Изменчивость генетико-статистических признаков Triticum aestivum и Hordeum Vulgare в онтогенезе

Выявление наиболее оптимального соотношения между изменчивостью и наследственностью для определения адаптационной способности злаков в зональном ускоренном экологическом сортоиспытании в связи с изменением комплексного градиента окружающей среды.

Рубрика Биология и естествознание
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 26.04.2017
Размер файла 31,2 K

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГНУ Агрофизический НИИ РАСХН, Санкт-Петербург

Изменчивость генетико-статистических признаков Triticum aestivum и Hordeum vulgare в онтогенезе

Лыкова Н.А., - к. б. н., докторант

Амплитуда изменчивости представлена коэффициентом вариации, доля генотипического разнообразия - коэффициентом наследуемости. Некоторые признаки рекомендованы к учёту в зональном ускоренном экологическом сортоиспытании зерновых культур (УЭСИ). Определено влияние условий пре-вегетации на развитие количественных признаков и рассчитанных показателей.

The genotypic variability is submitted by a coefficient of variation, a genotypic diversification coverage - by a coefficient of heritability. Some attributes are recommended to the count in the Rapid Ecological Crop Trial (RECT). It is determined that pre-vegetation environment influenced on development of quantitative characters and the designed parameters.

Изучение биологической изменчивости служит отправным пунктом любого биологического исследования. Традиционно генетический анализ количественных признаков включал параметры - коэффициент наследуемости, генотипическую дисперсию, генотипический коэффициент вариации, фенотипические и генотипические корреляции [1]. Несмотря на критику использования коэффициента наследуемости для представления того, насколько фенотип отражает генотип, другие методы исследования количественных признаков для иллюстрации эффективности селекции, пока ещё слабо разработаны [2].

Современные эколого-генетические исследования требуют развития новых разделов генетики количественных признаков растений - временной (онтогенетической), экологической и ценотической. Существуют рекомендации к исследованию количественных признаков не только по параметрам генотипических распределений, но и по результатам тщательного анализа динамики лимитирующих факторов среды [3]. Кроме того, исследования приспособительных реакций в разных поколениях растений при изменении одной (родной) среды на другую (чужую) имеет определённую селекционную и генетическую ценность [4]. Выявление потенциала генотипической адаптации растений с одновременной оптимизацией факторов, управляющих онтогенезом - это базис для достижения потенциальной продуктивности растений [5].

Ранее нами было представлено исследование количественных признаков растений яровой пшеницы в онтогенезе и прогнозирования продуктивности генотипа в разных агроэкологических условиях [6], в том числе в зональном ускоренном экологическом сортоиспытании [7]. Целью настоящего исследования было выявление наиболее оптимального соотношения между изменчивостью (Cv) и наследственностью (H2) для определения адаптационной способности злаков в зональном ускоренном экологическом сортоиспытании в связи с изменением комплексного градиента среды. изменчивость наследственность злак адаптационный

Материал и методы. Эксперименты проводили в полевых условиях в 1992-2003гг. Было использовано 7 генотипов растений яровой пшеницы Triticum aestivum L. emend. Fiori et Paol.: сорта Ленинградская 92, Ленинградская 88, Саратовская 29, Московская 35 (1992-1997гг.), Крепыш, Иргина (1998-2003гг.). За стандарт был принят сорт Ленинградка во всех опытах. Кроме того, в период с 1998 по 2003г. исследовали 4 генотипа ярового ячменя Hordeum vulgare L. sensu lato, представленные сортами Криничный, Суздалец, Эльф, Андрей. Семена высевали из расчёта 500 всхожих семян на 1 м2. Заданный градиент среды обеспечивали в диапазоне ГТК (гидротермический коэффициент Селянинова) от 0,4 до 4,5, NPK от 120 до 660 мг д.в./кг почвы. Анализировали от 90 до 225 растений каждого сорта одновременно.

Исследовали признаки, характеризующие развитие метамеров (междоузлие, влагалище, лист), а также изменчивость структурных признаков растений (число колосков, цветков, зёрен в колосе, высота побега и т.п.). Размах изменчивости представлен коэффициентом вариации (Cv), наследуемость признаков (H2) - в широком смысле слова [8].

