Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 10
1.1. Цитоплазматическая мужская стерильность и восстановление фертильности пыльцы у растений 10
1.2. Механизмы опыления в связи с использованием гетерозиса 28
1.3. Создание исходного материала и селекция гибридов риса и подсолнечника 39
2. Условия, материал и методика исследований 52
2.1. Условия проведения исследований 52
2.2. Материал 59
2.3. Методика проведения исследований 61
3. ЦМС и генетические системы восстановления фертильности 67
3.1. Восстановление фертильности пыльцы у риса с ВТ-ЦМС 67
3.2. Восстановление фертильности пыльцы у риса с WA-ЦМС 72
3.3. Восстановление фертильности пыльцы у подсолнечника с UMC-petl 87
4. Система размножения растений и специфика селекционной работы 92
4.1. Изучение перекрестного опыления у риса и создание исходного материала для селекции линий с улучшенной способностью к перекрестному опылению 92
4.1.1. Оценка исходного материала и перспектива повышения уровня аллогамии 92
4.1.2. Поиск доноров аллогамии - межвидовая гибридизация 106
4.2. Особенности работы с гибридным подсолнечником как перекрестноопыляющейся культурой 109
5. Практическая селекция гибридов риса и подсолнечника 116
5.1. Перспективы селекции гибридов риса 116
5.2. Создание исходного материала и селекция подсолнечника 118
5.2.1. Создание исходного материала (на примере совместной селекционной программы ВНИИМК-SPII) 118
5.2.1.1. Оценка интродукционного материала и создание исходного материала путем комбинирования линий различного географического происхождения 119
5.2.1.2. Перспективы использования в Иране трехлинейных гибридов 126
5.2.1.3. Создание и перспективы использования зимних питомников на юге Ирана для селекции подсолнечника 129
5.2.2. Селекция на устойчивость к болезням 131
5.2.2.1. Селекция на устойчивость к испанской расе заразихи 132
5.2.2.2. Селекция на устойчивость к фузариозу 136
5.2.2.3. Селекция на устойчивость к остальным патогенам 146
5.2.3. Селекция на качество масла 148
6. Характеристика районированных и перспективных гибридов подсолнечника и их родительских форм 154
Заключение 165
Выводы 169
Практические предложения и рекомендации 173
Литература 175
Приложение 201
- Цитоплазматическая мужская стерильность и восстановление фертильности пыльцы у растений
- Восстановление фертильности пыльцы у риса с ВТ-ЦМС
- Оценка исходного материала и перспектива повышения уровня аллогамии
- Оценка интродукционного материала и создание исходного материала путем комбинирования линий различного географического происхождения
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных путей повышения урожайности и адаптивности сельскохозяйственных культур является использование гетерозиса. Открытие явления гетерозиса, по мнению академика А.А. Жученко (2001), - важнейшее практическое достижение генетики XX века. Гетерозис успешно используется на многих культурах, в том числе на кукурузе, сорго, сахарной свекле, томатах, рисе, подсолнечнике, ржи, кормовых травах.
Рис (Oryza sativa L.) является одной из важнейших культур в мировом сельском хозяйстве, занимая второе после пшеницы место по посевным площадям и валовым сборам, поэтому повышение урожайности этой культуры остается главной задачей для ученых многих стран мира. Гибриды риса впервые в коммерческих масштабах начали возделываться в Китае с 1976 г., где площадь под гибридным рисом ежегодно возрастала, пока не достигла примерно половины всей площади под рисом. Гибриды превышают по урожайности лучшие традиционные сорта на 15-20 %, имеют повышенную адаптивность к неблагоприятным факторам внешней среды и ряд других преимуществ. Продвижению гибридного риса за пределы Китая препятствуют отсутствие линий-восстановителей фертильности в европейских странах и дефицит дешевой рабочей силы, необходимой для производства гибридных семян по китайской технологии. В настоящее время национальные программы по гибридному рису приняты в Японии, США, Индии, Вьетнаме, на Филиппинах и в ряде других стран.
