на показатели продуктивности полученных с их участием триплоидных гибридов. Тетраплоидные линии, выделившиеся по урожайности, и в гибридных комбинациях показали достоверное превышение по данному показателю. Так, например, № 205601 при гибридизации со стерильной формой № 5004 достоверно превысил стандарт по урожайности на 19,6 %, № 205602 со стерильной формой № 5006 также превысил стандарт на 14,5 %, а № 205603 в обеих комбинациях скрещивания со стерильными формами № 5004, №5006 достоверно превысил стандарт на 13,2 % и 22,3 % соответственно. Тетраплоидная линия № 205604 сахаристого направления в комбинации со стерильной формой № 5004, также проявила гетерозисный эффект по сахаристости, достоверно превысив стандарт на 2,1 %. Показатели продуктивности у остальных комбинаций скрещиваний находились на уровне стандарта.

Нашими исследованиями установлено, что в 2007 году урожайность у изученных гибридных комбинаций изменялась от 43,26 т/га до 52,03 т/га (101,3 - 121,9 % от стандарта), сахаристость - от 16,04 до 17,24 % (94,7 - 102,0 % от стандарта), а сбор сахара - от 7,3 т/га до 8,53 т/га (101,8 - 118,2 %).

Важно отметить, что как и в 2006 году, гетерозисный эффект у пробных триплоидных гибридов в 2007 году проявлялся в зависимости комбинационной способности используемых в каждой конкретной комбинации скрещивания тетраплоидных компонентов и МС линий. Так, № 206603 в 2007 году подтвердил свою высокую комбинационную способность в скрещиваниях с МС линиями № 5004, № 5006 и достоверно превысил стандарт на 121,9 % и 118,1 % соответственно. У номеров № 206607, № 206608, также наблюдалось достоверное превышение стандарта по урожайности - № 206607 в комбинации с МС линией № 5004 превысил стандарт на 18,6 %, а № 206608 в комбинации с МС линией № 5006 - на 12,4 %.

Данные по продуктивности, полученные в ходе исследований лучших пробных триплоидных гибридов в 2008 году, показывают, что урожайность у изучаемых номеров варьировала от 34,15 т/га - у линии № 607604, имеющей сахаристое направление (0,1 % от стандарта по урожайности), до 39,65 т/га - у линии № 207603 (16,3 % от стандарта по урожайности). Сахаристость находилась в пределах от 17,00 % до 18,65 %, а сбор сахара - от 6,04 т/га до 6,88 т/га.

Установлено, что закономерность, наблюдаемая нами в 2006 и 2007 гг., нашла свое подтверждение и в 2008 году. Так, практически у всех тетраплоидных номеров в лучших гибридных комбинациях с МС линиями наблюдался эффект гетерозиса - у линий № 207601, № 207602, №207603, № 207607, № 207608 по урожайности, а у линии, имеющей сахаристое направление (№ 207604) - по сахаристости.

Необходимо отметить, что растения, отобранные по признаку формы корнеплода в 2006 году, были высажены для изучения его наследования в гибридных комбинациях на пространственно изолированных участках в 2007 году. На каждом участке размещались один тетраплоидный номер и МС линия. Установлено, что наследование узко-конической формы в гибридной комбинации № 206601 и МС 5006 подтверждается полностью в гибридном потомстве (табл. 8).

Таблица 8 - Наследование признака формы корнеплода при получении триплоидных гибридов, 2006-2008 годы.

Селекционный номер	Исходная форма корнеплода	Форма корнеплода у гибрида F 1	Наследование формы корнеплода по отцовской линии
МС линии	тетраплоидной линии	МС линии	тетраплоидной линии
5006	601	широко-коническая	узко-коническая	узкоконическая	+
	602	узко-коническая	овально-коническая	узкоконическая	-
	603	широко-коническая	широко-коническая	ширококоническая	+
	604	узко-коническая	узко-коническая	узкоконическая	+
	605	узко-коническая	широко-коническая	ширококоническая	+
	606	узко-коническая	широко-коническая	ширококоническая	+

В результате проведенных исследований установлено, что форма корнеплода в F 1 наследуется в основном по типу тетраплоидного компонента.

