Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы
1.1. Народно-хозяйственное значение капусты 9
1.2. Происхождение, систематика, эволюция рода Brassica L 14
1.3. Требования капусты к условиям внешней среды 16
1.4 Селекция гетерозисных гибридов
1.4. 1. Создание гетерозисных гибридов капусты 26
1.4. 2. Оценка комбинационной способности у капустных культур 30
1.5. Методы создания гетерозисных гибридов
1.5.1. Использование цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) 35
1.5.2. Самонесовместимость и ее использование в селекции гибридов F1 капустных культур 41
1.5.3. Методы молекулярного маркирования 48
1.6. Оценка основных хозяйственно ценных признаков 51
1.7. Особенности семеноводства капустных культур 64
1.7.1. Биологические основы выращивания семян капусты пересадочным способом 64
1.7.2. Биологические основы выращивания семян капусты беспересадочным способом 66
2. Цель и задачи, условия, материалы и методы проведения исследований
2.1. Цель, задачи, научная новизна, практическая значимость 71
2.2. Условия проведения исследований 74
2.3. Материалы и методы проведения исследований 76
Результаты исследований
3. Разработка моделей сортов и гетерозисных гибридов в соответствии с современными запросами потребительского рынка
3.1. Основные параметры современных сортов капусты белокочанной 83
3.2. Основные параметры сортов капусты савойской, кольраби и декоративной 85
3.3. Основные параметры модели сортов капусты китайской 88
4. Создание исходного материала для селекции по хозяйственно ценным признакам с использованием местных (наиболее адаптированных) и интродуцируемых (генисточноков новых признаков) сортообразцов семейства Brassiceae
4.1. Создание исходного материала для селекции капусты на скороспелость 90
4.2. Исходный материал для селекции капусты на продуктивность 94
4.3. Использование интродукции как метода получения исходного материала 98
4.3.1. Разработка основных элементов технологии возделывания капусты китайской в условиях Нечерноземной зоны РФ 99
4.3.2. Изменчивость морфологических признаков капусты китайской 102
4.3.3. Использование интродуцируемых видов капусты в системах жизнеобеспечения пилотируемых космических комплексов 105
4.4. Создание исходного материала с высоким содержанием биологически активных веществ 108
4.4.1. Оценка исходного материала на качество продукции у капусты белокочанной, савойской и кольраби 109
4.4.2. Исходный материал разновидностей капусты на высокое содержание иммуномодулятора — селена 111
4.4.3. Оценка биохимического состава капусты китайской 112
4.4.4. Влияние факторов окружающей среды на устойчивость капусты китайской к природным стрессорам 116
4 .5. Получение исходного материала с комплексной устойчивостью к возбудителям болезни капусты 121
4.5.1. Получение исходного материала с комплексной устойчивостью к возбудителям болезни и повреждению вредителями капусты белокочанной 122
4.5.2. Оценка сортообразцов капусты китайской по устойчивости к основным болезням 125
5. Методы селекции
5.1. Модифицированные методы синтетической селекции капусты 129
5.1.1. Использование метода семейственного отбора при создании сортов капусты декоративной 129
5.1.2. Использование рекуррентного отбора при создании многолинейных сортопопуляций 132
5.2. Использование методов селекции на гетерозис при создании F1 гибридов капусты 5.2.1. Влияние возраста цветка и бутона на завязываемость семян у самонесовместимых линий капусты китайской 135
5.2. 2. Комбинационная способность родительских линий капусты китайской по признаку «масса растения» 138
5.2.3. Комбинационная способность родительских линий капусты китайской для признака «высота растения» 144
5.2.4. Комбинационная способность родительских линий капусты китайской по признаку «число листьев» 149
5.2.5. Комбинационная способность родительских линий капусты китайской по признаку «толщина черешка» 153
5.2.6. Комбинационная способность инбредных линий капусты китайской по биохимическому составу 155
5.2.7. Корреляционные отношения количественных признаков у гибридов F1 капусты китайской 161
5.3. Использование экзогенных факторов для размножения самонесовместимых линий капусты
5.3.1. Разработка способов размножения исходных линий (преодоление самонесовместимости с использование хлористого натрия) 164
5.3.2. Использование углекислого газа для размножения самонесовместимых линий капусты 166
5.4. Использование цитоплазматической мужской стерильности при селекции капусты на гетерозис 169
5.5. Использование биотехнологического метода в селекции капусты 177
5.6. Использование особенностей анатомического строения листа капусты китайской при селекции на качество продукции 183
5.7. Использование камер искусственного климата для ускорения селекционного процесса 189
5.7.1. Использование элементов светокультуры на начальных этапах роста и развития растений в климатических камерах для ускорения селекционного процесса 197
5.8. Молекулярное маркирование сортов капусты 200
5.9. Особенности селекции капусты белокочанной на адаптивность 204
5.9.1. Оценка среды как селекционного фона при селекции капусты белокочанной 207
5.9.2. Разнообразие капусты белокочанной по адаптивности 209
6. Особенности первичного семеноводства капустных культур
6.1. Влияние архитектоники семенного куста на семенную продуктивность в первичном семеноводстве капусты белокочанной 217
6.2. Влияние минерального питания и использование регулятора роста на урожайность и семенную продуктивность капусты белокочанной 227
6.3. Особенности семеноводства гетерозисных гибридов капусты китайской 236
