Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературных данных 10
1.1 Современное состояние вопроса 10
1.2 Направления селекционной работы с вишневидными томатами 13
1.3 Классификация томата 16
1.4 Морфология соцветия томата 19
1.5 Особенности агротехники выращивания вишневидных томатов 23
1.6 Методы оценки комбинационной способности 24
2 Исходный материал, место, условия и методика проведения исследований 31
2.1 Исходный материал 31
2.2 Место и условия проведения исследований 36
2.3 Методики, использованные при проведении исследований 35
3 Результаты исследований 3 7
3.1. Оценка коллекции Ly copers icon Tourn по хозяйственно-ценным признакам и выявление источников для селекции вишневидных томатов. 37
3.2. Разработка методов описания структуры соцветия вишневидных томатов 43
3.2.1 Расчет коэффициентов плотности соцветия гибридов F1 47
3.3.Оценка селекционных линий по структуре соцветия 49
3.4 Характер наследования структурных единиц соцветия гибридов F1 51
3.4.1 « длина соцветия» 54
3.4.2 «ширина соцветия» 58
3.4.3 «расстояние между плодоножками» 62
3.4.4 « средняя длина плодоножки» 67
3.4.5 « угол отхождения плодоножки от симподиальной составляющей соцветия» 71
3.4.6 «диаметр плода» 75
3.4.7 « масса кисти». 79
3.4.8 « среднее число плодов на соцветии». 83
3.4.9 Наследование структурных единиц соцветия в гибридах первого поколения 89
3.5 Оценка комбинационной способности исследуемых линий по хозяйственно-ценным признакам 92
3.5.1 « урожайность» 95
3.5.2 « содержание сухого вещества» 101
3.5.3 « скороспелость» 105
3.5.4 Наследование хозяйственно-ценных признаков 109
3.6 Модели для производства ПО
Выводы 114
Рекомендации и предложения 116
Список литературы 117
- Направления селекционной работы с вишневидными томатами
- Особенности агротехники выращивания вишневидных томатов
- Место и условия проведения исследований
- Расчет коэффициентов плотности соцветия гибридов F1
Направления селекционной работы с вишневидными томатами
Важнейшие направления селекционной работы с вишневидными томатами -высокая урожайность, хорошее качество плодов (вкус, цвет, форма, плотность, аромат), приспособленность к условиям выращивания, устойчивость к болезням и длительному хранению без потерь качества, а также создание гибридов с красивым компактным соцветием.
Одним из направлепиий в селекции вишневидных томатов является создание гибридов, характеризующихся регулярным соцветием, для сбора и упаковки плодовыми кистями. В литературе кистевыми томатами называют обычные по размеру плода (90-120 г) образцы, которые плотно прикрепляются к ветке, как в районе коленца плодоножки, так и в месте прикрепления плода к плодоножке. К таким томатам также предъявляется ряд специфических требований: высокая выравненность по форме и размеру плода в кисти, низкая растрескиваемость, низкая осыпаемость при уборке и транспортировке, способность к хранению, длительное сохранение зеленой окраски веточки (Н.И. Савинова и др., 1998). Аналогичные требования предъявляются и к плодовой кисти вишневидных томатов. К сожалению, очень небольшое количество работ посвящено изучению генов, контролирующих все разнообразие структуры соцветия.
Е.А. Лазуткина (1998) также отмечает, что плоды в «кисти» должны быть выровнены по форме и массе, хорошо держаться и не отрываться от оси при уборке и транспортировке. Чашелистики и плодоножки должны долгое время сохранять «свежий вид», то есть иметь свой обычный зеленый цвет. Это важный отличительный признак. Высокое качество плодов предусматривает устойчивость их к растрескиванию, так как плоды очень долго находятся в зрелом состоянии на растениях. Немаловажный фактор — урожайность.
Интересной задачей является получение различных по окраске гибридов вишневидных томатов. Помимо достаточно сложной системы генетического контроля наследования окраски, например, желтой (контролируется минимум 3 генами, причем в различных сочетаниях могут получаться красные плоды) (Н.И. Бочарникова, 2007), необходимо комбинировать эти гены с большим комплексом других, часто трудно совместимых, чтобы получить удовлетворительные по качеству гибриды.