Подсолнечник (Helianthus annum L.) - основная масличная культура нашей страны. На его долю приходится основная часть производимых и потребляемых в Российской Федерации растительных масел. В большинстве стран мира подсолнечник в производстве представлен именно гибридами. Сорта-популяции подсолнечника возделываются на территории бывшего
СССР, Китае, Иране, некоторых других странах. Тем не менее, тенденция к переходу на гибриды заметна везде. В Краснодарском крае доля посевов гибридов подсолнечника в последние годы составляет около 60 %.
На решение комплекса проблем, связанных с созданием исходного материала и селекцией гибридов риса и подсолнечника, отвечающих всем современным требованиям, и были направлены наши исследования.
Исследования проводили в соответствии с заданиями государственных и ведомственных программ НИР по проблеме 0.51.15 (номер госрегистрации 880015414) и НТП «Масло» (номер госрегистрации 01880015403).
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований являлось создание исходного материала и селекция гибридов риса и подсолнечника. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
провести анализ наследования признака восстановления фертильности пыльцы у отечественных линий риса с ЦМС типа WA, гибридов японского производства на основе ЦМС типа ВТ, а также подсолнечника с HMC-petl;
разработать рекомендации для селекционной практики по созданию ЦМС-аналогов, линий-восстановителей и семеноводства гибридного риса в условиях Краснодарского края;
изучить суточную динамику цветения ЦМС-линий риса в сравнении с линиями-восстановителями фертильности пыльцы;
провести оценку величины перекрестного опыления у риса в различных комбинациях, выявить относительный вклад в этот признак генотипов родительских линий;
усовершенствовать методику скрещиваний в процессе создания исходного материала для селекции линий подсолнечника;
- изучить местный и создать новый исходный материал для селекции
гибридов подсолнечника в рамках совместной программы ВНИИМК и
Исламской Республики Иран;
- усовершенствовать методы создания исходного материала и селекции
подсолнечника с повышенной толерантностью к фузариозу;
выделить донор устойчивости подсолнечника к испанской расе заразихи и создать новый исходный материал для селекции;
вывести новые линии и гибриды подсолнечника разных сроков созревания, устойчивых к основным патогенам, в том числе с измененным жирнокислотным составом масла.
Научная новизна исследований. Впервые в наследовании восстановления фертильности пыльцы у WA-ЦМС-линий риса обнаружен ген-регулятор. Установлены число и способ взаимодействия генов в ходе восстановления. С помощью дисперсионного анализа проведена оценка относительных вкладов мужского и женского родителей в величину перекрестного опыления у риса.
Впервые в России успешно проведена гибридизация культурного риса с его дикорастущим африканским сородичем Oryza longistaminata A. Chev. et Roehr. с целью передачи признаков, связанных с аллогамией.
Впервые в нашей стране обнаружен донор устойчивости подсолнечника к испанской расе заразихи, на его основе создан новый исходный материал для селекции. Изучен характер наследования признака.
Показана возможность успешного применения в селекции подсолнечника на устойчивость к фузариозу лабораторного метода оценки.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Полученные данные по генетическому контролю признака восстановления фертильности пыльцы у риса значительно облегчат в дальнейшем селекцию новых линий-восстановителей и ЦМС-линий.
Результаты изучения перекрестного опыления у ЦМС-линий риса могут быть использованы при создании линий для гетерозисной селекции с улучшенной способностью к перекрестному опылению.
Научная и практическая значимость разработанных и усовершенствованных методов создания исходного материала и селекции
подсолнечника подтверждена авторскими свидетельствами на новые гибриды - Кубанский 480, Кубанский 930, Кубанский 931, Кубанский 941, Триумф и Юпитер, внесенные в Государственный реестр селекционных достижений и рекомендованные к возделыванию в различных регионах Российской Федерации. Авторские свидетельства получены также на родительские формы гибридов подсолнечника - простые стерильные гибриды Кубанский 48, Кубанский 86, Кубанский 93, Кубанский 176 и самоопыленные линии подсолнечника - ВК-276, ВК-653, ВК-591, ВК-571, ВК-541, ВК-580, ВК-876, ВК-175, ВК-174, ВК-551 и ВК-678. На защиту выносятся следующие положения:
Генетическая система восстановления фертильности пыльцы у риса с WA-ЦМС состоит из трех взаимодействующих главных генов. В процессе восстановления участвуют гены-модификаторы.
