Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Селекция и генетика подсолнечника (обзор литературы) 7
1.1. Подсолнечник и основные направления его селекции 7
1.2. Преимущества использования гетерозисных гибридов первого поколения 28
1.3. Генетика подсолнечника 35
1.4. Изучение химического состава красящих веществ язычковых цветков 51
Глава 2. Материал, методы и условия проведения исследований 56
2.1. Изучаемый материал 56
2.2. Методы проведения исследований 67
2.3. Условия проведения исследований 79
Глава 3. Селекционная ценность самоопыленных линий подсолнечника с различной окраской язычковых цветков 85
3.1. Фенологические и морфологические признаки 85
3.2. Урожаеобразующие признаки 92
3.3. Показатели качества семян 96
3.4. Устойчивость к болезням, паразитам и вредителям 102
Глава 4. Селекционная ценность гибридов F, подсолнечника, полученных с использованием материнских форм с различной окраской язычковых цветков 108
4.1. Фенологические и морфологические признаки 108
4.2. Урожаеобразующие признаки 114
4.3. Показатели качества семян 118
4.4. Устойчивость к болезням, паразитам и вредителям 123
Глава 5. Состав красящих веществ язычковых цветков подсолнечника 128
5.1. Определение красящих химических веществ 128
5.2. Универсальные химические вещества 147
5.3. Частично универсальные химические вещества 154
5.4. Специфические химические вещества 161
Выводы 168
Практические рекомендации 170
Список использованной литературы 171
Приложения 199
- Преимущества использования гетерозисных гибридов первого поколения
- Изучение химического состава красящих веществ язычковых цветков
- Фенологические и морфологические признаки
- Специфические химические вещества
Введение к работе
Актуальность темы. В России подсолнечник является стратегической сельскохозяйственной культурой, из семян которой получают основное количество растительного масла. Основные производственные площади подсолнечника заняты сортами с недостаточным потенциалом продуктивности. Внедрение высокопродуктивных гетерозисных гибридов сдерживается высокой стоимостью их семян, а также низкой культурой земледелия, при которой разница по продуктивности между сортами и гибридами нивелируется.
Внедрение в селекционный и семеноводческий процессы генетических маркеров позволит повысить качество селекционной продукции и снизит затраты на производство семян. В настоящее время необходимы генетико-селекционные работы по поиску и оценке морфологических и биохимических генетически детерминируемых маркеров у подсолнечника.
Цель и задачи исследования. Целью исследований являлось изучение селекционной ценности и биологической характеристики серии генов l, la, o, pa, контролирующих окраску язычковых цветков у подсолнечника.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) изучение эффектов генов l, la, o, pa и попарных сочетаний этих генов, находящихся в гомозиготном состоянии, на селекционные и биологические признаки подсолнечника;
2) изучение эффектов генов l, la, o, pa, находящихся в гетерозиготном состоянии, на селекционные и биологические признаки подсолнечника;
3) разработка методики определения химического состава красящих веществ язычковых цветков подсолнечника;
4) определение химических веществ, характеризующих разные варианты окраски язычковых цветков подсолнечника.
Методы исследования. В исследованиях в качестве ведущего использован метод изогенного анализа, включающий изучение набора почти изогенных моногенных и дигенных линий и их сибов, а также коизогенных гибридов F1. Селекционную оценку линий и гибридов подсолнечника проводили по методике ГНУ НИИСХ Юго-Востока. Для изучения химического состава красящих пигментов, выделенных из язычковых лепестков подсолнечника, использовали метод хромато-масс-спектрометрии в авторской модификации.
Научная новизна. Впервые изучены селекционная ценность и биологическая характеристика набора почти изогенных дигенных линий, различающихся по окраске язычковых цветков (гены l, la, o, pa); селекционные и биологические эффекты попарного сочетания генов l, la, o, pa, находящиеся в гомозиготном и состоянии. Впервые изучены селекционные и биологические эффекты генов l, la, o, pa, находящиеся в гетерозиготном состоянии.
