Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Тип развития и зимостойкость у пшеницы и ячменя (обзор л итературы) 7
1.1. Типы развития зимующих форм пшеницы 7
1.2. Генетика типа развития ячменя 14
1.3. Факторы среды, определяющие перезимовку 17
1.4. Наследственные факторы, связанные с зимостойкостью .26
Глава II. Цель, задачи, условия, материал и методы исследования 33
2.1. Цель и задачи исследования 33
2.2. Агроклиматическая характеристика зоны и метеорологические условия в годы проведения исследований 33
2.3. Растительный материал 38
2.4. Статистические методы проведения исследований 41
2.4.1. Картирование локусов с помощью генетических маркеров 41
2.4.2.Х2 - тест 42
2.4.3. Оценка сцепления между локусами по данным популяции самоопылителя в стадии рекомбинационного насыщения (F^^) 43
2.4.4 Использование модифицированного % \ для оценки сцепления генов по данным коллекции самоопылителя 45
2.4.5. Оценка частот генов в озимой и яровой культуре ячменя 46
2.4.6. Оценка существенности разности выборочных средних 48
2.5. Биохимические методы исследований 49
2.5.1 .Методика электрофореза эстераз (К.Ф. 3.1.1.) 49
2.5.2. Методика разделения супероксиддисмутазы (К.Ф. 1.15.1.1.) 50
2.5.3. Методика фракционирования альфа-амилаз (К.Ф. 3.2.1.1.) 51
2.5.4. Методика электрофореза в-амилаз (К.Ф. 3.2.1.2.) и общих амилаз (К.Ф. 3.2.1.1. + К.Ф. 3.2.1.2.) 52
2.5.5. Электрофорез спирторастворимых запасных белков в крахмальном геле 53
2.5.6. Электрофорез запасных белков семян в кислом полиакриламидном геле 55
2.5.7. Методика электрофоретического разделения спирторастворимых белков зерновых культур в полиакриламидном геле 56
2.6. Разработка подходов для дифференциации зим по факторам среды, лимитирующим перезимовку 58
Глава III. Наследственные факторы, ассоциированные с адаптивной ценностью генотипов ячменя в озимой культуре 67
3.1. Картирование гена sh3 (озимый тип развития 3) в хромосоме 5 67
3.2. Генетические факторы, ассоциированные с уровнем морозостойкости озимого ячменя 73
3.3. Анализ частот генов, контролирующих биохимические признаки, в яровой и озимой культуре ячменя 83
Глава IV . Генетические факторы, ассоциированные с зимостойкостью у озимой пшеницы 91
4.1. Морозозимостойкость 91
4.2. Идентификация и локализация гена Win 1, обуславливающего толерантность растений пшеницы к вымоканию в холодный период года 99
Заключение 108
Общие выводы по
Предложения для селекции и производства 112
Литература 113
Приложение 1 137
- Типы развития зимующих форм пшеницы
- Цель и задачи исследования
- Картирование гена sh3 (озимый тип развития 3) в хромосоме 5
- Морозозимостойкость
Введение к работе
В наращивании производства зерна огромную роль играют озимые зерновые культуры, обеспечивающие значительный удельный вес в зерновом балансе ЦЧЗ и в других регионах России. Озимые лучше яровых используют биоклиматический потенциал географических зон их возделывания, осенне-зимние запасы влаги, меньше подвергаются воздействию засухи и суховеев, созревают на 10-15 дней раньше, обеспечивают гарантированное производство зерна. Одними из основных факторов, лимитирующих получение высокого урожая озимых, являются неблагоприятные условия перезимовки. Так, гибель посевов озимой пшеницы в течение зимнего периода в отдельные годы (1968-69, 1970-71, 1978-79) достигает огромных размеров - 7-10 млн. га. (Шевелуха, Василенко, 1993). Для сравнения, ежегодные посевы озимых в Белгородской области составляют 275-300 тыс. га. В ЦЧЗ гибель озимых в среднем за год оценивается величиной в 26% (Косилова, 1983).
По данным В,И. Калиненко и др. (2001) среди различных агроприемов на долю сорта, т.е. генотипа, приходится до 25% прироста урожая, а в отдельные, экстремальные по погодным условиям годы, ему принадлежит решающая роль. В холодный период на растения воздействуют различные неблагоприятные факторы среды, включая низкие температуры и их резкое изменение, недостаток кислорода, механическое воздействие и т. д. В то же время, выявление внутривидовой генотипической изменчивости зерновых колосовых по зимостойкости и использование полученных результатов по генетике данного свойства, в практической селекции может позволить стабилизировать получение высоких урожаев зерна в неблагоприятные по перезимовке годы. В связи с этим, решение генетических аспектов проблемы повышения зимостойкости озимых зерновых культур приобретает особую актуальность.
