Рекомбінування цінних ознак цукрових буряків (beta Vulgaris L.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рекомбінування цінних ознак цукрових буряків (beta Vulgaris L.)

Дубчак О.В., Верхняцька дослідно-селекційна станція, Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків

Наведено результати досліджень з вивчення особливостей рекомбінування цінних господарських ознак вихідних джерел і донорів цінних показників цукрових буряків з метою створення на їх основі чоловічостерильних (ЧС) гібридів з підвищеною врожайністю та толерантністю до стресових умов середовища. За період досліджень температурний режим та кількість опадів упродовж вегетації рослин цукрових буряків, коливались порівняно із середньобагаторічними показниками, що вплинуло на продуктивність. Селекційні матеріали різнились між собою за морфологічними ознаками, біологічними властивостями, якісними показниками, мали різний адаптивний рівень стійкості до несприятливих факторів зовнішнього середовища. В умовах дефіциту вологи, створено цінні джерела продуктивності -- материнські компоненти однонасіннєвих гібридів на цитоплазматичній чоловічостерильній (ЦЧС) основі. ЦЧС компоненти, які виділились в результаті першого циклу схрещувань, порівняно до вихідних форм та групового стандарту (55,4 т/га) мали підвищену врожайність коренеплодів від 56,5 до 58,1 т/га. Уміст цукру становив від 18,73 до 19,28 % (стандарт -- 18,58 %). У відібраних потомств зафіксовані відмінності за ознаками: підвищена стійкість до посухи та хвороб, придатність до тривалого зберігання.

Ключові слова: рекомбінація, цукрові буряки, селекція, гібрид, продуктивність, запилювач, компонент, продуктивність.

Recombination peculiarities of valuable traits in sugar beet (beta vulgaris l.)

Dubchak O.V. Verkhniachka Experimental Breeding Station of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet of NAAS

Aim. To study peculiarities of recombination of economically valuable traits in initial sugar beet sources in order to derive from them MS-hybrids with increased yields and tolerance to stressful environments.

Results and Discussion. Results of 2015-2022 studies are presented. Temperature and precipitation amount during the growth sugar beet plants were characterized by wide fluctuations in comparison with the long-term averages and influenced the performance. Breeding materials differed in morphological characteristics, biological capacities, qualitative parameters, have various levels of resistance to adverse environmental factors. Under water deficit, new experimental accessions of polyspermous pollinators (PP) - candidates for male components of test hybrids were originated. Valuable sources of performance - female components of monospermous CMS-based hybrids were created. CMS components, which were distinguished as a result of the first cycle of crossings, yielded more roots (56.5 - 58.1 t/ha) than initial forms or the group standard (55.4 t/ha). The sugar content ranged 18.73% to 19.28 % (18.58 % in the standard).

Conclusions. At increased air temperature during the sugar beet growth, we selected PP accessions, which gave great yields of seeds and roots. 556-PP4, 558-PP5, 563-PP6, 560-PP7 were the best new pollinators in terms of performance, because they yielded more than the standard (45.3 - 49.6 t/ha vs. 38.4 t/ha, respectively) under water deficit during crucial periods of the growth and development. The sugar content in beetroots was 19.51 - 20.21%, (19.44% in the standard); the sugar collection varied from 9.1 t/ha to 10.0 t/ha (7.4 t/ha in the standard). The following peculiarities were recorded in the selected offspring: increased resistance to droughts and diseases and good storability.

Keywords: recombination, sugar beet, breeding, hybrid, component, pollinator, performance.