Впервые разработана и использована методика определения химического состава красящих веществ, выделенных из язычковых цветков подсолнечника (заявка на выдачу патента РФ № 2008112865 от 02.04.2008 г.), определены специфические вещества для каждой цветовой вариации окраски язычковых цветков подсолнечника.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Изучены эффекты генов l, la, o, pa и их попарных сочетаний, контролирующих окраску язычковых цветков, на хозяйственные и биологические признаки подсолнечника. Предложено использовать эти гены в селекции подсолнечника для создания сортов, гибридов и родительских линий гибридов. Разработана методика определения химического состава красящих веществ, выделенных из язычковых цветков подсолнечника.
Результаты исследований внедрены в селекционный процесс в ГНУ НИИСХ Юго-Востока для создания сортов, гибридов и родительских линий гибридов, а также используются в учебном процессе на кафедре биотехнологии, селекции и генетики ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».
На защиту выносятся следующие основные положения:
1) селекционная ценность и биологическая характеристика проявления генов l, la, o, pa и их попарных сочетаний, находящихся в гомозиготном состоянии и контролирующих разные цветовые вариации окраски язычковых цветков у подсолнечника;
2) селекционная ценность и биологическая характеристика проявления генов l, la, o, pa, находящихся в гетерозиготном состоянии у подсолнечника;
3) методика определения химического состава красящих веществ язычковых цветков подсолнечника;
4) химический состав красящих веществ различных по окраске язычковых цветков подсолнечника.
Доля участия соискателя в диссертационной работе. Соискатель принимал участие в планировании и проведении полевых и лабораторных экспериментов, анализе результатов исследований. Доля личного участия соискателя составляет не менее 80%.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на следующих научно-практических конференциях и совещаниях: международных - «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК», (Москва, 2007); «Вавиловские чтения-2007», посвященные 120-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова (Саратов, 2007); всероссийских - «Вавиловские чтения-2005, 2006», посвященных 118-й, 119-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова (Саратов, 2005, 2006); научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи – регионам» (Вологда, 2006); а так же на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы (Саратов, 2005-2008); 37-й военно-научной конференции 33-го ЦНИИИ Минобороны РФ «Экологические проблемы совершенствования методологии исследований и разработка средств РХБ защиты» (Вольск-18, 2007).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, в том числе в рекомендуемом ВАК РФ издании. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение № 2008112865 от 02.04.2008 г.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 198 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 18 рисунками, 43 таблицами и 30 приложениями. Список литературы включает 263 работы, из которых 105 на иностранных языках.
Преимущества использования гетерозисных гибридов первого поколения
В условиях экономического кризиса наиболее эффективный путь повышения урожайности подсолнечника - создание и ускоренное внедрение в производство новых высокопродуктивных гибридов Fi с высокой агроэколо-гической адаптивностью к жестким природно-климатическим условиям, способных формировать стабильные урожаи с улучшенным качественным составом семян и масла и обеспечивать генетическую устойчивость к наиболее опасным болезням и вредителям (Пимахин В.Ф. и др., 1997; Пимахин В.Ф., 2000).
Гибриды первого поколения (далее гибриды) подсолнечника отличаются от сортов рядом преимуществ: они выровнены по высоте и диаметру корзинки, одновременно цветут и созревают. По этим признакам они более «технологичны», чем сорта. В некоторых районах гибриды при равных условиях превышают сорта по урожаю семян на 10-15%, но частично уступают им по масличности семян и сбору масла с гектара, по устойчивости к болезням и неблагоприятным погодным условиям (Васильев Д.С., 1990).
Гибриды при любых условиях значительно превосходят сорта с соответствующим уровнем урожая. В последнее время значительно расширяются и углубляются селекционные работы по гибридному подсолнечнику. Наряду с традиционными направлениями работ на скороспелость, продуктивность, устойчивость к болезням и вредителям, технологичность, значительное внимание уделяется использованию генетических маркерных признаков, а также работе на существенное увеличение продуктивности родительских линий. Это позволит преодолеть основную причину недостаточного распространения гибридного подсолнечника — высокую трудоемкость семян родительских линий и гибридов первого поколения (Лекарев В.М., 2001).
Основной задачей селекции подсолнечника сегодня является выведение новых гетерозисных коммерческих гибридов из-за их очевидного преимущества перед сортами как в биологическом, так и в экономическом аспектах (Чепурная А. Л., Перший А. Ф., 2001).