5 Научная новизна. Идентифицирован и локализован в хромосоме 5А пшеницы новый ген, обозначенный Win 1, обуславливающий толерантность к вымоканию в холодный период года. У ячменя в хромосоме 5(1Н) картирован неизвестный ранее ген, обозначенный Hsh2, контролирующий волосистость нижнего листового влагалища и локус sh3, обуславливающий озимый тип развития. Приоритетом явилась сравнительная оценка в озимой и яровой культуре ячменя частот аллелей семи локусов (Вту 1, Hrd A, Hrd В, Est 1, Est 2, Sod S) и сопряженность части из них с морозостойкостью. Разработан и апробирован тестерный набор культур и сортов-дифференциаторов для характеристики типа зим. С геном В1 (Безостость колоса 1), ассоциирована большая восприимчивость пшеницы к вирусу желтой карликовости ячменя (ВЖКЯ) по сравнению с носителями альтернативного аллеля (Ы).
Автор выносит на защиту следующие положения:
Идентификация и хромосомная локализация генетических факторов, обуславливающих тип развития, зимостойкость и морфологические признаки ячменя и пшеницы.
Сопряженность аллелей, контролирующих биохимические и морфологические признаки, с морозостойкостью и зимостойкостью в культуре ячменя и пшеницы.
Закономерности в распространении аллелей, контролирующих изоферменты и варианты запасных белков, в озимой и яровой культуре ячменя.
Разработка оценки растительного материала на зимостойкость в естественных условиях среды.
Теоретическая и практическая ценность. На основе полученных результатов по изучению генетики зимостойкости пшеницы и ячменя, открывается возможность целенаправленного поиска новых подобных генов, в культуре других озимых злаковых культур или перенос их от других видов.
Дана оценка аллелей глиадинкодирующих локусов пшеницы, как генетических маркеров морозозимостойкости, при нормальной и эктремальной динамике низких температур. Определены аллели гордеинкодирующих факторов и локусов Вшу 1, L, сопряженных с морозостойкостью у озимого ячменя. Поражение ВЖКЯ не влияет на зимостойкость озимой пшеницы, но увеличивает восприимчивость растений к ранневесенним заморозкам. По реакции выживаемости после перезимовки набора сортов-дифференциаторов можно определить тип зимостойкости или восприимчивости исследуемых форм.
Практические результаты работы реализованы в селекции озимой мягкой пшеницы. Созданные сорта проходят государственные испытания по 5-му региону России: Коротышка (№9705434) с 2003 г. и Ариадна (№9610460) с 2004 г. Растительный материал озимой мягкой пшеницы, созданный в процессе выполнения диссертационной работы, используется в селекционной работе лаборатории селекции и семеноводства пшеницы ГНУ Белгородского НИИ сельского хозяйства (Белгород), в научных подразделениях Института растениеводства им. Юрьева УААН (Харьков) и других учреждений.
Исследования по генетике типа развития, морозостойкости ячменя и электрофоретическое разделение ферментов выполняли в отделе генетических основ селекции Селекционно-генетического института (Одесса), а работа на культуре озимой пшеницы выполнена па базе лаборатории селекции и семеноводства пшеницы ГНУ Белгородского НИИ сельского хозяйства (Белгород).
Выражаю огромную благодарность научному руководителю, профессору И.К. Ткаченко за помощь и критические замечания в выполнении диссертационной работы; за сотрудничество в работе по ячменю A.M. Шеремету (СГИ УААН, Одесса), по пшенице М.М. Копусю (Донской селекцентр), А.И. Рыбалке (СГИ УААН, Одесса), а также сотрудникам отдела селекции ГНУ БелНИИСХ (Белгород).