Межвидовая гибридизация культурного риса с дикорастущим Oryza longistaminata позволяет повысить эффективность перекрестного опыления и таким образом решить проблемы семеноводства гибридного риса.
Возможность эффективного использования в селекции линий подсолнечника метода лабораторной оценки устойчивости проростков к фузариозу.
Обнаружен донор устойчивости к испанской расе заразихи, показана успешность передачи данного признака, контролируемого рецессивными генами, создан новый исходный материал.
Созданы новые гибриды подсолнечника - Кубанский 480, Кубанский 930, Кубанский 931, Кубанский 941, Юпитер и Триумф, внесенные в Государственный реестр селекционных достижений и рекомендованные к возделыванию в различных регионах Российской Федерации. Авторские свидетельства получены также на родительские формы гибридов подсолнечника - простые стерильные гибриды Кубанский 48, Кубанский 86, Кубанский 93, Кубанский 176 и самоопыленные линии
подсолнечника - ВК-276, ВК-653, ВК-591, ВК-571, ВК-541, ВК-580, ВК-876, ВК-175, ВК-174, ВК-551 и ВК-678.
Апробация работы. Основные результаты и выводы диссертационной работы докладывались на заседаниях отдела генетики ВНИИ риса (1988-1993 гг.), Всесоюзных конференциях молодых ученых и специалистов (Краснодар, 1990, 1991, 1993 гг.), Всесоюзной конференции молодых ученых (Одесса, 1990 г.), республиканской конференции "Проблемы теоретической и прикладной генетики в Казахстане" (Алма-Ата, 1991 г.), конференции молодых ученых и специалистов (ВНИИМК, Краснодар, 1999 г.), ежегодных отчетно-плановых сессиях ВНИИМК (2001-2004 гг.), заседаниях отдела селекции масличных культур Института селекции растений (г. Кередж, Иран, 1999, 2000 гг.), Международной научно-практической конференции «Генетические ресурсы культурных растений» (Санкт-Петербург, 2001 г.), t 4-ом Международном симпозиуме по гибридному рису (Ханой, Вьетнам, 2002 г.), Международной конференции «Современные вопросы создания и использования сортов и гибридов масличных культур» (Запорожье, Украина,
2002 г.), Первой Всероссийской конференции по иммунитету растений к
болезням и вредителям (Санкт-Петербург, 2002 г.), Международной
конференции, посвященной 90-летию ВНИИМК (Краснодар, 2002 г.), 2-ой
конференции Московского общества генетиков и селекционеров (Москва,
2003 г.), 2-ой Международной конференции молодых ученых и специалистов
«Актуальные вопросы селекции, технологии и переработки масличных
культур» (Краснодар, 2003 г.), Международной научно-практической
конференции «Технологические свойства новых гибридов и сортов
масличных и эфиромасличных культур» (Краснодар, 2003 г.), шестой
европейской конференции по биотехнологии подсолнечника (Севилья,
Испания, 2003 г.), 16-ой Международной конференции по подсолнечнику
(Фарго, США, 2004 г.).
Публикация результатов исследований. Основные результаты исследований опубликованы в 49 работах, общим объемом 6,5 печатных
листов, из них пять - на английском языке, в том числе глава в книге «Hybrid rice for food security, poverty alleviation, and environmental protection» (Гибридный рис для обеспечения пищевой безопасности, борьбы с бедностью и защиты окружающей среды) под редакцией Virmani S.S., Мао S.X., Hardy В., Los Banos (Philippines), 2003 г., монография «Селекция подсолнечника в Иране», Краснодар, 2004 г. и 21 авторское свидетельство на самоопыленные линии и гибриды подсолнечника.
Структура работы. Диссертация изложена на 221 странице машинописного текста и состоит из введения, шести глав, заключения, выводов и рекомендаций для селекции и производства, списка использованной литературы и приложения. Экспериментальный материал представлен в виде 53 таблиц, 11 рисунков. Список использованной литературы включает 280 источников, из них 166 на иностранных языках.