6.4. Использование безрассадного способа выращивания капусты белокочанной в условиях Нечерноземной зоны России 239
6.5. Одногодичное выращивание семян белокочанной, краснокочанной, савойской, декоративной капусты и кольраби в условиях Дербентского района Республики Дагестан 241
6.6. Результаты практического использования системы селекционных методов 244
Выводы 263
Предложения по использованию результатов исследований 263
Список использованной литературы 265
Приложение 311
- Требования капусты к условиям внешней среды
- Влияние факторов окружающей среды на устойчивость капусты китайской к природным стрессорам
- Комбинационная способность родительских линий капусты китайской по признаку «масса растения»
- Корреляционные отношения количественных признаков у гибридов F1 капусты китайской
Введение к работе
Актуальность темы. Капуста является важной овощной культурой в России. Она составляет четвертую часть среднегодового потребления овощей на душу населения и является дешевым и повсеместно доступным продуктом питания. Одно из ведущих мест в решении проблемы «Здоровье нации» отводится капусте, как ценному компоненту в рациональном питании.
По данным ФАО (2007 г.), мировое товарное производство капусты составляет 88,3 млн.т. Самыми крупными производителями капусты являются Китай (более 36 млн.т), Индия (5,3 млн.т), Российская Федерация (более 4 млн.т – около 6% мирового производства).
В Российской Федерации капусту выращивают на площади 167,4 тыс.га, что занимает около 20% от площадей, занятых овощами (Литвинов, 2008). Среди разнообразия культивируемых видов и разновидностей капусты преобладает белокочанная. При этом большая часть возделываемых и популярных сортов капусты белокочанной создана в первой половине прошлого века.
Большой вклад в становление селекции капусты внесли отечественные и зарубежные исследователи: Е.М. Попова (1923) основатель отечественной аналитической и синтетической селекции капусты, Р.Е. Химич (1935) и И.Е. Китаева (1968) первыми в нашей стране показавшие перспективы селекции на гетерозис; Б.В. Квасников (1968), разработавший стройную систему подбора исходного материала; А.В. Крючков (1984, 1989) теоретически обосновавший и практически реализовавший методику создания гетерозисных гибридов на основе самонесовместимости; O.H. Pearson (1929, 1933); H. Ito (1950, 1957). Обобщение результатов многочисленных исследований на современном этапе развития науки позволяет разработать новые интегрированные подходы в создании прогрессивных селекционных технологий.
Постоянное совершенствование уровня научно-методических разработок в селекции капустных культур становятся основой получения высокопродуктивных сортов и гетерозисных гибридов, устойчивых к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам окружающей среды. Для выведения нового сорта капусты с комплексом хозяйственно ценных признаков важно иметь разнообразный исходный материал с богатой генетической основой.
В условиях постоянно меняющейся конъюнктуры рынка селекция должна оперативно реагировать на его запросы, оставаться конкурентоспособной. В настоящее время в нашей стране интенсивно происходит сортосмена, поэтому необходимы методы ускорения селекционного процесса капусты, использование в работе достижений научно-технического прогресса, широкого применения инструментальных и прецизионных методов, позволяющих максимально эффективно использовать потенциал отечественного и зарубежного генофонда.
Таким образом, разработка новых, перспективных и усовершенствование имеющихся методов при создании сортов и гетерозисных гибридов капусты для отечественного рынка является приоритетной задачей отечественной селекции.
Цель исследований – научное обоснование и разработка системы методов селекции и семеноводства капустных культур для создания высокопродуктивных сортов и гетерозисных гибридов, позволяющих ускорить и расширить видовой ассортимент для функционального питания.
В связи с этим в задачи исследований входило следующее:
- разработать модели сортов разновидностей капусты для условий возделывания в центральных регионах России с учетом требований потребительского рынка;
- создать исходный материал видов и разновидностей капусты с комплексом хозяйственно ценных признаков;
- усовершенствовать имеющиеся и разработать новые методы оценки и создания исходного материала видов и разновидностей капусты (капусты белокочанной, савойской, кольраби и декоративной, китайской) с целью вовлечения перспективных образцов в селекционный процесс;
- создать инбредные линии капусты белокочанной, савойской, кольраби, китайской и на их основе – гетерозисные гибриды F1, передать в Государственную комиссию на Государственное сортоиспытание;
- усовершенствовать методику создания гетерозисных гибридов F1 на основе самонесовместимости для капусты китайской и с использованием ЦМС для капусты белокочанной;
- провести оценку комбинационной способности инбредных самонесовместимых линий капусты китайской, выделить перспективные комбинации и с их участием создать гетерозисные гибриды;
- выявить особенности преодоления самонесовместимости у инбредных линий капусты белокочанной и китайской;
- разработать способы ускорения селекционного процесса с помощью камер искусственного климата и выявить особенности селекции и семеноводства видов и разновидностей капусты с их использованием;
- выделить экологически пластичный исходный материал капусты белокочанной;
- усовершенствовать и внедрить в производство элементы технологии получения товарной продукции и семян капусты.