Типы развития зимующих форм пшеницы
Озимые и полуозимые (=двуручки) формы отличаются от яровых способностью задерживать развитие в холодный период года. Эта способность обусловлена двумя генетическими системами: первая -контролирует реакцию растения на температуру близкую к 0"С, вторая — обуславливает реакцию растения на длину дня. Биологической особенностью озимых, отличающейся их от яровых, является длительная потребность растений в пониженных температурах (от 0 до 10С), т.е. длительная стадия яровизации. Весной такие температуры стоят непродолжительное время, в связи с чем озимые не успевают яровизироваться и не могут перейти к следующей стадии, развить стебли и выколоситься. Поэтому озимые высевают осенью. Потребность к яровизации у озимой пшеницы обусловлена тремя рецессивными генами, обозначенными vrn 1, vrn 2, vrn 3 (от англ. слова vemalization)( Pugsley, 1972). Доминантное состояние по одному или нескольким генам (Vrn), приводит к изменению типа развития с озимого на яровой. В то же время установлено, что наиболее сильное влияние на потребность к яровизации связано с состоянием по гену vrn 1. Так, доминантное состояние по нему приводит к полному отсутствию потребности растений пшеницы в яровизации (Pugsley, 1973). Характерно, что доминанты по Vrn 2 или Vrn 3 на фоне рецессивной гомозиготы по vrn 1 давали определенный ответ на яровизацию, т.е. сохраняли небольшую потребность к низким температурам (Pugsley, 1973). N. Watanabe et al. (2003) на основе анализа почти изогенных линий указывают на аллелизм по доминантным генам Vrn 1 у яровых пшениц. Установлен также аллелизм у яровых пшениц по локусу Vrn 2 ( Майстренко, 1987). Известно (Смирнов, 1958), что сорта озимых хлебов, имеющие более длинную стадию яровизации, отличаются более высокой зимостойкостью (хотя зимостойкость обеспечивается не только длиной стадии яровизации). Это связано с тем, что растения, прошедшие стадию яровизации, становятся менее устойчивыми к низким температурам. Это дает основания предполагать, что по рецессивным аллелям, контролирующим потребность к яровизации, тоже может существовать множественный аллелизм. Н.П. Гончаров (2002) указывает, что детерминация развития по яровому или озимому типу - более существенная характеристика данных генов, чем реакция на яровизацию яровых сортов -носителей разных доминантных генов Vrn. Существующее представление по влиянию факторов Vrn на тип развития растений мягкой пшеницы заключается в том, что наличие доминантного гена Vrn 1 или Vrn 3, а также их сочетаний обуславливают яровой тип развития. Присутствие доминантного гена Vrn 2 на фоне рецессивов в гомозиготе по остальным генам vrn формирует полуозимый тип развития. По данным А.Ф. Стельмаха (1986а) доминантный ген Vrn 2 обуславливает фенотип так называемых двуручек, способных к перезимовке. Рецессивная гомозигота по всем факторам (vrn) характеризует генотип озимого типа.
Цитогенетический анализ позволил установить, что ген Vrn 1 расположен в длинном плече хромосомы 5А, a Vrn 3 - в длинном плече хромосомы 5D (Maistrenko, 1973; Law et al., 1975). Исследования О.И. Майстренко (1987, 1992) показали, что локус Vrn 2 находится в хромосоме 5В. J. МасКеу (1954) определил, что доминантный ген Vrn 1 расположен проксимально относительно ингибитора остистости В1. Определено сцепление Vrn 1 с геном Кг 2, контролирующим скрещиваемость с рожью (4,8+4,7% кроссинговера), и с геном Q, обуславливающим спельтоидность колоса (30%)( Sitch et al., 1986), а также с геном Fr 1, контролирующим устойчивость к морозу (2,1 cM)(Galiba et al., 1995). И.А.Балашова и др. (2001) картировали ген Vrn 3 на расстоянии 3 сМ от молекулярного маркера и предложили использовать этот полиморфный фрагмент ДНК величиной 657 п.