Цитоплазматическая мужская стерильность и восстановление фертильности пыльцы у растений
Цитоплазматическая мужская стерильность у растений (ЦМС) определяется как неспособность производимой растением пыльцы к нормальному функционированию, обусловленную внеядерными (цитоплазматическими) факторами или взаимодействием между определенными ядерными генами и цитоплазмой (Ригер, Михаэлис, 1967). Впервые ЦМС была обнаружена Корренсом в 1904 г. у растения летний чабер {Saturea hortensis L.) (цит. по Edwardson, 1956).
Для ЦМС характерна передача по материнской линии и способность подавляться определенными ядерными генами, получившими обозначение Rf (от английского restorer of fertility - восстановитель фертильности). Обнаружение ЦМС у кукурузы американским ученым Родсом (Roades, 1931; 1933) и советским ученым М.И. Хаджиновым (цит. по Лобашов, 1967) позволило в очень короткое время начать промышленное использование гетерозиса у этой культуры. В настоящее время гетерозисные гибриды на основе ЦМС широко используются по всему миру, причем круг таких сельскохозяйственных культур продолжает расширяться и включает в себя не только кукурузу, подсолнечник, сорго, африканское просо, рис, но и ряд других зерновых и овощных культур (Бриггс, Ноулз, 1972).
У культурного риса (Oryza sativa L.) ЦМС была впервые обнаружена в 1954 г. индийскими учеными Сампат С. и Моханти (Sampath, Mohanty, 1954), которые открыли связь между различиями в фертильности реципрокных гибридов от скрещивания разных подвидов риса и цитоплазмой. Полностью мужски стерильные растения риса наблюдали японские ученые Катсуо и Мизушима (Katsuo, Mizushima, 1958) в потомстве первого беккросса от скрещивания (0. sativa f. spontanea x 0. sativa сорт Fujisaka 5) x Fujisaka 5, причем в обратном скрещивании стерильных растений не было.
В 1966 г. была получена первая ЦМС-линия риса, созданная С. Шиньо и Омура (Shinjyo, Omura, 1966). Она сочетала в себе ядерный генотип сорта Taichung 65 подвида japonica с цитоплазмой подвида indica ботанической разновидности boro сорта Chinsurah boro И. С использованием этого источника ЦМС, получившим обозначение ВТ (Boro Туре) или boro, к настоящему времени создан целый ряд линий, часть из которых используется в коммерческом производстве гибридов риса в КНР.
В последующие годы был получен еще ряд новых источников ЦМС, и к 1983 г. их число достигло 19 (Virmani, Edwards, 1983), их происхождение показано в таблице 1.1. Практическое применение нашли немногие из этих источников, в основном из-за нестабильности проявления ЦМС или отсутствия эффективных линий-восстановителей фертильности. Среди пяти использующихся типов ЦМС вышеупомянутый ВТ, а также WA, Gam, Hong Lion и 0. sativa f. spontanea.
WA-тип ЦМС был получен в КНР в 1970 г. Стерильное растение, давшее начало более чем 100 различным линиям этого типа, было обнаружено в популяции дикого риса 0. sativa f. spontanea, откуда и происходит его название (WA - Wild Abortive - дикий абортивный рис) (Lin, Yuan, 1980). Происхождение этого растения неясно, предполагается спонтанная мутация цитоплазмы или спонтанная гибридизация, вызвавшая нарушение нормального взаимодействия ядра и цитоплазмы. В настоящее время это самый распространенный тип ЦМС в мире. В КНР гибриды на основе WA-цитоплазмы занимают более 95 % площадей, занятых гибридным рисом (Virmani, Edwards, 1983). Количество типов ЦМС у риса непрерывно возрастает, некоторые авторы доводят это число до 60 (Li Zebeing, Zhu Yingguo, 1986). Весьма вероятно, однако, что детальное изучение позволит значительно сократить это разнообразие, сведя его к относительно небольшому числу действительно различных систем ЦМС.
У подсолнечника ЦМС была обнаружена сравнительно поздно, но очень быстро была внедрена в практическую селекцию и затем в производство. Первые сведения о ней восходят к 1958 г. (по Kaul, 1988), но надежный источник ЦМС у подсолнечника был получен впервые П. Леклерком путем переноса ядерного генома культурного подсолнечника в цитоплазму дикорастущего Н. petiolaris Nutall (Leclercq, 1969). Ген восстановления фертильности пыльцы к данной цитоплазме обнаружен Кинманом уже в 1970 году (Kinman, 1970). С тех пор было идентифицировано более 40 типов ЦМС у подсолнечника (Serieys, 1995; Jan, 1997) (таб. 1.2), но ЦМС-РЕТ1 осталась единственной используемой в коммерческом производстве гибридов подсолнечника.
