Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 7
1 1 Общие сведения об инбридинге 7
1.2 Сведения об электрофорезе: идентификация, апробация... 13
1.3 Еенетические аспекты иммунитета 19
1.4 Роль электрофореза в изучении иммунитета 23
1.5 Применение статистических методов в изучении изменчивости при инбридинге 26
2 Объекты, условия и методы исследований... 29
2.1 Объекты исследований 29
2.2 Природно-климатическая характеристика зоны исследования 32
2.3 Методика исследований 35
3 Результаты исследований 39
3.1 Распространенность, вредоносность и диагностика листо-стебельных заболеваний пшеницы в зоне исследований 39
3.2 Модификация методов исследования комплексной устойчивости пшеницы к листостебельным болезням 57
3.2.1 Модификация методики генетического анализа устойчивости 57
3.2.2 Модификация методики определения устойчивости пшеницы к бурой листовой ржавчине по косвенным признакам 65
3.2.3 Модификация методики определения эффекта переноса ценного блока генов устойчивости с помощью сигнален 70
3.2.4 Модификация методики изучения атрибутивной (качественной) изменчивости 75
3.3 Самоопыленные линии сортов курганской селекции и их характеристика 78
3.4 Анализ глиадина инбредных линий сортов яровой пшеницы курганской селекции при комплексной устойчивости с помощью электрофореза 99
4 Энергетическая и экономическая эффективность инбридинга при получении ценных биотипов мягкой пшеницы 108
4.1 Энергетическая эффективность 108
4.2 Экономическая эффективность 111
Заключение 116
Выводы и предложения 118
Список использованной литературы 121
Приложения 139
- Сведения об электрофорезе: идентификация, апробация...
- Применение статистических методов в изучении изменчивости при инбридинге
- Модификация методов исследования комплексной устойчивости пшеницы к листостебельным болезням
- Модификация методики изучения атрибутивной (качественной) изменчивости
Введение к работе
Актуальность исследований. Листостебельные болезни яровой мягкой пшеницы - это группа наиболее распространенных и вредоносных биотических факторов в условиях Курганской области. Только по ржавчинным заболеваниям зерновые культуры ежегодно обследуются на 294,1 тыс. га, из которых 31% оказывается зараженными в сильной степени. Распространенность септориоза на посевах достигает 50% при варьировании степени поражения от 11 до 32% листовой поверхности. Особенно сильно вредит мучнистая роса злаков. Только в 2005 году распространенность ее достигала 81,2% в целом по области. Повсеместно вредят посевам головневые заболевания и корневые гнили.
Изучение перечисленных болезней проводится с давних пор и довольно много сделано в этом направлении: почти революционно от громоздкого термического обеззараживания и формалина перешли к системным фунгицидам; наравне с агротехническим и химическим, быстро внедрились в практику микробиологический, иммунологический, физико-механический, биологический, биофизический методы. Вместе с тем, наиболее эффективными и экологичными остались генетический и селекционный методы борьбы с болезнями. В короткое время появилось большое число сортов пшеницы и других культур, обладающих комплексной устойчивостью к заболеваниям. Достаточно с удовлетворением отметить, что только в Курганской области, в КНИИСХ, создан сорт Терция, у которого иммунитет детерминирован генетически и с помощью его можно определять иммунологические параметры вновь создаваемых сортов.
Настоящим прорывом в наши дни можно считать создание целой группы индуцирующих регуляторов роста деблокирующих гены устойчивости, в результате чего сорт становится устойчивым.
Цель исследования. Разработать методы определения устойчивости пшеницы в генетическом методе борьбы с листостебельными болезнями на примере сортов курганской селекции.
Задачи исследований. Модифицировать известные и сформулировать новые методики (объект-способы) для повышения их разрешающей способности: 1 - метод генетического анализа в отношении листостебел ьных заболеваний пшеницы; 2 - метод определения комплексной устойчивости пшеницы к листостебельным заболеваниям в условиях инбридинга; 3 - метод определения устойчивости сортов пшеницы по генетическим маркерам; 4 - метод определения эффекта переноса ценного блока генов устойчивости с помощью сигнален; 5 - метод изучения атрибутивной изменчивости; 6 - спектральный анализ глиадина сортов яровой пшеницы курганской селекции.
Научная новизна. Работа проводится впервые на сортах курганской селекции. Для реализации проблемы генетического метода борьбы разработаны модификации методов анализа с использованием карт хромосом, инбридинга, электрофореза, генетических маркеров, сигнален, позволяющих целенаправленно проводить иммунноселекцию в отношении листостебел ьных заболеваний пшеницы. Найдено оптимальное сочетание этих методов.
