Содержание к диссертации
Введение
ОТДАЛЕННАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ - ОДИН ИЗ МЕТОДОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ 9
1.1. Нескрещиваемость отдаленных видов и возможности получения гибридов II
1.2. Аллополиплоиды и методы их получения 15
1.3. Беккроссирование аллополиплоидов - один из способов восстановления культурных растений с новым сочетанием генов, переданных от дикого вида 19
1.4. Успехи межвидовой гибридизации в роде Mcotiana . Использование для скрещиваний видов секций Suaveolentes и Tomentosae 23
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ 28
3. ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ТАБАКА. 40
3.1. Амфигаплоиды 40
3.1.1. Получение 40
3.1.2. Морфологическая характеристика 43
3.1.3. Микроспорогенез 47
3.1.4. Отношение к болезням 53
3.2. Амфидиплоиды, полученные от межвидовых гибридов 53
3.2.1. Получение 53
3.2.2. Морфологическая характеристика 56
3.2.3. Микроспорогенез 62
3.2.4. Семенная продуктивность 63
3.2.5. Отношение к болезням 71
3.3. Неполные аллополиплоиды и трехвидовой гибрид 72
3.3.1. Получение 72
3.3.2. Морфологическая характеристика . 76
3.3.3. Микроспорогенез 76
3.3.4. Отношение к болезням 85
3.4. Гибриды от возвратного скрещивания амфидиплоидов с сортами 86
3.4.1. Получение 86
3.4.2. Морфологическая характеристика 90
3.4.3. Микроспорогенез 100
3.4.4. Семенная продуктивность 103
3.4.5. Отношение к болезням 107
3.4.6. Получение семян третьих беккроссов III
4. ОСОБЕННОСТИ МЕЖВИДОВОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ В РОДЕ Nicotiana
4.1. Трудности при скрещивании культурного табака С дикими видами Nicotiana и способы Их преодоления ИЗ
4.2. Особенности микроспорогенеза у межвидовых гибридов Nicotiana И8
4.3. Особенности проявления признаков у межвидовых гибридов 123
ВЫВОДЫ 132
ПРЕДЛОШШЯ 133
ЛИТЕРАТУРА 135
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Нескрещиваемость отдаленных видов и возможности получения гибридов
- МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
- Амфигаплоиды
- Трудности при скрещивании культурного табака С дикими видами Nicotiana и способы Их преодоления
Введение к работе
Актуальность темы. Продовольственной программой и постановлениями партии и правительства СССР определены задачи по увеличению урожая сельскохозяйственных культур, в том числе и такой технической культуры как табак.
Это требует усовершенствования существующих и разработки новых методов и приемов, обеспечивающих ускорение селекционного процесса.
Одним из факторов, лимитирующих урожай табака, являются болезни. Так как рассовый состав носителей заболеваний все время подвергается изменению.В.связи с этим в селекционных работах по получению высокоустойчивых к болезням сортов используются в качестве доноров дикие виды рода Nicotiana , так как внутривидовой потенциал табака не располагает в достаточной мере генами устойчивости к распространенным заболеваниям.
В настоящее время многие дикие виды рода Nicotiana с успехом вовлечены в селекцию табака. Однако, современный, более сложный комплекс требований к сортам табака обуславливает необходимость широкого использования видов этого рода, обладающих наряду с болезнеустойчивостью и другим комплексом хозяйственно-полезных признаков (скороспелостью, высокой семенной продуктивностью, низким содержанием никотина и т.д.). Поэтому отдаленная гибридизация занимает в табаководстве одно из ведущих мест в селекции. Так как исследованиями М.Ф. Терновского доказана перспективность данного метода для создания устойчивых к болезням сортов. В результате этого селекционно-генетические работы, направленные на создание исходного материала, сочетающего в одном генотипе комплекс полезных морфо-биологических признаков с высоким уровнем устойчивости -к основным болезням, имеют теоретический и практический интерес. -.-5-
В связи с актуальностью данного вопроса тема диссертации была включена в план научных исследований института на 10 пятилетку по теме I "Выведение новых сортов табака, пригодных к механизированной уборке", входящей в заказ-задание МСХ СССР (номер государственной регистрации 760I76I7) и являлась результатом выполнения раздела 6 "Создание исходного материала методом культуры тканей" (1976-1980 гг.).
