Содержание к диссертации
Введение
1. Биогеохимические и агроэкологические основы подбора образцов многолетних трав при селекции растений на иммунитет 12
2. Агроклиматические условия, материал и методика исследований 26
2.1. Почвенно-климатические условия северо-западного и центрального районов Нечерноземной зоны России (Ленинградская, Московская обл.) 26
2.2. Исходный материал и методика исследований 28
3. Генетическая изменчивость и ее роль в создании исходного селекционного материала клевера лугового 33
3.1. Полиплоидия в селекции клевера лугового ..37
3.1.1. Экспериментальные полиплоиды клевера лугового (северовосточный и среднерусский сортотипы, северотаежная европейская группа сортотипов) 45
3.2. Дифференциация межвидовых гибридов между клевером луговым и клевером раскидистым по признаку автофертильности 65
Заключение 85
4. Особенности морфогенеза толерантных к патогенам многолетних бобовых трав 86
4.1. Маркерные признаки в селекции самофертильных межвидовых гибридов клевера 86
4.2. Морфогенез гибридных растений клевера в условиях фитотрона 101
4.2.1. Экологические факторы индукции цветения у межвидовых гибридов клевера 105
4.3.Особенности формирования мужскостерильных линий люцерны 115
Заключение 134
5. Эколого-генетические аспекты селекции овсянице-райграсовых гибридов, толерантых к листовым патогенам 137
5.1. Формообразовательный процесс у овсянице-райграсовых гибридов ранних поколений 141
5.2. Изучение межродовых овсянице- райграсовых гибридов 155
Заключение 190
6. Использование агроэкологических особенностей и биоконтроля в селекции клевера лугового 193
Заключение 209
Выводы 210
Предложения для научно-производственного
Использования 214
Список цитируемой литературы 215
- Почвенно-климатические условия северо-западного и центрального районов Нечерноземной зоны России (Ленинградская, Московская обл.)
- Экспериментальные полиплоиды клевера лугового (северовосточный и среднерусский сортотипы, северотаежная европейская группа сортотипов)
- Маркерные признаки в селекции самофертильных межвидовых гибридов клевера
- Формообразовательный процесс у овсянице-райграсовых гибридов ранних поколений
Введение к работе
Общепланетарные закономерности взаимодействия живых организмов с окружающей средой, сформулированные основоположником биогеохимии российским естествоиспытателем В.И. Вернадским в 20-30-х годах прошлого века, являются до на стоящего времени глубоко современными. Естественный экологический потенциал геосистем характеризуют биоклиматические, биогеофизические, биогеохимические, биотические особенности (Романов А.А., 1961). Воздействие организмов на окружающую среду, как и различные формы их взаимоотношений между собой, развивались на протяжении всей геологической истории планеты Земля. Изучение характера эволюции растений и различных патогенов позволило биологам сформулировать ряд концепций прикладного значения. Н.И. Вавиловым (1986) был предложен ботанико-географический принцип в изучении иммунитета растений к болезням. Однако до настоящего времени дискуссионными остаются ряд принципиальных моментов, среди которых проблемы целенаправленного поиска образцов, выявления и создания источников или доноров в том числе кормовых растений с ценными биологическими и хозяйственными признаками.
В решении проблемы дефицита пищевого и кормового растительного белка в Нечерноземной полосе России самое видное место принадлежит красному (луговому) клеверу (Trifolium pratense L.), как наиболее распространенному и старейшему среди кормовых растений. Дикорастущий луговой клевер на территории страны представлен двумя расами: атлантической и континентальной (Бобров Е.Г., 1950). Начиная с XY11 века в Россию стали завозиться семена западноевропейских сортов, обогативших генофонд местных клеве -5-ров (Лисицын П.И.,1951). Автором отмечены единичные случаи грибной инфекции на возделываемых клеверах, что нельзя сказать о нынешних травостоях, где нередко естественный инфекционный фон достигает уровня искусственного.
Возможность выращивания в Нечерноземной зоне другой цен-. ной бобовой культуры люцерны (Medicago L.) была определена в первую очередь успехами селекционеров (Константинова A.M., 1951). Достижения в селекции гибридной кукурузы и сорго, в том числе с использованием цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), стимулировали подобные работы по другим кормовым культурам, включая люцерну. Многими селекционерами подчеркивается большое значение сортов местной селекции, взятых в качестве материнского компонента при различных скрещиваниях, однако первопричина их высокой комбинационной способности в большинстве случаев не объясняется.