Результаты и обсуждение. Были вычислены значения параметров изменчивости и наследственности для группы количественных признаков злаков двух видов: яровой пшеницы и ярового ячменя, - полученных нами в разные годы, в разных регионах, в регулируемых и естественных условиях, то есть в достаточно разнообразной среде произрастания родительских и потомственных растений с посемейственным учётом признаков (Табл. 1, 2).

Таблица 1

Коэффициенты вариации (Cv, %) и наследуемости (H2) количественных признаков для сортов яровой пшеницы в опытах 1992-1997гг

Признак

Изменчивость (Cv)

Наследуемость (H2)

Число метамеров

44-45

0,1

Всхожесть

27-32

0,4

Кустистость общая

28-50

0,2-0,6

Кустистость продуктивная

25-50

0,4-0,8

Длина соломины, cм

7-10

0,5-0,8

Длина колоса, cм

16-23

0,1-0,6

Число колосков в колосе

8-16

0,2-0,3

Число цветков в колосе

14-20

0,2-0,6

Число зёрен в колосе

35-49

0,6-0,7

Сухой вес 1000 зёрен, г

26-48

0,1-0,7

Сухой вес одного растения, г

24-50

0,4-0,8

Сухой вес зёрен1 растения, г

19-49

0,8

Длина колеоптиле, мм

17-49

0,1

Длина листовой пластинки, мм

8-18

0,4-0,9

Длина влагалища листа, мм

10-24

0,1-0,5

Площадь листа, см2:

33-46

0,4

метамеры снизу вверх

27-33

0,5

21-24

0,1

15-27

0,9

18-31

0,9

21-34

0,9

27-50

0,9

Таблица 2

Коэффициенты вариации (Cv, %) и наследуемости (H2) количественных признаков для сортов яровой пшеницы и ярового ячменя в опытах 1998-2003гг

Пшеница

Ячмень

Сорт

Cv

H2

Cv

H2

Число побегов кущения

35-44

0,8-0,9

22-37

0,4-1

Число продуктивных побегов

40-51

0,5-0,9

36-47

0,8-0,9

Масса побега без колоса (г)

29-36

0,9-1

39-49

0,8-0,9

Длина междоузлия (см)

47-50

0,7-0,9

48-50

0,7-0,9

Метамеры снизу вверх

34-37

0,6-0,9

29-44

0,5-0,9

32-39

0,5-1

22-36

0,3-0,8

34-44

0,3-0,4

32-37

0,5-0,7

17-50

0,2-0,3

28-37

0,6-0,9

-

-

27-33

0,6-0,9

Длина соломины от основания колоса до верхнего стеблевого узла (см)

43-50

0,7-0,9

22-36

0,2-0,9

Длина колоса, см

21-24

0,8-1

17-27

0,6-0,7

Число колосков в колосе

9-17

0,5-0,7

15-23

0,6-0,9

Число цветков в колоске в середине колоса

17-25

0,6

-

-

Число зёрен в колосе

49

0,8-0,9

31-40

0,8

Вычисленные нами коэффициенты вариации зависели от года исследования. Например, для сорта Ленинградка по признаку масса зерна с одного растения коэффициент вариации варьировал по годам от 27 до 49%, для сорта Саратовская 29 - от 25 до 29%, для сорта Московская 35 - от 40 до 46%.

Размах коэффициентов вариации внутри одной культуры по отдельным количественным признакам находился в пределах, указанных в таблицах 1 и 2. Коэффициенты вариации (и, следовательно, фенотипическая изменчивость в экстремальных условиях) были максимальными (30-50%), для следующих признаков: общая кустистость, продуктивная кустистость и признаков, формирующихся на последних этапах органогенеза (VIII-XII, по [9]). Средние значения коэффициентов вариации (10-30%) были характерны для большей части формирующихся метамеров побега. По результатам, полученным в 1992-1997гг., к константным признакам с высокой долей генотипического разнообразия возможно отнести длину соломины пшеницы (Cv < 10%, Н2 до 0,8). Для сортов Ленинградской экогруппы была отмечена тенденция к снижению размаха изменчивости по признакам кустистости у сортов, выведенных позднее: Ленинградка - 29-50%, Ленинградская 88 - 28-33%, Ленинградская 92 - 33-36%. Наследуемость признаков, как и размах изменчивости, варьировала по годам. Степень изменчивости морфометрических признаков метамерных структур росла, если фиксировали признаки, значение которых определяется в несколько этапов, например, площадь листа, в сравнении с длиной и шириной листа. Таким образом, изменчивость количественных признаков зависела от условий среды вегетации, от сорта, от культуры, и могла варьировать в зависимости от способа представления данных.