Необходимым требованием к томатам является способность к хранению в течение минимум трех недель. На отечественный рынок большая часть продукции специальных томатов поставляется от зарубежных производителей. Основные поставщики - Турция, Израиль, Испания, Голландия. Плоды, как правило, упакованы в небольшие перфорированные пластиковые контейнеры по 150-250 г, кисти реализуются на подложках или в специальных картонных упаковках. Использование при создании черри и коктейль гибридов генов, замедляющих созревание таких как, в частности, rin, позволяет решить проблему хранения и транспортировки. Хотя, как и в случае с обычными томатами, зачастую ухудшаются окраска и вкус плодов. Иногда, особенно в зарубежной практике для увеличения срока хранения применяют обработки различными препаратами. (Opiyo et al, 2005).
И, наконец, одним из важнейших направлений селекции вишневидных томатов является создание устойчивых к болезням сортов и гибридов. В нечерноземной зоне наиболее распространенными заболеваниями являются в открытом грунте: черная бактериальная пятнистость, фитофтороз, мозаика, стрик, увядание помидоров, септориоз, а в защищенном грунте кроме этих заболеваний еще и кладоспориоз (Алпатьев, 1981)
Гибриды для защищенного грунта, представленные на современном рынке, устойчивы как минимум к трем заболеваниям это — фитофтороз - F \.2 {Fusarium oxisporian f.sp. lycopersici pacal, paca2, гены Іь Ь), кладоспориоз - С5 (Cladosporium fulvum), вирус тобачной мозаики - Tmv (Tomato mosaic virus). Приветствуется наличие устойчивости к вертициллезу, мучнистой росе, сильверингу (Н. Laterrot, 1997; Н.С. Горшкова и др., 1998). Благоприятной особенностью селекции мелкоплодных томатов является их близость к дикорастущим родичам, геном которых богат генами устойчивости к разнообразным болезням. Большая работа в направлении селекции вишневидных гибридов с генетической устойчивостью к болезням, в том числе к мучнистой росе {Oidium neolycopersicum ) проводится во ВНИИ овощеводства (Н.С.Горшкова и др., 1998; Т.А. Терешонкова и др., 1998, 2000).
В последние годы большое внимание в селекции на устойчивость уделяется современным методам анализа наличия генов устойчивости в генотипах томата -методам генетического маркирования. Созданы системы для маркерного анализа наличия генов устойчивости к таким патогенам как Fusarium oxisporum f.sp. lycopersici, Cladosporium fulvum, Oidium neolycopersicum, вирусу табачной мозаики, галловым нематодам и др. (Huang Cai-Cheng et al., 2000; Bai et al, 2005; СИ Игнатова и др., 2008).
Одним из условий получения надежных результатов при испытании устойчивости является наличие инфекционного фона, обеспечивающего оптимальную инфекционную нагрузку (Попкова 1979).
При создании инфекционного фона регулируют количество инфекции («инфекционную нагрузку») и условия для заражения растений.
В селекции на устойчивость оценку материала повторяют многократно и на более высоком методическом уровне по мере продвижения селекционного материала от питомников до сортоиспытания. Пока селекционный образец представлен в питомнике небольшим числом растений визуальный учет заболеваний дает данные, определяющий отбор и браковку. По мере увеличения учетной делянки возрастает значение таких показателей отбора, как урожайность и другие показатели, необходимые для учета в сортоиспытании (Гешеле Э.Э., 1978).
Селекция на устойчивость является необходимой составной частью любого селекционного процесса.
Кроме того, важным направлением селекционной работы с томатами является увеличение срока их хранения. Лежкость их зависит от ряда факторов: прежде всего, от сортовых особенностей (например наличия в геноме генов nor или rin), затем от условий выращивания, хранения и др.
Особенности агротехники выращивания вишневидных томатов
Для целенаправленной селекционной работы необходимо четко представлять биологию растения томата и морфологию его соцветия.
До недавнего времени считалось, что томат принадлежит к семейству Пасленовые - Solanaceae роду Lycopersicon Tourn. В литературе, посвященной вишневидным томатам, авторы использовали различную номенклатуру, характеризующую их видовую принадлежность: L.esculentum или L.esc. var. cerasiforme (К. Okano et.al., 2000; Opiyo et.al., 2005).