Положения выносимые на защиту; 1 - метод определения устойчивости пшеницы в условиях инбридинга; 2 - метод определения устойчивости сортов курганской селекции с помощью электрофореза; 3 - энергетическая и экономическая оценка инбридинга.
Практическая значимость. Рекомендован ряд модификаций методик определения устойчивости пшеницы для дальнейшего их использования в селекции на иммунитет. Особая роль при этом отводится инбридингу и электрофорезу, Листостебельные болезни рассмотрены в ключе локализации генов восприимчивости на хромосомах в различной степени сцепления, объединения их в ценные блоки, контроля переноса и рекомбинации с помощью сигналей.
Так, метод генетического анализа позволит определить ценные блоки генов устойчивости напрямую детерминирующих устойчивость и косвенно -
через формы врожденного пассивного иммунитета. Метод с использованием инбридинга дает возможность выделить ценные линии по генетическим маркерам (сигналам), а электрофоретический анализ инбредных линий -определить состав генов устойчивости у сортов курганской селекции.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на: X научно-методической конференции "Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения" в 2005 г. (г. Челябинск); Всероссийской научно-практической конференции "Современное развитие АПК; Региональный опыт, проблемы, перспективы" в 2005 г. (г. Ульяновск); научно-технической конференции "Достижения науки - агропромышленному производству" в 2005 г. (г. Челябинск).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 научных работы.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 4 глав, 18 разделов, заключения, выводов, предложений производству и НИИ, содержит 20 таблиц, Ї5 рисунков, 6 приложений. Библиографический список включает 191 источник, в том числе 11 иностранных авторов.
Сведения об электрофорезе: идентификация, апробация...
Методика идентификации сортов зерновых культур предусматривает использование электрофореза в пол и акрилам и дном геле (ПААГ) и идентификацию компонентов белка по эталонным спектрам ВИР. Методом разделения и идентификации белковых молекул, является электрофорез, который основан на способности заряженных коллоидных частиц (белков), к направленному движению под действием внешнего электрического поля [23]. Этот метод впервые был использовал еще в 1925 году Тизелиусом. Первые эксперименты проводились им в растворе свободной жидкости, что делало разделение трудным для наблюдения. В 1950 году были введены поддерживающие среды, после чего метод стал широко использоваться учеными в различных областях науки [39]. Используемые методы электрофореза в гелевых носителях (полиакриламидном и крахмальном гелях) основаны на двух принципах: а) заряженные молекулы белка движутся в поле постоянного электрического тока, скорость движения которых зависит от величины заряда молекулы; б) эффект молекулярного сита в используемых гелях достигается с помощью - полиакриламидного или крахмалы-юго гелей, которые имеют пористую структуру. Размер пор гелей соизмерим с размерами белковых молекул, поэтому полипептиды с наибольшей молекулярной массой будут двигаться медленнее в сравнении с пол и пептидами, имеющими низкую молекулярную массу [62, 72]. Существует много версий электрофоретических методов, и все они имеют общие черты. Гель определенных размеров, но с разной величиной пор, удерживается между стеклянными пластинками или в стеклянных трубках и содержит буфер какого-либо вида (известный как буфер геля). Ионная сила рН и буфера могут меняться, чтобы соответствовать по своим параметрам белкам. Электродный (или резервуарный) буфер используется для того, чтобы переносить электрический заряд через гель. Разделение смеси белков может быть выполнено как по горизонтали, так и по вертикали. В ряде случаев существенным является контроль температуры геля и буфера в процессе разделения [98]. Значительные успехи в области изучения белков были достигнуты именно с помощью электрофореза в полиакриламидном геле.
