Використання комплексних підходів добору цінних генотипів рослин буряків цукрових за створення батьківських компонентів гібридів на ЦЧС основі

Ключові слова: вихідний матеріал, гетерозис, комплексний добір, комбінаційна здатність, продуктивність.

Trush S.¹, Parfeniuk O.², Balaniuk L.³, Tatar- chukV.⁴

Tobacco Research Station of the National Research Center «Institute of Agriculture of NAAS», 4 Internatsionalna Str., Uman, Cherkasy oblast. 20300, Ukraine; e-mail: 1trush_dst@ukr.net, 2ok- sana_parfenyuk@ukr.net, 3balaniuk@ukr.net, 4 vm.tatarchuk@ukr.net; ORCID: 10000-0002-09686358, 20 0 00-00 02-234 8-49 04,30 0 0 0-0 0 02-82 707752, 40000-0002-3709-3234 Use of complex approaches to selection of valuable genotypes of sugar beet plants for the creation of parental components of hybrids on a CMS basis

Goal.To study and compare the effectiveness of different directions of selection of valuable plant genotypes for the creation of parental components of sugar beet hybrids on a cytoplasmic male sterile (CMS) basis.Methods.Field -- experiments, phenological observations, laboratory -- to determine laboratory germination and sugar content, measuring and weighing -- to determine the crop structure, statistical -- to process mathematically the achieved results. Results.It is established that the use of integrated approaches to the selection of the best genotypes of plants contributes to the creation of combination-valuable parental components of sugar beet hybrids with increased base productivity. In terms of root crop yield, the average indicators of CMS of lines were 107.4%, sugar yield -- 106.3, sugar output -- 105.5% compared to the group standard. The sugar content of their roots was at the standard level. The yield of roots of multi-sprout pollinators increased to 116.7%, sugar yield -- to 118.3, sugar output -- to 116.7% to the group standard. In general, new selection materials of sugar beets of yield direction of productivity were created by complex selection. The corresponding performance indicators of CMS lines and multi-sprout pollinators created using 2 other areas of selection were at or below the standard. According to the results of testing experimental hybrids created with the participation of parent components with increased basic productivity, 8 high-yielding hybrids were identified, which in terms of root yield exceed the group standard by 19.7 - 27.2%, sugar yield, and output -- by 17.6 - 25, 7% and 16.9 - 25.5%, respectively. Conclusions.The introduction of complex selection in the selection process of sugar beets significantly increases its efficiency, allows, from the standpoint of a systematic approach, to evaluate existing and form a new source material for the selection of parent components and hybrids on a CMS basis with high productivity potential (sugar yield 11- 12 t/ha), suitable for energy and environmentally friendly cultivation technologies.

Key words: source material, heterosis, complex selection, combination ability, productivity.

Селекція є одним із найрезультативніших та екологічно чистих факторів підвищення продуктивності буряків цукрових [1]. Однак подальший прогрес цього напряму досліджень неможливий без постійного збагачення генофонду культури та розширення меж її генетичної мінливості [2, 3]. Тому дослідження зі створення нового вихідного матеріалу гібридного походження для підвищення ефективності добору та формування комбінаційноздатних батьківських компонентів гібридів буряків цукрових на ЦЧС основі є досить актуальними.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. В Україні буряки цукрові традиційно були найпріоритетнішою технічною культурою, прибуток від якої становив левову частку прибутку від усього рослинництва. Тому важливим є відродження галузі буряківництва в нових ринкових умовах [4]. Збільшення площі посіву буряків цукрових у довгостроковій перспективі є закономірним не лише в зв'язку з виробництвом цукру, а й із загальносвітовою тенденцією використання їхньої сировини для виробництва екологічно чистого біопалива [5, 6].

Однією з головних умов ефективного розвитку галузі буряківництва України є впровадження в сільськогосподарську практику результатів новітніх селекційних на- працювань з підвищення продуктивного потенціалу рослин буряків цукрових та їх адаптивності до умов довкілля [7].