Вступ

Актуальним завданням селекції цукрових буряків є постійне збагачення генофонду новим, вихідним матеріалом з високою врожайністю, вмістом цукру, толерантних до хвороб листкового апарату і коренеплодів та стійких до посушливих кліматичних умов в зоні вирощування [1, 2]. Традиційна селекція базується на методах гібридизації, рекомбінації та добору, які є основними при створенні нових гібридів з підвищеною адаптивністю [3, 4]. Успадкування цінних господарських ознак (чоловічої стерильності, однонасіннєвості, високої врожайності, вмісту цукру, форми коренеплодів) є досить складним механізмом, що генетично обумовлений і потребує ретельного довготривалого вивчення [5, 6]. У цукрових буряків з високим вмістом цукру в коренеплодах, зазвичай, низька врожайність і навпаки, тобто ці ознаки знаходяться у зворотній залежності. Тому в селекційній роботі використовуються сучасні методи селекції, які розширюють генетичну структуру біотипів рослини, знижують негативну кореляційну залежність між врожайністю та вмістом цукру [7, 8].

У селекції на гетерозис особливе місце займає пошук багатонасіннєвих ліній з фертильним пилком, однонасіннєвих чоловічостерильних матеріалів з бажаними властивостями та ознаками, створення на їх основі пробних гібридів з бажаними властивостями та ознаками. Селекція культури ставить своїм завданням створення гібридів з високим адаптивним потенціалом. Перевагою користуються генотипи, у яких добре розвинені регуляторні механізми внаслідок чого вони мають стабільний прояв ознак за мінливих умов довкілля [9, 10].

Метою досліджень було вивчення особливостей рекомбінування господарських цінних ознак вихідних матеріалів цукрових буряків, успадкування та мінливість морфологічних і біологічних ознак з подальшим використанням виділених перспективних селекційних матеріалів для гібридизації та створення на їх основі ЧС гібридів.

Матеріали, методи та умови дослідження

Дослідження проводились упродовж 2015-2022 років на Верхняцькій дослідно-селекційній станції, в зоні центрального лісостепу України, в умовах нестійкого зволоження. Для створення конкурентоздатних гібридів цукрових буряків (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris var. altissima Воєіі.) з високими показниками продуктивності в колекційному розсаднику було вивчено гібриди вітчизняного та іноземного походження: Акхат (Akhat), Екстра (Ekstra), Матадор (Маtador), Орікс (Orix), Сідней (Sidney) та ін. і їх гібридні покоління створені шляхом рекомбінації, гібридизації і добору. В однонасіннєвих матеріалах проведено пошук генотипів, які закріплюють цитоплазматичну чоловічу стерильність та їх ЧС аналоги. Класифікацію ступеня стерильності і фертильності визначали за Оуеном [11].

Показники продуктивності гібридного потомства вивчали в попередньому сортовипробуванні упродовж 2017-2022 років методика якого відповідала схемі однофакторного досліду. Селекційні матеріали висівали трирядковими ділянками довжиною 10 метрів, обліковою площею 13,5 м², в триразовому повторенні. Площа живлення рослин 45*22 см. Стандартами для багатонасіннєвих форм слугували аборигенні комбінаційноздатні запилювачі: БЗі, БЗ2, БЗз. Для однонасіннєвих форм -- материнські компоненти районованого гібриду “Козак” верхняцької селекції. Для потомств рекомендовані Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків (ІБКіЦБ) районовані гібриди. Визначення ознак „урожайність” і „уміст цукру” проводили методом холодної дигестії на півавтоматичні лінії «Венема». Статистичну обробку отриманих результатів проводили методом дисперсійного аналізу. Обрахунок результатів досліджень -- за програмами Microsoft Excel [12, 13].

Результати та їх обговорення

Дубчак О.В. буряків за 2015-2022 роки мав підвищену амплітуду коливань порівняно з середньобагаторічними показниками, що вплинуло на продуктивність. В окремі роки, в умовах дефіциту вологи, до серпня більшість рослин першого року вегетації втрачали частину листкового апарату, пригальмовували свій ріст і розвиток. Рослини другого року вегетації негативно реагували на високу температуру повітря в період цвітіння та зав'язування плодів і давали низький урожай якісного насіння. Проведено добір окремих елітних рослин за комплексом ознак: роздільноплідність, стерильність, багатонасіннєвість, фертильність. Це дало можливість отримати цінний матеріал -- батьківську форму компонентів гібридів цукрових буряків.