н. для предварительного определения наличия у яровых сортов мягкой пшеницы доминантного гена Vrn 3. В соответствии с рекомендуемыми правилами обозначения генов у пшеницы, гены vrn 1, vrn 2 и vrn 3 получили следующую символику обозначения: vrn-Al, vrn-Bl и vrn-Dl (Mcintosh et al., 1998; Borncr, 2002). Локусы Vrn-Bl и Vrn-Dl были картированы относительно молекулярных маркеров в хромосомах 5В и 5D на основе QTL (qualitative trait locus) анализа с использованием рекомбинантных инбредных линий (Shindo et al., 2003). Кроме основных рассмотренных генов, определяющих потребность растений пшеницы к яровизации, описаны дополнительные генетические факторы, оказывающие влияние на этот признак. Так, C.N. Law et al. (1998) на анеуплоидных линиях сорта Chinese Spring показал, что каждая первая гомеологичная хромосома влияет на потребность к яровизации. Причем наибольшее влияние было связано с хромосомой 1А, а наименьшее - с 1В. Этими же авторами, с помощью реципрокного моносомиого анализа трех сортов, обнаружена аллельная вариация между гомологами 1 группы хромосом по времени колошения (Law et al., 1998). J.W. Morrison (1960) указывал, что кроме хромосом 5А и 5D озимого сорта Pioneer за озимый тип развития отвечает также хромосома 6В. Кроме рассмотренных генов Vrn в литературе можно встретить указания на наличие у пшеницы генов Vrn 4 и Vrn 5 (Mcintosh, 1973; Pugsley, 1972; Kato et al., 1993; Law, Wolf, 1966). Данные Н.П. Гончарова (2002) не подтверждают локализации гена Vrn 4 в хромосомах 7А (Law, Scarth, 1984) или 5D (Kato et al., 1993). Следовательно, вопрос о хромосоме, где он расположен остается открытым. На основе своих результатов и критического анализа данных литературы Н.П. Гончаров (2002) считает, что доминантный ген Vrn 5, представляет собой транслокацию хромосомы 7В с какой-либо из двух хромосом 5-й гомеологичной группы, несущих доминантные гены Vrn 1 и Vrn 2. Таким образом, Vrn 5 представляет собой аналог одного из двух известных генов Vrn перенесенных в комбинированную хромосому 7В, несущую часть генетического материала из хромосомы 5В или 5А. Доминантный ген Vrn 8, интрогресированный в мягкую пшеницу из Т. sphaerococcum (Stelmakh, Avsenin, 1996), оказался аллелен гену Vrn 4 (Гончаров, 2002).
Доминантный ген Vrn 1 обладает эпистазом по отношению ко всем другим доминантным генам Vrn (Pugsley, 1971). По силе фенотипического проявления доминантные гены Vrn составляют ряд: Vrn 1 Vrn З Vrn 4 Vrn 2 (Гончаров, 2002). Создание С.Ф. Ковалем (1997) изогенных линий по доминантным генам Vrn 1 позволило исследовать явление множественного аллелизма по этому локусу. В результате установлено, что сорта Новосибирская 67 и Пиротрикс 28 имеют разные аллели доминантного гена Vrn 1, обозначенные, соответственно, Vrn la и Vrn lb (Koval, Goncharov, 1998).
Цель и задачи исследования
Территория Белгородской области расположена на юго-западных и южных склонах Среднерусской возвышенности в бассейнах рек Днепра и Дона. Протяженность с севера на юг составляет около 190 км, а с запада на восток около 270 км, при этом область вытянута с северо-запада на юго-восток более чем на 300 км (География Белгородской области, 1996).
Область относится к югу Центральной Черноземной зоны. Её территория составляет 27,1 тыс- км . Площадь сельскохозяйственных угодий составляет 2093,3 тыс. га, из них пашни 1650,9 тыс. га, в том числе на склонах до 2 расположено 44,0%, от 2 до 5{) - 47,9 %, а остальная часть пашни расположена на склонах более 5. Расчлененность территории гидрографической сетью составляет 1,30 км/км (Научно обоснованная система земледелия Белгородской области, 1982). Почвенный покров Белгородской области преимущественно представлен черноземными почвами различных типов. Встречаются почвы темно-серые и серые лесные, песчаные, луговые и другие. Из черноземов наиболее распространены типичные и выщелоченные.
Исследования проводили в западном агроклиматическом районе Белгородской области. Климат области умеренно-континентальный с теплым, порой засушливым летом и сравнительно холодной зимой, Континентальность климата увеличивается с северо-запада на юго-восток. Переход температуры через 0С происходит в третьей декаде марта и второй декаде ноября, через 5С - в первых числах апреля и в конце октября, через 10С - в конце апреля и сентября. Продолжительность периода с температурой выше 0 составляет 225-240 дней, выше 5 С - 190 дней, выше 10 С - 150-158 дней. Самый теплый месяц - июль, самый холодный - январь. Первые осенние заморозки в воздухе, в среднем, наблюдаются в конце сентября и начале октября (Агроклиматические ресурсы Белгородской области, 1972).