Род Lolium L. (плевел) включает 10 видов, семь из которых встречаются в нашей стране (Цвелев Н.Н.,1976). Lolium perenne L. - перекрестноопыляющийся вид, известный в литературе как райграс пастбищный, характеризуется ценными вкусовыми качествами и пастбищной ценностью. Проведенная в селекцентрах России, в том числе на Северо-Западе оценка образцов из коллекции ВИР показала отсутствие необходимого ассортимента сортов этой культуры, прежде всего, из-за недостаточной зимостойкости и долголетия. В этом плане перспективным может оказаться скрещивание райграсов с овсяницами (род Festuca), представляющих собой комплекс форм, где в ряде случаев трудно установить границы между видами и родами (Конарев В.Г. и др., 1993). Однако некоторые районированные на Северо-Западе сорта овсяниц в иммунологическом отношении далеко не совершенны. Интрогрессия (спонтанная и экспериментальная) или интрогрессивная гибридизация усиливает формообразование как среди видов дикорастущей флоры, так и среди культурных растений (Жуковский П.М., 1970; Бобров Е.Г., 1972).
В предлагаемой диссертационной работе рассматриваются проблемы формирования исходного селекционного материала растений клевера, люцерны, плевела и овсяницы (биоразнообразия) в условиях северо-западной (Ленинградская) и центральной (Московская) областей Европейской части России. В термине формирование толерантных к патогенам растений автор попытался выразить собственное понимание логики развития современной биологии, включающей как последние открытия в области молекулярной генетики, в том числе болезнеустойчивости растений, так и исследования более раннего времени, органически вписывающиеся в современные научные представления.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - расширение спектра биологических и хозяйственно ценных признаков и свойств селекционных образцов клевера, люцерны, плевела и овсяницы посредством гибридизации, в том числе с использованием полиплоидии, ЦМС и инбридинга, повышение их адаптационных возможностей в условиях северо-западного и центрального районов Нечерноземной зоны России, выявления возможностей использования в селекции кормовых растений на толерантность к патогенам биогеохимических особенностей образцов. В задачу экспериментальной работы входило изучение закономерностей эколого-генетической дифференциации сортообразцов и гибридов клевера, люцерны, плевела и овсяницы по признакам продуктивности, срокам цветения, устойчивости к патогенам, выявление особенностей формирования их репродуктивных органов в конкретных почвенно-климатических условиях выращивания растений, установление
-7-характера наследования признаков стерильности пыльцы у гибридных растений люцерны, устойчивости к болезням у xFestulo-lium при межсортовых, межвидовых и межродовых скрещиваниях, использовании инбридинга, полиплоидии и ЦМС.
На защиту выносятся следующие положения: 1. Предложен биогеохимический и биоклиматический подход к использованию в селекции на толерантность к патогенам образцов многолетних трав из разнообразных мест происхождения растений (биогеохимический цикл 0,9...9,5; гидротермический коэффициент 0,25.. .0,87; биоклиматический потенциал 0,3...З о, гумус 2«..4,5 общая радиация 360...1100МДж/м ): северные районы Европейской части России и Австралия для клевера, Украина, западноевропейские государства, Восточная Сибирь, Средняя Азия и Ближний Восток для люцерны, Алтай, Сахалин, Средиземноморье - для злаков.
2. Усовершенствован способ создания популяций, гибридов, линий бобовых и злаковых трав с учетом эколого-генетической дифференциации сортообразцов клевера лугового, принадлежащих к северо-восточной, среднерусской и северотаежной группам сортотипов с характерными признаками высокой зимостойкости и скороспелости, клевера раскидистого из района тропических саванн (Австралия), люцерны изменчивой - сортов северорусской группы сортотипов, приспособленных к северным районам люцерносеяния, люцерны посевной (средиземноморская и европейская группы сортотипов с их многоукосностью и быстрым ростом) и дикорастущих образцов люцерны северной (долголетие, зимостойкость), злаков - (западноевропейская группа для райграса пастбищного с высокой пастбищной ценностью и северорусского сортотипа для овсяницы тростниковой (долголетие, высокая зимостойкость, устойчивость к листовым патогенам).
3. Выявлена существенная роль признака толерантности к патогенам в селекции многолетних бобовых и злаковых трав. Описаны морфогенетические особенности новых популяций, гибридов, форм толерантных растений.
Научная новизна исследований. Впервые предложена комплексная программа формирования толерантного к патогенам исходного материала клевера, люцерны, плевела и овсяницы, включающая традиционные и новые методы селекции и базирующаяся на принципах эколого-генетической дифференциации количественных признаков и использования биогеохимических и биоклиматических особенностей используемых в скрещиваниях образцов. Одними из первых в России в 70-е годы показана эффективность метода определения комбинационной ценности исходных сортов и отдельных генотипов люцерны при получении межвидовых гибридов люцерны на стерильной основе.