У досліджуваних матеріалів у F3 спостерігали, що коренеплоди одного і того ж селекційного номера дещо відрізнялися між собою за формою. В одних був сильно розвинений власне коренеплід та слабко розвинена шийка, завдяки цьому вся його частина розташовувалась в ґрунті, коренеплоди конусоподібні (К), їх на ділянці було 89 %. Інші успадкували форму батьківських компонентів цукрових буряків іноземної генплазми і були заглиблені в ґрунт на 3/4 довжини коренеплоду -- 7 % циліндричні (Ц) і 4 % коренеплоди овальні (О). У селекційному розсаднику проведено добори рослини за формою коренеплодів та заглиблень в ґрунт: високоголові (В), середні (С), та низькоголові (Н) [1-4]. В окремих гібридних потомств спостерігали значне варіювання стерильності та роздільноплідності. Зроблено необхідні вибраковування рослин, що не відповідали вимогам цінних селекційних та господарських ознак та нетипові форми.

Згруповані за ознаками та походженням селекційні матеріали залучали до насичуючих, аналізуючих і пробних схрещувань. У відібраних потомств зафіксовані відмінності за ознаками: підвищена стійкість до посухи, церкоспорозу, ерізіфозу, придатність до тривалого зберігання, підвищена продуктивність (табл.1, 2).

Таблиця 1. Оцінка потомств F3 рекомбінантних форм цукрових буряків за селекційними і біологічними ознаками, 2015-2016 рр.

Примітка. **Н -- низькоголові, С -- середні, В -- високоголові, К -- конусоподібні, О -- овальні,. Ц -- циліндричні.

Таблиця 2. Характеристика потомств цукрових буряків за цінними господарськими ознаками, 2015-2016. рр.

У F3 незважаючи на суворий добір у потомстві відзначали незначне розщеплення, але були відібрані рослини, толерантні до враження хворобами, порівняно до вихідних батьківських форм. Толерантність до хвороб і продуктивність наведено в таблиці 2.

Материнські ЦЧС компоненти, які виділились за результатом першого циклу схрещувань, порівняно до вихідних форм та групового стандарту (55,4 т/га) мали підвищену врожайність коренеплодів у простих гібридів від 56,5 до 58,1 т/га. Уміст цукру становив від 18,73 до 19,28 % (стандарт -- 18,58 %). Повторні схрещування виділених ЦЧС форм мали вищий прояв гетерозису за цінними господарськими ознаками.

З метою створення ліній батьківських форм було проведено самозапилення під індивідуальними ізоляторами, де з'ясовували наявність самофертильності (Sf). Рослини, що мали підвищену ступінь зав'язування насіння (не менше 150 плодів) при схожості 60 % та ті, у яких показник утворених плодів становив не менше 10 % (15 - 50 шт. рослин) уважали самофертильними. Під парними та груповими ізоляторами провели насичуючі схрещування серед цукрових біотипів іноземного походження різної генетичної основи з метою закріплення цінних ознак. Селекційний матеріал F3, був згрупований за цінними ознаками, а також за походженням генотипу. Характеристика окремих комбінацій та запилювачів, які були фертильними, та цінними за біологічними ознаками, наведена в таблиці 3.

Таблиця 3. Оцінка потомств Fi -- F3 за біологічними ознаками в умовах примусового запилення, 2017-2018 рр.

На використаних нами багатонасіннєвих матеріалах, під ізоляторами, спостерігали невисока частка самозапилення (8 - 10 %), збирали від 2 до 45 г з одного насінника, при схожості 15 - 60 %. Дещо вища частка (11 - 23 %) самосумісних рослин (10 - 30 г з 1 насінника) при схожості 61 - 67 %, спостерігали у однонасінних матеріалів. В умовах ізоляції відібрані багатонасіннєві потомства для отримання гібридів цукрових буряків.

Дослідження 2018 - 2019 років проведені на просторово-ізольованих ділянках, дали можливість проаналізувати динаміку зміни ознак «роздільноплідність» та «стерильність» у потомстві F2 цукрових буряків. В окремих потомств цитоплазматична чоловіча (ЦЧС) стерильність була на рівні 95 - 99 %, але в більшості потомств вона знаходилась у межах 65 %, з ознакою однонасіннєвості плодів спостерігали від 1 до 5 % потомств.