Среднегодовая температура воздуха в западном агроклиматическом районе составляет 5,9С - 6,3С, сумма положительных температур выше 10С составляет 2510- 2620. Годовая сумма осадков 490-540 мм, в том числе за период с температурой выше 10С составляет 260-290 мм. В отдельные годы сумма осадков может снижаться до 300 мм и возрастать до 700-750 мм. Средний гидротермический коэффициент 1,0-1,2. Запасы продуктивной влаги в слое 0-100 см к началу вегетации 150-170 мм. Число суховейных дней 27-32 (Научно обоснованная система земледелия
Осадки по временам года распределяются следующим образом: зимой выпадает 19%, весной - 22%, летом - 36% и осенью - 23% общего их количества. Летние осадки выпадают, главным образом, в виде ливней, порой очень высокой интенсивности, что способствует развитию плоскостной и линейной эрозии. Твердые осадки составляют около 30% годового количества и выпадают преимущественно в виде снега. Первый снег выпадает в октябре - ноябре. Устойчивый снежный покров образуется с ноября и сохраняется до конца марта. Продолжительность периода со снежным покровом составляет около 120 дней. Снеготаяние обычно начинается в начале марта и заканчивается во второй его половине. Оттаивание почвы на полную глубину наступает в первой декаде апреля
В период вегетации часто наблюдаются засухи и суховеи, которые наносят значительный ущерб посевам сельскохозяйственных культур, а в зимнее время нередко отсутствует снежный покров, происходит частое чередование низких температур с оттепелями. Земли Белгородского НИИСХ, где проводилась закладка полевых опытов, расположены к северу от города Белгорода. Почва на опытном участке представлена черноземом типичным среднемощным малогумусным тяжелосуглинистым содержащем в пахотном слое 5,4% гумуса, 75 мг/кг подвижного фосфора и 120 мг/кг подвижного калия по Чирикову, рНсол -5,6.
В наиболее холодные зимы морозы достигают -30-35С. Часто бывают оттепели. В январе насчитывают в среднем 6-8 дней с оттепелью, а в теплые зимы 12-14 дней. В зимний период повреждение озимой пшеницы происходит в основном от вымерзания (температура почвы на глубине залегания узла кущения ниже -17С), действия ледяной корки и реже от вымокания. По данным метеорологического поста, расположенного на территории, где закладывались опыты погодные условия в годы проведения исследований (1995-2004) складывались неодинаково (таблица 2.2.1. и 2.2.2.) 2.3. Растительный материал
Для оценки уровня перезимовки озимых зерновых культур использовалась коллекция сортов разного происхождения озимой мягкой и твердой пшеницы, озимого ячменя, а также гибридные формы этих культур. Перечень сортов дан в приложениях 1 и 2. Характеристику сортов Российской Федерации можно найти в Официальных бюллетенях ФГУ Госкомисии РФ по испытанию и охране селекционных достижений или в Государственных реестрах селекционных достижений, допущенных к использованию; сорта озимой пшеницы селекции КНИИСХ описаны Л.А. Беспаловой и др. (1995, 2002); сорта селекции НИИСХ ЦЧП описаны В.Т. Рымарем и др. (2001). Характеристика сортов зерновых колосовых украинской селекции и селекции других стран, использованных в работе, представлена в брошюре М.А. Литвиненко и Г.М. Суботы (2003); Селекционно-генетического института (Одесса) - в Каталозі сортів зернових та зернобобових культур селекції СП (1994) и Каталозі нових сортів зернових колосових культур СП (2000); Института растениеводства им. В.Я. Юрьева (Харьков) - в Каталоге сортов озимой пшеницы, ржи и тритикале селекции Института растениеводства (1996). Оценка сопряженности зимостойкости с глиадинкодирующими аллелями мягкой пшеницы изучалась, как на основе анализа 173 селекционных номеров от различных скрещиваний (лаборатория селекции и семеноводства пшеницы ГНУ Белгородский НИИСХ, предварительное и конкурсное испытание 1997 г.), так и на почти изогенных линиях, созданных на базе сорта Безостая 1, полученных от М.М. Копуся (Зерноград). Описание этих линий можно найти у М.М.Копуся (2001) и N.Watanabe et al. (2003). Характеристика данных линий по аллелям, контролирующим вариантный состав глиадина, представлена в таблице
Картирование гена sh3 (озимый тип развития 3) в хромосоме 5
R.Takahashi and S. Yasuda (1971) считают, что ген sh3, контролирующий тип развития ячменя расположен в хромосоме 5 проксимально. Подтверждений этому нет за исключением результатов, полученных на основе QTL (quantitative trait loci) анализа дигаплоидных линий от скрещивания озимого сорта Igri с яровым - Triumph (Laurie et ah, 1995). Авторы утверждают, что один из генов чувствительности к фотопериоду, обозначенный ими ppd H2, находится в длинном плече хромосомы 5(=1Н) ячменя. В связи с неполными данными по локализации гена зпЗ, положение его на генетических картах хромосомы 5 не приводится (Sogaard and von Wettstein-Knowles, 1987; Jensen, 1995; 2002; Kleinhofs, 2004).