В отношении семян электрофоретическому анализу подвергают запасные белки. Успешное применение электрофоретических методов для идентификации сортов, гибридов, линий основано на том, что белки являются продуктами структурных генов. Таким образом белки могут рассматриваться как маркеры структурных генов, которые их кодируют. Наиболее пригодными для идентификации сортов являются запасные белки проламины (глиадины пшеницы, гордеины ячменя, зеины кукурузы) [72, 116, 128]. Одно из важных достоинств маркеров - стабильность компонентного состава многих белков, незначительная их модификационная изменчивость. Генетическая специфичность глиадина обычно проявляется на уровне вида, сорта, биотипа. Благодаря этому, у пшеницы установлена широкая внутри сортовая изменчивость глиадина (полиморфизм) [15, 50]. На основе специфичности глиадина рядом ученых были выделены биотипы внутри сортов пшениц: Абугалиевой А.И. - 26 у сорта Богарная, 16 - у сорта Безостая 1 [9], Созиновым А.А. - 2 биотипа у сорта Одесская 16 и 4 биотипа у сорта Одесская 51 [80, 97, 159]. Гетерогенность у сортов озимой мягкой пшеницы отмечалась у Мироновоской 808, Кинельской 5, Альбидум 114 по а, [3, у и со фракциям глиадина [113]. Возможность использования глиадиновых маркеров для оценки селекционного материала пшеницы была обоснована группой отечественных ученых школы академика А.А. Созинова (Ф.А. Попереля, А.И. Рыбалка, ММ. Копусь и др.) [130, 158]. Впервые такая работа была проведена в семидесятых годах в ВСГИ. А.И. Абугалиева [8], В.Г. Конарев [72], Ю.В. Перуанский [122, 123] рекомендуют использовать весьма удобный и надежный метод оценки линий и семей при электрофорезе гетерогенных или каталитических белков. Белковые маркеры широко используются не только при геномном анализе селекционного материала, и выявлении доли участия геномов родительских форм, линий и мутантов, но и для определения физико-химических и технологических показателей качества зерна, устойчивости пшеницы к болезням: стеблевой и бурой ржавчине, мучнистой росе, вредителям, морозо-, зимостойкости, засухоустойчивости сортов озимой пшеницы и тритикале [9, 40, 49, 51, 55, 61, 62, 104, 109, 113, 118, 122, 129, 156, 164, 166, 168, 182, 183, 186, 191]. Электрофорез секалина ржи дает возможность выявлять внутрисортовую изменчивость, определять состав популяций, устанавливать типичность образца, паспортизировать сорта и инбредные линии [12]. Электрофоретический анализ сортов мягкой пшеницы разного происхождения с повышенным и высоким содержанием белка в зерне показал широкое разнообразие спектров глиадина [60, 62, 135, 137, 143, 158]. ПолиакриламидныЙ гель использовался в лаборатории иммунитета растений УНИИЗР для фракционирования рибонуклеиновой кислоты, выделенной из листьев пшеницы здоровой и зараженной возбудителем бурой листовой ржавчины [88]. Кроме того, возможно использование электрофореза в полиакриламидном геле для исследования нуклеотидов, аминокислот и их производных, углеводов, пигментов, алкалоидов [147]. Особый интерес представляет изучение глиадина, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к маркерам генотипа [72, 73, 91]. Компонентный состав глиадина обладает отчетливо выраженной видовой и сортовой специфичностью [96, 160].
Использование влияния спектров глиадина на отдельные признаки находится в стадии интенсивного изучения. Имеются существенные различия в подходах к использованию белковых маркеров в идентификации сортов у самоопыляющихся и перекрестноопыляющихся сортов сельскохозяйственных культур [71]. К настоящему времени накопилось достаточно много сведений, свидетельствующих о том, что среди сортов-самоопылителей имеются генетически однородные растения, у которых все семена характеризуются одинаковым типом спектра запасных белков, или одинаковым набором аллелей ферментов. Нередки случаи, когда новые селекционные сорта, обладающие ценными признаками, не имеют ярко выраженных морфологических различий, а проведение скрещиваний для переноса нового морфологического признака требует длительного времени и сопряжено с возможностью потери ценных свойств сорта. Такие сорта имеют отличительные белковые признаки [115, 128, 143].
Применение статистических методов в изучении изменчивости при инбридинге
Вопросам изучения изменчивости с помощью статистических методов посвящено большое число работ отечественных и зарубежных ученых. Все эти публикации непосредственно связаны с полевыми опытами. В конце пятидесятых годов и в середине шестидесятых прошлого столетия Н.П. Бузииым, Ф. Вагнером, В.Г. Вольфом [21] опубликованы работы по методике полевых опытов и статистической обработке их в издательстве "Колос". Большую роль в становлении опытного дела в растениеводстве сыграла книга Н.Ф. Деревицкого [43] "Опытное дело в растениеводстве". Издание стало настольной книгой агрономов-опытников.
Большинство перечисленных работ нашло отражение в классических изданиях В.Г. Перегудова (1948 г.), Н.А. Плохинского (1961 г.), П.Ф. Рокицкого (1964 г.) [145].