Характеристика багатонасіннєвих та однонасіннєвих форм за селекційними та цінними господарськими ознаками наведена в таблицях 4, 5.

Подальше опрацювання матеріалу дало можливість виділити 85 % потомств-кандидатів в закріплювачі стерильності з 100 % фертильністю та однонасіннєвістю плодів на рівні 98 - 100 %. При схрещуванні потомств цукрових буряків різної генплазми відзначена стерильність ЦЧС форм: в F3 вона була в межах від 35 до 93 %, а F4 -- від 50 до 98 %.

Таблиця 4. Оцінка багатонасіннєвих генотипів за цінними господарськими ознаками в умовах примусового самозапилення, 2017-2018 рр.

Таблиця 5. Характеристика однонасіннєвих потомств цукрових буряків за ознаками «стерильність», «роздільноплідність», 2018-2019 рр.

Однонасіннєвість в F3 в межах 16 - 92 %, в F4 46 - 99 %. Серед фертильних потомств виявили стерильні рослини від 8 до 13 % з нетиповою округлою формою коренеплоду. Однонасіннєві запилювачі, які були використані як кандидати в закріплювачі цитоплазматичної чоловічої стерильності, мали невисоку закріплюючу здатність і в потомстві різнилися між собою за цією ознакою (табл. 5).

На основі проаналізованих 50 потомств для подальшої селекційної роботи провели добір чотирьох однонасіннєвих запилювачів зі 100 % з фертильністю і однонасіннєвістю на рівні 98-100 % та 10 ЦЧС форм з показниками стерильності й однонасіннєвості від 93 - 99 %. Схрещування дало можливість об'єднати в гібридному поколінні генетично обумовлені бажані властивості різних вихідних матеріалів.

Одержані новостворені однонасіннєві та багатонасіннєві фертильні потомства цукрових буряків вивчали за показниками продуктивності протягом 2020-2022 рр. У попередньому сортовипробуванні були виділені такі потомства, що істотно перевищували батьківську форму та груповий стандарт за ознаками: «урожайність» та «вміст і збір цукру. Однонасіннєві матеріали, у порівнянні з багатонасіннєвими були менш продуктивними, як за якістю насіння так і за врожайністю коренеплодів і вмістом цукру (табл. 6).

Таблиця 6. Оцінка кращих однонасіннєвих потомств цукрових буряків, 2020-2022 рр.

Якісні показники (уміст і збір цукру та зольних елементів) у коренеплодах кращих багатонасіннєвих форм наведено в таблиці 7.

Таблиця 7. Характеристика кращих багатонасіннєвих форм за показниками продуктивності, 2020-2022 рр.

Відмічаємо, що на цінність цукрових буряків значно впливав вміст зольних елементів у коренеплодах, який постійно змінювався залежно від спадкових властивостей матеріалу, агрохімічних властивостей ґрунтів і кліматичних умов. Завдяки селекційному опрацюванню нами створено чотири нових багатонасіннєвих запилювачів, які впродовж трьох років випробування мали стабільно підвищену врожайність і збір цукру, толерантність до борошнистої роси, церкоспорозу, ерізіфозу, гнилизни та посухи. Форми добре зберігаються в зимовий період. Ці селекційні матеріали вивчаються в топкросних схрещуваннях як батьківські компоненти до ЦЧС форм цукрових буряків. Найвищі оцінки за продуктивністю отримали новостворені багатонасіннєві запилювачі 556-БЗ4, 558-БЗ5, 563-БЗб, 560-БЗ?, які в умовах підвищених температур та дефіциту вологи в критичні періоди росту й розвитку мали високу врожайність від 45,3 до 49,6 т/га, уміст цукру в коренеплодах (19,51 - 20,21 %) та збір цукру (9,1 - 10,0 т/га). Таким чином створені цінні джерела продуктивності та стійкості до негативних факторів навколишнього середовища. Кращі зразки будуть підготовлені та передані до НЦГРРУ.