Для метамерных признаков было определено, что наилучшими в использовании в тест-системе будут характеристики развития c 5 до предпоследнего для пшеницы и с 5 до последнего метамеров для ячменя. Этот вывод основан на том, что для перечисленных выше метамеров изменчивость размерных характеристик частей метамеров средняя, а наследственность высокая. То есть в градиенте среды средний уровень фенотипических различий будет лучше всего характеризовать генотипическое разнообразие. И для характеристики состояния растения лучше использовать именно длину (площадь) листа, а не длину междоузлия. Листовые характеристики верхних метамеров имели достаточно высокий коэффициент наследуемости в сравнении с междоузлиями тех же метамеров.

Допустимые признаки для исследования процесса адаптации злаков к разнообразной среде: масса зерна с колоса и масса растения, число зёрен в колосе и длина соломины от основания колоса до верхнего стеблевого узла (последний для пшеницы), - они характеризуют генотип, имея высокий коэффициент наследуемости, несмотря на фенотипическое разнообразие внутри популяции растений. Все эти признаки по данным разных авторов коррелируют с урожайностью зерновых культур [6,10,11].

Существует мнение, что количественные признаки растений могут быть подвержены эффекту материнского генотипа и среды (ЭМГС) [12]. ЭМГС касается растений потомственного поколения, выращенных в определённой (чужой) среде и проявляется в изменении количественных показателей жизнеспособности, фотосинтеза, продуктивности и т.п. в зависимости от условий пре-вегетации [13]. Данные об изменчивости и наследственности 35 количественных признаков были сгруппированы по двум категориям: признаки, подверженные ЭМГС и признаки, для которых ЭМГС не был отмечен по данным нескольких десятков авторов (1927-2006гг.). Изменчивость признаков, которые подвержены ЭМГС, достоверно не отличалась от изменчивости признаков, значение которых не меняется с изменением условий пре-вегетации (Табл. 3).

Таблица 3

Коэффициенты вариации (%) и наследуемости количественных признаков для двух родов сем. Poaceae

род

Эффект материнского генотипа и среды

Число учётных признаков

Изменчивость (Cv)

Наследуемость (H2)

Triticum

нет

34

32,12,01

0,590,055

есть

36

30,02,51

0,580,044

Hordeum

нет

16

32,82,32

0,670,055

есть

10

33,73,41

0,790,055

При сравнении двух родов Poaceae был выявлен более высокий коэффициент наследования количественных признаков, подверженных ЭМГС у рода Hordeum, в сравнении с родом Triticum. Из работ других исследователей известно, что злаки гибридного происхождения [14] (пшеница, овёс) имели более выраженный ЭМГС, чем злак с одним геномом (ячмень) [15-17]. Таким образом, приходится признать, что, признаки, которые имеют более высокий коэффициент наследуемости, меньше зависят от среды пре-вегетации, или иначе, климатических, почвенных, технологических условий формирования семян. Изменчивость же указанных признаков связана только с условиями среды произрастания.

Если говорить о выборе количественных признаков для ускоренных экологических испытаний в течение вегетации, то следует обратить внимание на морфометрические признаки пятого-шестого метамеров. Поскольку именно на этом этапе развития растений мы наблюдали средние показатели изменчивости в сочетании с довольно высокой долей наследования.

Итак, было выявлено, что ячмень характеризуется более высоким потенциалом генотипической адаптации, в сравнении с яровой пшеницей, в целях ускоренной оценки селекционных образцов на адаптивность рекомендовано использовать морфометрические характеристики пятого-шестого метамеров (снизу). Длина соломины является константным признаком с высокой долей генотипического разнообразия. В фенотипическом разнообразии растений злаков по признакам масса зерна с колоса и масса растения, число зёрен в колосе довольно высокая доля генотипических изменений, поэтому эти признаки рекомендованы для учёта в зональном ускоренном экологическом сортоиспытании.

Литература

1. Изменчивость и наследование хозяйственно ценных признаков у томатов /А.А.Жученко, В.К.Андрющенко, М.М.Король и др. Кишинёв: "Картя Молдовеняскэ", 1973. 632 с.

2. Тихомирова М.М. Генетический анализ. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1990. 280 с.