Использование принципов эколого-генетической модели дифференциации сортообразцов в сочетании с экспериментальной полиплоидией, учет биогеохимического и биоклиматического разнообразия мест их происхождения позволило сформировать для условий центральных областей России шесть поликроссных популяций С4 клевера лугового. Лучшие из них не только превосходили стандартные сорта клевера Волосовский (2п) и ВИК 84 (4п) по зеленой, сухой массе, скороспелости, семенам, но и показали хорошие результаты по устойчивости к почвенным патогенам. В госкомиссию по сортоиспытанию и охране селекционных достижений РФ передан скороспелый диплоидный сорт клевера лугового Саба.
Толерантные к патогенам аллополиплоидные гибриды F4-6 и F4Ii-28-l от скрещивания сортов Север и Невский (северотаежная европейская и скандинавская группы сортотипов) с образцом клевера раскидистого из Австралии имели более короткий (на 8-14 дней) период отрастание-начало цветения, чем стандартный сорт клевера лугового Сиворицкий 416, превысили в течение трех лет испытаний (1991-1993) среднюю по опыту по вегетативной массе на 16,7-39,3% и по семенам - на 36,1-67,3% .
Изучен морфогенез толерантных к патогенам межвидовых гибридов клевера. Обнаружение большого количества хлорофилльных нарушений в потомстве гибридов клевера позволило сделать предположение о значительном насыщении деталями родительских сортов исходных видов. Предложен способ получения межвидовых гибридов клевера, наследующих в сцепленном состоянии признаки соцветия с фенотипом клевера лугового, наличие опушения отстоящими волосками, хлорофилльной недостаточности, автогамности и самофертильности, позволяющий визуально по маркерным признакам проводить отбор селекционно ценных форм растений. Определены параметры электромагнитной индукции цветения растений межвидовых гибридов. При выращивании гибридных растений в фитотроне интегральная величина положительных (активных) температур варьировала в пределах 1300-2700°С при освещенности 12- 103 лк (570МДж/м2 месяц) в спектре ламп ДРЛФ-400.
Выявлена существенная корреляция между развитием возбудителей стемфилиоза и антракноза (г =0,724 ±0,331) на листьях гибридов клевера.
При селекции межвидовых и межсортовых гибридов люцерны на стерильной основе лучшие комбинационные свойства показали сорта, имеющие эколого-генетически и -географически отдаленное происхождение (Северная гибридная 69, Московская гибридная, Ташкентская 721, Омега, дикорастущие северные люцерны).
Изучены биологические свойства и характер наследования признака стерильности пыльцы у люцерны. Показано, что у использованных в исследованиях клонов С5 и С9 и полученных на их основе гибридов степень стерильности пыльцы сравнительно устойчива и изменяется в незначительных размерах (0-20%) независимо от генотипа опылителя, возраста гибридных растений и условий выращивания. Показано монофакториальное наследование признака стерильности пыльцы у люцерны. Сделано предположение о споро-фитном контроле восстановления стерильности пыльцы и цитоплаз-матической природе мужской стерильности у анализируемых материнских клонов люцерны. Для целей селекции гибридной люцерны получено восемь высокостерильных линий ВСі. Отдельные инбред-ные семьи превысили районированный сорт Северная гибридная 69 по относительной облиственности, зимостойкости и имели более высокое содержание сырого протеина и, наоборот, низкое-сырой клетчатки.
При селекции xFestulolium на устойчивость к листовым патогенам учитывалась обнаруженная широкая специализация последних, необязательность искуственного инфекционного фона, возможность дивергенции растения-хозяина и местных популяций возбудителей мучнистой росы, ржавчины и сетчатой пятнистости. Синтезированы гетерозисные по вегетативной массе и семенам межродовые овсяни-це-райграсовые гибриды, устойчивые или слабо восприимчивые к местным популяциям патогенов в условиях Ленинградской и Московской областей.
Практическая ценность.
Сформированы шесть поликроссных тетраплоидных популяций С4 клевера лугового. Лучшие из них в питомниках конкурсного сортоиспытания достоверно превысили районированные сорта клевера лугового Волосовский (2п) и ВИК 84 (4п) по зеленой, сухой массе, скороспелости, семенам и устойчивости к почвенным патогенам. В госкомиссию по сортоиспытанию и охране селекционных достижений РФ передан скороспелый диплоидный сорт клевера лугового Саба.