Следует отметить, что использование групповых ассортативных скрещиваний для улучшения тетраплоидных форм сахарной свеклы является одним из методов повышения ее продуктивности. В связи с этим, в 2007 году на отдельных пространственно изолированных участках проводились скрещивания между тетраплоидными номерами для создания тетраплоидных линий при соотношении компонентов 1:1.

В 2008 году были испытаны четыре тетраплоидных линии от прямого и обратного скрещивания. Показано, что их урожайность, как при прямом, так и при обратном скрещивании повышалась на 5,6 - 11,4 % в сравнении с родительскими компонентами.

Следует отметить, что у линий, полученных при скрещивании тетраплоидных форм урожайного направления (№ 207601 и 206603), наблюдалось наследование этого признака в потомстве - превышение над родительскими формами по урожайности составило 108,3 и 110,4 %, соответственно. Линия № 207604 сахаристого направления в комбинации с линией № 207601 показала превышение над родительской формой по сахаристости на 6,3 %, по урожайности - на 5,6 %, по сбору сахара - на 12,2 %. В обратной комбинации скрещивания данной пары превышение по сахаристости составило лишь 3,1 %, в то время как урожайность линии превысила родительскую форму на 11,4 %. В целом все гибридные комбинации превысили по показателям продуктивности исходные родительские формы.

Следовательно, подбирая тетраплоидные номера, обладающие различной комбинационной способностью, при скрещивании можно получить высокопродуктивные тетраплоидные линии, характеризующиеся высокой урожайностью в сочетании с высокой сахаристостью, которые используются нами для создания триплоидных гибридов с высокой продуктивностью.

Установлено, что высокая продуктивность триплоидных гибридов обеспечивается не только созданием триплоидного генома, но и за счет комбинационной способности родительских форм. Следовательно, подбор и оценка родительских форм на высокую комбинационную способность составляет основное содержание селекции высокопродуктивных триплоидных гибридов сахарной свеклы, что подтверждается исследованиями Бормотова и Турбина (Бормотов, Турбин, 1972).

Для оценки комбинационной способности полученных тетраплоидных линий на пространственно изолированных участках были размещены МС линии в соотношении 3:1. Полученные при естественной гибридизации триплоидные гибриды изучались по основным показателям продуктивности в сравнительном испытании. Так, урожайность у изучаемых триплоидных гибридов изменялась от 39,80 т/га ((№ 207604 х № 207601) х МС 5004), до 45,30 т/га ((№ 207601 х № 207603) х МС 5006) (табл. 9).

Таблица 9 - Результаты предварительного сортоиспытания триплоидных гибридов, 2008 г.

Комбинация скрещивания	Урожай-ность, т/га	Сахарис-тость, %	Сбор сахара, т/га	В % от группового стандарта
				урожай- ность	сахарис-тость	сбор сахара
МС 5004 х (207601 х 207603)	41,20	17,70	7,29	120,8	100,6	121,5
МС 5006 х (207601 х 207603)	45,30	17,65	7,9	132,8	100,3	133,2
МС 5004 х (207604 х 207601)	39,80	18,95	7,54	116,7	107,7	125,7
МС 5006 х (207604 х 207601)	42,40	18,64	7,90	124,3	105,9	131,7
НСР	3,1	1,2	2,3

Сахаристость изменялась от 17,65 % до 18,95 %, причем линия № 207604 сахаристого направления в комбинации с № 207601 урожайного направления и МС 5004 показали самый высокий процент превышения над групповым стандартом - 107,7 %, таже комбинация тетраплоидных линий с МС 5006 показала результат несколько ниже - 105,9 % от стандарта. Номера урожайного направления - № 207601, № 207603 по уровню сахаристости были практически на уровне стандарта, но по урожайности достоверно превысили в своих гибридных комбинациях с обеими МС линиями групповой стандарт на 41,2 т/га и 45,3 т/га.