С целью определения положения гена sh3 в хромосоме 5 использовали формы, маркирующие оба плеча этой хромосомы и различающиеся аллелями локуса Sh3. В первой комбинации одним родителем была яровая форма Sh3 (к-376446) с генотипом по генам развития: ShSh, sh2sh2, Sh3Sh3, полученная от R. Takahashi и S. Yasuda, а вторым - типично озимый ячмень сорта Оксамыт. Родители отличались также по локусам Hrd А и Hrd В, обуславливающим различия по вариантам гордеинов, а также по аллелям, контролирующим развитие волосков на влагалище листа, которые обусловлены геном, обозначенном здесь как Hsh.2 (Hairy leaf sheath 2). Подобный ген Hsh(=Hs) (Hairy leaf sheath) сорта Kimugi локализован в хромосоме 4 (Lundqvuist et al., 1997). Для идентификации аллелей по гордеинкодирующим факторам (Hrd - локусы) использовали электрофоретический анализ в крахмальном геле (рН 3,1; алюминий-лактатный буфер) спирторастворимых белков эндосперма смеси зерен с каждого растения F2. Растения Fi при весеннем посеве выколашивались, т.е. вели себя как яровые формы. Следовательно, яровой тип развития доминирует над озимым. Полученные семена F2 с каждого растения F делили на две равные части и высевали в поле. Одну часть осенью, другую -весной. Параллельно сеяли оба родителя. Яровой родитель и растения, имеющие яровой тип развития, при осеннем посеве погибали. Озимый родитель и часть растений, которые задерживали развитие при осеннем посеве, продолжали вегетацию весной, выколашивались и давали потомство. При весеннем посеве озимый родитель не колосился и не давал потомства. Так же вели себя отдельные растения, имевшие озимый тип развития. Они не колосились и не давали потомства. Яровой родитель и растения F2 с подобным типом развития колосились и давали потомство.
В качестве родителей во второй комбинации скрещивания использовали яровые формы. Один родитель представлял маркерную линию Gle 1 + В + int-a2, несущую доминантные гены Gle 1 (Глянцевый колос), В (Черная окраска цветочных чешуи) и рецессивный - int-a2 (интермедиальный колос а2). Второй родитель (линия Sh3, к-376446), по данным локусам нёс альтернативные аллели и имел генотип по генам типа развития ShSh, sh2 sh2, Sh3Sh3, а также отличался наличием волосков на нижнем листовом влагалище, и нес рецессивный аллель v (многорядный колос).
С целью увеличения информативности этих скрещиваний, морфологические признаки растений F2 дополнительно тестировали по F Для этого потомство каждого растения F2 пересевалось отдельными 1,5 м рядками и оценивалось на гомозиготи ость. Для выявления различий по Sh3 sh3 зерна F3 с каждого растения F2 высевались весной в полевых условиях и семьи оценивались по колошению 28 мая. Озимые гомозиготы при весеннем посеве до конца мая не выколашивались. Среди гетерозиготных семей в F3 встречались растения с яровым и озимым типом развития. Соответственно, семьи, несущие в гомозиготе доминантные аллели Sh3, характеризовались отсутствием растений с озимым типом развития - не колосящихся при весеннем посеве. Анализ расщепления по типу развития показал наличие негативного отбора против озимых форм. Так, в таблице 3.1.1. расщепление по типу Таблица 3.1.1. Расщепление по типу развития в комбинации скрещивания Sh 3 X Оксамыт при тестировании F2 по F3 (оценка в репродуктивном возрасте) Размер выборки Фенотипические классы в F2 1:2:1 Р яровые яровые + озимые озимые 144 47 75 22 8,93 0,005 150 49 79 22 10,15 0,005 развития отклоняется от ожидаемого при моногенном наследовании 1:2:1. Для подтверждения того, что отклонение в расщеплении от моногенного связано только с дефицитом озимых типов, проведена оценка соответствия расщепления яровых гомозигот к гетерозиготам. Теоретически ожидаемое соотношение данных фенотипов должно быть равно 1 : 2. Фактически полученные численности яровых гомозигот к гетерозиготам равны 49 : 79 (табл. З.1.1.), что соответствует ожидаемому распределению фенотипов при моногенном наследовании (х21:2 = 1,41; 0,50 Р 0,25). Анализ расщепления растений по типу развития среди гетерозиготных семей, высеянных весной, подтвердил моногенный характер наследования по этому признаку. Так, среди исследованных 478 потомков оказалось 360 яровых растений и 