Получены четыре гетерозисных овсянице-райграсовых гибрида F3-F6, характеризующиеся комплексной устойчивостью или слабой восприимчивостью к листовым патогенам в условиях Ленинградской и Московской областей. С 1992г. они испытываются в конкурсном сортоиспытании, размножаются и готовятся к районированию. 35 гибридных семей Fi-F6 проходят комплексную фитопатологическую оценку в Германии (Martin-Luther-Universitat Halle-Wittenberg), пять гибридных образцов переданы в Технологический институт (г.С-Петербург) для изучения возможности использования вегетативной массы растений в качестве пищевого субстрата микроорганизмов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференции молодых ученых по кормопроизводству во ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса (1974), Германии (1995) и в Италии (1999), конгрессах ЭУКАРПИА в Венгрии(1974), Польше (1996) и в России (1999), конференции "Вклад молодежи в интенсификацию земледелия Нечерноземной зоны" в п. Белогорка (1978) и "Новые пищевые и кормовые растения в народном хозяйстве" в г. Киеве (1981), совещании "Пути дальнейшего совершенствования защиты растений в республиках Прибалтики и Белоруссии" в г. Риге(1983),УШ и IX Всесоюзных совещаниях по иммунитету растений к болезням в г. Риге (1986, 1991) и С.-Петербурге (1995), конференции РАСХН в Москве (1994), на 1, 11, 111, Y,Y1 съездах ВОГИС им. Н.И. Вавилова (1987, 1992, 1994, 2000, 2004), на Международном конгрессе по азотфикса-ции в С.-Петербурге (1995), 15 Международном конгрессе по защите растений в Пекине (2004).
Публикации. 19 опубликованных работ объемом 9 и одна монография объемом 13 авторских листов.
Почвенно-климатические условия северо-западного и центрального районов Нечерноземной зоны России (Ленинградская, Московская обл.)
Исследования с клевером и злаковыми растениями проводились в ГНУ СЗНИИСХ (ЛНИИСХ) РАСХН (п. Белогорка Гатчинского района Ленинградской области). Ленинградская область относится к зоне избыточного увлажнения. Годовое количество осадков составляет 500-600 мм. Гидротермический коэффициент - отношение количества осадков к сумме активных температур ( 10С) за время вегетации равен 1,7. Общая солнечная радиация за этот же период составляет 430-470 МДж/м . Выпадение атмосферных осадков обуславливается интенсивной циклонической деятельностью. В холодный период года (ноябрь-март) выпадает 30% и менее осадков, в теплый-70% и более от их годового количества. Максимальное количество осадков по 45-95 мм в месяц выпадает в июле и в августе в период массового цветения и созревания семян бобовых трав.
Снеговой покров иногда ложится на незамерзшую почву, что приводит к выпреванию растений. Гибель наступает от истощения растений в результате расходования запасов углеводов на дыхание или от поражения снежной плесенью, которая развивается на ослабленных растениях благодаря высокой температуре и повышенной влажности почвы. Нередко зимующие посевы гибнут от ледяной корки, образующейся на полях после схода снежного покрова и наступивших вновь похолоданий. Температура почвы на глубине узла кущения в зимний период не опускается ниже -6 ,-8 С. Глубина промерзания почвы на суглинках составляет 60-85 см.
Почвенный покров территории области отличается большой пестротой. Почвы чаще поверхностного увлажнения, формирующиеся в условиях равнинного рельефа и слабого дренажа. Почва опытного участка в п. Белогорка - дерново-среднеподзолистая легкосуглинистая, хорошо окультуренная, содержание подвижного фосфора и калия, соответственно, 20-25 мг и 10-15 мг на 100 г почвы. Материнские породы почв-ледниковые и водно-ледниковые отложения.
Климат Ленинградской области характеризуется умеренно-теплым летом и продолжительной, неустойчивой с частыми оттепелями зимой. Самым теплым месяцем года (16,5-17С) является июль, а холодным-февраль (-8, -9С). Теплый период (период с положительной средней суточной температурой) начинается в первой декаде апреля и длится до конца октября-начала ноября, в среднем-205-225 дней. Летний день длится от 18,5 ч в июне до 16 ч - в августе. Сумма активных температур воздуха выше 10С - 1500-1700С .Продолжительность безморозного периода -115-120 дней.
Экспериментальная работа с люцерной проводилась во ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса (ВИК, Московская обл.). Климат Московской области умеренно-континентальный, зима умеренно-холодная, иногда с оттепелями. Самый холодный месяц по средним многолетним данным за 1881-1953гг. - январь (-10,4С), самый жаркий - июль (+18,0С). Сумма активных температур воздуха выше 10С - 1900 -2200С. По обеспеченности влагой область относится к зоне достаточного увлажнения. Среднегодовое количество осадков составляет 500-600 мм. Гидротермический коэффициент за время вегетации равен 1,4-1,6. Общая солнечная радиация за этот же период составляет 500- 620 МДж/м2. Почвы опытных полей типичные для района дерново-средне-подзолистые, среднесуглинистые по механическому составу.