3. Драгавцев В.А. Эколого-генетическая модель организации количественных признаков растений //Сельскохозяйственная биология. 1995. №5. С. 20-30.

4. Животовский Л.А. Приспособленность и популяционный стресс //Жизнь популяций в гетерогенной среде: Сборник научных материалов II Всероссийского популяционного семинара Ч.2; Марийский государственный университет. Йошкар-Ола, 1998. С. 126-140.

5. Жученко А.А. Стратегия адаптивной интенсификации растениеводства //Доклады РАСХН. 1999. №8. С. 5-11.

6. Стефанова Н.А., Батыгин Н.Ф. Продуктивность растений яровой пшеницы под влиянием генетических, агроклиматических и агротехнических факторов //Сельскохозяйственная биология. 1999. №5. C. 23-27.

7. Лыкова Н.А. Методология зонального ускоренного экологического сортоиспытания яровых зерновых культур //Вестник Россельхозакадемии. 2006. №3. С. 27-29.

8. Рокицкий П.Ф. Введение в статистическую генетику. Минск: Высшая школа, 1978. 448 с.

9. Куперман Ф.М. Основные этапы развития и роста злаков. //Этапы формирования органов плодоношения злаков, том 1; Московский государственный университет. М., 1955. С. 26-33.

10. Морозова З.А. Основные закономерности морфогенеза пшеницы и их значение для селекции. М.: Изд-во МГУ, 1986. 164 с.

11. Ростова Н.С. Корреляционный анализ в популяционных исследованиях //Экология популяций; Ин-т. эволюционной морфологии животных им. А.Н.Северцова М., 1991. С. 69-86.

12. Wulff R.D., Ca'ceres A., Schmitt J. Seed and seedling responses to maternal and offspring environments in Plantago lanceolata //Functional Ecology. 1994. № 8. P. 763-769.

13. Лыкова Н.А. Адаптивность злаков трибы Triticeae (Poaceae) в связи с материнским фенотипическим эффектом //Материалы I (IX) Международной конференции молодых ботаников в СПб; БИН им. В.Л.Комарова РАН. СПб, 2006. С. 375.

14. Цвелёв Н.Н. О происхождении и основных направлениях эволюции злаков (Poaceae) //Цвелёв Н.Н. Проблемы теоретической морфологии и эволюции высших растений: Сборник избранных трудов; БИН им. В.Л.Комарова РАН. М.-СПб., 2005. С. 280-292.

15. Гриценко В.В., Бугаев П.Д., Шаронов Д.А., Бакеев В.В., Дмитриева В.А. Влияние уровня минерального питания на качество семян ячменя и овса //Разраб. селекц. и семеновод. технологий: Сб. науч. тр.; ТСХА. М, 1987. С. 79-85.

16. Яблоков Ю.Н. Об оценке партий семян //Селекция и семеноводство. 1990. Т. 5. С. 51-52.

17. Гусакова Л.П., Лыкова Н.А. Определение оптимальных условий формирования семян в многофакторном эксперименте // Зерновое Хозяйство. 2004. № 4. C. 14-16.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Применение генетико-статистических методов на разных этапах селекционного процесса. Расчет комбинационной способности родительских сортов яровой мягкой пшеницы по коэффициенту хозяйственной эффективности фотосинтеза в системе топкроссных скрещиваний.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.06.2011

  • Ячмень как древнейшая культура, наиболее распространенная на Земле, его применение в народном хозяйстве. Строение побега ячменя гривастого – эволюционно и генетически близкого дикорастущего родича ячменя культурного. Характеристика диких видов злаков.

    реферат [1,0 M], добавлен 07.02.2015

  • Понятие и функции изменчивости как способности живых организмов приобретать новые признаки и свойства, значение данного процесса в приспособлении к изменяющимся условиям среды обитания. Понятие и характер, этапы протекания мутационной изменчивости.

    презентация [659,7 K], добавлен 30.11.2013

  • Генетика как наука, изучающая явления наследственности и изменчивости в человеческих популяциях, особенности наследования нормальных и патологических признаков, зависимость заболеваний от наследственной предрасположенности и факторов внешней среды.

    презентация [4,0 M], добавлен 21.02.2014

  • Принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам, вытекающие из экспериментов Грегора Менделя. Скрещивание двух генетически различных организмов. Наследственность и изменчивость, их виды. Понятие о норме реакции.