Для ефективнішого використання явища гетерозису в селекції буряків цукрових потрібний постійний пошук нових і вдосконалення наявних методів і підходів зі створення, оцінки та добору вихідних селекційних матеріалів [8, 9]. Нині комплексні програми із селекції буряків цукрових на гетерозис включають різні методи і схеми, які постійно ускладнюються, змінюючи напрями та цілі наукових досліджень [10, 11]. Проте базовим є використання різних схем і методів добору для виділення цінних генотипів рослин, різних форм інбридингу для створення гомозиготних ліній, системи контрольованих схрещувань для оцінки компонентів гібридизації та ідентифікації кращих генотипів, а також оптимальних схем гібридизації, відтворення та впровадження кінцевих (комерційних) гібридів на ринок. Тобто в нових селекційних програмах з метою введення в генотип комплексу ознак найбільш придатним і сучасним буде метод асоціативного добору, який ґрунтується на розумінні генотипу як цілісної інтегрованої системи. Це сприятиме підвищенню інтенсивності та результативності селекційного процесу, розширенню та збагаченню вітчизняного генофонду вихідного матеріалу та поліпшенню генетичного потенціалу нових гібридів, створених за їх участі [12]. Донедавна вважалося, що селекційна цінність материнської форми (її комбінаційна здатність, одноростковість, ступінь стерильності пилку, стійкість до ураження хворобами тощо) визначає продуктивність гібридів на стерильній основі. Проте, як свідчить практика, важливу роль у формуванні високопродуктивних гібридів буряків цукрових відіграє і якість багаторосткового запилювача [13]. Крім показників, що формують продуктивність, велике значення має і їх репродуктивна здатність, від якої залежить ефективність перезапилення, запліднення і в кінцевому результаті врожай та якість гібридного насіння [14].

Тому для генетичної регуляції продуктивності та її елементів, які є кількісними ознаками, а також для розробки раціональнихселекційних програм зі створення гібридів на цитоплазматичній чоловічосте- рильній (ЦЧС) основі застосовують метод генетичного аналізу батьківських форм. Він ґрунтується на оцінці вихідних компонентів гібридів буряків цукрових за комплексом ознак, високі показники яких зумовлюють стабільний гетерозисний ефект у гібридів першого покоління [15].

Нові генотипи рослин запилювачів-закріп- лювачів стерильності (О-типів) створюють методом підвищення пенетрантності генів, що контролюють успадкування ознаки закріплювальної здатності цитоплазматичної чоловічої стерильності в селекційних матеріалах. Він полягає в тому, що спочатку під ізоляторами схрещують раніше відселек- товані закріплювачі стерильності генотипу N xxzzі звичайні фертильні одноросткові рослини з популяцій. Використовують матеріали, що пройшли відповідний добір за продуктивністю, комбінаційною здатністю, одноростковістю та іншими господарсько-цінними ознаками. Цей метод сприяє пришвидшеному виділенню нових генотипів рослин, які поєднують високий прояв господарсько-цінних ознак із закріпленням стерильності пилку. Особливу увагу в роботі з добору рослин -- кандидатів у запилювачі О-типу слід звертати на такі поліген- но контрольовані кількісні ознаки, як маса коренеплоду, його форма і вміст цукру. Із цих 3-х складових форма коренеплоду є генетичною ознакою, яка найменше зазнає впливу дії зовнішніх чинників [16].

Нині наявна форма коренеплоду створює певні обмеження для подальшого підвищення врожайності буряків цукрових. Крім того, вона зумовлює великі енергозатрати під час викопування коренеплоду з ґрунту та значний винос родючого шару ґрунту з поля [17]. Більш наближеними до оптимальної є широко-конічна та овально-конічна форми з неповним заглибленням коренеплоду в ґрунт і відсутністю борозенок (ортостихів). Нова форма буряків цукрових є більш високоврожайною. Маса коренеплоду за рівних умов вирощування має бути на 20 - 30% більшою порівняно з масою гібридів буряків цукрових, занесених у Державний реєстр сортів рослин, придатних для поширення в Україні, за однакової з ними цукристості.