В работе с клевером, плевелом, овсяницей и гибридами плевела и овсяницы (Festulolium) в Северо-Западном (Ленинградском) научно-исследовательском институте сельского хозяйства был привлечен коллекционный материал Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им.Н.И. Вавилова (ВИР, табл. 2.1). Для проведения опытов с люцерной использовали синтезированные, в том числе с нашим участием, в отделе селекции ВИК межсортовые и межвидовые гибриды на фертильной и стерильной основе (табл.2.2).
Закладку опытов, проведение учетов и наблюдений осуществляли согласно методических указаний, разработанных в ВИК (1969, 1978, 1985) и ВИР (1977, 1985).
Для определения степени фертильности растений клевера зрелую пыльцу красили раствором Беллинга и анализировали на микроскопе МБИ-15. При изучении характера мейоза (на 30 материнских клетках микроспор одного растения) и подсчете числа хромосом использовали общепринятые методики. Перевод диплоидных сортов клевера лугового и образца клевера раскидистого на тетраплоид-ный уровень путем колхицинирования проростков проводили по И.Г.Одинцовой (1970) и Н.К.Навалихиной (1973). Растения клевера, выращенные из колхицинированных проростков, обозначали Со, следующие поколения - Сі, С2, Сз, Сч. При самоопылении растений получали инбредные семьи її, І2,13- В результате межвидовой гибри-дизации клевера лугового и клевера раскидистого были получены мутантные по хлорофиллу растения, обозначенные буквой М.
При описании вегетативных признаков и биологических свойств гибридных растений люцерны использовали краткий обзор рода Medicago L. и классификацию подрода Falcago (Reichenb.) Grossh. (Лубенец П.А., 1972).
В насыщающих скрещиваняй в качестве материнских форм были использованы растения (клоны) люцерны С5 и С9, несущие полностью стерильную пыльцу. Растение С5 выделено из сорта люцерны Кубанская в ВИРе, растение С9 - из сорта Северная гибридная 69 в ВИКе. Оба сорта принадлежат к виду Medicago varia Т. Martyn.
Статистическая обработка экспериментальных данных проведена по В.Г. Вольфу (1966), Н.А. Плохинскому (1970), Б.А. Доспехову (1973, 1979), П.Ф. Рокицкому (1974). В таблицах при характеристике лучших образцов приводятся данные НСР0)5 и точности опыта (Р) в среднем по всему питомнику.
При искусственном заражении спорами патогенов листьев растений и полевой оценке устойчивости использовали методы, описанные 3. Кирай и др. (1974), методики Всероссийского НИ института защиты растений (ВИЗР, 1977, 1985), С.-Петербургского Государственного Аграрного Университета (СПГАУ, 1980). Незрелые гибридные зародыши злаков выращивали в асептических условиях на среде Рандольфа-Кокса (Бутенко Р.Г., 1964). Содержание тяжелых металлов в листьях злаковых растений определяли по М. Sillanpaa (1990). При оценке питательной ценности селекционных образцов содержание сырого протеина (белка) определяли по методу Кьельдаля, сырой клетчатки - по методу Ганнеберга и Штомана, каротина - по Сапожникову.
Экспериментальные полиплоиды клевера лугового (северовосточный и среднерусский сортотипы, северотаежная европейская группа сортотипов)
Среди исследований по устойчивости клевера лугового к болезням следует отметить работы Г.С. Хреновой (1958), З.Н. Кудряшовой (1959), К.Д. Титовой (1977), А.В. Наговициной и др. (1979), А.И. Ми-кульскене (1981), А.Н. Нестерова и др.(1981), А.В. Хотяновича (1981), В.В. Костицына и др. (1982), А.И. Ртищевой и др. (1983), Н.Н. Гусевой и др. (1985), В.Я. Поплаускаса и др. (1985), Н.А. До-рожкина и др. (1986), Е.В. Зиминой (1986), В.Б. Жезмер (1987), М.Ю. Усольцевой (1987), И.С. Затикайте (1988), Н.В. Разгуляевой (1988), Е.В. Караваевой (1989), Н.С. Каравянского (1989), О.Ю. Мезенцевой (1989), В.А. Семеровой и др. (1989), Е.И.Чекель (1989), И.Н. Винник (1992), Л.М. Крыловой (1994), М.И. Тумасовой и др. (1998). В опытах М.И. Коромысловой (1986) и М.И. Коромысловой и др. (2000) в СЗ НПО "Белогорка" из 200 сортообразцов клевера лугового из различных географически отдаленных районов и полученных от ВИР на искусственном и естественном инфекционных фонах выделен ряд сортов, в т.ч. тетраплоидных, зарубежной селекции из Дании, Финляндии, Швеции и Германии, выносливых к клеверному раку и фуза-риозу.