    реферат [19,2 K], добавлен 22.07.2015

  • Изменчивость - возникновение индивидуальных различий. Сравнительная характеристика форм изменчивости. Модификационная изменчивость. Генотипическая изменчивость. Комбинативная изменчивость.

    реферат [21,2 K], добавлен 04.09.2007

  • Изменчивость (биологическая)- разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства, ее формы. Генетическая рекомбинация и трансформация. Изменчивость фагов и микроорганизмов. Практическое применение изменчивости микроорганизмов.

    реферат [20,6 K], добавлен 26.12.2013

  • Пределы модификационной изменчивости для разных признаков и при разных условиях, норма реакции. Управление доминированием, доминантные и рецессивные признаки. Понятие мутаций, их частота и причины; генные, хромосомные мутации. Закон гомологических рядов.

    реферат [22,7 K], добавлен 13.10.2009

  • Модификационная изменчивость - процесс взаимосвязи организма со средой; популяции и чистые линии; фенотип и генотип. Мутационная изменчивость: типы, классификация. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, использование в селекции.

    курсовая работа [53,6 K], добавлен 09.06.2011

  • Особенности взаимоотношений между популяцией животных, отдельными особями и факторами окружающей среды. Компоненты окружающей среды, играющие важную роль для популяции. Образование и типы сообществ, черты группового эффекта, конкуренция и интерференция.

    реферат [1,6 M], добавлен 20.07.2010

  • Предпосылки эволюции: изменчивость и наследственность. Формы изменчивости, основные понятия и термины. Наследственные изменения - мутации. Эволюционная характеристика мутаций. Генетические различия между близкими группами. Корреляции.

    курсовая работа [280,9 K], добавлен 09.11.2006

  • Закономерности наследственности и мутационной изменчивости как основа теории селекции, ее задачи и методы. Выведение новых пород животных, сортов растений, микроорганизмов с учетом законов эволюции, роль внешней среды в развитии и формировании признаков.

    презентация [16,6 K], добавлен 02.11.2011

  • Сущность и источники генетической изменчивости в природных популяциях. Характеристика комбинативного и мутационного видов наследственной изменчивости. Особенности фенотипической изменчивости, происходящей в результате влияния условий окружающей среды.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.09.2011

  • Ламарк об изменчивости наследственности. Градация Ламарка на уровне высших систематических единиц - классов. Изменение условий внешней среды как один из факторов изменчивости. Закон "упражнений и неупражнений". Закон наследования приобретенных признаков.

    презентация [666,1 K], добавлен 13.11.2013

  • Характеристика процессов адаптации человека к условиям окружающей среды. Исследование основных механизмов адаптации. Изучение общих мер повышения устойчивости организма. Законы и закономерности гигиены. Описания принципов гигиенического нормирования.

    презентация [8,5 M], добавлен 11.03.2014

  • Ботаническое описание и особенности биологии груши. Происхождение, современное состояние ее возделывания. Анализ структуры изменчивости морфологических признаков листа и урожайности в селекционной коллекции груши. Сравнение достоинств разных сортов груши.

    курсовая работа [71,6 K], добавлен 23.07.2015

  • Головня. Ржавчина. Корневые гнили. Болезни выпадения озимых зерновых культур. Другие грибные болезни злаков. Грибы — обширная группа организмов, насчитывающая около 100 тыс. видов. Они занимают особое положение в системе органического мира.

    курсовая работа [237,2 K], добавлен 25.02.2005

  • Показатели изменчивости морфологических признаков листа смородины Биберштейна и смородины альпийской. Анализ продуктивности смородины Биберштейна в условиях Лагонакского нагорья. Перспективность культивирования смородины, растущей в природных популяциях.

    дипломная работа [198,4 K], добавлен 13.01.2015

  • Условия обитания представителей семейства Ampullariidae и способности их к адаптации. Систематика и наиболее популярные аквариумные виды. Наблюдение влияния антропогенных факторов среды и кормовой базы на биологию моллюсков семейства Ampullariidae.

    контрольная работа [1,8 M], добавлен 05.01.2014

  • Характерные черты и география проживания представителей негроидной, европеоидной, монголоидной расы. Влияние природных условий на появление характерных признаков человеческих рас. Развитие городов и влияние урбанизации на состояние окружающей среды.

    реферат [21,1 K], добавлен 02.03.2011

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.