Восстановление фертильности пыльцы у риса с ВТ-ЦМС
Скрещивания риса проводили согласно общепринятой методике (Мазур, 1978; 1982), а также на основе ЦМС без предварительной кастрации стерильных растений. При опылении отцовское растение помечали этикеткой, что облегчало в дальнейшем проведение индивидуального отбора по потомству.
При выращивании родительских форм гибридов риса в лизиметрах размером 1,2 х 7 м в каждом рядке оставляли по 10 растений, удобрения вносили до посева и в фазу кущения согласно рекомендациям ВНИИ риса. Для изучения перекрестного опыления в лизиметрах родительские формы высевали чередующимися рядками. В качестве женского родителя использовали растения с ЦМС. Растения-опылители высевали в два срока для лучшей синхронизации цветения. Соотношение родительских форм было близко к 1:1.
Размножение ЦМС-линий и оценку эффективности перекрестного опыления у риса в полевых условиях (близких к производственным) при использовании в качестве опылителя соответствующих закрепителей стерильности проводили в чеке экспериментально-орошаемого участка. Посевы каждой линии изолировались друг от друга защитными полосами шириной около 10 м, засеянными соответствующими закрепителями стерильности.
Для биометрического анализа растения риса выращивали в чеках и лизиметрах. Анализировали следующие признаки: высоту растения, число зерен на метелке, озерненность, наличие остей и длина вегетационного периода от посева до цветения. При изучении фертильности пыльцы с каждого растения риса брали по пять колосков за 1-2 часа до начала цветения. Пыльники анализировали визуально, затем окрашивали в растворе йода в KJ и изучали под микроскопом в проходящем свете. Подсчет фертильных и стерильных пыльцевых зерен проводили по окрашиваемости раствором йода в шести полях зрения, используя микроскоп МБС-1. Анализ фаз развития пыльцевых зерен и степени их дегенерации у стерильных форм риса проводили, помещая пыльцевые зерна в раствор сахарозы и исследуя их под микроскопом МБИ-15 У, с помощью которого проводили и фотографирование, используя фотопленку Микрат-300 (Абрамова, Орел, Орлова, 1974; Методические указания по цитогенетике, 1974; Низовцев, 1986). Изучение суточной динамики цветения у риса проводили в ясные солнечные дни во время массового цветения образцов. Процент открытых и закрытых колосков на метелке подсчитывали через каждые 20 минут. Колосковую фертильность растений риса определяли, изолируя метелку до начала цветения и подсчитывая затем отношение числа выполненных зерен после созревания к общему количеству колосков на метелке. На центральной экспериментальной базе ВНИИМК полевые опыты по селекции подсолнечника закладывали на полях селекционного севооборота с использованием принятой в Краснодарском крае технологии возделывания подсолнечника (Кондратьев, Семихненко, 1978; Васильев, 1983). После уборки предшественника (озимая пшеница) проводили дисковое лущение на глубину 8-10 см тяжелыми дисковыми боронами. Осеннюю вспашку проводили на глубину 25-27 см. Весной одновременно с предпосевной культивацией в почву вносили гербицид трефлан. Подготовленное таким образом поле маркировали в двух направлениях 70x70 см. Ширина междурядий - 70 см, расстояние между растениями в рядке - 35 см. Посев проводили ручными сажалками на глубину 6-8 см, по 2-3 семянки в гнездо. Уход за растениями состоял из двух междурядных культивации. Делянки испытания гибридов четырехрядковые, общей площадью 24,5 м2, учетной - 12,25 м2. Повторность трехкратная. В фазе трех пар листьев проводили прорывку растений, при которой в гнезде оставляли по одному наиболее развитому растению. Фенологические наблюдения включали регистрацию дат сева, полных всходов, цветения (75% растений с делянки) и созревания. Уборка проводилась вручную при достижении уборочной спелости на селекционных делянках, семянки с индивидуальных растений при необходимости подвергались сушке и затем вейке. В питомнике испытания гибридов в фазу физиологической спелости корзинки двух учетных рядов срезались серпом и нанизывались на стебель, а затем подсушенные корзинки обмолачивали комбайном. В Иране методика испытания гибридов подсолнечника соответствовала принятой в этой стране и отличалась от вышеописанной более высокой плотностью посадки - ширина междурядий 60 см, расстояние между растениями в