Исследования проводились под руководством Лауреата Государственной премии, доктора с/х наук, профессора М.Ф. Терновского и доктора биологических наук В.П. Банниковой, в лаборатории селекции Всесоюзного научно-исследовательского института табака и махорки.
Цель и задачи исследования. Настоящей работой определена цель, создать новый исходный материал для селекции табака на основе межвидовой гибридизации в роде Nicotiana при использовании комплекса методов и приемов, позволяющих преодолеть нескрещиваемость разных видов.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи: разработка методик и приемов для преодоления трудностей скрещивания сортов табака с дикими видами Nicotiana ; получение и изучение межвидовых гибридов и их амфидиплоиг ДОБ ОТ скрещивания K.tabacum с ДИКИМИ видами N.debneyi, її. rosulata, N.amplexicaulis, N.setch.ellii, N.otophora t как базисного исходного материала для селекции, устойчивого к табачной мозаике, мучнистой росе, пероноспорозу, белой пестрице, черной корневой гнили; получение неполных аллополиплоидов и "трохвидовых гибридов, обладающих комплексом полезных морфо-биологических признаков; получение и изучение гибридов от возвратного скрещивания амфидиплоидов с сортами табака, выделение линий гибридов, сочетающих в одном генотипе устойчивость к болезням с ценными хозяйственными признаками, для использования в селекции в качестве исходного материала.
Защищаемые положения диссертации следующие: эффективность применения комплекса методов: межвидовой гибридизации, культуры in vitro , экспериментальной гибридной полиплоидии для создания аллополиплоидов и гибридов табачного типа; необходимость изучения особенностей мейоза для выделения фертильных межвидовых гибридов; значимость исследования морфо-биологических признаков у аллополиплоидов и гибридов от возвратного скрещивания амфидиплоидов с сортами табака для отбора нового исходного материала; перспективность практического использования разработанной охемы применения комплекса методов для получения исходного селекционного материала при гибридизации сортов табака с дикими видами Nicotiana.
Научная новизна работы заключается в следующем: - получены впервые межвидовой гибрид от скрещивания N.tabacam с N.ampiexicaulis ; амфидиплоиды, а также гибриды при участии N.rosnlata ; ТрехБИДОВОЙ ГИбрид между N.tabacum, N.uelmeyi, ; N.alataj получены новые амфидиплоиды гибридов u.tabacum с дикими видами N.detmeyi, N.setchellii, N.otophora , характеризующиеся комплексом полезных признаков; впервые установлено до 3 бивалентов при гибридизации у N. tabacum и N.rosulata и ДО 8 У N.tabacum И N.amplexicaulis
ПОЛучвНЫ И ОТОбраны при учаСТИИ В Скрещиваниях N.de"bneyi, N.rosulata, N.otophora линии гибридов 'табачного типа, высокопро- дуктивные, со среднеспелым типом развития, низким содержанием никотина, устойчивые к болезням; - разработана схема получения нового исходного материала с хозяйственно-полезными признаками для селекции табака при использовании комплекса методов, позволяющих преодолеть трудности межвидовой гибридизации.
Практическая ценность работы состоит в создании нового исходного материала для селекции с полезными признаками.
Для селекционных целей предложены выделенные:
НОВЫе амфИДИПЛОИДЫ ГИбридОВ N.tabacum С U.de"bneyi, IT. rosulata, H.setchellii, N.otophora , , проявляющие УСТОЙЧИВОСТЬ к вирусу табачной мозаики, мучнистой росе, пероноспоро-зу, белой пестрице, черной корневой гнили; линии гибридов "табачного типа*,, полученные при участии в Скрещиваниях F.debneyi, К. rosulata, N.otophora : с числом листьев до 4-2; среднелистные, крупнолистные; желтолистные и зеленолистные; с семенной продуктивностью до 22 г с растения; низконикотинные (0,8...1 % устойчивые к вирусу табачной мозаики, мучнистой росе, пе-роноспорозу, к черной корневой гнили, белой пестрице*.
Реализация работы проявилась в том, что данный материал нашёл широкое применение в селекции на устойчивость к болезням, продуктивность, низкое содержание никотина, скороспелость.
Для селекционных целей передано: - i\ формы амфидиплоидов межвидовых гибридов-в Молдавский научно-исследовательский институт табака и Болгарский институт табака и табачных изделий; - 226 форм гибридовлтабачного типа'в Молдавский НИИ табака, Украинскую опытную станцию по табаку, на опытные станции и лабораторию селекции ВИТИМа, входящих в научно-производственное объединение по табаку и махорке.