Научная новизна. Научно обоснована и разработана система, позволяющая повысить эффективность селекционного процесса за счет применения новых и усовершенствованных традиционных методов.
В результате селекционной работы усовершенствованы модели сортов капусты различных разновидностей с учетом запросов современного рынка.
Впервые с использованием интродукции пополнился сортимент капусты за счет нового вида – капусты китайской. Изучены особенности проявления самонесовместимости у инбредных линий капусты китайской в зависимости от возраста цветка и бутона. В системе полных диаллельных скрещиваний изучена общая комбинационная способность самонесовместимых линий капусты китайской и выявлен характер проявления хозяйственно ценных признаков в гибридах F1; определена взаимосвязь между фенотипическим проявлением изученных признаков у родительских линий и их общей комбинационной способности (ОКС).
Выявлены генетические источники и доноры хозяйственно ценных признаков по продуктивности, товарности, скороспелости кочанов, устойчивости к преждевременному стеблеванию у различных видов и разновидностей капусты.
Впервые проведена оценка экологической пластичности 15 сортов и гетерозисных гибридов капусты белокочанной селекции ВНИИССОК.
С использованием камер искусственного климата разработан комплекс методов, ускоряющих селекционный процесс в 2 раза.
Практическая значимость. С использованием методических разработок получен ценный исходный материал с комплексом хозяйственно важных признаков: капуста белокочанная – продуктивность, устойчивость к болезням и высокие биохимические показатели (у всех групп спелости); капуста китайская – устойчивость к преждевременному стеблеванию и продуктивность; капуста декоративная – высокие биохимические показатели, декоративность и продуктивность; капуста кольраби – устойчивость к одревеснению стеблеплода и высокая продуктивность; капуста савойская – скороспелость и продуктивность. Получены родительские линии и созданы 4-линейные гетерозисные F1 гибриды капусты белокочанной – Аврора и Снежинка; 2-линейные гетерозисные F1 гибриды: капусты кольраби – Соната, савойской – Елена, китайской – Памяти Поповой; сорта: капусты белокочанной – Парус, китайской – Ласточка, Веснянка, декоративной – Малиновка, Эстафета, Пальмира, Краски Востока, Искорка, Осенний вальс. Отработаны элементы технологии выращивания сортов и гибридов F1 видов и разновидностей капусты.
Основные положения диссертации получили отражение в 6 методических указаниях и 52 опубликованных работах по селекции и семеноводству капустных культур.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований по теме диссертации были доложены:
- на симпозиуме ЭУКАРПИЯ по капустным культурам (Словения, 2009)
- на Международных симпозиумах (Харьков, 1996; Пущино, 1997, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007; Москва, 1995, 1997, 2000, 2003, 2005, 2008; Симферополь, 2008; Москва - Квасниковские чтения, 2000, 2003, 2009).
- на научно-практических конференциях и семинарах (Пенза, 2000; Барнаул, 2007; Москва, 2007; Белгород, 2007, 2008; Минск, 2008, Уфа, 2008).
По материалам докторской диссертации опубликованы 72 научные работы, в том числе 6 методических указания и 52 статьи в центральных журналах и в сборниках научных трудов, в том числе в международных 5, в рекомендованных ВАК 8.
Основные положения, выносимые на защиту
- совокупность методов, используемых в селекционном процессе у капусты для создания сортов и гетерозисных гибридов, отвечающих современным запросам потребительского рынка;
- разработка новых и усовершенствование существующих способов ускорения селекционного процесса для повышения его эффективности у капустных культур;
- научные и практические результаты, полученные на основании использования системы оценки и отбора принципиально новых сортов и гетерозисных гибридов капусты, включающие методы: селекции на гетерозис, интродукции, биотехнологические, молекулярные, экологические.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 390 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включает 91 таблицу и 59 приложений.
Требования капусты к условиям внешней среды
Растения капусты неодинаково реагируют на условия внешней среды (требования к теплу, свету, почвам и т.д.) (Lawson J. et al., 1978; Schenk, 1980; Novak V., Urbanovska J., 1988). В открытом грунте требования к факторам среды должны быть положены в основу сортового семеноводства (Велик В.Ф. и др., 1981; Велик В.Ф., 1984).
