Введение к работе
Актуальность исследований. В селекционном процессе табака, при выведении новых сортов, широко применяется метод индивидуального отбора растений, когда семена, собранные с одного растения высеваются отдельной делянкой. Однако, при проведении индивидуального отбора растений, селекционер часто попадает в ситуацию, когда из одной линии по биометрическим критериям отбора выделяется большое количество растений сходных между собой, что приводит к значительному увеличению количества делянок, которые необходимо будет вырастить и проанализировать на следующий год. Кроме того, селекционер часто ограничен в количестве делянок, которые он способен вырастить и проанализировать за один период вегетации, поэтому ему приходится отказываться от дальнейшего изучения части отобранных растений, что может привести к потере ценных линий.
Для уменьшения возможности потери ценных линий, при наличии большого количества сходных по биометрическим критериям растений, появляется необходимость в применении дополнительных критериев отбора, на основе которых уменьшится выборка и выделятся более ценные формы.
В качестве таких критериев отбора предложено применять данные, получаемые при анализе состояния мужского гаметофита у растений табака. По данным Н.Н. Балашовой (Балашова Н.Н., 1991) было определено, что приблизительно 60% структурных генов экспрессируются как в спорофите, так и в гаметофите, что позволяет заключить, что отбор гаметофитов может быть успешным приемом изменения определенных признаков спорофита.
Цели и задачи исследования. Цель исследований состоит в проведении изучения особенностей мужского гаметофита у коллекционных сортов табака и определении возможности использования данных показателей в селекционном процессе.
При достижении поставленной цели были решены следующие задачи:
выявлены особенности мужского гаметофита у растений табака;
установлена степень изменчивости показателей мужского гаметофита в пределах цветка, растения и сорта;
установлено изменение показателей мужского гаметофита в зависимости от срока отбора пыльцы для анализа и в зависимости от года вегетации;
определена частота образования нередуцированных гамет в естественных условиях у сортов табака и установлена степень изменчивости данного показателя;
произведено сравнение коллекционных сортов табака по данным пыльцевого анализа и выявлены показатели, имеющие наибольшую градацию;
определена степень зависимости между показателями пыльцевого анализа и биометрическими признаками;
— выявлено влияние отбора растений по величине частоты
встречаемости основного типа пыльцы на биометрические показатели
потомства.
Научная новизна состоит в разработке и реализации дополнительных критериев отбора растений табака при индивидуальном отборе растений на основе пыльцевого теста. Выявлены основные характеристики мужского гаметофита для растений табака и степень их варьирования. Впервые установлено образование 2п гамет растениями табака в естественных условиях и показана возможность классификации растений по форме пыльцевого зерна. Впервые показана возможность применения метода пыльцевого анализа на культуре табака.
Практическая значимость исследований. Полученные данные о степени варьирования показателей мужского гаметофита в пределах растения и сорта, а так же данные о степени изменения этих показателей в зависимости от срока цветения, необходимы для правильной закладки научных экспериментов по изучению мужского гаметофита у культуры, а так же для объективной оценки особенностей пыльцевых зерен у коллекционных сортов табака.
Использование данных частоты встречаемости округлого типа пыльцы, как дополнительного критерия при индивидуальном отборе растений табака, позволит наиболее полно оценить материнские формы растений, и тем самым позволит селекционеру сократить количество выделяемых линий на первых этапах селекционного процесса.
Перечень основных положений, выносимых на защиту:
1. Растения табака способны образовывать фертильные пыльцевые зерна,
которые имеют разную форму;
Растения табака способны в естественных условиях образовывать нередуцированные мужские гаметы;
Сорта табака отличаются между собой по показателям качества мужского гаметофита и по степени варьирования данных признаков;
4. Частоту встречаемости округлой пыльцы возможно использовать при
индивидуальном отборе в селекционном процессе табака, направленном на
улучшение биометрических показателей, как дополнительный критерий.
Апробация результатов исследований. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конкурсах и конференциях: VIII региональная научно-практическая конференция молодых ученных «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар, 2006; Всероссийская научно-практическая конференция «Стратегия научного обеспечения развития конкурентноспособного производства отечественных продуктов питания высокого качества», Волгоград, 2006; II международная конференция «Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке», Санкт-Петербург, 2007; Международная конференция «Научное наследие Н.И. Вавилова - фундамент развития отечественного и мирового сельского хозяйства», Москва, 2007; I Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса»,
Краснодар, 2007. По итогам конференции награжден дипломом первой степени, как победитель конкурса научных разработок по приоритетным направлениям развития агропромышленного комплекса среди преподавателей и научных сотрудников. Всероссийский конкурс на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений МСХ РФ по направлению «биологические науки», Москва, 2007. По итогам конкурса награжден дипломом победителя и дипломом лауреата премии по поддержке талантливой молодежи, установленной Указом Президента Российской Федерации от 6 апреля 2006 г. № 325 «О мерах государственной поддержки талантливой молодежи».