В 1968 году, в издательстве "Колос", вышло второе, переработанное и дополненное издание Б.А. Доспехова, которое остается до сего времени учебником для агрономических факультетов сельскохозяйственных вузов нашей страны. В нем особенно подробно, автор изложил вопросы изменчивости, вариационных рядов, в частности количественной [44]. Селекционеру и агротехнику в большинстве случаев приходится работать с такими количественными признаками растений, как высота, масса растения, количество вторичных корней, ширина и длина листа, площадь листьев, скороспелость и т.д. Все эти параметры представлены в виде цифр, которые подвергают статистической обработке с привлечением специальных формул. Для определения параметров изменчивости и ряда наблюдений, высчитывают дисперсию, стандартное отклонение, абсолютную и относительную ошибку средней выборочной доли. Для сравнения между собой двух средних арифметических используют суммарную ошибку и фактический критерий.
Большое значение отводится коэффициенту вариации, то есть показателю относительной пестроты варьирующего признака. Коэффициент дает возможность сравнивать варьирование признаков разной размерности, например высоты и массы, площади листьев. Указывается, что коэффициент 10% указывает на незначительную, 10%, но менее 20% - среднюю, 20% -значительную изменчивость. Этими критериями пользуются при сравнении между собой любых вариантов опыта, или полиморфизма сортов. Особенно важно оценивать изменчивость в семейном отборе с применением инбридинга. Для того, чтобы получить представление о статистических методах обработки опытных данных, необходимо знать различия в определении понятий "количественная" и "качественная" изменчивость.
Интерес для исследователей биологического профиля, представляет качественная изменчивость и методика обработки данных.
Качественные показатели тоже могут варьировать, то есть изменяться, что детерминировано генетически и влиянием внешних условий. Они обычно выражаются в каких-то характеристиках качества, не поддающихся количественному измерению. Особенностью некоторых генов, контролирующих такие качественные признаки растений как, окраска зерна, цвет колоса, интенсивность окраски листьев являются разная степень их проявления. Она может варьировать от темно-красной до белой (по зерну), светло-зеленой, темно-зеленой (по листьям).
Наиболее часто, изучаемая совокупность представлена объектами с двумя градациями - признак есть или признака нет, т.е. имеется две возможности, две альтернативы. Однако и есть переходные признаки, что мы видим в окраске зерна. Имея показатели доли каждого признака, приступают к изучению с помощью статистических приемов изменчивости, которую называют атрибутивной.
Методика хорошо изложена во втором издании. Ценно здесь то, что экспериментатору достаточно выделить ряд качественных признаков, например цвет зерна, форма колоса, определить их процент в общей совокупности, привлечь логарифмирование и получить сведения о коэффициентах изменчивости. При вычислении коэффициента изменчивости следует иметь в виду, что максимально возможная изменчивость sHiiKC при двух градациях признаков равна 50%, трех - 33,3% и т.д.
Сводные характеристики вычисляют по формулам представленные в разделе 3. Доли признака в совокупности обозначают pi, р2,..., Рк и q; N - объем выборки, к - число градаций, t - теоретическое значение критерия Стъюдента. Атрибутивная изменчивость нами оценивалась при изучении инбридинга в разных поколениях.
Вместе с тем, наиболее широкий спектр фенотипических характеристик можно получить в результате принудительного самоопыления. Инбридинг способен это сделать гораздо нагляднее, чем другие примеры атрибутивной изменчивости. В этом отношении метод, описанный Б.А. Доспеховым, не учитывает многих биологических явлений, поэтому включение в методику самоопыления претендует на новизну.
Объектами исследований были сорта яровой мягкой пшеницы (ТгШсит aestivum L.) селекции КНИИСХ и других научно-исследовательских учреждений: Терция, Фора, Ария, Вера а также грибы из класса Basidiomycetes - бурая ржавчина (Puccinia recondita\ стеблевая ржавчина (Puccinia graminis), класса Ascomycetes - мучнистая роса (Erysiphe graminis) и класса Deuteromycetes - септориоз (Septoria nodorum Berk.). Остановимся на характеристике сортов, представленных в эксперименте.