В результате проведенных исследований нами предложена усовершенствованная схема селекционного процесса по отбору и стабилизации тетраплоидных линий с высокой комбинационной способностью и определенной формой корнеплода:

1 год: а) индивидуальный отбор тетраплоидных форм по основным морфобиологическим признакам на свекле первого года жизни;

б) анализ отобранных растений путем подсчета числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц, методом проточной цитометрии на анализаторе плоидности;

в) дифференциация отобранных тетраплоидных растений по признаку формы корнеплода;

2 год: а) индивидуальный отбор тетраплоидных форм по основным морфобиологическим признакам на свекле второго года жизни;

б) анализ отобранных растений путем измерения диаметра и изучения формы пыльцевых зерен, подсчета числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц, методом проточной цитометрии на анализаторе плоидности;

в) групповые ассортативные скрещивания отобранных растений, обеспечивающие наряду с высокой СКС, проявление признака определенной формы корнеплода в потомстве.

3 год: а) оценка потомства по признаку формы корнеплода, плоидности и продуктивности;

б) поддержание полученных тетраплоидных линий в чистоте.

ВЫВОДЫ

1. Усовершенствована схема селекционного процесса по созданию и стабилизации тетраплоидных линий, позволившая получить 8 комбинационно ценных линий (№ 601, № 604 - с узко-конической формой корнеплода; № 602 - овально-конической; № 603, № 605, № 606, № 607, № 608 - ширококонической), обладающие комплексом хозяйственно-ценных признаков - повышенной урожайностью, сахаристостью, сохраняющие данные признаки в процессе размножения, которые являются ценным исходным материалом для гетерозисной селекции.

2. Установлено, что в процессе размножения тетраплоидных линий, обладающих узкоконической формой корнеплода, проявление последней в потомстве практически сохраняется (№ 601, № 604); у номеров, имеющих ширококоническую форму наследование проявляется на уровне 90 % (№ 603, № 605, № 606, № 607, № 608); у № 602 с овально-конической формой корнеплода наблюдается самое большое расщепление по данному признаку- 80 % корнеплодов с овально-конической формой, 15 % корнеплодов с ширококонической формой и 5 % корнеплодов с узко-конической формой.

3. Изученный материал дифференцирован по направлениям продуктивности: № 601, 602, 603, 607, 608 - урожайного направления; № 604 - сахаристого; № 605 и № 606 - урожайно-сахаристого направления, который соответственно используется для создания триплоидных гибридов различных направлений продуктивности.

4. Выявлено, что при прямых и обратных скрещиваниях между тетраплоидных формами, обладающими различной комбинационной способностью, получены высокопродуктивные тетраплоидные материалы, достоверно превышающие исходные родительские компоненты по основным показателям продуктивности и проявляющие больший эффект гетерозиса по данным показателям в триплоидных гибридах.

5. Установлено, что при получении высокопродуктивных триплоидных гибридов форма корнеплода наследуется в основном по тетраплоидному компоненту.

6. Выделившиеся по результатам изучения тетраплоидные линии широко используются при создании новых триплоидных гибридов сахарной свеклы. Полученные триплоидные гибриды характеризуются повышенной урожайностью (116,7 - 132,8 % от группового стандарта) и сбором сахара (121,5 - 133,2 %).

Рекомендации для практического использования

1. Для ускорения создания тетраплоидного материала рекомендуется использовать методику, включающую применение биоморфологического и цитологического метода путем определения количества ядерной ДНК на анализаторе плоидности.

2. Для создания триплоидных гибридов урожайного и урожайно-сахаристого направления с широко-конической формой корнеплода предлагается использовать следующие тетраплоидные номера 602, 603, 605, 606, 607, 608. Номер 601 - для гибридов урожайного направления с узко-конической формой корнеплода.

3. Для получения триплоидных гибридов сахаристого направления предлагается использовать в селекционном процессе высокосахаристый тетраплоидный образец сахарной свеклы с узко-конической формой корнеплода (№ 604).

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бердников Р.В. Хозяйственно-биологические признаки гибридов сахарной свеклы, полученных на основе ЦМС / Р.В. Бердников // LVII Научная студенческая конференция ФГ...