Наследие B.C. Пустовойта заключается не только в создании высокомасличных сортов-популяций, а также в том, что он создал основу для перехода на более высокий уровень селекции - создание гибридов, первые из которых и были созданы им при искусственной стерилизации материнской формы на закате его трудовой деятельности.
Непреодолимым препятствием промышленного использования гибридов подсолнечника являлось отсутствие доноров стерильности и восстановления фертильности. И такая возможность для подсолнечника появилась лишь в 1971 году, когда французский селекционер П. Леклерк получил на цитоплазме дикого вида Helianthus petiolaris Nutt. первый источник стерильности. Именно с этого момента и начинается новая эпоха в истории селекции подсолнечника, что позволило во всем мире перейти на гибриды этой культуры. Поэтому наряду с традиционными методами селекции на высокую масличность, были начаты работы по созданию высокопродуктивных гибридов для Поволжья (Пимахин В.Ф., 1994).
В 1973 году во ВРШИМК была создана лаборатория гетерозисной селекции подсолнечника. В 1991 году группа ученых ВННИМК создала селекционно-семеноводческую фирму «Российская гибридная индустрия» и доказала своими научными достижениями и производственными результатами необходимость и возможность быстрого перехода от сортов к гибридам подсолнечника. И для этого уже есть все необходимые условия - высококлассные гибриды, не уступающие лучшим мировым аналогам. Сегодня научно-исследовательское учреждение «Российская гибридная индустрия» является одним из лидеров в области селекции и семеноводства гибридного подсолнечника в России. В настоящее время гибриды семейства Санмарин конкурируют лишь с самыми лучшими зарубежными аналогами, что подтверждается результатами Госкомиссии и производства, а также международными испытаниями во многих странах Европы и Америки (Бородин, С.Г., 2003; Бочкарев, Н. И., Крохмаль, С. Д., 2003).
В отличие от сортов, находящихся в состоянии постоянной изменчивости из-за расщепления и последующего вырождения и деградации, гибриды можно поддерживать в неизменном состоянии бесконечно долго до выведения более лучших новых гибридов. При повсеместном переходе на гибриды подсолнечника обязательным условием должна быть их толерантность к основным болезням и вредителям. Путем межвидовой гибридизации созданы формы, обладающие групповой устойчивостью к ржавчине, заразихе, ложной мучнистой росе (Гундаев А.И., 1971).
Межсортовые гибриды подсолнечника не завоевали пока прочного места в сельскохозяйственном производстве. Одна из главных причин этого — низкий уровень гибридизации, получаемый на основе открытого переопыления скрещиваемых компонентов, что не позволяет полностью использовать эффект гетерозиса. Проблема производственного использования гетерозиса у подсолнечника включает в себя 3 краеугольных вопроса, от решения которых зависит успех проблемы в целом (Подсолнечник, 1975):
1. Создание гомозиготных ЛРІНИЙ - компонентов гибридов.
2. Оценка линий по комбинационной способности.
3. Получение гибридных семян. Получение гомозиготных линий подсолнечника, используемых в дальнейшем как родительские компоненты гибридов, в настоящее время осуществляется путем многократных опылений отобранных растений своей собственной пыльцой (инцухт) в течение нескольких поколений. При этом происходит переход растений в гомозиготное состояние и как следствие этого — выщепление рецессивных форм, не обнаруженных в гетерозисном состоянии. Это позволяет за сравнительно короткий срок получить гомозиготные линии, выравненные по многим признакам. Техника самоопыления сводится к нанесению на рыльца цветков пыльцы, принадлежащей этому же растению. Хорошие самоопыленные линии должны отличаться, прежде всего, достаточной однородностью. Поскольку самоопыленные линии используются только как родительские формы гибридов, очень важно оценить их по комбинационной способности, т.е. по способности увеличивать урожай (эффект гетерозиса) в различных гибридных комбинациях (Подсолнечник, 1975).
Селекционеры в поисках новых путей увеличения продуктивности растений подсолнечника обратили внимание на возможность использования гетерозисного эффекта (Биология ..., 1991).
Для практического использования гетерозиса у подсолнечника важное значение имеет обеспечение наибольшей полноты гибридизации родительских форм гибрида. Наибольший эффект дают так называемые межлинейные гибриды (Подсолнечник, 1975).