рядке 25 см и применением искусственного орошения в виде системы каналов. Для оценки устойчивости к фузариозу использовали метод искусственного заражения проростков подсолнечника, разработанный во ВНИИМК (Саукова, 2001; Антонова, Саукова, 2003). Двухдневные проростки помещали в отверстия отперфорированной крышки чашки Петри, которую ставили на чашку Петри с 15-дневной культурой гриба фузариума. Инокуляцию проводят в течение шести часов, выдерживая проростки в контакте с грибом кончиками корней проростков, а затем зараженные проростки выдерживают в контакте со стерильной водой во влажной камере в течение трех дней. После этого проводили визуальную оценку иммунологической реакции растений по распространению поражения на корневую шейку и гипокотиль и измеряли длину корня. Дисперсионный анализ использовали для статистической обработки результатов измерений. Лучшие проростки, имеющие максимальную скорость роста и минимальную для данной выборки степень проявления симптомов поражения пересаживали в вегетационные сосуды в камере искусственного климата, где они выращивались для получения семян. Растения подвергали принудительному самоопылению и культивировали до полного созревания. Полученные семена высевались в поле и использовались для дальнейшей селекции и оценки полевой устойчивости к патогенам на естественном фоне.
Для дальнейшей селекции на устойчивость к фузариозу использовали второй способ заражения — через почву. Для этого изолят Fusarium sporotrihiella var. sporotrichioides культивировали на стерилизованных семянках подсолнечника, высушивали при комнатной температуре и размалывали. Полученный материал смешивали с почвой и затем в двух дозах (0,5 и 1,0 г) вносили в каждое гнездо одновременно с семенами подсолнечника. Оценку устойчивости образцов подсолнечника проводили на разных стадиях развития, лучшие растения самоопыляли.
Оценка исходного материала и перспектива повышения уровня аллогамии
В условиях селекционной программы, направленной на использование гетерозиса, требуется чередование систем размножения растений -самоопыление при размножении линий и перекрестное опыление на участках гибридизации при получении семян гибридов. Если для гибридного риса основной проблемой здесь является низкий уровень перекрестного опыления, то для семеноводства гибридного подсолнечника, напротив, проблему представляет, прежде всего, необходимость обеспечения высокой степени изоляции участков размножения и гибридизации (не менее 5 км от других посевов подсолнечника), и в меньшей степени - преодоление самонесовместимости.
Проблема самонесовместимости решается в ходе селекции линий практически путем естественного отбора - независимо от происхождения исходного материала для создания инбредной линии требуется как минимум шесть поколений принудительного самоопыления. За это время как результат отбора более продуктивных образцов увеличивается и автофертильность растений. В процессе создания линий материал разного происхождения демонстрирует резкие различия по данному признаку (табл. 4.6).
Наименьшее количество семянок с изолированной корзинки дают сорта-популяции, так как самонесовместимость для них - естественное состояние, обеспечивающее гетерозиготность входящих в популяцию биотипов. Материал, полученный при инцухтировании гибридов первого поколения или межлинейных скрещиваний, обычно уже в значительной степени автофертилен и количества получаемых семянок с одной корзинки вполне достаточно для дальнейшей селекционной работы. Эти особенности требуется учитывать при определении размеров исходной популяции, в частности, количества изолируемых корзинок.
Сорта-популяции являются чрезвычайно ценным исходным материалом для селекции гибридов подсолнечника. Однако, целесообразнее включать их в селекционный процесс не в виде потомства от самоопыления, как это делается в нашей стране чаще всего, а в виде гибридов от сорто-линейных скрещиваний. При этом ценные свойства сортов-популяций сразу же сочетаются с необходимыми для линий характеристиками (автофертильность, ветвистость для отцовских форм, устойчивость к ряду патогенов и т.д.). Хотя в первых поколениях от самоопыления сорто-линейных гибридов самонесовместимость проявляется также сильно, как и в исходных сортах, отобрать Автофертильные формы в таких популяциях удается значительно быстрее.