Результаты исследований вошли в базу данных «Галерея образов по цитологии и цитогенетики». Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2008620185, от 25 апреля 2008 г. Правообладатель - ФГОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет, авторы - Цаценко Л.В., Мосунов С.А.
Публикация результатов исследований. По теме диссертации в печатных изданиях опубликованы 10 работ, в т.ч. одна в реферируемом издании.
Описание структуры диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (выводы и рекомендации), библиографического списка использованной литературы, приложения. Изложена на 147 страницах текста в компьютерном исполнении, содержит 34 таблицы, 20 рисунков. Библиографический список использованной литературы содержит 186 наименований, из них 87 на иностранных языках.
Исследования проводились на опытном поле ГНУ ВНИИТТИ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ в условиях распространения чернозёма выщелоченного слабогумусного сверхмощного легкоглинистого на лессовидных тяжёлых глинах, характеризующегося высоким потенциальным плодородием. Территория опытного поля, согласно агроклиматическому районированию Краснодарского края, входит в 3-й агроклиматический район, который характеризуется умеренно-континентальным климатом.
Объектами исследований выступали сорта табака коллекции ГНУ ВНИИТТИ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ, а также гибриды первого и второго поколений, полученные в 2005 году.
За 2005-2007 года были проанализированы 75 сортов табака, которые относятся к шести сортотипам: Остролист, Самсун, Басма, Дюбек, Трапезонд и Бразиль Байя. В сортотипе Остролист было изучено 12 сортов, в сортотипе Самсун - 20 сортов, в сортотипе Басма - 15 сортов, в сортотипе Дюбек - 10 сортов, в сортотипе Трапезонд - 8 сортов, в сортотипе Бразиль Байя - 10 сортов.
В работе в полевых условиях изучались биометрические показатели растений (высота растения, число листьев, длина, ширина и площадь листа среднего яруса, площадь листовой поверхности одного растения), а в лабораторных условиях проводился цитологический анализ пыльцы.
Для цитологического анализа пыльцы отбирались пыльники из нераскрывшихся цветков (за 1-2 дня до раскрытия) и фиксировались в фиксаторе, состоящем из 1 части глицерина и 3 частей 10 % раствора формалина (методика Зайковской В.Э., 1968).
Для проведения цитологического анализа пыльцы из пыльников готовились давленные препараты, окрашенные раствором иодида калия(КІ) (Барышкина Р.П. и др., 2000 г.), в результате чего, фертильная пыльца окрашивалась, а стерильная частично окрашивалась или не окрашивалась. При анализе препаратов определялись: фертильность и размер пыльцы, в фертильной пыльце определялась доля различных форм пыльцевых зерен (округлых, овальных, трехгранных, четырехгранных, трехбороздных, четырехбороздных) и частота образования 2п гамет.
Пыльцевой анализ проводился на микроскопах МБП-14 и Микмед-6 при увеличении 400Х. Фотосъемка препаратов осуществлялась на цифровом фотоаппарате Canon, который присоединялся к тринокулярной насадке микроскопа Микмед-6 при помощи адаптера.
Для анализа полученных данных, в зависимости от целей и задач опыта, использовались разные методы статистической обработки данных. Определение степени изменчивости признаков проводилось при помощи методов первичной обработки данных, описанных Г.Ф. Лакиным (Лакин Г.Ф., 1990). Корреляционный анализ использовался для установления взаимосвязи между признаками. Для классификации сортов и растений табака по частоте встречаемости разных форм фертильной пыльцы и по биометрическим показателям, применялся кластерный анализ. При кластеризации использовали два метода: метод К-средних и древовидную кластеризацию (Халафян А.А., 2007). Для более точного сравнения сортов между собой, а так же при сравнении полученных линий табака применялся дисперсионный анализ (Доспехов Б.А., 1979).
Все методы статистического анализа данных производились при помощи компьютерной обработки данных в программах Excel и Statistica 6.