По современной классификации (СИ. Игнатова и др., 2009) вишневидные томаты (cherry tomato) принадлежат к порядку Solanales, семейству Solanaceae, роду Solarium, виду S. Lycopersicum, разновидности Solarium lycopersicum var. cerasiforme синонимы {Lycopersicon lycopersicum var. cerasiforme, Lycopersicon esculentum var. cerasiforme).
Сегодня большинство систематиков и селекционеров применяют новую международную ботаническую классификацию и номенклатуру, основанную не столько на морфологическом сходстве видов, сколько на общности их происхождения. Выделяемые группы, ведут начало от общего предка (являются монофилетическими), а иерархия групп отражает характер ветвления филогенетического (эволюционного) древа. Новая система строится с учетом данных молекулярной биологии, генетики и геномики. Согласно новой классификационной системе, Lycopersicon рассматривается как секция Lycopersicum, часть монофилетеческого рода Solarium Solarium L. section Lycopersicon (Mill.) Wettst. subsection Lycopersicon. Современные научные данные подтвердили правильность линнеевской классификации: в 1753 Линей (Linnaeus) поместил томаты в род Solanum как Solanum lycopersicum L (Perlata, I.E. & D.M. Spooner.6 2001; СИ. Игнатова и др, 2009).
Существует несколько ботанических классификаций томата. Большое разнообразие форм ботанического рода Lycopersicon Tourn, к которому принадлежат томаты, систематизировали многие ботаники: И. Турнефор, К. Линей, М. Миллер, М. Дюналь, Р. Додоенс, Д.Д. Брежнев (А.А.Жученко 1973, 1974). По нашему мнению, наиболее полно различие видов и разновидностей томатов охвачено в классификации, составленной Д. Д. Брежневым. Следует отметить, что образцы, присылаемые из ВНИИР им. Н.И.Вавилова, в основном, идентифицированы согласно этой классификации, поэтому во избежание путаницы, имеет смысл рассмотреть интересующие нас виды и разновидности в этой «устаревшей» классификации.
По предложенной Д. Д. Брежневым (1947) классификации, род Lycopersicon включает три вида, различающихся по морфологическим, биологическим и физиологическим признакам и не скрещивающихся между собой в обычных условиях (И.А.Прохоров 1997). В этой классификации большое внимание уделено разновидностям культурного томата, используемым в селекции сортов типа черри и коктейль, таким как сливовидный, вишневидный, смородиновидный и т.д., поэтому имеет смысл рассмотреть ее подробнее.
Перуанский вид томатов (L. peruvianum Mill), представлен дикими формами, отличающимися мелкими плодами (1 — 3 г), несъедобными зелеными плодами с лиловыми полосками. Представители этого вида устойчивы ко многим распространенным болезням, поэтому могут быть использованы для скрещивания с культурными формами. Волосистый вид томатов( L. hirsutum Humb.) также имеет зеленовато — лиловые несъедобные плоды весом от 2 до 5 г. Растения очень мощные, позднеспелые, все части растения и плоды густо покрыты длинными жесткими волосками. Растения устойчивы ко многим болезням и вредителям, не повреждаются нематодой. Образцы этого вида и разновидности L. hirsutum var. glabratum были использованы при создании устойчивых к мучнистой росе линий томата типа черри (Игнатова и др., 2001).
Обыкновенный вид (L. escuJentum Mill) томатов имеет подвиды и разновидности, которые легко скрещиваются между собой и имеют съедобные плоды.
Дикий подвид (Sub. Sp spontaneum) состоит из смородиновидных (var. pimpinellifoliuin) разновидностей с очень мелкими плодами (1 - 2 г) красной и желтой окраски. Практическая ценность смородиновидных томатов как исходной формы для селекции заключается в их скороспелости и устойчивости ко многим болезням. Полукультурный подвид (Sub. Sp. subspontaneum) томатов Д. Д. Брежнев определил пятью разновидностями: 1 .Вишневидная (var. cerasiforme) с мелкими округлыми плодами (2 — 5г) красной и желтой окраски, богатыми сахарами, устойчивыми к недостатку влаги в почве; 2. Сливовидная (var. pruniforme) и грушевидная (yar.pyriforme) — с плодами от 10 до 20 г разной формой, двух - трехкамерными, желтой, малиновой и красной окраски. 3.Удлиненная разновидность (var. elongatum) представлена сильно варьирующими формами плодов и окраски: от овальной с оттянутой вершиной до удлиненно- цилиндрической и весом от 20 до 50 г.