Наряду с селекцией межвидовых гибридов в нашей стране широко развернулась работа по использованию явления гетерозиса на основе самоопыленных линий, созданию высокопродуктивных межлинейных гибридов подсолнечника (Васильев Д.С., 1990).
В конце XX века предпочтение отдавалось получению простых межлинейных гибридов, обладающих высокой урожайностью и технологичностью. В НИИСХ Юго-Востока за годы испытания (1989-90) гибрид ПГ-34 превзошел стандартный гибрид Полевик по урожайности семян на 1,8 ц. при равных с ним продолжительности вегетационного периода и масличности семян. Этот гибрид обладает высокой потенциальной продуктивностью. Отцовская линия ЮВ 1 обладает генетической устойчивостью к ложной мучнистой росе и новым расам заразихи. Более высокую продуктивность - на 1,6 ц с га, имеет гибрид Юбилейный 75, который созревает на 2-3 дня позднее. Он надежен в семеноводстве, технологичен в переработке, устойчив к ложной мучнистой росе и заразихе (Пимахин В.Ф., 1994; Пимахин В.Ф. и др., 1996).
В НИИСХ Юго-Востока выделено 4 гибрида: ПГ 1223, ПГ 1246, ПГ 1298, ПГ 1332, превосходящих стандарт по урожайности семян на 4-5 ц. Все они отличаются повышенной морфологической выравненностью, генетической устойчивостью к ложной мучнистой росе, новым расам заразихи, повышенной толерантностью к другим болезням и вредителям. По результатам испытания в 1999-2001 гг. выделена новая серия гибридов: ПГ-1338, ПГ-1340, ПГ 1341, ПГ 1342. В Государственный реестр селекционных достижений РФ включены три гибрида: Юбилейный 75, ЮВС 2 и ЮВС 3 (Пимахин В.Ф. 1994; Пимахин В.Ф. и др., 1996; Лекарев В.М., 2001).
Изучение химического состава красящих веществ язычковых цветков
Окраска язычковых цветков подсолнечника относится к сильно варьирующему признаку. Наряду с обычной желтой окраской язычковых лепестков существует изменчивость от красной до почти белой окраски (Fick G.N., 1976; Marc J., Palmer J. H. 1976, 1978).
Цвет лепестков обусловлен наличием природных красителей. Известно, что цветовые характеристики природного растительного материала могут определяться наличием ряда химических соединений, наиболее значимыми из которых являются — флавоноиды, хиноны, кумарины, а также пигменты: тараксантин, лютеин, виолаксантин, криптоксантин, ацетоселлин и др. (За-прометов М.Н., 1974; Гусакова, Н.Н. , 1999; Юлдашев М.П., 2002; Mahmaod U., 2003).
Краевые цветки и листья содержат горькое вещество, солантовую кислоту, бетаин, холин и другие основания, алпидиол, фаридиол, красящие вещества (кверцимеритрин, тараксантин, криптоксантин). Листья содержат каротин (до 11%), каучук (до 0,6%), смолистые вещества (до 3%) (Подсолнечник, 1975).
В язычковых цветках найдено большое количество каротиноидов. Максимальное содержание их отмечается в период цветения, а затем содержание каротиноидов резко падает. Каротин в язычковых цветках был обнаружен лишь в самом начале цветения в количестве от 284-294 мг %. В дальнейшем отмечались лишь следы каротина, а затем и полное его отсутствие. В основном во всех органах подсолнечника каротиноиды представлены ксантофиллами (Подсолнечник, 1975).
Ксантофиллы (от греч. xanthos — жёлтый и phyllon - лист), кислородсодержащие каротиноиды; главная составная часть жёлтых пигментов в листьях, цветках, плодах и почках высших растений, а также во многих водорослях и микроорганизмах. Содержатся в хлоропластах зелёных частей растений, в хромопластах цветков и плодов, в липофильных участках бактериальных клеток. Ксантофиллы участвуют в фотосинтезе в качестве дополнительных пигментов. По-видимому, ксантофиллы играют также роль светофильтров, защищающих чувствительные к свету ферменты от разрушения. Известно более 50 различных ксантофиллов с разными функциональными группами (спирты, кетоны, альдегиды, окиси, простые и сложные эфиры), относящихся к ациклическим, моноциклическим и бициклическим каротиноидам, содержащим 40 атомов углерода. Типичные представители ксантофиллов — зеаксантин, С40Н56О2, - жёлтые кристаллы (игл 207-215С) и изомерный ему ксантофилл, или лутеин, - фиолетовые кристаллы (пш 190-193 С). Биосинтез ксантофиллов из бесцветных каротиноидных углеводородов проходит с участием кислорода воздуха на свету (Тюкавкина Н.А. и др, 1967; Кретович В. Л., 1971; Артамонова Н.И., 1982).