Еще В.И.Эделыитейн (1962), характеризуя взаимосвязь между ростом и развитием растений и условиями внешней среды, указывает на необходимость выявления роли каждого фактора в этом комплексе.
Отношение к теплу. Этот фактор является основным, так как определяет сроки и возможности возделывания овощных культур в открытом грунте (Hageman R.H. et al, 1967; Larckom J., 1983). Отношение к теплу складывается из двух показателей: теплотребовательности, определяемой достаточной для нормального роста и плодоношения, напряженностью теплового режима (оптимальной и субоптимальной температуры) и количеством тепла в течение вегетационного периода (сумма температур), а также устойчивости (холодостойкость и жаростойкость) - способность растения противостоять неблагоприятным (экстремальным) температурам (Болотских А.С., 2001).
Согласно классификации овощных растений В.И.Эдельштейна (1962), капуста относится к группе холодостойких растений. Семена капусты могут прорастать при температуре +2-3С, но в таких условиях процесс идет очень медленно. Оптимальная температура для прорастания семян капусты - 18-20С, тогда всходы появляются на 3-4-й день. Температура выше 25С отрицательно влияет на рост и развитие растений, вызывая сильное снижение прироста и уменьшение размеров. Высокая температура усиливает растрескиваемость кочанов. При температуре 25-28С всходы появляются очень быстро, но вытягиваются, развиваются медленно и могут погибнуть (Чулкова, 1972; Buczaki etal., 1972, 1978).
Взрослые растения до образования кочана - наиболее холодостойкие. В фазе хозяйственной годности кочанов наименее устойчивые к заморозкам сорта повреждаются при температуре -2 -3С. Б.В.Квасников (1968) определил минимальную сумму активных температур, которые обеспечивают наступление массового созревания. Для скороспелых сортов (Номер первый полярный, Копенгагенская) эта сумма равна 1300-1400С. При особо благоприятных условиях роста (высокое плодородие почвы, длинный день и т.д.) требования к сумме активных температур могут в известной степени снижаться (Б.В.Квасников идр., 1966; Аутко и др., 2008).
В период между появлением первого настоящего и последующих 4-5 листьев наиболее благоприятна температура 20-25С с незначительными колебаниями. Замечено, что при температуре 27С растения болеют (Elers, Wiebe, 1983). Температура выше 25 С отрицательно влияет на рост и развитие растений, вызывая снижение прироста и уменьшение размеров. Высокая температура усиливает растрескиваемость кочанов. Капуста более чувствительна к высоким температурам на первых этапах своего роста (Китаєва, Орлова, 1980).
Среди сортов кочанной капусты имеются большие различия по степени жаростойкости, что связано с ее распространением в культуре на всех континентах и с возделыванием в весьма разнообразных природных условиях. Жаростойкость сортов капусты зависит от их физиологических и анатомических особенностей, в частности, от степени обводненности листьев в течение дня и от интенсивности транспирации (Кичунов, 1926; Студенцов, 1966; Курбанова, 2009). Обводненность листьев у наиболее жаростойких сортов уменьшается значительно в дневные часы и восстанавливается только в вечерние часы (Берников, 2008). Интенсивность активности дыхательного фермента каталазы, по данным О.В.Студенцова (1977), значительно выше у слабо жаростойких сортов. Среди сортов слабо жаровыносливого вида восточно-азиатских капуст (пекинской и китайской) выделены более жаровыносливые кочанные сорта, морфологической особенностью которых является отсутствие опушения на листьях, а также зеленая и темно-зеленая их окраска (Opena, Lo, 1981).
Лучшей температурой для периода нарастания листовой розетки считается температура 18-22С. Пониженные температуры в пределах 4-5С в течение двух недель и следующая за ней высокая температура в условиях длинного дня благоприятствуют быстрому цветению. Умеренные температуры (12-21С) в комбинации с коротким или средней продолжительности днем благоприятны для формирования вегетативной массы растения (Брежнев, Кононков , 1977; Guttormsen, 1985; Baijense, 1986; Linwattana, 1997). Так, Brouwers Т. (1980) в изучаемой коллекции китайской капусты были выделены образцы, растения которых не стеблевались при низкой температуре (10-14С), которые он рекомендовал выращивать как в защищенном, так и в открытом грунте при более ранних сроках посадки.
Высокая температура неблагоприятна для роста семенных растений капусты, особенно на начальных этапах отрастания маточников и при формировании цветков (Курбанова, 2009).
Степень морозостойкости капусты различна в зависимости от вида, сорта и возраста рассады. Морозостойкость рассады зависит от степени ее закаленности и от условий роста. Закаленная рассада капусты в возрасте 5-8-и листьев переносит заморозки до минус 5-7С, незакаленная рассада уже сильно повреждается заморозками минус 2-3С
Отношение к свету. Еще Н.И.Вавилов отмечал, что различия по фотопериодизму показывают неправильность элементарной схемы параллелизма вертикальной и горизонтальной зональности (Коняев, 1981). В пределах любого таксона (от семейства до вида) имеются биотипы, различающиеся по степени и знаку фотопериодических реакций (Скрипчинский, 1975).