По литературным источникам при создании линий вишневидных томатов используются такие представители рода Lycopersicon как L. cheesmanii f minor (Stommel et.al., 2005), L. esculentum var. cerasiforme, L. esculentum var. pimpinellifolium , L.hirsutum v.glabratum и др. (СИ. Игнатова и др, 2001)
Место и условия проведения исследований
Проведенные исследования и генетический анализ восьми признаков структуры соцветия гибридов первого поколения, полученных в результате диаллельного скрещивания, показали направления доминирования: - по признаку «длина соцветия»: неполное доминирование в сторону меньшей выраженности признака (уменьшение длины соцветия); - по признаку «ширина соцветия»: неполное доминирование в сторону большей выраженности признака (увеличение ширины соцветия); - по признаку «расстояние между плодоножками»: неполное доминирование в сторону меньшей выраженности признака (уменьшение расстояния между плодоножками). - по признаку «длина плодоножки»: неполное доминирование в сторону большей выраженности признака (увеличение длины плодоножки). -по признаку «угол отхождения плодоножки от симподиальной составляющей соцветия»: неполное доминирование в сторону меньшей выраженности признака (уменьшение угла отхождения плодоножки от симподиальной составляющей соцветия); - по признаку «диаметр плода»: неполное доминирование в сторону уменьшения признака (уменьшение диаметра плода); - по признаку «масса кисти»: гетерозис (сверхдоминирование); - по признаку «число плодов на соцветии»: неполное доминирование в сторону большей выраженности признака (увеличение числа плодов на соцветии). Учитывая характер наследования признаков структуры соцветия томата в гибридах первого поколения, можно предложить следующие селекционные линии для изменения требуемых параметров: 1. линию 1085 можно использовать для уменьшения длины соцветия, а линии 1088 и 108 - для увеличения длины соцветия. 2. линию 1090 можно использовать для уменьшения ширины соцветия, линия 1089 — для увеличения ширины соцветия. 3. линии 1086 и 1087 нужно использовать для уменьшения расстояния между плодоножками, а линию 1085 - для увеличения. 4. линию 1089 целесообразно использовать для увеличения длины плодоножки. 5. для увеличения угла необходимо использовать линию 1086, а для уменьшения - 1087. 6. линии 1086, 1088, 1090 необходимо использовать для увеличения диаметра плода, а для уменьшения - линии 1085, 1087, 1089. 7. линии 1087 и 1088 следует использовать для увеличения массы соцветия. 8. линию 1089 необходимо использовать для увеличения числа плодов на соцветии, а линию 1086 - для уменьшения.
Оценка комбинационной способности селекционных линий хозяйственно-ценным признакам Для выяснения закономерностей наследования таких хозяйственно — ценных признаков как урожайность, раннеспелость, содержание сухого вещества в плодах была проведена полная диаллсльная схема скрещивания.
У полученных гибридов Fj учитывали урожайность в расчете кг/м , устойчивость к болезням, содержание сухого вещества в плодах, группу спелости (таблица 43).
Комбинация скрещивания Урожайно сть, кг/м". Содержаниесухого вещества,% Число дней отполныхвсходов доначаласозревания,дни Устойчивость к болезням
Среднее значение 3,63 6,96 90,0 НСР05 0,76 0,58 3,16 92 .По признаку урожайность у гибридных комбинаций значения варьировали от 1,5 (1090x1090) до 6,2 кг/м2 (1088x1086), у стандарта «Зимняя вишня» - 4,4 кг/м2.
Количество сухого вещества в плодах варьировало от 5,6 (1085x1086) до 8,3% (1090x1089), у стандарта «Зимняя вишня» - 6,6 %.
Число дней от полных всходов до начала созревания составляло от 85 (1090x1087) до 102 дней (1090x1085), у стандарта «Зимняя вишня» - 93 дня.
Полную устойчивость к трем болезням показали образцы: 1085x1086, 1086x1085, 1090x1086; полную восприимчивость: 1089x1089, 1088x1088.