Флавоноиды, группа природных фенольных соединений, содержащихся в высших растениях. Флавоновые соединения в природном материале растительного происхождения, как правило, в свободном виде не встречаются. Они присутствуют в виде агликонов (Bednare К.Р. and other, 2001) или анто-цианов (Fumi Tatsuzawa and other, 2002), в гликозидированной (Gonzalez Е. and other, 2001; A. Bader and other, 2003) или ацилированной (Terahara Norihi-ko and other, 2001) формах. Большинство флавоноидов (известно свыше 1000) принадлежит к производным флавана (катехины, лейкоантоцианы), флавона (флаваноны, флавонолы, флавоны) и флавилия (антоцианы, заводезоксианто-цианы). К флавоноидам относятся также ауроны, халконы, дигидрохалконы, изофлавоны и их производные. Флавоноиды объединяет общность путей биосинтеза в растениях. Многие из флавоноидов - пигменты, придающие разнообразную окраску растительным тканям (антоцианы — красную, синюю, фиолетовую и их оттенки; флавоны, флавонолы, ауроны, халконы — жёлтую и оранжевую). Функции флавоноидов в растениях мало изучены. Предполагается, что благодаря способности поглощать ультрафиолетовое излучение (330-350 нм) и часть видимых лучей (520-560 нм) флавоноиды защищают растительные ткани от избыточной радиации. Это подтверждается локализацией флавоноидов в эпидермальных (близких к поверхности) клетках растений. Окраска цветочных лепестков помогает насекомым находить нужные растения и тем самым способствовать опылению. По-видимому, флавоноиды принимают участие в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в растительных тканях. Животные не способны синтезировать эти соединения (флавоны, присутствующие в крыльях некоторых бабочек, попадают в их организм с пищей) (Harborne J. В., 1967; Запрометов М. Н., 1974; Harborne J. В. and other, 1975; Гусакова, Н.Н., 1999).
В последнее время изучению флавоноидов уделяют большое внимание (Kazuma К. and other, 2003; Shen Xia and other, 2005; Cavero Sofia and other, 2006). Структурные аспекты строения этих соединений, а также материалы по компьютерному моделированию этих соединений представлены во многих работах (Nasini Gianluca, Arnone Alberto, 2002).
Подобраны оптимальные условия разделения флавоноидов, содержащихся в экстрактах различных сортов чая. Эксперимент проводили методом ОФ ВЭЖХ. Использовали жидкостный хроматограф Waters (USA) с УФ де-текором (280 нм), колонку Optimapack OP С[18] (250_ґ4.6 мм), объем вводимых проб 10 мкл. Элюирование проводили в изократическом и градиентном режимах (Шафигулин Р.В., Буланова А.В., 2006).
Из лепестков розы выделен пигмент фиолетового цвета (Fukui Yudo, Kusumi Taranki, 2002).
Для флавонов и аналогичных веществ из различных частей растений предположено использовать экстракцию метанолом (Bimba Meera, Kaalidar S.B. J., 2004). Из цветов Живучки ползучей (Ajuga reptance L.) выделены 4 антоциа-нидина, которые отвечают за красное окрашивание (Terahara Norihiko, CallebautAlfons,2001).
В Пермской государственной фармацевтической академии на кафедре фармакологии была разработана методика количественного определения флавоноидов в шроте цветков ноготков (Бурцева И.В. и др., 2004).
