Введение к работе
Конкретное познание видов в системе рода с использованием всех современных методов изучения, позволяет точно установить градации соподчинения и уточнить границы между отдельными группами видов Планомерное изучение отдельных видов рода в целом дает информацию о локализации центров их формообразования Род Avena L представлен культурными видами, имеющими большое практическое значение, и дикорастущими видами, интересными как объекты таксономических исследований и источники селекционно ценных признаков для использования в селекции В настоящее время система рода Avena L насчитывает 26 видов, которые имеют три уровня плоидности и представлены ди-, тетра- и гексаплоидными группами видов, большинство из которых являются дикорастущими В каждой группе имеются культурные виды овса, довольно хорошо изученные в селекционном плане' A.stngosa Schreb (2n=14), A.abyssmica Hochst (2n=28) и A.byzantina С К и A sativa L (2n=42)
Виды рода Avena L отличаются большим морфологическим и зко-лого-географическим разнообразием В мировой литературе накоплено значительное количество данных о многочисленных формах и видах всего рода, центрах их наибольшего разнообразия и происхождения Описание видов и результаты их изучения, чаще всего, фрагментарны или касаются случайного набора образцов, комплексный подход к изучению ботанического разнообразия и селекционных признаков отсутствует До сих пор многие проблемы остаются нерешенными до конца: нет единого мнения о происхождении видов овса, их систематическом положении, существует некоторая путаница по голозерным формам диплоидного и гексаплоидного культурного овса.
Овес посевной {Avena sativa L) - одна из наиболее важных зерновых сельскохозяйственных культур на земном шаре, занимающая около 20 млн га пахотных земель Селекционная проработка современных сортов овса довольно высока Вовлечение разнообразного, географически отдаленного и местного, материала в селекционный процесс, наряду с дикорастущими видами овса, отвечает требованиям сокращения генетической эрозии данной культуры. Обширный ареал дикорастущих, и, особенно, сорно-полевых видов охватывает весь зерновой пояс земного шара, распространившись от пустынь до полярных районов земледелия, что способствует формированию широкого внутривидового разнообразия признаков, полиплоидного ряда этих видов Сравнительное изучение дикорастущих видов овса в таксономическом и селекционном отношении вызвано широким интересом селекционеров к их практическому исполь-
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА л С. Петербург
ЯЮСРК
зованию, чему немало способствовало развитие цитологических, иммунологических, биохимических и других исследований Широкий диапазон адаптации дикорастущих видов к неблагоприятным факторам внешней среды, их приспособленность к разнообразным почвенно-климатическим условиям, устойчивость к патогеным организмам, ряд признаков элементов повышенной продуктивности и качества - представляют уникальный источник исходного материала для селекции
Изучение и полноценное использование всего потенциала внутривидового разнообразия видов рода Avena L по морфологическим и селекционно-ценным признакам не возможно без создания, систематизации и анализа различных типов информационных баз данных Использование паспортных баз данных и баз данных по изучению помогает проводить систематические исследования, изучать и анализировать коллекционный материал, а так же гарантированно сохранять его при длительном хранении
Цель и задачи исследований. Главной целью исследований явилось изучение всего разнообразия видов рода Avena L. по морфологическим и селекционно-ценным признакам с использованием созданной единой компьютерной базы данных по всему изученному разнообразию форм, уточнение систематического положения, филогенетических связей и направления эволюции видов в системе рода Avena L; выявление и анализ внутривидовых морфотипов для дикорастущих видов и определение возможностей использования всего разнообразия рода в селекции овса
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи
изучение внутриродового разнообразия 26 дикорастущих и культурных видов овса с учетом ботанико-географической дифференциации по комплексу морфологических и селекционно ценных признаков
уточнение положения видов, филогенетических связей и направления эволюции в системе рода Avena L и разработка внутривидовых морфотипов дикорастущих видов;
создание и выделение на основе изучения коллекции ценных форм для использования в селекции овса;
изучение географического распространения ареалов всего разнообразия дикорастущих видов, их морфологических и селекционно-ценных признаков на основе построения карт с использованием комплексной компьютерной базы данных по овсу;
разработка подходов для структуризации и выявления дублетов образцов на основе анализа существующей коллекции ВИР, мировых
#,
коллекций и созданной комплексной компьютерной базы данных по овсу.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Теоретически и экспериментально обоснованная система видов позволяет наметить направление эволюции и уточнить филогенетические связи внутри рода Avena L
Видовой потенциал рода Avena L является важным источником расширения генетического разнообразия селекционно ценных признаков у посевного овса
Изучение географического распространения ареалов, широкого спектра морфологических и селекционно ценных признаков на основе построения карт позволяет наметить дальнейшие пути целенаправленного сбора образцов овса с заданными параметрами.
Комплексная компьютерная база данных является инструментом для анализа и структуризации коллекции
Научная новизна работы.