В нашей работе, в некоторых случаях, гибриды показали устойчивость к большему спектру болезней, чем родительские линии, это связано, вероятно, с более мощным габитусом растений томата, который сопровождается быстрым протеканием биохимических реакций, что позволяло им уйти от болезни по времени или проявить толерантность.
Современная селекция гетерозисных гибридов основана на использовании генов устойчивости к конкретной болезни. Используя линии, идентифицированные по генам устойчивости, можно получить гибрид, устойчивый к нескольким болезням.
Для более полной целенаправленной работы на гетерозис определяли комбинационную способность используемых линий и их эффекты по комплексу хозяйственно-ценных показателей.
Полученные гибриды значительно превышали родительские линии по ряду хозяйственных признаков. А в некоторых случаях и стандарт «Зимняя вишня» (таблица 43). 3.5.1 «Урожайность»
В результате исследований были выявлены значительные различия между изучаемыми генотипами по признаку «урожайность» (приложение 2): у родительских линий урожайность варьирует от 2,19 до 6,81кг (таблица 7); у стандарта «Зимняя вишня» - 4,39кг; у гибридных комбинаций - от 1,45кг (1090x1090) до 6,12кг (1088x1086) (таблица 44).
Выявлены существенные различия между родительскими линиями по ОКС, и СКС и реципрокным эффектам (приложение 1).
На исследуемые гибриды довольно значительно влияет материнский эффект, что снижает селекционную ценность линии: у линии 1085, 1088,1090 - снижает урожайность на 0,66, 0,16, 0,14кг/м соответственно однако, у линии 1086, 1087, 1089 — увеличилась урожайность на 0,32, 0,32, 0,33кг/м соответственно (таблица 44).
Расчет коэффициентов плотности соцветия гибридов F1
В соответствии с эффектами ОКС (таблицы 44), варьирующими от -0,85 (у ЛИНИЙ1090) и до 0,69 (у линий 1088) родительские линии по их селекционной ценности можно разделить на 3 группы. Относительно высокими эффектами ОКС обладает линия 1088 (0,69); низким - 1090 (-0,85); значения остальных линий находятся около 0: 1085 (0,15); 1086 (-0,12), 1087 (0,05), 1089 (0,08).
По величине гетерозисного эффекта (таблица 44) линии значительно различаются, самое высокое значение - у линии 1086 (1,87) и 1090 (1,55), самое низкое — у линии 1088 (0,32). Кроме того, не всегда у линий с относительно высокими значениями ОКС - высокий гетерозисный эффект.
Из таблицы 45 видно, что величины эффектов СКС в комбинациях скрещиваний варьируют в пределах от -0,03 до 1,33. Показатель СКС гибрида 1088x1086 (коктейль томат) говорит о способности данных линий увеличивать урожайность на 1,33кг, а СКС гибрида 1087x1086 (черри томат) - показывает увеличение урожайности на 0,89кг. Таблица 45 - Эффекты и вариансы СКС по признаку «урожайность» (2008-2009 гг.).
Следует отметить, что коэффициент корреляции между ОКС и фенотипическим проявлением признака (таблица 46) имеет высокое положительное значение (г 0,92±0,20), это дает право утверждать, что существует значительная связь между урожайностью и величиной ОКС по этому признаку. Между величиной (Wr+Vr) и фенотипическим выражением признака отрицательное значение (г = -0,71±0,35 ), это значит, что урожайность контролируется доминантными полигенами. Таблица 46 - Парные коэффициенты корреляции.
При изучении результатов генетического анализа по признаку «урожайность» (таблица 47) за 2008 — 2009 гг. следует отметить преобладание доминантных эффектов на аддитивными (Hi и Н2 D). Поскольку оценка Hi и Н2 не равны можно сделать вывод о неравномерном распределении доминантных и рецессивных аллелей между родительскими линиями. Исходя из того, что значения SQRT(Hi/D) 1в гибридах по данному признаку наблюдается гетерозис. Можно констатировать увеличение влияния внешней среды (оценка Е) в более благоприятном 2008 году по сравнению 2009 годом.