Капуста относится к растениям длинного дня. При продолжительной долготе дня (15-17 часов и более) ускоряется формирование генеративных органов (цветков, плодов) и сдерживается образование вегетативных органов, и, наоборот, со второй половины лета, когда длина дня уменьшается до 15-13 часов, у растений задерживается переход к репродуктивной фазе развития (Мое, Guttormsen, 1985; Li, 1986; Кононков и др., 1992; Монахос С.Г., 2005). В Ленинградской области выращивание кочанной капусты при 14-часовом дне вызывало у нее некоторое уменьшение листового аппарата, а при 9 - часовом -сильное угнетение в сравнении с естественным 17-18-часовым днем (Артемьева, 1985; Курбанова, 2009).
Короткий фотопериод и повышенная освещенность снижают цветушность растений даже в случае влияния на растение пониженных температур (Brouwers, 1980; Krug, 1982). Li C.W. (1981) было установлено, что капуста китайская проходит стадию яровизации в фазе наклюнувшихся семян, причем доказано, что ее южные озимые формы имеют более длительный период яровизации и при летних сроках посева не стрелкуют и не цветут. Также было отмечено, что для прохождения световой стадии различные сорта капусты требуют разной длины дня: одни сорта не цветут при 24-часовом дне, другие - при 8-часовом дне. В условиях высоких температур ряд сортов не проходит яровизации и не цветет. Установлено, что молодые растения меньше реагируют на длину дня (Кононков, Васякин, Шестакова, 1992; Кононков, Бунин, Коненкова, 1992).
Б.С.Мошков (1955) установил корреляционную зависимость между продуктивностью растений и соотношение мощности лучистого потока и долготы дня. А.А.Ничипорович (1963) выявил зависимость интенсивности фотосинтеза и, как следствие, продуктивности растения от интенсивности света. Установлена положительная коррелятивная связь между содержанием хлорофилла и интенсивностью фотосинтеза (Лизгунова и др., 1974).
Некоторые исследователи считают, что механизм фотопериодизма зависит не столько от долготы дня, сколько от качества света. Так, например, Л.А.Бойко (1985) считает, что носителями сигналов фотопериодизма могут выступать лишь различные виды энергии и вещества, а не временные факторы. Таким образом, роль сигнала фотопериодизма может выполнять красный свет, присутствующий в свете восходящего и заходящего солнца (Кононков и др. 1999, Кононков и др. 2005).
Капуста чувствительна к отдельным лучам спектра. Применение в течение 9 часов в сутки синего света параллельно с непрерывным круглосуточным освещением приводило к почти такому же развитию растений, как и при 10 темных ночных часах (Коняев, 1981).
Влияние факторов окружающей среды на устойчивость капусты китайской к природным стрессорам
В процессе эволюции большинство высших растений выработало определённую систему защитно-приспособительных реакций в ответ на постоянно изменяющиеся условия окружающей среды, как в течение всего вегетационного периода, так и в суточной динамике температуры и освещенности, позволяющие им не только успешно пережить такие периоды, но и получить некоторые дополнительные факторы стимулирующие рост и развитие растений. В этой связи широко известен такой агроприем, как закаливание рассады капусты перед высадкой её в поле. В своих исследованиях установили физиолого-биохимические основы этого процесса, включив ранее не учитывавшийся фактор — влияние УФ-света.
Следует отметить, что по физическому воздействию на живой организм ультрафиолетовая часть спектра подразделяется на: область А (320-340 нм), область В (280-320нм) и область С (200-280 нм). УФ-С практически полностью задерживается озоновым слоем атмосферы. УФ-В оказывает неоднозначное действие на высшие растения. Большие дозы ингибируют ростовые и метаболические процессы или вызывают мутации. Воздействие УФ-А наименее изучено. В зависимости от дозы воздействия излучение может оказывать стимулирующее или ингибирующее действие на биосинтетические процессы. При этом необходимо учитывать, что влияние УФ-А света на биосинтетические процессы в клетке может быть неоднозначным в сочетании с сопутствующими факторами, например, температурой.
Как известно, ответная реакция растительного организма на низкотемпературные стрессы, фенотипически проявляется в изменении окраски проростков. У капусты это появление антоциановой окраски на гипокотиле в течение 10-14 суток закаливания при температуре 6-8С. При этом в растительном организме происходят сложные физиологические процессы, связанные с синтезом каротиноидов и хлорофиллов. Роль этих соединений имеет большое значение для повышения иммунного статуса растительных организмов и далеко не полностью изучена.
