Введение к работе
Томат является классическим модельным объектом для генетических исследований, одним из наиболее изученных в генетическом отношении видов растений. Однако, несмотря на его перспективы, потенциальные возможности роста величины и качества урожая реализуются не полностью. Эффективность селективного процесса лимитируется ограниченностью доступной отбору генотипической изменчивости генофонда культурного томата. Возрастающий дефицит генотипического разнообразия и, как следствие, снижение адаптивности современных сортов и гибридов, их уязвимость по отношению к действию биотических, абиотических и антропогенных стрессоров, требуют более активного вовлечения в селекционный процесс новых источников зародышевой плазмы с более выраженной генетической дивергентностью, а именно -диких видов, полукультурных разновидностей, а также мутантных форм [Жученко, 1973, 1988; Авдеев, 1982, 1983, 1986, 2007; Бочарникова и др., 1992, 2008; Кравченко, 1993; Пивоваров и др., 2000; Храпалова, 2001; Мамедов и др., 2002; Козлова и др, 2003; Куземенский, 1999, 2004, 2005; Цэрану и др., 2005].
Введение в селекционный процесс диких видов, полукультурных
разновидностей и мутантных форм требует знаний особенностей
произрастания интересующей формы томата, выживаемости и
воспроизводства, морфологических, агробиохимических и
фотосинтетических ее особенностей. Другой спектр вопросов, связанный с интрогрессий чужеродного материала в геном культурного томата, связан с установлением характера проявления маркерных генов в гетерозиготе и возможностей их практического использования. Изучения явления несовместимости, особенностей наследования признаков, процессов формообразования и методов активизации селекционного процесса за счет применения межвидовой гибридизации на культуре томата.
При реализации этой программы необходимо изучить влияние чужеродного генома диких видов и мутантных форм на морфологические и фотосинтетические признаки гибридных комбинаций растений томата, установить цитогенетический статус полученных форм путем анализа мейоза и анализа спектра генотипической изменчивости при межвидовой гибридизации.
Однако весьма актуальным является проведение исследований, направленных на изучение трансгрессии чужеродного генетического материала в геном культурного томата на основе использования уникальных коллекционных образцов этой культуры.
Цели и задачи исследований. Цель исследований данной работы состоит в проведении комплексной оценки растений томата, полученных при межвидовой гибридизации, и определение возможностей использования данных показателей в селекционном процессе.
Для достижения этой цели необходимо выполнение следующих задач:
Провести морфологическую оценку гибридов Fh полученных от скрещивания диких видов и мутантных форм растений томата.
Установить характер проявления морфологических признаков строения стебля, листа, соцветия и плодов в зависимости от родительской формы.
Определить изменение интенсивности фотосинтеза и транспирации в зависимости от фазы онтогенеза у межвидовых гибридов растений томата и их родительских форм.
Оценить гибридные комбинации по содержанию пигментов в листьях томата и выявить генотипы с потенциальной устойчивостью к складывающемуся фотопериодизму.
Выявить частоту и спектр генотипической изменчивости путем анализа коньюгации хромосом в материнских клетках пыльника (МКП).
Отобрать стабильные генотипы по характеру конъюгации хромосом в мейозе гибридных комбинаций.
Оценить частоту мейотической рекомбинации в комбинациях скрещивания диких видов и мутантных форм томата.
Научная новизна.
Впервые в России показана возможность использования межвидовых гибридов Fi при селекции на увеличение пластидных пигментов в листьях межвидовых гибридов томата.
Впервые в условиях Краснодарского края получены новые генотипы растений томата, влияющие на увеличение спектра генотипической изменчивости при межвидовой гибридизации.
Определены и реализованы основные критерии оценки растений томата в гибридных популяциях, полученных при скрещивании диких видов (L. esculentum var. pimpinellifolium., L. esculentum var. cerasiforme., L. cheesmanii typicus) и мутантных форм растений томата (Mo 393, Mo 500) для вовлечения в селекционные программы.