Несоответствие экспериментального материала 6 требованиям, лежащим в основе метода Хеймана, отражается на регрессии (рисунок 15). Так, эффекты неаллельного взаимодействия генов (эпистаз) и зависимое распределение плюс- и минус-аллелей у родительских линий легко обнаружить с помощью коэффициента b регрессии Wr на Vr (b=0,54, 0,54«1). По графику видно, что линия 1086 обладает большим количеством рецессивных генов, линии 1087 и 1089 имеют около 75% доминантных генов, линия 1085- 50%, а линия 1090 - 25%. Линия 1088 имеет максимальное количество доминантных генов так как у нее самые низкие значения вариансы и ковариансы.
Таким образом, по признаку «урожайность» в исследуемом материале эффекты доминантных генов преобладают над аддитивными и распределены между линиями неравномерно, к тому же наблюдалось неаллельное взаимодействие генов, обусловленное комплементарным эпистазом. Рисунок 15 - Вариансы и ковариансы по признаку «урожайность»
При изучении такого сложного по своей генетической природе признака как урожайность томатов, Ипатьев (1941) расчленил его на более простые (элементарные) признаки: число кистей на растении, число плодов на кистях, средний вес плодов и.т.д.
Полученные нами данные подтверждает наличие средней положительной фенотипической корреляции между урожайностью и массой плода (г = 0.66)и слабой корреляции между урожайностью и числом плодов (г = 0.35) (приложение 3). Особый интерес представляют корреляции между числом плодов на растении и среднем весом плода. Полученная отрицательная корреляция (г = -0.32), по мнению Гриффинга (1953) позволяет предположить, что большая часть вариации среднего веса плодов, собранных с одного растения, является результатом конкуренции между плодами в пределах одной кисти и почти не связана с общим числом плодов на растении. Отрицательное значение коэффициента корреляции, по мнению Гриффинга(1953), позволяет предположить, что основная функция всего комплекса генов (отвечающих за урожайность) состоит в том, чтобы регулировать распределение притекающих ассимилянтов между этими двумя конкурирующими компонентами, которые определяют величину общего урожая одного растения. Ограниченные способности растения данного генотипа в образовании общего урожая плодов приводят к тому, что гены одного и того же комплекса, с одной стороны, определяют увеличении размера плодов, а с другой - снижение их числа, то и находит выражение в отрицательном значении коэффициента корреляции.
Полученные нами данные подтверждают наличие положительной фенотипической и генотипической корреляции между числом плодов и числом кистей на одном растении (г = 0.61).Это указывает на то, что путем изменения условий влияния среды возможно увеличить число плодов на одном растении в основном за счет увеличения числа кистей. Это положение, вероятно, может иметь важное значение для правильного понимания роли особенностей сорта и факторов среды в тех случаях, когда число кистей на растении по какой - либо причине искусственно снижается (пасынкование, прищипка) (Жученко,1973). В этих случаях для обеспечения высокой урожайности сорт должен обладать, способностью, образовывать максимальное число плодов на одной кисти, так как регулировать этот показатель путем изменении условий выращивания (удобрения, орошением и др.) практически не удается. Если же сорт способен образовывать лишь небольшое число плодов на одной кисти, то повышение урожайности растения в том случае возможно только за счет увеличения числа кистей. Таким образом, для сортов с небольшим числом плодов на кисти при разработке сортовой агротехники следует включать приемы, обеспечивающие образование большого числа кистей.
Полученные нами фенотипические корреляции между числом кистей на растении и средним числом плодов на одной кисти оказались отрицательными (г = -0,41) что подтверждает мнению Гриффинга (1953) о конкуренции между этими переменными величинами за метаболиты. Полученные нами коэффициенты корреляции между компонентами урожайности томатов указывает на то, что отбор по одному по одному из них неизбежно будет влиять на другие компоненты, определяющие величину урожая. При этом отбор, например, на больший средний вес плода в основном приведет к снижению числа плодов на одной кисти, уменьшению числа кистей и, следовательно, к меньшему числу плодов на растении. Поэтому при селекции на большую урожайность необходимо учитывать возможные отрицательные корреляции между размером плода и числом плодов на растении. В связи с этим большие преимущества получает использование гибридов, позволяющее преодолеть существующие отрицательные корреляции между такими хозяйственно - ценными признаками, как размер плода и число плодов на растении (Жученко, 1973).