При селекции сортов клевера лугового, как и люцерны и других видов на устойчивость к патогенам используют различные селективные среды и биотехнологические приемы (Ефимова Г.Г., 1985; Аткочюнайте В.К. и др., 1988; Солодкая Л.А. и др., 1989; Кирьян И.Г., 1991), что, как мы предполагаем в последней главе, является не вполне оправданным. В зарубежных лабораториях используется метод фенотипической рекуррентной селекции (PRS). Благодаря PRS в течение пяти поколений индекс болезни (DSI) уменьшился у растений клевера лугового, пораженных возбудителями северного антракно-за, с 1,8 до 1,1 и возбудителями листовой ржавчины - с 4,4 до 1,5, а количество инфицированных мучнистой росой растений сократилось с 67 до 32%. В США в 1979г. был выпущен в производство двуукосный тетраплоидный сорт клевера лугового Bytown, толерантный к мучнистой росе (Smith R.R. et al.,1985).
При создании тетраплоидных сортов наряду с индивидуально-семейственным отбором большей частью используют метод поликросса (Макаров Н.М., 1974; Писковацкая Р.Г., 1975; Малашенко B.C. и др., 1982; Бирюкова В.Н., 1985,1989; Дроздова О.Л., 1989).
В работе П.П. Вавилова и др. (1982) указывается, что тетраплоидный сорт клевера лугового Тимирязевец превосходил исходную форму и диплоидный стандарт по урожайности зеленой массы в первый год пользования, соответственно, на 11 и 13% и во второй год -на 33 и 36%, отличался большим долголетием и устойчивостью к болезням. Превышение над стандартом по сбору сырого протеина составило в первый год 40% и во второй год - 32%. Прибавки по семенам получено не было. П.Т.Дробец (1982) получена тетраплоидная популяция клевера лугового Носовский (4х), в пятом поколении обеспечившая 2,5ц/га семян, у исходной формы было 2,1 и у стандарта - 2,0ц/га. При этом отбор лучших растений был начат заранее на диплоидном уровне.
Для вида Trifolium рг. может быть использован модальный отбор, разработанный Ю.П. Алтуховым (1989) для таких высокогетерозиготных организмов как лососевые среди рыб и растений хлопчатника. Как утверждает автор, всякая популяция представляет собой исторически сложившуюся, самовоспроизводящуюся совокупность генов, именуемую генофондом, именно во взаимодействии генофонда со средой формируются такие важнейшие биологические параметры популяции как скорость роста и созревания составляющих его особей, численность, продуктивность, устойчивость к заболеваниям, особенности поведения. При этом, чем сложнее внутренняя организация популяционной системы, чем значительнее ее внутреннее разнообразие, тем устойчивее она к различного рода внешним воздействиям. С этой точки зрения максимальная устойчивость во времени и пространстве должна быть свойственна именно широкорасселенному виду, ибо смена достигнутого им уровня адаптации требует уже таких внешних воздействий, какие он не в состоянии вынести. Показано , пишет Ю.П.Алтухов, что наиболее устойчивыми к разнообразным флуктуациям как внешней, так и внутренней среды оказываются особи, близкие к популяционной средней по совокупности количественных (полигенных) признаков. Сформированные стабилизирующим отбором коадаптивные генные комплексы оказываются связанными именно с оптимальным "средним" фенотипом (адаптивная норма), обепечивая его "забуференность" и широкую неспецифическую устойчивость, а "крайние", отклоняющиеся от оптимума фенотипы имеют иные генетические характеристики, сопряженные с пониженной приспособленностью.
Целью исследований по получению толерантных к патогенам полиплоидов клевера лугового явилась потребность расширения спектра изменчивости имеющихся образцов клевера лугового для условий Северо-Запада России.
Маркерные признаки в селекции самофертильных межвидовых гибридов клевера
Замечено, что успех селекции, проводимой путем отборов, в основном определяется разрешающей способностью методов идентификации генотипов по фенотипам и в меньшей мере глубиной генетической информации о признаках продуктивности (Драгавцев В.А., 1982). О необходимости развития фенетики популяций пишет А.В. Яблоков (1982). По данным автора генетически изученные виды составляют не более 0,02% от общего числа видов животных, растений, грибов и микроорганизмов. Для изучения популяционно-генетического разнообразия видов используются различные признаки - маркеры. Такие признаки могут быть морфологическими, физиологическими, биохимическими, экологическими и отличаются от большинства остальных признаков дискретностью проявления в фенотипе и сравнительно жесткой генетической определенностью (моно- или чаще олиго-генностью). В двадцатые годы XX века, указывает А.В. Яблоков, использование подобных признаков позволило Н.И. Вавилову разобраться в природном генетическом многообразии многих культурных растений и их предков, а А.С. Серебровскому - сформулировать представление о геногеографии (по существу, феногеографии).