В институте фармакологии и токсикологии АМН Украины методами спектрофотометрии в УФ-области и высокоэффективной жидкостной хроматографии изучено содержание суммы флавоноидов и флавоноида лютеолина в высушенных цветках одуванчика лекарственного, а таюке приготовленных на их основе спиртовых экстрактах. В экстрактах и сырье был идентифицирован флавоноид лютеолин. Контроль содержания флавоноидов позволил заключить, что экстракция этиловым спиртом предпочтительнее экстракции водой. Количественное содержание суммы флавоноидов и флавоноида лютеолина в цветках одуванчика составило 0, 514 и 0, 183% соответственно (Ковальчук Т.В. и др., 2003).
Высушенные и обезжиренные лепестки цветков подсолнечника трижды извлекали кипящей водой и затем трижды кипящим метанолом. Водные экстракты объединяли, сгущали и экстрагировали н-бутанолом. Бутанольная вытяжка водного экстракта представляла собой гликозидную фракцию I. Аналогичным путем из сгущенного метанольного экстракта получили гликозидную фракцию П. Выделенные фракции подвергали бумажной хроматографии (растворитель н-бутанол+этанол+25%-ный NH4OH; 10:1:5) и тонкослойной хроматографии на силикагеле (растворитель для гликозидов: СНСЬ+метанол; 95:5; проявители: 20% H2S04 и 20% SbCl3 в СНС13). Во фракции I содержались 2 гликозида, во фракции II — 4 агликона. После щелочного гидролиза (10%-КОН, 1,5 часа) фракция I давала те же агликоны, что и фракция П. В качестве сахара, присоединенного к карбоксильным группам тритерпеновых кислот, идентифицировали ксилозу. В результате кислотного гидролиза (10% НС1 в метаноле) отщепили сахара, присоединенные к гидро-ксильным группам тритерпеновых кислот, и идентифицировали их как ара-бинозу, глюкозу, рамнозу и ксилозу. Установили, что из 4 агликонов один является нейтральным - метиловым эфиром олеаноловой кислоты. Три других агликона кислой природы представлены эхиноцистовой и альбигеновой кислотами, присутствующими в соотношении 1:2:3; (Kasprzyk Z. and other, 1966).
Исследовали эфиры жирных кислот и ксантофиллов в цветках Helianthns annuus L. Пигменты тараксантин, лютеин, виолоксантин и криптоксантин связываются с насыщенными жирными кислотами: стеариновой, пальмитиновой, миристиновой, лауриновой и уксусной кислотой. Производные уксусной кислоты распространены меньше (Egger Kurt., 1968).
Из лепестков подсолнечника, содержащих три тритерпеновых гликози-да, названных в порядке увеличения их полярности гелиантозидами А, В, С, выделен один. При кислотном гидролизе образуется эхиноцистовая кислота, глюкоза, ксилоза, арабиноза, рамноза (Чирва В.Я., 1968).
Кумариновые производные, как и флавоновые соединения как правило, в свободном виде не встречаются. Они склонны к образованию гликозидиро-ванных антоциановых форм отвечающих за окраску природного растительного материала (Lu Yinrong and other. 2000; George F. and other, 2001).
Пигменты также обычно не встречаются в свободном виде, а лишь в виде сочетаний с насыщенными жирными кислотами: стеариновой, пальмитиновой, миристиновой, лауриновой (George F. and other, 2001).
Исходя из представленных материалов, становится очевидным, что анализ соединений, ответственных за цветовую гамму природного материала, является сложной задачей, требующей разработки специальной методологии (De Souza К. С. В. and other, 2001; Cristen D. and other, 2003) и привлечения дефицитной аналитической аппаратуры (Fico G. and other, 2001), либо целого комплекса аналитических средств (S. Siddiqui Bina and other, 2003).
Фенологические и морфологические признаки
В экспериментах 2005-2007 гг., проведенных по типу конкурсных сортоиспытаний, в качестве объектов исследования использовали двадцать экспериментальных гибридов Fb полученных с использованием материнских форм, маркированных разными аллелями генов (1,1а, о, ра), контролирующих нетрадиционную окраску язычковых цветков подсолнечника (табл. 2). В исследование в качестве стандарта включили гибрид ЮВС 4, выведенный в ГНУ НИИСХ Юго-Востока.