Апробация и публикация работы. Результаты исследований изложены в аспирантских и тематических отчетах, докладывались на отчетно-плановых сессиях ВНИИ табака и махорки им. А.И. Микояна (ВИТИМ) в 1976-1977 гг., на конференциях молодых ученых ВИТИМа (1976 г., 1977 г., 1978 г., 1980 г.), на заседании ученого Совета ВИТИМа (І978 г.), на Ш съезде Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им. Вавилова (1977 г.), УП Всесоюзном совещании по эмбриологии растений (1978 г.), на Ш Всесоюзной конференции по культуре клеток растений (1979 г.).
По материалам исследований имеется 13 публикаций.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений, изложена на 134 страницах. Список используемой литературы включает 230 наименований, из них - 82 иностранных авторов. Имеются приложения.
Нескрещиваемость отдаленных видов и возможности получения гибридов
Главным препятствием для отдаленной гибридизации является нескрещиваемость видов.Так как успешному скрещиванию часто препятствует ряд обстоятельств: несовпадение сроков цветения или пространственная изоляция родительских форм; непрорасша-ние пыльцы; нарушения в росте пыльцевых трубок (Банникова В.П.,-Хведынич О.А., 1982).
В настоящее время накоплен обширный материал по прорастанию пыльцы, росту пыльцевых трубок, процессу оплодотворения, развитию зародыша и эндосперма при отдаленной гибридизации. Эти данные обобщены в ряде крупных работ и являются основой для постановки опытов по преодолению несовместимости - явлению, в большинстве случаев наблюдаемому при отдаленных скрещиваниях (Модилевский Я.С, №5; Костов Д., 194-3; Поддубная-Арнольди В.А., Лодкина. М.М., 194-5; Brink В.A., Cooper Д«С, 194-7; Swaminnathan M.S. 1955; Худяк М.И., 1963; Канделаки Г.В., 1969; Linsken Н.Г., 1971; Jensen ЇЇ.А» 1973; Здруйковская-Рихтер А.Й., 1972, 1982; Ивановская Е.В., 1976; Банникова В.П., 1975, 1982). Последствия нескрещиваемости выражаются полным отсутствием гибридных семян, образованием сморщенных семян или семян внешне хорошо сформированных, но неспособных к прорастанию, гибелью гибридных проростков, образованием бесплодных гибридов (Модилевский Я.С, 1945; Банникова В.П., 1975, 1982; Rao N. , 1979).
Материал и методы
В качестве исходного материала при межвидовой гибридизации взяли виды рода Mcotiana , которые в ботанической системе относятся к порядку трубкоцветко-вых, семейству пасленовых ( Solanacea ). Этот род насчитывает около 70 видов, объединенных в три подрода: ТаЪасша , Rustica , Petunioides ( Goodspeed Г.Н., 1954).
Его происхождение относят к концу мелового и началу третичного периода и считают, что предки Nicotiana занимали некогда один ареал, а в процессе расхождения материков разобщились по континентам Америки и Австралии, а также на островах между материками (Грабовецкая А.И., 1937).
Филогенез видов и современное состояние рода рассмотрены наиболее полно Д. Костовым (1938, 1943), Г.Н. Goodspeed (1934,1954).
Род Nicotiana является остатком полиплоидного комплекса, начало которому было положено предками, имеющими в кариотипе по шести пар хромосом. В дальнейшем эволюция вида шла через амфипло-идию с увеличением числа хромосом до 12 и 24 пар. У некоторых видов в результате анеуплоидии, число хромосом в геноме некратное б-ти.
Параллельно с амфиплоидией виды Nicotiana претерпевали генетическую дифференциацию, включающую генные мутации, хромосомные аберрации и гибридные перекомбинации (Goodspeed Г.Н., 1954). Существующие в настоящее время виды представляют собой последний эволюционный этап рода, на котором 24-парные виды занимают высшее филогенетическое положение.
Растения этого рода однолетние и многолетние, высотой от 0,3 до 5 м; с цельными, очередными, овальными листьями; с обоеполыми цветками, с воронкообразным венчиком, с пятью лепестками и тычин-ками, с двухгнездной завязью; с многосемянной коробочкой и мелки-ми семенами (Псарева Е.Н., 1963; Терновский М.Ф., 1971).
