Введение к работе
- з -
Актуальность темы. Сведения о механизмах и эффектах несовместимости при само- и перекрестном опылении необходимы как для производства, так и для селекции и сортоизучения большинства хозяйственно полезных растений. Так, у плодовых растений правильный подбор опылителей для самобесплодных сортов не только повышает завязьшаемость плодов, но и улучшает их качество, обеспечивает проявление всех сортовых признаков. Селекционеры часто нуждаются в экспресс-методах анализа совместимости скрещиваемых сортов, а сортоведы— в уточнении пригодности сортов-опылителей в различных условиях среды.
Однако к настоящему времени явление несовместимости при опылении и его генетические механизмы не одинаково хорошо изучены у разных культур. Для груши, в частности, нами найдены в литературе лишьуказания на гаметофитный тип контроля этого явления (Суриков, 1991), описание роста пыльцевых трубок в различных комбинациях скрещивания и некоторые данные о проявлении несовместимости у полиплоидов (Lewis, Modlibowska, 1942; Crane, Lawrence, 1947; Visser, Oost, 1982).
Многие исследования несовместимости у груши выполнены несколько десятилетий назад, когда еще не была разработана классификация её механизмов. Более глубокие исследования ограничивались неудобством груши, как и других плодовых, для таких исследований в сравнении с "модельными объектами" (Brassica, Nicotiana, Petunia). У многолетних культур трудно реализовать один из основных методов генетического анализа— изучение потомства в специально поставленных скрещиваниях. Крайне сложна и оценка несовместимости по завязываемости плодов, так как их число на один-два порядка ниже числа цветков и сильно варьирует в зависимости от внешних условий.
Эти неудобства плодовых растений как объекта изучения генетики самонесовместимости и определяют по существу единственно перспективный тгуть анализа проблемы. Он заключается в использовании уже имеющихся гибридных форм для организации эксперимента, структура которого максимально приближается к оптимальной для изучения генетики этого специфического признака. Попытка pea-
лизовать этот путь решения проблемы в работе с конкретной коллекцией сортов и ранее полученных гибридов и определяет актуальность данного исследования.
Цель исследования. Характеризовать генетическую систему самонесовмес-тимоети (СН) у груши.
Достижение этой цели предполагало решение следующего ряда задач: —сформировать из имеющихся в коллекции родительских форм и их гибридов ряд схем скрещивания, адекватных изучению генетики СН, т. е. включающих переопыления родительских сортов друг с другом, с их гибридами Fi, гибридов F] друг с другом, самоопыление перечисленных форм;
в пределах этих схем выполнить необходимые варианты само- и перекрестного опыления;
количественно оценить результативность этих опылений, т. е. степень совместимости, по показателям роста пыльцевых трубок (ПТ) в пестиках;
характеризовать систему СН у груши на основе специально разработанных алгоритмов анализа роста ПТ.
Научная новизна. Впервые у груши определены показатели роста ПТ в пестиках наиболее информативные в оценке СН. Выявлены негенетическне факторы, влияющие на рост ПТ и предложены методы коррекции их эффектов, обеспечивающие наилучшее различение совместимых и несовместимых комбинаций опыления. Впервые в исследованиях СН у груши выявлено существование не менее, чем трёх главных генов, контролирующих признак. Показана эффективность исследования генетической системы СН на основе методов генетического и математического (метод Монте-Карло) прогнозирования результатов опыления с последующей оценкой адекватности моделей фактическим результатам опылений.
Практическая значимость. Предложен метод, пригодный при работе с любыми плодовыми культурами, обеспечивающий выявление показателей роста ПТ, информативных в оценке СН при опылении.
С его помощью описана картина совместимости—несовместимости в совокупности из 116 комбинаций опыления сортов и гибридов груши. В условиях выявленной сложности системы генетического контроля СН у груши в качестве экспресс-метода подбора возможных опылителей рекомендуется учёт числа пыльце-
вых трубок, достигших завязи, а в качестве оптимального установлено корректированное по предложенному методу значение этого показателя, равное 3 на один пестик.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на методическом совете Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского института садоводства и виноградарства
Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации изложены в 4 печатных работах.