Успешная селекционная программа требует создания, оценки и использования достаточно больших объемов исходного материала. Исходным материалом могут являться готовые коммерческие продукты - сорта-популяции и гибриды подсолнечника, однако этого явно не хватает. Требуется целенаправленная наработка исходного материала путемгибридизации. Гибридизация может осуществляться несколькими путями - с искусственной кастрацией (ручной или химической), или без нее - на стерильной основе (за счет использования ЦМС) или на фертильной. Все эти способы имеют свои преимущества и недостатки.
В связи с этим ряд работ посвящен совершенствованию методик создания исходного материала (Бочковой, Савченко, 1997; Бочковой, 1998; Гончаров, 1999). Нехватка времени на проведение ручной кастрации во время массового цветения подсолнечника в полевых условиях заставила разработать методики, сокращающие время, затрачиваемое на проведение скрещиваний.
Наиболее удобным является использование в качестве материнской формы ЦМС-линии или стерильного простого гибрида, однако для создания исходного материала для селекции материнских форм такой вариант неприемлем, так как потребует включения в схему гибридизации образцов с доминантными генами восстановления фертильности для проведения самоопыления, затем перевод на обычную фертильную цитоплазму и в финале работы - избавление от Rf-генов путем тест-кроссов.
Для скрещивания на. основе фертильной цитоплазмы предлагается использовать разработанную нами методику (Гончаров, 1999). Суть ее заключается в использовании в качестве материнской формы инбредной линии. Корзинка материнской формы изолируется до начала цветения (индивидуальным изолятором или парным изолятором типа «рукав») и в период массового выхода рылец два-три раза опыляется с интервалом в один день.
Процесс опыления не отличается от общепринятого. В качестве опылителя могут выступать линии различных поколений инцухта, гибридные комбинации, коммерческие гибриды и сорта-популяции. Полученные с материнской формы семена высеваются в поле на следующий год, где гибридные растения легко распознаются среди растений инбредной линии и изолируются для самоопыления и дальнейшей работы.
Доля гибридных растений при этом значительно варьирует от комбинации к комбинации, однако, в полученном материале всегда удавалось обнаружить необходимое для самоопыления число гибридных растений. Высокая эффективность метода была продемонстрирована в 1998 г., когда было получено более 4 кг семянок по 36 комбинациям скрещивания (учитывались только те комбинации, по которым было получено достаточное для селекционной работы количество семянок), после чего эта методика стала основной в работе лаборатории исходного материала.
Простота и эффективность применения усовершенствованной методики позволяет использовать пыльцу с полученных гибридов также для опыления других линий, получая, таким образом, сложные гибридные комбинации, в дальнейшем показавшие себя ценным исходным материалом.
Оценка интродукционного материала и создание исходного материала путем комбинирования линий различного географического происхождения
Организация зимних питомников - эффективный путь ускорения селекционного процесса. Климат южных провинций Ирана теоретически подходил для этой цели, особенно узкая полоса вдоль побережья Персидского и Оманского заливов. По согласованию с администрацией Института селекции растений была выбрана экспериментальная станция Боразджан провинции Бушир, где в осенне-зимний сезон 1999-2000 годов впервые в Иране были заложены зимние питомники по всем основным для этой страны масличным культурам (подсолнечник, рапс, соя, кунжут, сафлор).
Материалом служили гибриды Fi и расщепляющиеся популяции F2 подсолнечника, полученные в Кередже в ходе летнего сезона. Семена были высеяны 26-27 октября (первое орошение проведено 27 октября 1999 г.), включая 40 комбинаций F! (25 - для селекции Rf-линий и 15 - для селекции В-линий) и 36 комбинаций F2 (15 - для селекции Rf-линий и 21 - для селекции В-линий).
Кроме этого, два коммерческих гибрида подсолнечника ВНИИМК (Кубанский 931 и Кубанский 93) были высеяны там же для оценки влияния местных условий на их рост и развитие. Выращивание растений подсолнечника осуществлялось по общепринятой в Иране технологии с использованием орошения по каналам.