118 -озимых, что близко к отношению 3 : 1 (%2УА = 0,03; 0,90 Р 0,75). Таким образом, наблюдаемое отклонение в расщеплении от ожидаемого 1:2:1 можно объяснить тем, что часть генотипов, имеющих озимый тип развития гибнет в течение холодного периода. Это может быть связано с тем, что яровой родитель несет ряд генов, обуславливающих пониженную зимостойкость, и они передаются некоторой части озимых генотипов, уменьшая их выживаемость в зимний период. Подтверждением действия естественного отбора на растения с разным генотипом может служить также анализ расщепления по Hsh2 hsh2. Так в комбинации Sh 3 X Оксамыт было найдено семей с генотипами Hsh2 Hsh2, Hsh2 hsh2, hsh2 hsh2 в соотношении 25:82:43, что соответствуе т расщеплению 1:2:1 при Р=0,06 (х2=5,63). Во второй комбинации, Glel+B+int-а X Sh3+Hs+v, данные генотипы по локусу Hsh2 встретились в соотношении 26:52:36, что при более высоком уровне вероятности (Р=0,26) соответствует расщеплению 1:2:1 (% =2,68). Характерно, что в обоих случаях в меньшинстве находится гомозигота Hsh2 Hsh2, характеризующаяся волосистым листовым влагалищем. Вероятно, такие генотипы в наших условиях не имеют адаптивного преимущества перед носителями альтернативного аллеля. В пользу этого может свидетельствовать полное отсутствие коммерческих сортов, как в яровой, так и озимой культурах, несущих доминантный ген Hsh2. Представленные результаты, показывающие отклонения в расщеплении по отдельным локусам, подтверждают необходимость использования при оценке сцепления генов не общего х% а %\( хи-квадрата на сцепление).
Морозозимостойкость
Считается (Агроклим. ресурс..., 1972), что на Белгородчине только 60-70% лет являются благоприятными для формирования урожая озимых. Следовательно, Белгородскую область можно отнести к зоне рискованного возделывания озимой пшеницы, а оценка, создание и введение в производство высокопродуктивных сортов, характеризующихся высокой зимостойкостью, приобретает для области ведущую роль. Действительно, одним из лимитирующих факторов, определяющих успех селекции озимой пшеницы в Белгородской области, является зимостойкость. Так, коэффициент корреляции между урожайностью и зимостойкостью был значимым и варьировал от +0,32 (п-173, Р 99,9%, 1997 г.) до +0,70 (п=174, Р 99,9%; 1998 г.; п=124, Р 99,9%; 2003 г.). Следовательно, в отдельные годы около 50% вариации между генотипами по урожайности определялось уровнем перезимовки растений озимой пшеницы.
Учитывая, что в холодный период 1996-97 г. морозостойкость определяла продуктивность озимых (глава 2.5.), а также то, что это свойство является полигенным, провели корреляционный анализ между степенью перезимовки и другими количественными признаками. Результаты представлены в табл. 2.5.2. Как видно, морозостойкость обнаружила положительную связь с длиной вегетации и высотой растений. На связь морозостойкости с высотой растения указывают и другие исследователи (Беспалова и др., 2001а). Характерно, что если длина вегетации положительно коррелировала с длиной периода от колошения до созревания, то зимостойкость с этой фазой развития была связана несущественно. В результате урожайность в 1997 г. показала значимую положительную корреляцию с зимостойкостью, длиной вегетации и высотой растения. Длина периода колошение-созревание не показала существенной связи с зерновой продуктивностью. Возможно, в этот период проявилось действие других факторов среды, также оказавших влияние на формирование урожая пшеницы. Учитывая полигенность морозостойкости, провели оценку по этому признаку между безостыми и остистыми генотипами, несущими, соответственно, аллели В (безостость) и b (остистость). Различия между безостыми и остистыми формами по устойчивости к низким температурам в холодный период 1996-97 года оказались не существенны (табл. 4.1.1.). Таблица 4.1.1. Зимостойкость разных форм мягкой пшеницы (в баллах) Характер колоса 1997 год 1998 год п зимостойкость ДВ+Ь t п зимостойкость ДВ+Ь t Безостый (=В) 26 4,37+0,11 -0,12 0,857 9 4,03+0,24 + 1,18 " 4,63 Остистый (=Ь) 36 4,49+0,08 42 2,85+0,07 Примечание: - различия существенны при уровне значимости 99,9%; (конкурсное испытание) Следовательно, ВЬ (Безостость vs. остистость) или гены тесно сцепленные с данным фактором на хромосоме 5А не ассоциированы со свойством морозостойкости. Для изучения сопряженности морозостойкости с глиадинкодирующими аллелями, растительный материал озимой мягкой пшеницы был сгруппирован по вариантам спирторастворимых белков. Схема каталога блоков компонентов глиадина и символика обозначения их у мягкой пшеницы согласно Ф.