Выявлению роли отдельных фенотипических признаков способствует определение коррелятивных взаимоотношений между ними. По данным Н.А. Мухиной (1977) у сорта клевера лугового Сиворицкий 416 установлены положительные корреляции между формой куста в первый год жизни и урожаем зеленой массы на второй и третий годы жизни, урожаем семян, высотой растений на второй год жизни в начале цветения, между интенсивностью отрастания весной и урожаем зеленой массы, семян, содержанием белка и высотой растений в начале цветения. Продолжительность периода от отрастания до начала цветения положительно коррелирует с урожаем зеленой массы, семян, высотой растений. Высота растений в первый год жизни отрицательно коррелирует с урожаем зеленой массы, семян, высотой растений на второй год жизни. П.П. Вавиловым и др. (1982) при создании сорта Тимирязевец выявлена и использована в селекции положительная связь семенной продуктивности и вегетативной массы биотипов с длиной черешка и размером пластинки розеточных листьев, со степенью выраженности рисунка на листьях, с интенсивностью отрастания и высотой растений, размером семян. По данным этих авторов инбридинг тетраплоидов клевера лугового способствует выщеплению в потомстве летальных, полулетальных и жизнеспособных рецессивных гомозигот-альбиносов, биотипов с хлорофилльной недостаточностью, различного рода карликовых форм. К морфологическим изменениям, связанным с гомозиготизацией, следует отнести ослабление интенсивности окраски венчика, а также степени выраженности рисунка на листьях и его исчезновение. Селекционерами получен самоопыленный материал четырех последовательных поколений инбридинга, гибриды инбредных форм с разной степенью инцухта, переопыленных в питомнике поликросса.
Корреляционные взаимоотношения у клевера рассматриваются еще в работах П.П. Вавилова и др. (1978), Ф.В. Воронковой и др. (1984), Л.И. Путникова и др. (1987). По сообщению Н.П. Драч (1982) при отборе по результатам микроспорогенеза (фенотипическому качеству пыльцы) масса семян у тетраплоидных растений возросла с 0,52 до 0,91%.
Известно,что у высокогетерозиготных особей, полученных при гибридизации линий ячменя, кукурузы частота спонтанных хромосомных мутаций (перестроек) повышается в несколько раз (Стрельчук СИ., 1981). При этом могут произойти мутации в одном или нескольких локусах, контролирующих процесс оплодотворения. Гибридный некроз пшеницы описан в обзоре А.Ф. Мережко (1990).
Показано, что апоптоз (гибель клеток) вызывает у млекопитающих адаптивный имунный ответ к патогенам, участвует в процессах роста и развития (Grimm S., 2003). Межвидовые гибриды являются хорошим объектом изучения взаимодействия ядра и цитоплазмы.
Представляет интерес изучение морфогенеза толерантных к патогенам гибридных растений клевера по признакам дисгармонии генома и пластома, проявляющимися в нарушении процессов микро- и макроспорогенеза, фотосинтетических реакций. Мутантные растения имеют желтую, желто-зеленую или белесую окраску с летальным исходом. Показано, что аномалии хлоропластов и синтеза пигментов могут быть обусловлены мутациями как ядерных, так и пластидных генов. Генетическим анализом установлено, что абсолютное большинство индуцированных пигментных мутаций имеют ядерное происхождение, наследуются моногенно и имеют рецессивную природу (Насыров Ю.С.,1975). В последнее время благодаря использованию методов молекулярной генетики у растений картирована часть локусов, определяющих количественные признаки. У кукурузы показано наличие доминантных мутаций Les 8, Les 9, Les 15, обусловливающих появление на листьях мелких хлоротичных и некротичных повреждений (Хавкин Э.Е.идр., 1995).
Изучение большого количества хлорофилльных мутантов позволило исследователям дать общую классификацию их типов (Фадеева Т.С., 1980). Разработанная В.А. Струнниковым (1982) гипотеза гетерозиса на основе компенсационных комплексов, формирующихся в клетках в ответ на действие деталей, открывает новые возможности в использовании в практической селекции мутантных по хлорофиллу растений.
Формообразовательный процесс у овсянице-райграсовых гибридов ранних поколений
Гибридизация генетически отдаленных форм растений в настоящее время остается основным методом генетического анализа (Фадеева Т.С., 1980). На основании изучения межвидовых и межродовых гибридов, характера конъюгации хромосом в мейозе уста-новливается родство геномов различных видов, например, пшениц, дается обозначение этих геномов. При изучении истории происхождения видов, в т.ч. многолетних злаковых трав, используются биохимические маркеры, методы дифференциальной окраски хромосом (Иорданский А.Б. и др., 1971; Раскина О.М., 1987; Конарев В.Г. и др., 1993).