Выбранные сроки посева обеспечивали прохождение периода покоя и хорошую полевую всхожесть как в условиях осенне-зимнего периода, так и весеннего сева полученного материала.
В течение осенне-зимнего сезона 1999-2000 гг. на станции Боразджан были получены семена 35 F2 и 33 F3 гибридных комбинаций подсолнечника. Элитные растения с лучшим морфотипом отбирали для самоопыления под изоляторами. Корзинки, пораженные болезнями (повышенная влажность под тканевыми изоляторами создавала комфортные условия для гнилей), выбраковывали во время уборки. Семена были разделены на две части - для дальнейшей селекции в условиях Ирана и России. В целом эксперимент по получению дополнительного поколения подсолнечника в зимний период можно считать успешным. Однако необычные условия возделывания (короткий день и пониженные температуры) сказались на росте и развитии растений. Сравнение некоторых показателей гибрида Кубанский 931, который также изучался в Иране в двух точках испытания в весенне-летний сезон, позволяет оценить влияние условий зимних питомников (табл. 5.6). Стандартная обработка данных методом дисперсионного анализа показала статистически достоверное влияние условий зимних питомников на количественные признаки (в том числе хозяйственно важные), поэтому данная станция может использоваться только в селекционных целях. Полноценное проведение испытаний гибридов подсолнечника в этих условиях невозможно (Гончаров, Хазерани, 2003). Стерильный простой гибрид подсолнечника Кубанский 93 изучался для оценки воздействия местных условий на проявление цитоплазматической мужской стерильности. Стерильность была полной, что говорит о возможности использования данной станции для гибридизации подсолнечника в зимний период на стерильной основе. Таким образом, результаты испытаний показывают, что использование южных провинций Ирана для ускорения селекционного процесса вполне возможно, как для получения дополнительного поколения в осенне-зимний период, так и для размещения участков гибридизации. Селекция на устойчивость к основным патогенам является обязательной частью работы с гибридным подсолнечником. Все гибриды, константные линии и линии поздних поколений инцухта оцениваются по полевой устойчивости ко всем идентифицируемым патогенам, лабораторная оценка ведется по заразихе и ложной мучнистой росе, как традиционно принято в отделе. Кроме этих рутинных процедур ведется направленная селекция на устойчивость к фузариозу и испанской расе заразихи. Заразиха - цветковое растение, паразитирующее на корнях подсолнечника (Бейлин, 1968). Селекция на устойчивость к эволюционирующим расам заразихи - неотъемлемая часть истории селекции подсолнечника в России. В последние годы в Турции и Испании появился новые более агрессивные расы заразихи, поражающие устойчивые к другим расам гибриды подсолнечника. В нашей стране эти расы пока не обнаружены, однако, используя имеющийся запас времени, селекция на устойчивость к этой расе уже ведется. Целью нашей работы в этом направлении являлось: поиск доноров, изучение устойчивости подсолнечника к испанской расе заразихи и создание линий, сочетающих устойчивость к ней с комплексом хозяйственно-ценных признаков.
Предварительный анализ устойчивости к новой расе заразихи существующих в коммерческом производстве линий и гибридов подсолнечника селекции ВНИИМК показал, что все они являются восприимчивыми к ней. При проверке рабочих коллекций было выделено два растения линии ВК-616 без поражения, растения были пересажены в сосуды для получения семян при самоопылении, однако повторная оценка потомства устойчивости не подтвердила.
В осенне-зимний период 2001-2002 гг. в теплице была проведена оценка оставшейся части коллекции перспективных константных линий подсолнечника (табл. 5.7). Из 14 линий абсолютное большинство (12) оказались восприимчивыми к поражению испанской расой заразихи, линия ВК-455 показала частичную устойчивость, и линия ВК-623 - полную устойчивость. Степень поражения (число проростков заразихи на корнях одного растения подсолнечника) варьировала от 0,0 (ВК-623) до 22,9 (СЛ-1) и в среднем составила 9,7. При этом все тестируемые линии были устойчивы к расе С, которая в настоящее время повсеместно распространен в районах возделывания подсолнечника в России.