С.ті)ушда.О!..Л^Ш_Лисоедтаіщи. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Изложена на 84 страницах текста, содержит 23 таблицы и 3 рисунка. Список использованной литературы включает 58 наименований, в том числе 41 на иностранных языках.
Опыты проводили в 1990-1992 годах на деревьях из коллекции сортов и гиб
ридов груши Северо-Кавказского зонального НИИ садоводства и виноградарства,
высаженных в пригороде Краснодара— ОПХ "Центральное". Участок расположен
в центральной подзоне
Прикубанской зоны Краснодарского края, на высоте 50 м над уровнем моря. Почва— слабовыщелоченный мощный чернозём на лёссовидном суглинке. Экстремально низких температур и подтоплений участков сада в периоды, предшествовавшие опыту, не отмечено. В годы опыта фенофаза розовых бутонов у разных сортов груши наступала 10-25 апреля, а раскрытие 90% цветков— на 5-10 дней позже. Дневная температура в течение трёх суток после опыления составляла 9-21С, а ночная не опускалась ниже 5С. Пыльца всех заготовленных партий оказалась жизнеспособной не менее чем на 50%.
Схемы опыления формировали, исходя из положения, что наиболее полная информация для генетического анализа СН может быть получена при исследовании комбинаций следующих типов: PmxPf, PxFivFimxFu, а также реципрок-
- 6 -ные к ним; где Pm и Р(— родительские формы, Fi— гибриды, полученные от их скрещивания, Fjm и F|„— различные растения из семьи F|, а также вариантов самоопыления изученных форм.
Имеющаяся в наличии коллекция позволила сформировать 6 схем опыления, отвечающих этим требованиям. На табл. 1 в качестве примера приведена схема, составленная из родительского сорта Пасс Крассан и гибридов первого поколения, полученных с его участием.
Для использования в опытах отбирали только здоровые, обильно цветущие и дающие удовлетворительный урожай деревья. Заготовку пыльцы проводили в соответствии с "Программой и методикой селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур" (Мичуринск, 1980). Цветки, выбранные для опыления, кастрировали в стадии бутона.
Для микроскопического исследования изготавливали давленые препараты по методике, изложенной Козубовым (1967). Препараты исследовали при помощи люминесцентного микроскопа. Учитывали число ПТ, достигших каждой из 5 предварительно выделенных зон пестика: 1-я — на выходе из рыльца, 5-я —в месте перехода пестика в завязь, 2-я, 3-я, 4-я — на равных расстояниях между ними. В ячейках табл. 1 приведены эти числа с 1-го по 5-е сверху вниз. Пустые ячейки со-оп етствуют комбинациям опыления, которые выполнить не удалось.
Оценку СН строили на анализе показателей четырёх категорий. Указанные выше численности составили группу S-показателей. DS-показатёли— разности между числом ПТ в і-й и (і+1)-й зонах (і=1,2,3,4), то есть число ПТ, прекративших рост в і-й зоне. А- показатели представляют собой отношение числа ПТ в і-й зоне к их числу на границе с завязью. В-показатели— отношениечисла ЦТ, достигших і-й зоны к числу достигших предшествующей^-1) зоны. Общее число показателей составило 11. Число комбинаций, в которых оказалось достаточно ПТ для анализа, составило 116.
При анализе данных использовался IBM-совместимый компьютер с программными продуктами Statistica 5.0, FoxPro 2.6. В среде последнего были написаны необходимые программы для работы с базами данных, вычисления показателей
Таблица 1. Одна из схем опылений для генетического анализа самонесовмести-
мости у груши
роста ПТ, моделирования взаимодействия генов СН, кластеризации объектов. Продукт Statistica использовали для вьшолнения дисперсионного и дискриминантного анализов, вычисления коэффициентов корреляции.