рекомбінування буряк гібрид врожайність

Висновки

Унаслідок рекомбінування матеріалів іноземного походження отримали широкий спектр матеріалів для селекційної практики. Селекційні матеріали цукрових буряків різняться між собою за морфологічними ознаками, біологічними властивостями, якісними показниками, мають різний адаптивний рівень стійкості до несприятливих факторів зовнішнього середовища. В умовах підвищених температур повітря упродовж вегетації виділено номери багатонасіннєвих запилювачів -- батьківських компонентів експериментальних гібридів цукрових буряків, які мали високий урожай насіння та коренеплодів. Створено нові цінні джерела продуктивності -- материнські компоненти однонасіннєвих гібридів на ЦЧС основі і експериментальні зразки для колекції сортів Верхняцької дослідно-селекційної станції. Кращі з них за селекційно- та господарсько-цінними ознаками матеріали будуть передані до НЦГРРУ.

Список літератури

1. Методичні рекомендації зі створення моделі гібридів цукрових буряків нового покоління/Роїк М.В., Корнєєва М.О., Дубчак О.В., Андреєва Л.С., Вакуленко П.І. Київ: ІБКіЦБ, 2015. 20 с.

2. Методичні рекомендації створення селекційних матеріалів кормових буряків методом рекомбінування / Роїк М.В., Орлов С.Д., Корнєєва М.О., Дубчак О.В., Андреєва Л.С. Київ, 2015. 17с.

3. Роїк М.В., Парфенюк О.О. Використання рекомбінантних матеріалів у селекції батьківських компонентів гібридів буряків цукрових за формою коренеплоду. Вісник аграрної науки. 2018. № 12. С. 52-58.

4. Корнєєва М.О., Андреєва Л.С., Вакуленко П.І., Дубчак О.В. Створення експериментальних гібридних комбінацій цукрових буряків за параметрами моделі гібриду нового покоління (11 липня, 2017 р.). Новітні агротехнології: Теорія і практика. Конференція, присвячена 95-річчю Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН. Зб. наук. пр. Тези доповідей. Київ: ІБКІЦБ НААН, 2017. С. 203.

5. Дубчак О.В. Створення однонасінних простих гібридів цукрових буряків на стерильній основі. Генетика і селекція в сучасному агрокомплексі (15 жовтня 2021р.) Тези на УІ Всеукраїнську наук.-практ. конф. Електронний збірник наукових праць УНУС. Умань, 2021. C. 35.

6. Дубчак О.В., Паламарчук Л.Ю. Етапи створення і способи вивчення продуктивності гібридів цукрових буряків різної генетичної основи. Агробіологія. 2022. Вип. № 1 (171). C. 15-24.

7. Андреева Л.С., Корнєєва М.О., Вакуленко П.І., Дубчак О.В. Продуктивність ЧС аналогів цукрових буряків, одержаних беккросуванням, та створених на їх основі простих стерильних гібридів. Селекція, надбання, сучасність і майбутнє. Освіта, наука, виробництво (24-25 травня 2022 р.). V Міжнародна науково-практична конференція: Київ, 2022. С. 79.

8. Дубчак О.В. Вивчення нових багатонасінних запилювачів для створення гібридів цукрових буряків, як сировини для виробництва біоетанолу. Селекційно-генетична наука і освіта (Парієві читання) (21-23 березня 2022 р.). ХІ Міжнародна наукова конференція:УНУС. Умань, 2022. C. 33-39.

9. Корнєєва М.О., Чемерис Л.М., Змієвський В.М. Рівень продуктивності експериментальних триплоїдних гібридів буряків цукрових . Новітні агротехнології: теорія та практика. (11 липня 2017 р.). Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої 95 річчю ІБКІЦБ НААН. Вінниця Нілан-ЛТД 2017, С. 205.

10. Жученко А.А. Рекомбинация в эволюции и селекции. Москва: Наука, 1985. 400 с.