У гибридов, полученных от скрещивания линии ЮВ-28А (желтая окраска язычковых цветков) с любыми отцовскими формами (желтая окраска язычковых цветков), изучаемые гены находились в доминантном гомозиготном состоянии (желтая окраска язычковых цветков). Эти гибриды также использовали в качестве стандартов при изучении гибридов Fb полученных с участием соответствующей отцовской формы.
У гибридов, полученных от скрещивания материнских форм (ЮВ-28А1, ЮВ-28А1а, ЮВ-28Ао, ЮВ-28Ара) с нетрадиционной окраской язычковых цветков с любыми отцовскими формами (желтая окраска язычковых цветков), изучаемые гены находились в гетерозиготном состоянии (желтая окраска язычковых цветков). Поэтому при сравнении двух одинаковых гибридов (например, ЮВ-28А х Л-931 st и ЮВ-28А1а х Л-931) можно вычленить эффект рецессивного аллеля 1а, находящегося в гетерозиготном состоянии. Аналогично вычленяются эффекты рецессивных аллелей 1, о, ра, также находящихся у гибридов Fi в гетерозиготном состоянии.
Известно, что некоторые рецессивные мутации генов по-разному себя фенотипически проявляют в зависимости от того, находятся они в гомозиготном или гетерозиготном состоянии (Гуляев Г.В., 1984; Инге-Вечтомов С.Г., 1989). Поэтому необходимо было изучить не только проявление рецессивных аллелей (1, 1а, о, ра) в гомозиготном состоянии, что было показано ранее в исследованиях Ю.В. Лобачева и Е.А. Константиновой (2004) и подтверждено нашими экспериментами (глава 3), но и в гетерозиготном состоянии, что сделано нами впервые.
За период вегетации гибридов Fj проводили фенологические наблюдения и определяли продолжительность межфазных периодов (сутки): «всхо-ды-цветение», «цветение-полная спелость», «всходы-полная спелость».
По продолжительности периода «всходы-цветение» в 2005-2007 гг. экспериментальные гибриды Fj ежегодно и в среднем за 2005-2007 гг. существенно не различались между собой и своими стандартами в группе гибридов, полученных с участием соответствующей отцовской формы (табл. 22).
По продолжительности периода «всходы-цветение» гибрид ЮВС 4 в 2005 и 2007 гг. достоверно не отличался от остальных гибридов. В 2006 г. продолжительность периода «всходы-цветение» у ЮВС 4 была в среднем на 2,0, а за 2005-2007 гг. на 1,6 суток короче, чем у гибридов F] (табл. 22).
По продолжительности периода «цветение-полная спелость» гибриды Fj в годы исследований и в среднем за 2005-2007 гг. существенно не различались между собой и своими стандартами в каждой гибридной группе. Гибрид ЮВС 4 в 2005 году достоверно не отличался от остальных гибридов по продолжительности периода «цветение-полная спелость», а в 2006, 2007 и в среднем за 2005-2007 гг. этот показатель у гибрида ЮВС 4 оказался короче соответственно на 1,8; 1,6 и 1,4 суток (табл. 23).
По продолжительности периода «всходы-полная спелость» экспериментальные гибриды Fi ежегодно и в среднем за 2005-2007 гг. достоверно не различались между собой и своими стандартами в соответствующей гибридной группе. Продолжительность периода «всходы-полная спелость» у ЮВС 4 в среднем была короче в 2005 г. на 3,6 суток; в 2006 г. - на 3,8; в 2007 г. — на 2,6, а в среднем за 2005-2007 гг. разница составила 3,0 суток (табл. 24).
По высоте растений экспериментальные гибриды Fi ежегодно и в среднем за 2005-2007 гг. существенно не различались между собой и своими стандартами в соответствующей гибридной группе. Ежегодно и в среднем за 2005-2007 гт. группы гибридов, полученных с участием разных отцовских форм, по данному показателю различались между собой. Минимальную высоту растений имели гибриды, полученные с участием Л-931, а максимальную - с участием Л-933 (табл. 25).
Гибрид ЮВС 4 достоверно превосходил по высоте растений гибриды с минимальной высотой в 2005 г. на 9,0 см, в 2006 г. - на 1,0 см, в 2007 г. - на 3,9 см, в среднем за 2005-2007 гг. — на 4,3 см. Гибрид ЮВС 4 уступал по этому показателю гибридам с максимальной высотой растений в 2005 г. на 5,7 см, в 2006 г. - на 18,7 см., в 2007 г. - на 10,4 см, в среднем за 2005-2007 гг. -на 11,4 см (табл. 25).