Терция. Сорт выведен в Курганском НИИСХ, ОмГАУ, ИЦИГ СО РАН (Новосибирск) многократным индивидуальным отбором из гибридной популяции от ступенчатого скрещивания аналогов сорта Новосибирская-67: АНК-1 (красный цвет зерна и устойчивость к прорастанию в колосе-ген R 3 от Арин ФРГ) х АНК-2 (иммунитет к бурой ржавчине ген Lrr от донора К-54049 из Австралии) х АНК-3 (иммунитет к мучнистой росе-ген Рт 4в от Соло из ФРГ) х АНК-7А (жесткое опушение листа-донора К-26011 из Китая). Слабо поражается пыльной головней, в сильной степени - стеблевой ржавчиной. В годы эпифитотий бурой ржавчины выделяется очень высоким иммунитетом и продолжительным функционированием зеленых листьев. Засухоустойчивость сорта высокая во все фазы развития, и превышает по этому показателю сорт Жигулевскую и Новосибирскую 89 на 0,5-1,0 балл. Разновидность lutescens. Колос цилиндрический, средней плотности, средней длины или длинный. Колосковая чешуя яйцевидно-ланцетная, неопушенная. Плечо узкое, скошенное или прямое. Киль выражен на 2/3 длины. Зерновка темно-красная, средней крупности, яйцевидная, масса 1000 зерен 35-40 г. Высота растений 85-100 см, устойчивость к полеганию - средняя (4-4,5 балла). Вегетационный период 84-91 день. Технологические качества зерна на уровне сильного и ценного. Хлебопекарная оценка 4,0-4,5 балла. Мука слабая к замесу и требует для этого много воды. Сорт высокоурожайный. На госсортоучастках Курганской области после разных предшественников урожайность его составила от 2,7 до 4,3 т/га.
Терция -это единственный сорт с комплексным иммунитетом к бурой ржавчине, мучнистой росе в Западной Сибири и на Урале. Районирован по области. Сорт рекомендован для возделывания с 1995 году в Уральском, Западно-Сибирском и Северо-Кавказском регионах [67, 127, 153].
Фора. Сорт выведен в КНИИСХ совместно с Всероссийским институтом растениеводства (ВИР) многократным индивидуальным отбором из гибридной популяции от ступенчатого и возвратного скрещивания ТРР х Carazino/YSiete Cerros F66 /3/2 х Кинельская 30. Разновидность lutescens. Колос пирамидальный, среднерыхлый. Колосковая чешуя ланцетная. Плечо широкое, приподнятое, киль выражен по всей длине. Килевой зубец короткий, прямой. Высота растений 70-85 см. Зерно крупное, красное, яйцевидной формы. Масса 1000 зерен 35-40 г. Устойчив к бурой ржавчине. Поражение сорта мучнистой росой и листовыми пятнистостями проявляется только при посевах в майские сроки, но за счет скороспелости поражение не оказывает значительного влияния на урожайность. Вегетационный период 63-83 дня, отнесен к ультраскороспелой группе. Засухоустойчивость слабая. Устойчивость к полеганию 4,0-4,5 балла. Сорт устойчив к осыпанию и прорастанию зерна в колосе. Сроки посева - конец апреля, первая декада июня. Сорт Фора включен в списки наиболее ценных по качеству сортов и может использоваться как улучшитель по содержанию и качеству клейковины.
Районирован с 1996 года по Курганской области, включен в Госреестр по Уральскому и Западно-Сибирскому регионам [67, 153, 163]. Ария. Сорт выведен Курганским НИИСХ многократным индивидуальным отбором из гибридной популяции VT, от скрещивания: К-26442 х ВВ16151 (F3) II Лютесценс 25. Разновидность lutescens. Колос безостый, белый, неопушенный, пирамидальной формы 5-7 см, средней плотности. Колосковая чешуя яйцевидно-удлиненная с хорошо выраженной нервацией, плечо среднее, прямое. Киль выражен по всей длине чешуи. Зубец короткий, прямой. Зерно овально-удлиненное, темно-красное, колос -среднерыхлый. Высота растений 80-95 см. Масса 1000 зерен 35-40 г. Сорт среднеспелый (75-80 дней), высокоурожайный. Засухоустойчив. Слабо поражается мучнистой росой и бурой ржавчиной. Устойчивость к полеганию (4,0-4,5 балла). Преимуществом сорта является крепкая клейковина (ИДК 65-70 ед.) при 26-28% ее содержания в зерне. Более стабильное качество зерна иммунологически устойчивого сорта Ария обеспечивается за счет биотипического разнообразия в его структуре.
При поражении растений бурой ржавчиной наблюдается неоднородность в степени поражения, часть растений практически не поражается. В годы эпифитотий бурой ржавчины степень поражения отдельных растений может варьировать.