Выявлены основные характеристики морфобиологических и цитогенетических показателей межвидовых гибридов томата полученных при скрещивании диких видов (L. esculentum var. pimpinelli folium., L.
esculentum var. cerasiforme., L. cheesmanii typicus) и мутантных форм (Mo 393, Mo 500).
Практическая значимость результатов.
Полученные данные по морфобиологическим и цитогенетическим характеристикам гибридных комбинаций позволяют выделить вид Lycopersicon cheesmanii typicus в качестве важнейшего источника увеличения спектра генотипической изменчивости при межвидовой гибридизации.
В селекционных программах по созданию новых высококачественных сортов томата рекомендуется использовать виды: L. esculentum var. pimpinellifolium и L. cheesmanii typicus и мутантные формы Mo 500, Mo 393, как доноры признаков: содержание в плодах сухих веществ, Сахаров, общей кислотности и витамина С.
Показатели фотосинтетической оценки межвидовых гибридов Fj растений томата и их родительских форм пригодны в качестве дополнительного критерия при индивидуальном отборе растений томата по устойчивости к таким неблагоприятным условиям внешней среды, как засуха и плохое освещение.
Получен новый ценный исходный материал на основе межвидовой гибридизации, включающий 6 гибридов Fjh6 гибридов F2.
Показана возможность использования полученных гибридов Fj Mo 393 х L. esculentum var. pimpinellifolium, Mo 500 x L. esculentum var. pimpinellifolium и Mo 393 x L. cheesmanii typicus в качестве доноров биохимических признаков плодов, а именно повышенного содержания сухих веществ и витамина С.
Основные положения, выносимые на защиту:
Вовлечение в межвидовую гибридизацию вида L. cheesmanii typicus меняет тип проявления морфологических признаков с отцовского на материнскую.
Межвидовая гибридизация на основе диких видов и мутантных форм способствует улучшению качества плодов растений томата.
3. Совместное использование в селекционных программах диких
видов и мутантных форм томата способствует изменению
фотопериодических реакций у полученных гибридных комбинаций.
4. Показатель общей частоты хиазм можно использовать в качестве
дополнительного критерия при индивидуальном отборе в
селекционном процессе томата, направленном на увеличении
частоты и спектра мейотической рекомбинации.
Апробация работы и публикация результатов исследований. Результаты исследований докладывались и обсуждались на конкурсах и конференциях: VII молодёжная научная конференция «Биотехнология в
растениеводстве, животноводстве и ветеринарии», г. Москва, 2007 г.;
Международная научно-практическая конференция «Генофонд, селекция и
технологии возделывания пасленовых культур», г. Астрахань, 2008 г.; V
научно-практическая конференция молодых ученых и аспирантов
«Проблемы и перспективы развития современных элементов технологий
производства сельскохозяйственной продукции» г. Астрахань, 2008 г.;
Всероссийская научная конференция «Ориентированные
фундаментальные исследования и их реализация в АПК России», г. Санкт-Петербург, 2008 г.; II Международная научно-практическая конференция «Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем», г. Краснодар 2010 г.; Всероссийская выставка НТТМ - 2009, г. Москва, 2009 г. (По итогам выставки награждена дипломом первой степени, как победитель конкурса научных разработок «Научно-технического творчества молодежи - 2009»); Всероссийский форум победителей «Прорыв - 2009», г. Москва, 2009 г. (По итогам форума награждена дипломом победителя, занесена в базу данных талантливой молодежи РФ - 2009); IV Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», г. Краснодар 2010 г. (По итогам конференции награждена дипломом первой степени, как победитель конкурса научных разработок по приоритетным направлениям развития агропромышленного комплекса среди преподавателей и научных сотрудников).
Имеется акт о внедрении результатов в учебно-образовательный процесс кафедры генетики и биотехнологии ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева».
По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 160 страницах печатного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, 44 рисунков, 15 таблиц в тексте, 38 приложений. Список использованной литературы включает 177 источников, в том числе 60 иностранных авторов.