Дослідження з вивчення прояву форми коренеплоду за створення і підтримки ЦЧС ліній свідчать про те, що ця ознака в переважній більшості успадковується по батьківській лінії (О-типу). Одночасно зі створенням нових генотипів рослин за- пилювачів-закріплювачів стерильності зі зміненими параметрами форми коренеплоду (широко-конічна або овально-конічна форми, слабо розвинута кореневаборіздка, часткове виступання коренеплоду над поверхнею ґрунту) створюються і їхні ЦЧС аналоги з проявом відповідних ознак [18].

Нові вихідні форми багаторосткових запилювачів буряків цукрових створюють за використання різних методів селекції, але основними з них є інбридинг, багаторазовий індивідуально-родинний добір і різні форми рекурентного добору [12, 19].

Нині, як і в дослідженнях із материнськими формами буряків цукрових, селекційна робота з багаторостковими запилювачами спрямована на створення нових вихідних генотипів рослин із поліпшеною формою коренеплоду, неповним його заглибленням у ґрунт, високим рівнем базової продуктивності, комбінаційної та репродуктивної здатностей.

Мета досліджень -- вивчення та порівняння ефективності різних напрямів добору цінних генотипів рослин при створенні батьківських компонентів гібридів буряків цукрових на ЦЧС основі.

Матеріали і методика досліджень. Дослідження проводили в лабораторії селекції буряків цукрових на Дослідній станції тютюнництва ННЦ «ІЗ НаАн» у 2013 -2021 рр.

До польових дослідів було залучено 27 одноросткових і 24 багаторосткових зразки буряків цукрових різного генетичного походження. Схрещування рослин проводили під парними і груповими бязевими ізоляторами та на просторово ізольованих ділянках.

Оцінку загальної комбінаційної здатності (ЗКЗ) вихідних зразків буряків цукрових виконували за схемами топкросу і полікросу.

Створені лінії О-типу та їхні аналоги з ЦЧС, диплоїдні багаторосткові запилювачі буряків цукрових вивчали за комплексом морфологічних і господарсько-цінних ознак згідно з методикою сортовипробування, розробленою науковцями Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН [20]. Повторність досліду -- 3-ра- зова, площа облікової ділянки -- 10,8 м². Розміщення ділянок -- рендомізоване. Стандартами були 3 вітчизняні гібриди буряків цукрових Злука, Український ЧС-72 і Уманський ЧС-97. Комбінаційну здатність матеріалів обраховували за методикою [21], статистичну обробку отриманих результатів досліджень -- за методикою [22].

Результати досліджень

буряк цукровий гібрид селекційний

Ефективність розроблених схем і методів створення нових генотипів батьківських компонентів гібридів буряків цукрових на ЦЧС основі напряму залежить від селекційної якості вихідного матеріалу, використовуваному в дослідженнях.

Тому на першому етапі досліджень було проведено оцінку вихідних форм однорост- кових запилювачів-закріплювачів стерильності (О-типів) і багаторосткових зразків буряків цукрових за рівнем ЗКС. Комбінаційна здатність є спадковою ознакою, що дає можливість проводити селекцію на високий її прояв так само, як і за іншими кількісними ознаками [13, 23].

Аналіз результатів досліджень свідчить про те, що запилювачі-закріплювачі стерильності (О-типи) істотно різняться між собою за комбінаційною здатністю за ознаками «урожайність коренеплодів», «уміст цукру» і «збір цукру» (табл. 1).

Табл 1. Оцінка ефектів загальної комбінаційної здатності одноросткових запилювачів- закріплювачів стерильності (О-типів), 2013-2015рр.

Високим рівнем ЗКЗ за ознаками продуктивності характеризувалися запилювачі Ум. ОТ ІМ - 15, Ум. ОТ 130/7, Ум. ОТ ЮШ - 9 і Ум. ОТ 715/14.

Серед диплоїдних багаторосткових запилювачів високим гібридизаційним потенціалом характеризувалися зразки Ум.БЗ (1705х 1729)-12, Ум.БЗ (1729х 1705)-9, Ум.БЗ3315/14,Ум.БЗ 76-17/15 (табл. 2).

Табл 2. Оцінка ефектів загальної комбінаційної здатності диплоїдних багаторосткових запилювачів (2013-2015 рр.)