Модификация методов исследования комплексной устойчивости пшеницы к листостебельным болезням
Основным методом современной селекции и селекции на иммунитет является гибридологический анализ, в результате которого можно определить реализацию генов через фенотип. Генетический анализ - это особый метод исследования. Изучение признаков возможно с помощью скрещиваний, в результате которых реализуется комбинационная изменчивость. При этом выясняется, какие гены комбинируются независимо (если они находятся в разных хромосомах), а какие сцеплено (локализация генов в одной хромосоме) и тогда, следуя второму и третьему постулату Т.Г. Моргана, можно рассчитать процент рекомбинантов, что важно при выведении сортов с нужными селекционеру признаками, например устойчивых к листостебельным заболеваниям, таким, как бурая листовая и стеблевая (линейная) ржавчина, септориоз, мучнистая роса и др. Анализ дает возможность не только картировать расположение генов в хромосоме, но и определить процент рекомбинантных (кроссоверных) форм. Последнее является одной из главнейших задач любой селекции [56].
Практическую ценность генетических карт обычно иллюстрируют на примере вредителей. В этом случае применяют биологический метод борьбы с ними. Однако что касается возбудителей болезней злаков, то к ним применим селекционно-генетический метод. Поэтому знание локализации генов устойчивости и владение генетикой здесь крайне необходимо.
В нашей диссертации рассматривается вопрос картирования с позиций иммунитета в отношении целого ряда специализированных возбудителей заболеваний злаков, поэтому мы ограничимся анализом только тех генов, которые контролируют иммунитет. Если посмотреть на хромосомную карту всех трех геномов у Ttiticum aestivum, то можно определить все блоки полезных генов.
Так, например, в хромосоме Ш локализованы гены Bt 4-6. Это Bunt reaction-гены, контролирующие различную степень восприимчивости к возбудителю Tilletia spp. Твердо головневые грибы на пшенице находятся в основном под контролем генома В и только в исключительных случаях -генома D (Bt 7). Восприимчивость к Puccinia recondita (бурой) листовой ржавчине, наиболее вредоносному и весьма распространенному заболеванию ярового гексаплоида, контролируется генами Lr {Leaf-rust reaction), которые представлены полигенно от Lr 1 до Lr 22. В формировании признака восприимчивости у гексаплоидной пшеницы участвовали не только культурная однозернянка, но и эгилопсы, а поэтому носителями генов устойчивости являются геномы А, В и D, причем максимально загружены геномы А и D. В геноме А локализовано 5 генов (Lr 10; Lr 11; Lr 12; Lr 16; Lr 20). В геноме D - 6 (Lr 1; Lr 2; Lr 15; Lr 19; Lr 21; Lr 22). И только 3 гена находятся в хромосомах 6 и 7 генома В. В общей совокупности хромосом можно видеть весь набор групп сцепления - от 1-ой до 7-ой. Исходя из этого, можно констатировать многократную защищенность мягкой пшеницы от бурой ржавчины. Восприимчивость к Erysiphe graminis (возбудителю мучнистой росы) контролируется генами Pm (Powdery-mildew reaction) от Pm 1 до Pm 6 [56].
Контроль над восприимчивостью к Puccinia graminis - возбудителю стеблевой ржавчины осуществляет блок генов от Sr 5 до Sr 23. Это наиболее мощный блок защиты, сформировавшийся в результате спонтанного слияния всех трех геномов - диплоидных родоначальников.
И, наконец, восприимчивость к Puccinia glumarum - возбудителю желтой ржавчины (Yellow-rust reaction) представлена всего лишь тремя генами, по одному от каждого из геномов. Это гены Yr 1 (2А); Yr 7 (2В); Yr 8 (2D). Следует отметить, что болезнь в наших условиях отсутствует. Сегодня это карантинный объект, и необходимо всегда быть готовыми к защите посевов зерновых.
Представим блоки генов в виде двух групп, при этом в первую включим только те, которые напрямую детерминируют признак иммунитета.
В хромосоме 2А локализован ген Lr 11 восприимчивости к Puccinia graminis. В этой же хромосоме расположен ген Рт 4, ответственный за восприимчивость к мучнистой росе, Sr 21 — восприимчивости к Puccinia graminis и Yr 1 - восприимчивости к Puccinia glumarum (желтая ржавчина). Следовательно, наличие блока, ответственного за иммунитет в хромосоме 2А - ценный признак, который следует использовать при проведении селекции. Вместе с тем, локализация названных генов наукой пока не определена, поэтому проследить за их проявлением мы можно только теоретически. Хромосомы ЗА, 4А не представляют интереса с точки зрения генов устойчивости, хотя в хромосоме 4А локализован ген Lr 16 и тесно сцепленный с ним ген восприимчивости к стеблевой ржавчине Sr 23. В 50 е.к. от Lr 16 локализован ген Lr 12, но он наследуется независимо. В целом блок не представляет практической ценности.
