Введение к работе
Актуальность темы. В мире посевные площади пшеницы составляют ежегодно около 200-220 млн гектаров, а валовые сборы зерна превышают 600 млн тонн (Altenbach et al., 2009). Пшеница – ценный источник калорий и белка, играющего важную роль в хлебопечении и изготовлении других продуктов. Содержание белка в зерне и его качество – один из главных критериев цены на пшеницу на мировом рынке.
Повышение урожайности обычно сопровождается снижением содержания белка в зерне из-за отрицательной связи между этими признаками. Отечественные и зарубежные исследования свидетельствуют об огромных трудностях селекции на повышение содержания белка в зерне. С одной стороны, они связаны со сложным генетическим контролем целевого признака, с другой – с сильным влиянием на него условий внешней среды (температурный и водный режимы, обеспеченность растений азотом и др.). Поэтому не случайно многие новые более продуктивные сорта, создаваемые путем традиционных внутривидовых скрещиваний, по проценту белка в зерне, как правило, значимо не отличаются от своих предшественников.
Одним из важных событий ХХ века в селекции является введение в зародышевую плазму мягкой пшеницы 1RS-транслокации от ржи посевной (Secale cereale L.). В настоящее время частота распространения сортов пшеницы, содержащих эту транслокацию, достигает 30-40% и выше в таких странах крупнейших производителях зерна, как Китай, Индия, Австралия, США, ЕЭС, Украина и другие (Huang et al., 2007; Kozub et al., 2009). Расширяется распространение сортов, содержащих Lr-транслокации от пырея удлиненного, пырея промежуточного, разных видов эгилопса и других сородичей. Поэтому изучение роли транслокаций, в частности, Lr-транслокаций от сородичей, в повышении содержания белка в зерне, его сбора с единицы площади и улучшении качества зерна имеет большое теоретическое и практическое значение (Крупнов, Сибикеев, 2005; Ortiz et al., 2008).
Работа выполнялась по темпланам ГНУ НИИСХ Юго-Востока (1991–2009 гг.), проекту № 03-04-48847 – Российского Фонда Фундаментальных Исследований «Идентификация, маркирование чужеродных генов в реконструированном геноме мягкой пшеницы» (2003–2005 гг.) и в порядке личной инициативы.
Цель и задачи исследования.
Основная цель – раскрыть и теоретически обосновать значение Lr-транслокаций от Triticum durum Desf., Triticum dicoccum (Schrank) Shuebl., Triticum dicoccoides Koern. ex Aschers. et Graen., Aegilops umbellulata Zhuk., Secale cereale L., Agropyron elongatum Host. и 6Agi (6D)-хромосомы от Agropyron intermedium Host. в улучшении качества зерна яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.).
Задачи:
определить содержание белка в муке, валовой сбор его с единицы площади, количество и качество клейковины у сортов и линий яровой мягкой пшеницы с транслокациями от сородичей;
оценить эффект эпифитотий патогенов на содержание белка в муке, валовой сбор белка, количество и качество клейковины у сортов и линий;
изучить показатели SDS-объема, числа падения у сортов и линий;
изучить взаимосвязи между признаками: содержание белка в муке, клейковины, показатель ИДК-1, SDS-объем, число падения, натурная масса зерна у сортов и линий, различающихся по наличию Lr-транслокаций от сородичей;
отобрать сорта и линии, имеющие Lr-транслокации от сородичей, для использования в качестве доноров в селекции яровой мягкой пшеницы на повышение содержания белка в муке и качество клейковины.
Научная новизна:
Установлено влияние Lr-транслокаций от Triticum dicoccum (Schrank) Shuebl, Triticum dicoccoides Koern. ex Aschers. et Graen, Aegilops umbellulata Zhuk., Secale cereale L., Agropyron elongatum Host., 6Agi (6D)-хромосомы Agropyron intermedium Host. на содержание белка в муке и валовой сбор белка, содержание и качество клейковины у Triticum aestivum.
Показано влияние сочетания Lr-транслокаций от разных видов на содержание белка в муке, валовой сбор белка, содержание и качество клейковины у линий яровой мягкой пшеницы. Впервые обнаружено, что рекомбинантные линии яровой мягкой пшеницы, отобранные из популяций от скрещивания генотипов, содержащих Lr19-транслокацию от пырея удлиненного (Agropyron elongatum) и 6Agi (6D)-хромосому от пырея промежуточного (Agropyron intermedium), характеризуются значимо более низким содержанием белка в муке, без значимого снижения урожая белка, по сравнению с родительскими генотипами.
Оценен спектр отрицательного влияния эпифитотий листовой ржавчины и вирусов на содержание белка в муке, валовой сбор белка, содержание и качество клейковины у сортов и линий, имеющих одиночные Lr-транслокации и их сочетания от разных видов. Впервые определены показатели SDS-объема, числа падения у сортов и линий мягкой пшеницы, содержащих сочетание Lr-транслокаций от разных видов. Определены взаимосвязи между признаками: содержание белка в муке, содержание сырой и сухой клейковины, показатель ИДК-1, SDS-объем, число падения, натурная масса зерна у сортов и линий, различающихся по наличию одиночных Lr-транслокаций и их комбинаций от разных сородичей.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Влияние чужеродных Lr-транслокаций и их сочетаний на содержание белка в муке.
2. Эффекты эпифитотий патогенов на содержание белка в муке, количество и качество клейковины у сортов и линий.
3. Влияние Lr-транслокаций и их сочетаний на содержание клейковины, SDS-объем, число падения и натурную массу зерна.
4. Направление и степень взаимосвязи между признаками качества зерна у сортов и линий, имеющих одиночные Lr-транслокации и их комбинации от разных видов сородичей мягкой пшеницы.
Практическая ценность работы:
Выявлены и рекомендованы сорта и линии с Lr-транслокациями от сородичей для использования в селекции на повышение качества зерна яровой мягкой пшеницы в Поволжье.
Личный вклад соискателя. Автор лично теоретически обосновал цель и задачи исследований, отобрал материал и определил совокупность методов исследований. Анализ содержания белка в муке, сырой и сухой клейковины, показателей ИДК-1, SDS-объема, данных миксографа, определение числа падения, натурной массы зерна, статистическая обработка экспериментальных данных, анализ и обобщение полученных результатов, выявление степени их новизны проведено лично автором.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Всероссийской научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, 2007), обсуждались на семинарах и заседаниях методической комиссии ГНУ НИИСХ Юго-Востока в 1994-2007 годах; на Научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы за 2000, 2006, 2007, 2008 годы (Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2001, 2007, 2008, 2009); на региональной научно-практической конференции «Зональные особенности научного обеспечения сельскохозяйственного производства Юго-Востока России» 26-27 февраля 2009 года.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 47 научных работ, в том числе 15 – в рекомендуемых ВАК РФ изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы (включает 554 наименований, в том числе – 395 на иностранных языках) и 69 приложений. Работа изложена на 335 страницах компьютерного текста. Содержит 65 таблиц и 33 рисунка.