Существует множество гипотез о взаимодействии компонентов фотосинтетического комплекса. Возможно, одной из функций каротиноидов является защита компонентов клетки от фотосенсибилизированных реакций, вызываемых светом, поглощенным молекулой хлорофилла (Siefermann-Harms, 1987). При действии света высокой интенсивности, УФ-облучения или низких температур в листьях увеличивается содержание каротиноидов и, соответственно, возрастает фотопротекторная и защитная их функция, которая предотвращает необратимую фотодеструкцию хлорофилла, а также защищает проламеллярные тела, ферменты синтеза хлорофиллов, галактолипиды (Krinsky, 1978; Demmig-Adams, 1990).
Одним из механизмов защитной функции каротиноидов в отношении хлорофилла является их способность дезактивировать реакционноспособный синглетный кислород, а также другие виды активных форм кислорода (Капитанов, Пименов, 1996).
Высокая скорость фотоокисления виолаксантафиллового цикла в этих процессах способствует дополнительной защите фотосинтетического аппарата от фотодинамического повреждения (Havaux et al., 1991). Влияние длинноволнового ультрафиолета, как и солнечного света, на пигментный состав листьев зависит от величины сопутствующей температуры, а также возраста растения.
Наряду с количественным и качественным изменением пигментного комплекса, в растениях капусты наблюдается изменение аминокислотного состава белков, в частности пролина, который может служить ярко выраженным тест-признаком формирующейся защитной системы проростков в ответ на стресс-условия холодостойкости на ранних стадиях онтогенеза.
Необходимо обратить внимание на возможность существования взаимного действия ультрафиолетового света и температуры в регуляции биосинтетических процессов. Этот вопрос еще только начинает изучаться. Выяснение нами внутренней природы влияния УФ-А света (max 370 нм) на содержание протохлорофилла, каротиноидов и белков в этиолированньгх семядольных листьях проростков капусты, выращенных при двух температурах +8 и +25С и их взаимодействие в регуляции различных морфогенетических и биосинтетических процессов относится к одному из актуальных вопросов биологии развития, важных в теоретическом и практическом отношении.
Облученные ультрафиолетом листья капусты содержали меньшее количество аскорбиновой кислоты по сравнению с контрольными проростками. Содержание каротиноидов и аскорбиновой кислоты было на уровне контрольных проростков или меньше, что указывало на ингибирующее действие УФ-А света на биосинтез этих соединений или больший расход их в антиокислительных реакциях при пониженной температуре (табл.25).
При облучении УФ-А светом в течение Ічаса и 3 часов проростков обеих видов, выращенных при +25С, в семядольных листьях капусты наблюдали существенное возрастание содержания протохлорофилла. При этом увеличивалось содержание каротиноидов по сравнению с необлученными проростками, особенно при 3-х часовом освещении. Содержание аскорбиновой кислоты в семядольных листьях облученных проростков было на уровне контрольных.
Полученные в работе данные по зависимости содержания протохлорофилла и каротиноидов в облученных проростках при различных температурах выращивания позволяют предположить, что каротиноиды способны выполнять защитную функцию относительно протохлорофилла при воздействии длительного по времени УФ-облучения. При низкой температуре аскорбиновая кислота выполняет протекторную функцию. В зависимости от температуры выращивания УФ оказывал противоположное действие.
Важным компонентом растительной клетки является белоксинтезирующая система. Мы предположили, что в зависимости от условий выращивания в этиолированных листьях капусты под действием УФ-А света будет синтезироваться неодинаковое количество белков, условно относящихся к фракциям альбуминов, глобулинов, проламинов и глютенинов.
Под действием УФ-света при +25С в проростках капусты китайской и пекинской содержание всех фракций белков изменялось неоднозначно (табл.24). Содержание глобулинов, проламинов, глютенинов в семядольных листьях существенно возрастало при +25С по сравнению с пониженной температурой. Но наибольшие различия между фракциями по содержанию белков наблюдали во фракции проламинов в проростках капусты китайской. Содержание проламинов существенно возрастало под действием УФ-света при температуре +25, тогда как в проростках капусты пекинской наблюдали значительное увеличение белка в проламиновой фракции только при часовой экспозиции на УФ-свету.
Существенно увеличивалось содержание белков солерастворимой и щелочной фракции в семядольных листьях капусты китайской под действием ультрафиолета при +25 по сравнению с контролем и проростками, которые выращивали при температуре +8С. Следует отметить ингибирующее действие ультрафиолета на образование белков солерастворимой и щелочной фракции при +8С, за исключением глютенинов, облученных УФ в течение 3 часов (табл.24).
Следовательно, каротиноиды, фракционный проламин и аскорбиновая кислота, которые определяют устойчивость компонентов клетки к действию УФ-света на фоне резко различающихся температур могут выполнять защитную функцию в семядольных листьях у проростков капусты
При этом была выявлена специфичность реакции генотипа изученных образцов капусты к температурам. Содержание каротиноидов повышалось при +8С в листьях проростков китайской капусты, тогда как у пекинской капусты наибольшее содержание этих пигментов было при +25С.