Интерес для селекционеров представляют группы сцепления генов 6А (Рисунок 8). Именно здесь имеется блок генов устойчивости к стеблевой ржавчине, в 6 е.к. (очень тесно), локализованы гены Sr 8 и Sr 13. В хромосоме 6В, в 30 локусе, имеются гены Lr 3, Sr 11, Lr 9, расположенные на расстоянии 20 е.к. Таковы основные блоки защиты яровой пшеницы, напрямую работающие на иммунитет. Однако в геноме мягкой пшеницы много генов, косвенно участвующих в защите от болезней. Эти гены, ответственные за фенотипические признаки по основным категориям врожденного иммунитета, не менее интересны, а их спектр может с успехом использоваться в селекции на иммунитет при получении резистентных сортов пшеницы. Покажем это на конкретных примерах, следуя по хромосомной карте всех трех геномов Т. aestivum. Начнем с генома А. В хромосоме 1А локализован ген Hg {Hairy glume), детерминирующий опушенность колосковой чешуи. Этот признак является определяющим для таких разновидностей мягкой пшеницы, как леукоспермум, велитинум, дельфи,
гостианум, меридионале, пиротрикс, барбаросса и др. По этому признаку селекционеры и семеноводы идентифицируют сорта яровой пшеницы, относя их к той или иной разновидности. Известно, что признак опушенности следует считать одновременно еще и формой проявления пассивного врожденного иммунитета. Это эффективный фенотипический признак в борьбе с возбудителем ржавчины. Урединиоспоры "зависают" в густом опушении колосковой чешуи и она не поражается ржавчиной, способной поражать не только стебель, но и все части колоса. Хорошо, если признак опушенности колоса сочетается с опушенностью стебля, в этом случае растение оказывается полностью защищенным от болезни. Селекционеры -генетики знают, что ген Hg сблокирован с генами Рт 3 (восприимчивости к мучнистой росе - Erysiphe graminis) и Bg (черной окраски колосковой чешуи - Black glume) (Рисунок 9). Эти два гена, выполняющие главную роль в иммунитете пшеницы, сцеплены с геном Hg так тесно (3-10 един иц кроссинговера), что самостоятельное их проявление при рекомбинации маловероятно. Это "спутничные" гены, гена опушенности и их разделение возможно только в случае применения рекомбиногенных веществ. Ген, контролирующий устойчивость к мучнистой росе, характерен для перечисленных выше разновидностей, и если сорт имеет опушенный колос, стебель, лист, то можно считать признаком устойчивости к ржавчине и мучнистой росе. Такая особенность иммунитета может быть учтена в реализации комбинационной изменчивости.
В хромосоме 7А есть ценный блок генов Sr 22, Sr 15, Lr 20 и Pm 1. При этом, что не совсем желательно, с ним сцеплен ген сп - А 1 дефекта образования хлорофилла, но поскольку он расположен в 40 е.к. от ценного блока, то его можно устранить при проведении скрещиваний.
Модификация методики изучения атрибутивной (качественной) изменчивости
Когда оценивает изменчивость вариационного ряда статист, то он обращает внимание на выравненность всех вариант, а для оценки ее использует относительную ошибку выборочной средней. При этом утверждается, что при относительной ошибке более 5% опыт признается не точным. Если варьирующий ряд рассматривает биолог, то в высокой относительной ошибке выборочной средней он видит объективную реальность, то есть природную изменчивость, и тогда большая ошибка говорит о влиянии фактора природы на генотипы, из которых состоит популяция. Допустим, сравниваются два вариационных ряда, из которых при одинаковых условиях непозволительно большая ошибка средней арифметической. Это указывает на отрицательное влияние факторов среды. Малая ошибка, или выравненность ряда, указывает на соответствие условий всем генотипам, и они одинаково реализуют норму реакции. В этой связи, с точки зрения биологии математикой необходимо пользоваться умело. Так, например, абсурдно утверждение, о браке опыта в случае превышения точности, поскольку это реальная картина. В данном случае достаточно сделать правильные выводы, то есть найти причину большой изменчивости.
Интересными являются сведения Б.А. Доспехова [44] о том, как высчитывается коэффициент изменчивости при изучении качественных признаков. Методика исключительно точно соответствует исследованиям в области полиморфизма различных сортов пшеницы. Считаем уместным рассмотреть методику более подробно для условий инбридинга.