11. Owen F.V. Inheritance of cross and self-sterility and self-fertility in Beta vulgaris. Journal of Agricultural Research. 1942. №64. Р. 12.

12. Єщенко В.О., Копитко П.Г., Опришко В.П., Костогриз П.В. Основи наукових досліджень в агрономії. Київ: Дія, 2005. 286 с.

13. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Москва: Агропромиздат, 1985. 352 с.

References

1. Roik M.V., Kornieieva M.O., Dubchak O.V., Andrieieva L.S., Vakulenko P.I. 2015. Methodical recommendations for creation of a model of new generation sugar beet hybrids. Kyiv: IBCSB. 20 p.

2. Roik M.V., Оrlov S.D., Kornieieva M.O., Dubchak O.V., Andrieieva L.S. 2015. Methodical recommendations for creation of breeding materials of fodder beet by recombination / / Kyiv: IBKiTsB. 17 p. [in Ukrainian].

3. Roik M.V., Parfeniuk О.А. 2018. Use of recombinants in the breeding of parental components of beet sugar hybrids for beetroot shape. Visnyk Ahrarnoi Nauky. № 12. P. 52-58.

4. Kornieieva M.O., Andrieieva L.S., Vakulenko P.I., Dubchak O.V. 2017. Creation of experimental hybrid sugar beet combinations using parameters of a model of a new generation hybrid. In: Novel Agrotechnologies: Theory and Practice. International Scientific and Practical Conference dedicated to the 95^th anniversary of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet of \АА5 Collection of scientific papers. Abstracts of reports; 2017 Jun 11; Vinnytsia, Ukraine. Kyiv: IBCSB; 2017. P. 203

5. Dubchak O.V. 2021. Creation of monospermous sterility-based simple hybrids. In: Genetics and Breeding in Current Agribusiness: Abstracts the 6^th All-Ukrainian Scientific and Practical Conference. Electronic collection of scientific papers of Uman National University of Horticulture; 2021 Oct 15; Uman: Ukra^. Uman; 2021. p. 72-77.

6. Dubchak O.V., Palamarchuk L.Yu. 2022. Stages of creation of sugar beet hybrids of various genetic bases and ways of investigation of their performance. Ahrobiolohiia. 1(171):15-24.

7. Andrieieva L.S., Kornieieva M.O., Vakulenko Р.І., Dubchak O.V. 2022. Performance of М8 sugar beet counterparts obtained by backcrossing and simple sterile hybrids originated from the former. In: Breeding, Assets, Present and Future. Education, Science, Production. Abstracts of the 5^th International Scientific and Practical Conference; 2022 May 24-25; Kyiv. Ukraine. Kyiv; 2022. P. 79.

8. Dubchak O.V. 2022. Study of new polyspermous pollinators to create sugar beet hybrids as raw materials for bioetanol production. In: Breeding-Genetics Science and Education (Parii's Readings). Abstracts of the 11 the International Scientific Conference; 2022 Mar 21-23; Uman, Ukraine. Uman; 2022. p. 33-39.

9. Kornieieva M.O., Chemeris L.M., Zmiievskyi V.M. 2017. Performance of experimental triploid beet sugar hybrids. In: Novel Agrotechnologies: Theory and Practice. International Scientific and Practical Conference dedicated to the 95^th anniversary of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet of NAAS; 2017 July 11; Kyiv, Ukraine. Vinnytsia: Nilan-LTD; 2017. P. 205.

10. Zhuchenko A.A. 1985. Recombination in evolution and breeding. Moscow:Nauka. 400 p.

11. Owen F.V. 1942. Inheritance of cross and self-sterility and self-fertility in beta vulgaris. Journal of Agricultural Research. 64. Р. 12.

12. Yeshchenko V.O., Kopytko P.H., Opryshko V.P., Kostohryz P.V. 2005. Basics of scientific investigations in agronomy. Kyiv: Diia. P. 286.

13. Dospekhov B.A. 1985. Methods of field experimentation with basics of statistical processing of data. Moscow: Agropromizdat. 352 p.

Размещено на Allbest.ru