Введение к работе
Актуальность темы. В прикладной биотехнологии широко используются
методы культуры клеток и тканей растений. Применение клеточных технологий в
селекции растений позволяет расширять границы отдаленных скрещиваний и
получать уникальные генотипы, ускорять селекционный процесс и делать его
более эффективным. На сегодняшний день с применением только гаплоидной
биотехнологии создано почти 300 сортов сельскохозяйственных культур,
половина из которых принадлежит видам сем. Роасеае
(). В Европе почти 50% возделываемых сортов ячменя получены с использованием гаплоидных технологий, а в Канаде три из пяти занимающих наибольшие площади сортов пшеницы класса CWRS (Canada Western Red Spring) получены на основе линий гаплоидного происхождения (DH-сорта) (Dunwell, 2010).
Коммерческий интерес к методам получения гаплоидов подтвержден значительным числом патентов в США и странах Европы (Dunwell, 2009).
В селекции зерновых культур все большее значение приобретает отдаленная гибридизация, значительно расширяющая возможности селекционера в создании трансгрессивных генотипов по продуктивности, зимостойкости, качеству зерна и другим хозяйственно-значимым признакам, которыми должен обладать современный сорт культурного злака. Тритикале (х Triticosecale Wittmack), искусственно созданный амфидиплоид, становится культурой многоцелевого назначения. Мировые площади под тритикале составляют 3,9 млн. га и имеют тенденцию к постоянному росту (http: ).
В мировой практике отсутствуют биотехнологии ускоренного создания засухоустойчивых сортов тритикале и его генетического разнообразия. Подтверждением является отсутствие биотехнологических сортов этой культуры, созданных с применением различных методов культуры тканей, в отличие от многочисленных сортов пшеницы, ячменя и риса, которые успешно возделываются в различных регионах мира.
Генный пул D-генома мягкой пшеницы является основным источником для улучшения тритикале (Gill et al., 2004). Однако использование генетического материала хромосом D-генома мягкой пшеницы сопряжено с рядом трудностей, основными из которых являются слабая завязываемость семян при получении гибридов, низкая фертильность гибридов первого поколения, длительность формообразовательного процесса, требующая дополнительных временных и материальных затрат.
Цель исследований: На основе использования клеточных технологий, создать линии тритикале, с привлечением генного пула D-генома мягкой пшеницы, и оценить их хозяйственно-ценные признаки.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Получить новые гибридные комбинации тритикале х мягкая пшеница на основе современных сортов этих культур с использованием культуры зародышей in vitro;
-
Оценить параметры основных этапов андрогенеза in vitro у межродовых гибридов тритикале х мягкая пшеница;
-
Выявить долю влияния генотипа, питательной среды и их взаимодействия на основные этапы получения гаплоидных растений межродовых гибридов тритикале х мягкая пшеница;
-
Получить DH-линии в культуре пыльников межродовых гибридов тритикале х мягкая пшеница;
-
Изучить влияние экспланта на эффективность микроклонального размножения стерильных растений тритикале (отдаленных гибридов и гаплоидов);
-
Оценить полученные DH-линии тритикале по хозяйственно-ценным признакам.
Положения, выносимые на защиту.
-
Эмбриокультура гибридов пшеница х тритикале не только позволяет расширить границы скрещиваний, но и в сочетании с яровизацией in vitro сократить сроки получения семян у гибридов ранних поколений;
-
Доля влияния генотипа, питательной среды и их взаимодействия различается на отдельных этапах андрогенеза in vitro тритикале;
-
Культивирование сегментов колосьев на 5-6 этапе органогенеза позволяет снижать генотипическую зависимость формирования эмбриогенного каллуса и регенерантов при микроклональном размножении растений тритикале;
-
Созданные с использованием биотехнологических методов линии тритикале, обладают хозяйственно-ценными признаками и служат исходным материалом для селекции.
Научная новизна работы. Установлено, что эмбриокультура в сочетании с яровизацией в условиях in vitro позволяет сокращать сроки получения гибридных семян ранних поколений. Получены новые гибридные комбинации тритикале х мягкая пшеница, включающие генофонды современных сортов, адаптированных к Нижне-Волжскому региону. Определены параметры основных этапов андрогенеза in vitro у гибридов тритикале х мягкая пшеница. Впервые выявлено, что доля влияния генотипа, питательных сред и их взаимодействия различается на разных этапах андрогенеза in vitro межродовых гибридов тритикале. Установлено, что культивирование сегментов колосьев на 5-6 этапе органогенеза позволяет снижать генотипическую зависимость формирования эмбриогенного каллуса и регенерантов при микроклональном размножении растений тритикале.
Практическая значимость Получены новые гибридные комбинации тритикале х мягкая пшеница на основе современных адаптированных к условиям Нижнего Поволжья сортов этих культур, которые служат исходным материалом для селекции и пополнения генофонда тритикале. Получены и включены в селекционный процесс DH-линии тритикале, обладающие хозяйственно-ценными признаками. Выделены линии тритикале, содержащие высокомолекулярные запасные белки мягкой пшеницы.
Личный вклад соискателя. Основная часть экспериментальной работы и обобщение результатов исследований выполнена автором самостоятельно.
Биохимические исследования спектра запасных белков (глиадинов и глютенинов) проведены с.н.с. лаборатории клеточной селекции Итальянской Ю.В. SDS-тест на качество зерна проведен совместно с с.н.с. лаб. клеточной селекции, кандидатом с.-х. наук Кибкало И.А.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на следующих научно-практических конференциях и совещаниях: международных - «Вавиловские чтения» (Саратов, 2010, 2011, 2012), Международная научная конференция по итогам научно-исследовательской и производственной работы за 2010 г. (Саратов, 2011), «Инновационные технологии создания и возделывания сельскохозяйственных растений» (Саратов, 2011), «Исследования молодых ученых в биологии и экологии» (Саратов, 2011), «Экология, генетика, селекция на службе человечества» (Ульяновск, 2011), «Тритикале и его роль в условиях нарастания аридности климата» (Ростов-на-Дону, 2012); всероссийских - конференция, посвященная 100-летию со дня рождения С.С. Хохлова (Саратов, 2010), «Исследования молодых ученых в биологии и экологии» (Саратов, 2011), П-й Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 135-летию А.И. Стебута «Проблемы и перспективы аграрной науки в России» (Саратов, 2013), а также 10-я и 13-я молодежная научная конференция «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (Москва, 2010, 2013), конференция 2-ой специализированной агропромышленной выставки «САРАТОВ-АГРО 2011» (Саратов, 2011), Третья школа-конференция молодых ученых Волго-Уральского региона по физико-химической биологии и биотехнологии «Биомика - наука XXI века» (Уфа, 2012).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 34 работы, из них 6 - в рекомендованных ВАК РФ изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы, включающего 204 источника, в т.ч. 106 - на иностранных языках. Работа изложена на 131 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 14 рисунками и 29 таблицами.