По диаметру корзинки экспериментальные гибриды Fb а также гибрид ЮВС 4 ежегодно и в среднем за 2005-2007 гг. существенно не различались между собой (нулевая гипотеза не отвергалась) (табл. 26).
Специфические химические вещества
Дальнейшие исследования выявили, что каждая из окрасок язычковых цветков подсолнечника может быть охарактеризована наличием индивидуальных (специфических) веществ. Нами установлено 11 таких соединений, которые мы отнесли к специфическим химическим веществам (табл. 43, приложения 20-30).
Установлено, что в экстрактах из желтых цветков подсолнечника присутствует вещество аристолен (приложение 21). Это соединение не встречается в других образцах и является характеристичным соединением для желтых цветков подсолнечника. Вещество аристолен было обнаружено в эфирном и бензольном экстрактах из желтых язычковых цветков подсолнечника в количестве 0,3-0,8% (табл. 43).
Для лимонных цветков выявлено присутствие отличительного признака в виде соединения, идентифицированного как метилэтенилнафталин (приложение 23). Его содержание во всех экстрактах из лимонных язычковых цветков составило 0,4-0,7% (табл. 43).
В экстрактах из бело-желтых цветков подсолнечника присутствует вещество нафталенон, которое не было зарегистрировано в экстрактах из других по окраске язычковых цветков (приложение 27). Его содержание во всех экстрактах из бело-желтых язычковых цветков составило 0,1-0,7% (табл. 43).
Отличительной характеристикой зелено-желтых язычковых цветков является наличие в пробах трех соединений: 2-этенилнафталина; 1,8-ди-1-пропионилнафталина и 1,8-дигидрокси-2-ацетил-3-метилнафталина (приложения 20, 24, 25).
Вещество 2-этенилнафталин содержится во всех экстрактах из зелено-желтых язычковых цветков и его количество составило 0,2-0,3% (табл. 43).
Содержание 1,8-ди-1-пропионилнафталина во всех экстрактах из зелено-желтых язычковых цветков составило 0,1-0,6%) (табл. 43).
Вещество 1,8-дигидрокси-2-ацетил-3-метилнафталина было обнаружено в эфирном и метанольном экстрактах из зелено-желтых язычковых цветков подсолнечника в количестве 0,1-0,8% (табл. 43).
Экстракты из оранжевых язычковых цветков характеризуются чрезвычайно насыщенной цветовой гаммой. Характеристичными для этих образцов являются следующие пять соединений: 1,2,3,4-тетрагидронафталин; 1,7-диметил-1,8-нафтазиридин-4-он-3; нафто [1,2 Р] 2,8-диоксифуран; 2-метилтио-1,4-нафтохинон; индено [1,2-а] нафталин (приложения 22, 26, 28, 29, 30).
Вещество 1,2,3,4-тетрагидронафталин содержится во всех экстрактах из оранжевых язычковых цветков и его количество составило 0,1-0,7% (табл. 43).
Вещество нафто [1,2-р] 2,8-диоксифуран было обнаружено во всех экстрактах из оранжевых язычковых цветков и его количество составило 0,1-1,0% (табл. 43).
Вещество 1,7-диметил-1,8-нафтазиридин-4-он-3 было обнаружено во всех экстрактах из оранжевых язычковых цветков и его количество составило 0,3-0,4% (табл. 43).
Вещество 2-метилтио-1,4-нафтохинон было обнаружено в эфирном и бензольном экстрактах из оранжевых язычковых цветков подсолнечника в количестве 0,1-0,2% (табл. 43).
"Вещество индено [1,2-а] нафталин было обнаружено во всех экстрактах из оранжевых язычковых цветков и его количество составило 0,1-0,2% (табл. 43).
Таким образом, каждый цвет язычковых цветков подсолнечника характеризуется специфическими химическими веществами, не содержащимися в других цветовых вариациях. Предложенный метод анализа идентификации красящих химических веществ может являться одним из основных методов исследования химических различий окраски язычковых цветков у подсолнечника.