Использование методов генетической инженерии растений значительно расширяет возможности интродукции чужеродных генов в новый геном. Эти гены могут стабильно интегрироваться с геномом неродственных клеток (как прокариотических, так и эукариотиче-ских), после этого активно функционируют, заменяя или дополняя собственные гены реципиентного ядра. Новые гены включаются в разные места многих хромосом, а вовсе не только в тот участок, в котором эти гены нормально локализованы (Хесин Р.Б., 1985).
При изучении закономерностей, наблюдающихся при отдаленных скрещиваниях, решаются и практические задачи по получению исходного материала для селекции растений (гибриды пшеницы с рожью и пыреем, овсянице-райграсовые гибриды).
Ценной культурой, получившей большое распространение в Западной Европе, является райграс (плевел). В коллекции ВИР насчитывается 750 образцов райграса пастбищного и многоукосного, в том числе отечественного происхождения - 48 сортов и из зарубежных стран - 650 сортов (Шутова З.П., 1983). В России его площади невелики и в первую очередь особенно в условиях Северо-Запада из-за недостаточной зимостойкости (Соколова А.В., 1987). Сравнительная оценка по зимостойкости различных образцов райграса пастбищного из стран Западной Европы не позволила выделить долголетние продуктивные формы, хотя некоторые образцы удовлетворительно перезимовывали в течение двух лет (Кулешов Г.Ф., 1989).
Межвидовая и межродовая гибридизация у многолетних кормовых злаков для интродукции ценных биологических и хозяйственных признаков в реципиентные виды используется сравнительно недавно (Bowman J.D. et al., 1973; Grober K.Von et al., 1974; Buckner R.C., 1979). Подробный обзор советских и зарубежных исследований и собственные данные авторов по межвидовой и межродовой гибридизации злаков представлены в работах В.А. Каткова (1986), Б.З. Пилипчука и др.(1986), А.К. Слесаравичуса (1992). У гибридов первого поколения отмечено появление стерильных растений, гибридные растения уклонялись как в материнскую форму, так и характеризовались промежуточным наследованием. Лучшие межвидовые гибриды райграса пастбищного с райграсом многоукосным на тетра-плоидном уровне были более зимостойкими и показывали хорошую продуктивность на протяжении двух лет, превысили стандарт по кормовой массе на 4-20%. Стабильные и плодовитые гибриды получались благодаря использованию мейотической полиплоидизации.
На основе полученных овсянице-райграсовых гибридов (xFestulolium brauni (К. Richt) A. Gamus и xFestulolium loliaceum (Huds.) Forn.) за рубежом создано ряд перспективных сортов -Hasel (Нидерланды), Elmet и Prior (Великобритания), Кегшу (США). При испытаниях во ВНИИ кормов лучшие результаты по урожайности кормовой массы получены у голландского сорта Tandem (Сафонов В.И., 1989).
При создании гибридов необходимо иметь иммунологическую характеристику компонентов скрещивания, знать закономерности наследования признаков устойчивости к наиболее распространенным в зоне возделывания грибным болезням. В настоящее время генетика иммунитета отдаленных гибридов многолетних трав разработана еще недостаточно. В практике недооценивается ущерб, наносимый микозами многолетним кормовым злакам, хотя некоторые болезни на них распространены повсеместно, например, корончатая ржавчина на райграсе в Австралии, Новой Зеландии (Latch G.C.M., 1961), в Европе (Cortillot, 1965; Петраускас П.Ю. и др., 1982), на овсянице в Америке (Buckner R.C., 1979) и в Европе (Цагаш Б., 1980). Вредоносность их проявляется в повреждении листовых пластинок, увеличении массы мертвых листьев, замедлении роста растений и уменьшении числа их побегов и корней. Анализ литературы показал, что микофлора некоторых видов райграса и овсяницы включает 54 и 93 вида грибов, соответственно (Захарова Т.И., 1976). В условиях Северо-Запада России выявлено 13 видов данных патогенов, из них девять паразитных -на райграсе пастбищном и 26 видов грибов, из них 18 паразитных -на трех основных видах овсяницы (Кривченко В.И. и др., 1973). При этом отмечено, что расширение площадей под культурой коррелирует с распространением болезней (Buckner R.C., 1979).
Задачей исследований явилось изучение эколого-генетических закономерностей наследования межродовыми овсянице-райграсовыми гибридами признаков устойчивости к листовым патогенам, выявление возможностей создания гибридов, толерантных к болезням.