А. Поперели и Т.А.Собко (1987) приводится в приложении 4. Анализ генотипов озимой мягкой пшеницы, изученных по аллелям глиадин кодирующих локусов 1 и 6 гомеологичных хромосом, показал следующую ранжировку их по морозостойкости (оценка в баллах, п 93 количество образцов, символика обозначения аллелей по Ф.А. Попереле и Т.А.Собко(1987)): GldlA 5 4 2 = 5,05+0,09(п=10) 4,82+0,04(п=99) 4,77+0,07(п-35) GldlB 1 2 Cyl = 4,83±0,04(n=128) 4,71±0,14(n=7) 4,70+0,12(n= 15) GldlD 4 5 1 2 Cyl = 5,00+0,08(n=23) 4,88+0,06(n=38) 4,75±0,08(n=30) 4,69±08(n=17) 4,58+0,15(n=9) Gld6A 3 1 = 4,85+0,04(n=104) 4,76+0,06(n=45) Gld6B 2 1 = 4,86+0,05(n=75) 4,76+0,04(n=96) Gld6D 2 1 = 4,94+0,07(n=24) 4,78±0,04(n=l 19) Примечание: Cyl - тип глиадинов от Aegilops cylindrica (Одесской популяции); -различия существенны, - различия не существенны. Полученная ранжировка генотипов по зимостойкости 1996-97 г., оцененных по аллелям глиадин кодирующих локусов 6-й гомеологичнои группы хромосом, полностью совпадает с результатами, представленными М.М. Копусем (1998, 2001) на почти изогенных линиях на основе сорта Безостой 1, изученных по морозостойкости. Ранжировка по факторам 1-й гомеологичнои группы несколько отличается от результатов, описанных ранее (Копусь, 1998; 2001). Так, по данным М.М. Копуся (1998) более высокая морозостойкость по хромосоме 1А была связана с аллелем Gld 1А2. В отношении аллелей Gld 1А5 и Gld 1А4 ранжировка по морозостойкости аналогична представленным данным. Характерно, что с аллелями глиадин кодирующих локусов от Aegilops cylindrica связана пониженная зимостойкость. Следовательно, они не представляют интереса для введения в культуру озимой мягкой пшеницы при работе на зимостойкость. О возможности использования различий по глиадинам для тестирования свойства морозостойкости отмечено также А.В. Конаревым и др. (2000). Обнаруженные статистические связи между перезимовкой растений и наследственными факторами, причастными к формированию морозостойкости, подтверждают, что она являлась определяющим фактором для выживания растений зерновых колосовых. В целом, полученные данные подтверждают причастность хромосом 1 и 6 гомеологичных групп к формированию уровня морозостойкости озимой пшеницы и свидетельствуют о полигенности данного свойства. Результаты оценки перезимовки некоторых сортов в условиях холодного периода 2002/03 года представлены в таблице 4.1.2. Как видно, посевы ряда сортов озимой мягкой и всех изученных сортов озимой твердой пшеницы при весеннем отрастании оказались изреженными. Следовательно, на глубине узла кущения сложились неблагоприятные температурные условия для их перезимовки. Соответственно, коэффициент корреляции между зимостойкостью и урожайностью равнялся 0,702 (n=124, Р 0,001). Следовательно, вариация сортов по урожайности на 49,28% (коэффициент детерминации 0,4928) определялась в этом году уровнем перезимовки. Подтверждением тому, что перезимовку озимых лимитировал, в частности, не анаэробиоз (вымокание, ледяная корка) является факт отсутствия различий по зимостойкости между группой остистых и безостых сортов пшеницы (см. главу 4.2.). Средний уровень перезимовки безостых сортов составил 3,80+0,19 балла (п = 23), а остистых - 3,89+0,17 (n = 27). Отмеченный холодный период по реакции на него сортов дифференциаторов отличался и от зим 1995-96 г., 1996-97 г. когда низкие температуры лимитировали перезимовку озимых (табл. 2.5.1.). В те зимы динамика температур характеризовалась постепенным снижением, что дало возможность растениям пшеницы пройти все фазы закалки. В период 2002-03 года не все изученные генотипы успели пройти закалку, в связи с резким снижением температуры (раздел 2,5.) и в верхнем горизонте почвы сложились неблагоприятные температурные условия для нормального выживания растений озимых культур.