Таким образом, одним из чувствительных компонентов клетки в этиолированных проростках китайской капусты является протохлорофилл, который претерпевает существенные количественные изменения в зависимости от времени облучения ультрафиолетом и температуры предварительного выращивания. Чувствительной к действию УФ-А света на фоне температуры +25С является белок - синтезирующая система, и, в большей степени система, ответственная за биосинтез проламинов.
Комбинационная способность родительских линий капусты китайской по признаку «масса растения»
Важным этапом при создании гибридов на основе самонесовместимости является оценка инбредных линий по общей и специфической комбинационной способности. В связи с этим, нами была проведена оценка ОКС и СКС по полной диаллельной схеме скрещиваний 8 самонесовместимымх инбредных линий капусты китайской. Оценку проводили для следующих признаков: масса растения, толщина черешка, высота растения, число листьев, содержание сухого вещества, содержание витамина С. У капустных культур величина урожая находится в тесной зависимости от массы продуктивных органов (кочанов, кочанчиков, стеблеплодов; и др.). Изучению характера наследования, комбинационной способности линий и особенностям проявления гетерозиса по данному признаку уделяется большое внимание (Никулина, 1954; Попова, 1963; Китаєва, 1968; Джохадзе, 1974; Аверченкова, 1976; Малахова, 1977; Кравец, 1983; Лизгунова, 1984; Бочкарев, 1993; Харламов, 2000; Зубик, 2005; Монахос С.Г., 2006). В этих исследованиях установлено, что в контроле этих признаков большая роль принадлежит явлению сверхдоминирования и эпистатическим эффектам.
Результаты математической обработки данных полевых исследований в 2004 году выявили существенные различия между изученными генотипами по признаку "масса растения". Исходные линии варьировали по величине признака от 310 г (линия Л-6) до 568 г (линия Л-5); в комбинациях скрещивания масса растения изменялась от 474 г (Л-1хЛ-6) до 846 г (Л-5хЛ-2); показатель стандартного образца (Ласточка) составил 537 г. (табл.31).
Продуктивность гибридных комбинаций (в среднем по реципрокным скрещиваниям) была на уровне или выше продуктивности стандартов. По данному признаку выделены следующие гибридные комбинации: Л-2хЛ-5, Л-5хЛ-2, Л-5хЛ-7 и Л-7хЛ-5, которые существенно превосходили стандартный сорт Ласточка.
Между эффектами ОКС и фенотипическим проявлением признака у исходных линий существует высокая корреляция (Сг = 0,84±0,22). Коэффициент корреляции между ОКС и величиной (Wr+Vr), равный Сг=0,41±0,37, указывает на отсутствие связи между ОКС и числом доминантных аллелей (прил. 1, табл.1).
Величины эффектов СКС в комбинациях скрещиваний варьировали в пределах от 49,0 до 123,9 (прил.1, табл.2). Эффект гетерозиса лучших гибридных комбинаций обусловлен удачным сочетанием высокой ОКС родительских линий с высоким эффектом СКС (комбинации Л-5хЛ-7; Л-7хЛ-5; Л-5хЛ-2 и Л-2хЛ-5). Максимальные вариансы характерны для линий Л-2, Л-5, Л-7 причем она сочетается с высоким эффектом ОКС.
Генетический анализ диаллельных таблиц по Хейману, проведенный по данным 2004 года, свидетельствует о существенных различиях между сортами по аддитивным и доминантным эффектам полигенов (значимость а и al). (прил.1, табл.3). На проявление признака «масса растения» у гибридов Fj оказывает влияние и СКС (значимость Ь). Действие доминантных аллелей однонаправлено (значимость Ы). Доминантные аллели распределены между линиями неравномерно (значимость Ь2). Значимость ЬЗ определяет специфическое взаимодействие генов. Значимость с показывает существенные различия между линиями по средним материнским эффектам. Значимость d определяет влияние реципрокных эффектов.
Диаллельный и графический анализ дает информацию о типе взаимодействия генов. Линия регрессии смещена вправо от линии единичного наклона, т.е. неаллельное взаимодействие определено в основном комплементарным взаимодействием генов и эпистазом (рис.7).
Расположение линии регрессии выше точки начала координат говорит о наличии неполного доминирования генов, контролирующих массу растения. Можно предположить, что явление гетерозиса по исследуемому признаку определяется комплементарным взаимодействием доминантных полигенов.
Исследования, проведенные в 2005 году, показали большую вариабельность между изучаемыми генотипами по признаку «масса растения» (табл.32). У родительских линий она варьировала от 364 г (линия Л-3) до 547 г (линия Л-5); в гибридных комбинациях - от 412 г (Л-1хЛ-6) до 823 г (Л-2хЛ-5).