Впервые в полном объеме проведено комплексное изучение всего разнообразия 26 видов рода Avena L по морфологическим и селекционно-ценным признакам
На основе всестороннего анализа эколого-географических особенностей в распространении ареалов дикорастущих видов впервые проведено географическое изучение распределения морфологических и селекционно ценных признаков, расширяющее представление о потенциальных возможностях отдельных видов и всего рода в целом
Впервые с использованием электрофореза авенина и техники RAPD-анализа изучено все видовое и эколого-географическое внутривидовое разнообразие видов овса
Предложены уточненная филогенетическая схема и направление эволюции видов рода A vena L
Уточнено систематическое положение видов рода Avena L и впервые разработаны внутривидовые морфотипы дикорастущих видов овса
Выделены источники для селекции по всем изученным селекционно ценным признакам и созданы 11 доноров короткостебельности и устойчивости к полеганию
Впервые создана комплексная компьютерная база данных мировой коллекции ВИР по овсу
Впервые рассмотрены все существующие компьютерные мировые базы данных и на их основе предложены подходы для определения дублетных образцов коллекций
Теоретическая и практическая ценность работы.
Полученные результаты по систематическому и филогенетическому изучению овса помогут лучше понять процесс эволюции, происхождения и разнообразия видов pomAvena L Разработанные внутривидовые морфотипы дикорастущих видов могут служить для идентификации образцов и гарантированного сохранения чистоты коллекции при длительном хранении
Проведение изучения и анализа географического распространения ареалов видов, морфологических и селекционно ценных признаков расширяет представления о потенциальных возможностях отдельных видов и всего рода в целом
Выявлена возможность увеличения генетического разнообразия посевного овса за счет использования в селекции малораспространенных и дикорастущих видов, обладающих селекционно-ценными признаками
гексаплоидные виды способствуют уменьшению генетической эрозии, и могут напрямую вовлекаться в селекцию культурного овса на устойчивость к большинству заболеваний и вредителей, на продуктивность зерна и зеленой массы, по показателям качества зерна (повышенное содержание белка и отдельных незаменимых аминокислот, масла и отдельных жирных кислот и др );
тетрагаюидные и диплоидные виды могут быть вовлечены в селекционный процесс с помощью генетических переносчиков или методов культуры ткани, с использованием образцов, выделенных в нашем исследовании
Комплексная компьютерная база данных, созданная на основе паспортных данных и данных по изучению каждого образца помогает проводить анализ и структуризацию коллекции, что дает возможность гарантированного сохранения семенного материала
Реализация результатов исследования. Разработанная система рода, ключи для определения видов и внутривидовые морфотипы используются в определении и сохранении всего видового и внутривидового разнообразия коллекции овса Все выделенные в изучении образцы и 11 созданных доноров короткостебельности переданы в селекцентры страны для вовлечения их в селекционный процесс Результаты комплексного изучения коллекции опубликованы в 4 каталогах мировой коллекции ВИР и разосланы в ведущие НИИ и селекцентры России Созданная комплексная компьютерная база данных используется в рабоге с мировой коллекцией ВИР
Апробация работы. Результаты исследований были доложены и представлены на 4-й Международной Конференции по овсу, 1992, Аделаида, Австралия, 4-м заседании Рабочей Группы по овсу Европейской
Кооперативной программы по генетическим ресурсам растений, 1993, Годоло, Венгрия; 1 -й Всероссийской Конференции по ботаническому ре-сурсоведению, 1996, С-Петербург, Россия; 5-й Международной Конференции по овсу, 1996, Саскатун, Канада; 2-м Международном Конгрессе по растениеводству, 1996, Дели, Индия; 3-м научном совещании "Компьютерные базы данных в ботанических исследованиях", 1997, С-Петербург, Россия; Международной конференции по анатомии и морфологии растений, 1997, С-Петербург, Россия, 5-м заседании Рабочей Группы по овсу Европейской Кооперативной программы по генетическим ресурсам растений, 1998, Вильнюс, Литва; Заседании научной сессии Северо-Восточного отделения РАСХН, 1998, Киров, Россия; Заседании научной сессии Северо-Западного отделения РАСХН, 1998, С-Петербург, Россия, Международном семинаре "Интернет и проблемы документирования в области растительных ресурсов", 1999, С-Петербург, Россия, Международном ботаническом конгрессе, 1999, Сент-Луис, США, Совещании по кариологии и кариосистематике растений, 1999, С-Петербург, Россия, Конференции "Актуальные проблемы селекции и семеновод зерн к-р Ю-В региона РФ", 1999, Саратов, Россия, Заседании Российского ботанического общества 18 ноября 1999, С-Петербург, Россия; 2-м съезде ВОГИС им Н.И.Вавилова, 2000, С-Петербург, Россия; 3-м Международном Конгрессе по растениеводству,
Гамбург, Германия, 2-й Международной конференции по биотехнологии. 2000, Москва, Россия, 6-й Международной конференции по овсу, 2000, Линкольн, Новая Зеландия, Конференция по биоразнообразию,
Апатиты, Россия; Международная конференция по генетическим растительным ресурсам, 2001, ВИР, С-Петербург, Россия; 1-й Всероссийской конференции по иммунитету растений, 2002, ВИЗР, С-Петербург, Россия, Международной научной конференции по селекции растений, 2002, Дотнува, Литва, Международной научной конференции по качеству зерна, 2002, Киров, Россия, XI съезде Русского ботанического общества, 2003, Новосибирск, Россия; 6-м заседании Рабочей Группы по овсу Европейской Кооперативной программы по генетическим ресурсам растений, 2003, Ереван, Армения
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 75 научных работ, в том числе' в соавторстве - 30 и в иностранных изданиях -32
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений Работа изложена на 410 страницах текста, включая 90 таблиц, 14 рисунков и 5 графиков Список использо-