Амфигаплоиды
Оголенные семяпочки сорта Иммунный 580 опылялись в стерильных условиях бокса пыльцой N.rosulata , R.debneyi ,N.amplexicaulis . Через 2 дня после посадки плацента с семяпочками разрасталась и зеленела. Пыльцевые трубки видов-опылителей быстро росш по всей поверхности плаценты сорта Иммунный 580, но только небольшое количество их проникало в семяпочки. На 8-е сутки после опыления семяпочки, в которых произошло оплодотворение, заметно разрослись. На 30-е сутки часть их сформировалась в семена Количество оплодотворенных семяпочек при межвидовых скрещиваниях было незначительное и зависило от комбинации скрещивания (табл. 3.1).
Гибридные семена различались по своей жизнеспособности. Семена, образовавшиеся при опылении in vitro , ни на одной из используемых питательных сред не проросли. Наилучшие результаты давало опыление N.amplexicaulis И N.debneyi, из семян ЭТОГО опыле-ния на 70... 90 сутки формировался каллус при выращивании на среде Мурасиге и Скуга. Наибольшее число (20) проросших семян было в комбинации И580 х N.debneyi . В гибридной комбинации Й580 х и, anrplexicaulis наклюнулось 10 семян. На питательных средах из каллуса индуцировался органогенез и укоренение побегов (рис. 3.2). Из 60 побегов комбинации И580 х N. anrplexicaulis у 20 была корневая система, а из 80 побегов комбинации И580 х N.detmeyi у 25 образовалась корневая система. Часть гибридных растений погибла из-за слабого развития корней. Цветение достигли 15 гибридных растений от опыления N.amplexicaulis (рис. 3.3) и 12 от опыления N.debneyi .
Трудности при скрещивании культурного табака С дикими видами Nicotiana и способы Их преодоления
Известно, что при отдаленной гибридизации главным препятствием является несовместимость между видами механического, генетического и физиологического характера (Дарвин Ч., 1859; Банникова В.П., 1975). При гибридизации культурного табака с видами секций Tomentosae , Suaveolentes она так», обнаруживалась.
Наблюдаемая нами нескрещиваемость,культурного табака и видов секции Suaveolentes - N.debneyi , N.rosulata і N.amplexicaulis в условиях in vivo вероятнее всего была обусловлена несоразмерностью пестика культурного цветка с пыльцевой трубкой видов-опылителей, а также, видимо, некоторыми физиологическими и генетическими препятствиями.
При скрещивании культурного табака с видами секции Tomentosae проявлялись частично физиологическая и генетическая несовместимость в пестике. Все это не позволило прорасти большому числу пыльцевых грубок в завязь цветка культурного растения, тем не менее гибрид-ще семена образовывались.
Неветречающиеся препятствия при гибридизации у некоторых сортов показывают проявление сортовых различий при скрещивании культурного табака с дикими видами Mcotiana
Следующими были нарушения процесса оплодотворения. Так как после опыления семяпочки увеличивались, но на 7...8 день часть из них прекращала дальнейшее развитие и на ICW.I5 день погибала. Гибридных семян образовывалось мало, некоторые из них были плохо выполнены и щуплы. Выполненные, крупные, гибридные семена не все прорастали.
Таким образом, при гибридизации культурного табака с дикими видами отмечены все трудности, встречающиеся при отдаленных скрещиваниях - непрорастание пыльцы, гибель зародыша и эндосперма,неспособность к прорастанию гибридных семян. Все это объясняется нарушениями взаимоотношений между мужским гаметофитом и тканью пестика, у которых реакция несовместимости проявляется с момента попадания пыльцы на рыльце и морфологически выражается в замедлении или торможении прорастания ее. Кроме того,обуславливается нехваткой или невозможностью использования веществ необходимых для роста и развития трубок, из которых определенное число может дорасти до завязи и входить в зародышевый мешок. Однако, при этом процесс двойного оплодотворения не осуществляется вообще, либо ограничивается только яйцеклеткой или центральной клеткой. Но даже успешное оплодотворение не гарантирует получения жизнеспособных гибридных семян, задержка или полное подавление развития которых сопровождается значительными структурными и функциональными изменениями в зародыше, эндосперме и окружающих зародышевый мешок тканях, выявляющихся на всех этапах онтогенеза семян (Банникова В.П., 1975).