В соответствии с.величинами эффектов ОКС родительских линий выделены наиболее перспективные - линии Л-2, Л-5и Л-7, как и в 2004 году, которые имеют высокие значения эффектов ОКС (64,31; 97,41; 16,28 соответственно):
Высокий положительный материнский эффект в 2005 году наблюдался у линии Л-2 (30,13), низкий - у Л-6 (-16,38) и Л-7 (-15,69). Линией, плазмогены которой не влияют на наследование; массы: растения, т.е. обладающие низким значением МЭ, оказались линии Л-1 (-5,00), Л-3 (-2,44),.Л-5 (-3,69); Л-6 (-16,38), Л-7 (-15,69). Варьирование величин эффектов GKC было более широким, чем в 2004 году и находилось в пределах от -85,22 до 136,2 (прил. 1,,табл.4).
Анализ компонентов по Хейману выявил различия между линиями по аддитивным и доминантным эффектам генов (существенность показателей а и Ь).
Эффекты доминирования в изученном материале однонаправлены (значимость Ы), а гены, проявляющие доминирование, распределены между линиями неравномерно (существенность Ь2). Существенность показателя ЬЗ свидетельствует о наличии специфичных для комбинаций скрещивания аллельных и неаллельных взаимодействий генов.
Однонаправленность доминантных эффектов генов, асимметрия в их распределении между линиями и эпистаз определили различия по СКС. Родительские линии существенно различались по материнским эффектам (значимость показателя с).
Коэффициент корреляции между ОКС по данному признаку и его фенотипическим выражением у родительских линий имеет высокое положительное значение (г=0,82+0,23).
Отклонение линии регрессии Wr/Vr вправо от линии единичного наклона говорит о том, что это неаллельное взаимодействие носит характер комплементарного взаимодействия генов и эпистаза. Линии Л-2, Л-6 и особенно линия Л-7 обладают меньшим числом доминантных аллелей по сравнению с остальными линиями.
Таким образом, у самонесовместимых инбредных линий капусты китайской признак «масса растения» контролируется полигенной системой. Варьирование линий по ОКС в обоих периодах исследований обусловлено аддитивными и доминантными эффектами полигенов, но в большей мере последними с преобладанием эффектов неполного доминирования. Варьирование линий по СКС обусловлено преимущественно специфическими взаимодействиями в виде эпистаза и в меньшей степени, асимметрией распределения доминантных генов между линиями.
Корреляционные отношения количественных признаков у гибридов F1 капусты китайской
Выявление корреляционных отношений между изучаемыми признаками в селекционной практике позволяют с достаточной достоверностью отбирать нужные генотипы без проведения сложных и долговременных исследований для создания высокоурожайных гибридов первого поколения.
На основе определения коэффициентов множественной корреляции были установлены связи, связанные с продуктивностью растений капусты китайской.
Поведенный анализ коэффициентов корреляции (табл. 40-1) между количественными признаками гибридных комбинаций капусты китайской показал, что в 2004 году установлены высокие корреляционные связи, имеющие достоверный характер и существенное значение (Сг 0,7), или приближающееся к нему между признаками: «масса растения» и «толщина черешка» (Сг = 0,812); «ширина черешка» и «толщина черешка» (Сг =0,774); «высота растения» и «длина листа» (Сг = 0,778); «число листьев и длина листа» (Сг = 0,725); «длина черешка» и «ширина листа» (Сг = 0,775).
В 2005 году установлена сильная корреляция между признаками «масса растения» и «толщина черешка» (Сг = 0,728); «ширина черешка» и «толщина черешка» (Сг = 0,706); «ширина черешка» и «диаметр розетки» (Сг =0,705); «высота растения» и «длина листа» (Сг = 0,830); «длина черешка» и «высота растения» (Сг = 0,820); «длина черешка» и «ширина листа» (Сг = 0,723); «толщина черешка» и «шириной листа» (Сг = 0,819); «толщина черешка» и «диаметр розетки» (Сг = 0,708)(табл.40-2).
Стабильное проявление сильной связи в различные годы исследований наблюдается только между четырьмя парами признаков «толщина черешка» и «масса растения» (Сг = 0,812; 0,728), «ширина черешка» и «толщина черешка» (Сг =0,706; 706), «высота растения» и «длина листа» (Сг =0,778; 0,830); «длина черешка» и «ширина листа» (Сг =0,775; 0,819).
Высокая и стабильная корреляционная зависимость проявления признаков «толщина черешка» и «масса растения» дает возможность с высокой достоверностью по оценке толщины черешка изучаемых генотипов прогнозировать и проводить отбор на увеличение массы растения. Менее тесная, но также стабильная связь проявления признаков «длина черешка» и «масса растения», свидетельствует о зависимости этих признаков, однако не позволяет проводить надежную оценку и отбор на увеличение продуктивности только по длине черешка.