Известен способ изучения атрибутивной (качественной) изменчивости пс коэффициенту изменчивости, полученному в результате группировки показателей качества. При этом высчитывают процентное соотношение их, а о выравненное характеристик судят по десятичному логарифму, логарифму суммы логарифмов качественных градаций, деленному на их количество. Этот метод взят нами за прототип.
В предлагаемом нами способе по той же методике сравнивают атрибутивные коэффициенты изменчивости различных инбредных поколений. При этом выравненность учитывают по показателю длины, плотности колоса и цвету зерна. Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет проводить сравнение неограниченного количества качественных показателей у самоопыленных линий различных поколений и судить по ним о характеристиках выделенных линий, которые используются в селекции.
Для вычисления статистических характеристик выборки при качественной изменчивости применяют следующие показатели: стандартное отклонение доли, коэффициент вариации, ошибку доли. Результаты применения модифицированной методики представлены по 4 сортам и 3 признакам (длина и плотность колоса, цвет зерновок).
Изучаемая совокупность (N) представлена двумя признаками (альтернативная изменчивость), короткие (р) и средние (q) колосья. Стандартное отклонение доли их равно: Модификация способа определения атрибутивной изменчивости представлена в формуле 3. В формуле -два зависимых пункта.
В 1935 году Н.И. Вавилов в своей работе, посвященной ботанико-географическим исследованиям в селекции, указывал на положительные результаты отбора из популяции, но особенно убедительно об этом сказано в работе X. Шмальца [177]. Он говорил, что в популяции любого сорта имеются линии, которые отличаются от средней фенотипа так сильно, что в случае их отбора их можно отнести в ранг нового сорта. Это происходит потому, что в процессе создания сорта селекционер работает с каким-то одним признаком. По остальным признакам сорт является популяцией, которая хранит в себе большое разнообразие признаков. По ним отбор можно проводить весьма результативно. Селекционер должен быть специалистом одновременно в биохимии, анатомии, физиологии, иммунитете, генетике и др. в силу неограниченности интересов, которыми он руководствуется. И не случайно селекция налажена там, где селекционер обладает всесторонними знаниями, или в его распоряжении имеются необходимые службы, лаборатории, приборное обеспечение и специалисты. Каждый из специалистов вносит вклад в создание нового сорта. Однако сорт можно улучшить по любому признаку. Необходимо только провести направленный отбор. В таком случае к названию сорта добавляют слово "улучшенный" и это будет самостоятельный сорт. Улучшение может быть направлено в сторону усиления иммунологических характеристик, в результате чего сорт, который считался восприимчивым, становится устойчивым. Однако при улучшении важно определиться с методикой отбора. Если это иммунитет, то отбор ведут в условиях провокационных фонов или при искусственном заражении. Отбор лучших генотипов с ценными генами должен проводиться генетиками. Селекция, отвечающая требованиям современной науки, на 80% состоит из генетики. По выражению В.Г. Гуляева "Генетика - это алгебра селекции".
Работу по инбридингу А.П. Голощапов проводил в период с 1973 по 1987 годы. Исследования были закончены созданием инбредной линии, которую передали в Госсортсеть. Цель исследования была выбрана тогда не случайно, поскольку интенсивные сорта пшеницы сильно поражались ржавчинными болезнями, хотя они были толерантными. В то время получили хорошие результаты, поскольку на ряде сортоучастков Курганской области (Целинный, Куртамышский, Белозерский, Половинский и Макушинский) в 1986 году превышение и-1978 л составило над исходной формой (сорт Шадринская) в пределах 3,6-6,0 ц/га. Отобранная линия отличалась по глиадину в основном по to - фракции. Если доминирующий биотип исходного сорта был представлен формулой а567 (32345 7234(0 3,4,68910, то отсел ектированная линия, представленная двумя биотипами, отличалась в to - фракции по 6-ой и 10-ой спектральным полосам. Завершить разработки не представилось возможным по ряду субъективных причин, однако методика осталась, и в настоящее время усовершенствована нами в генетическом плане.
По требованию апробации [134] выделяют колосья мелкие, длиной до 8 см, средние - 8-Ю см и крупные - длиннее 10 см. Однако визуальная оценка этого показателя в нашем опыте показала, что длинные колосья отсутствуют. В таблице 5 нами представлены значения длины колоса в Ь и Із только в двух градациях (короткий и средний) в сравнении с 10. Из таблицы 5 следует, что у всех без исключения сортов инбридинг (13) работает в сторону уменьшения доли коротких и средних колосьев.
