Содержание к диссертации
Введение
1 Культура цитрусовых во влажных субтропиках России
1.1 Систематика и очаги происхождения культуры цитрусовых
1.2 Биологические, экологические и генетические особенности цитрусовых на примере культуры мандарин
1.3 Современные методы создания сортов цитрусовых культур
1.4 История культуры и селекции мандарина на Черноморском побережье Кавказа
2 Условия, объекты и методики исследований
2.1 Географическое положение, климат и почвы района исследований
2.2 Объекты и методики исследований
3 Характеристика генофонда цитрусовых во влажных субтропиках России
3.1 Генофонд цитрусовых во влажных субтропиках России и его использование в селекции мандарина
3.2 Принципы отбора исходных форм для гибридизации
3.3 Биологические особенности исходных форм (сила роста, сроки созревания, холодостойкость, устойчивость к болезням и вредителям)
3.4 Жизнеспособность пыльцы исходных форм
3.5 Хозяйственная оценка исходных форм
4 Создание новых форм мандарина на основе генофонда цитрусовых во влажных субтропиках России
4.1 Комбинационная способность форм цитрусовых при межродовой и межвидовой гибридизации
4.1.1 Завязываемость плодов и семян в разных комбинациях скрещивания
4.1.2 Всхожесть и полиэмбрионность семян, полученных от разных комбинаций скрещивания
4.1.3 Особенности наследования морфологических признаков гибридами цитрусовых F1
4.1.4 Наследование волн роста гибридами цитрусовых F1
4.2 Отбор элитных форм на ранних этапах развития гибридных сеянцев по коррелятивным признакам
4.2.1 Последовательность проведения отборов
4.2.2 Отбор гибридных сеянцев на зимостойкость
4.2.3 Отбор гибридных сеянцев по силе роста
4.2.4 Отбор гибридных сеянцев на скороплодность, раннеспелость
4.2.5 Перспективные комбинации скрещивания для создания новых форм с положительными признаками
4.3 Отбор перспективных форм мандарина нуцеллярного происхождения
4.4 Отбор перспективных форм мандарина, полученных в результате почковых мутаций
4.5 Характеристика отобранных форм мандарина
Экономическая эффективность возделывания выделенных форм мандарина
Выводы
Рекомендации для селекции и производства
Список литературы
- Биологические, экологические и генетические особенности цитрусовых на примере культуры мандарин
- Принципы отбора исходных форм для гибридизации
- Всхожесть и полиэмбрионность семян, полученных от разных комбинаций скрещивания
- Перспективные комбинации скрещивания для создания новых форм с положительными признаками
Биологические, экологические и генетические особенности цитрусовых на примере культуры мандарин
Систематика цитрусовых. Культивируемые в настоящее время во всем мире цитрусовые культуры являются представителями рода Citrus L. Этот род, а также его дикорастущие сородичи Poncirus trifoliata (L.) Raf. и Fortunella Swingle, относятся к подсемейству Померанцевые (Aurantioideae Engler) семейства Рутовые (Rutaceae Juss.) порядка Сапиндоцветные (Sapindales Dumort.) класса двудольные (Magnoliopsida) отдела цветковые растения (Magnoliophyta) (Takhtajan, 2009).
Систематика цитрусовых крайне запутана ввиду большой трудности обработки этой группы растений. Согласно В.П. Алексееву (1955), в семействе Rutaceae описано 7 подсемейств, 150 родов и около 1600 видов. Жизненные формы представителей семейства могут быть деревьями, кустарниками, лианами, реже травами.
Систематикой подсемейства Aurantioideae занимались многие известные ботаники и цитрологи: К. Линней (Linnaeus, 1753), О. Decandolle (1824), А. Engler (1896), W.T. Swingle, L.N. Bailey (1914), W.T. Swingle (1946), В.В. Маркович (1921), Т.А. Танака (1927, 1935), А.И. Лусс (1947), R.W. Hodgson (1965), Т.М. Жуковский (1971), Ш.М. Сургуладзе (1980).
В настоящее время используются две основных классификации подсемейства Aurantioideae, созданные W.T. Swingle (1946) и Т.А. Tanaka (1966).
Систематика Т.А. Tanaka (1935) представляет эволюционный подход к вопросу классификации. Этот автор только в роде Citrus различает около 100 видов, из которых более половины соответствуют отдельным культурным сортам группы мандарина.
Систематика W.Т. Swingle (1967) – это биологическое представление о цитрусовых. Подсемейство Померанцевые, согласно его классификации, состоит из 33 родов, представленных 203 видами. При этом автором в список культурных видов внесены следующие виды рода Citrus: цитрон (Citrus medica L.), лимон (Citrus limon (L.) Burm. f.), лайм (Citrus aurantiifolia (Christm.) Swingle), помпельмус, помело, или шеддок (Citrus maxima Merr., syn. С. grandis (L.) Osbeck.), померанец, или кислый апельсин (Citrus aurantium L.), апельсин (Citrus sinensis (L.) Osbeck), мандарин (Citrus reticulata Blanco), грейпфрут (Citrus paradise Macf.).
В нашей стране общепринятой среди ботаников и специалистов по выращиванию цитрусовых является именно эта классификация.
Тем не менее, вопросы относительно филогении и степени родства внутри подсемейства Aurantioideae остаются у ботаников и в настоящее время. Решать их пытаются при помощи современных генетических и молекулярных методов (Mabberley, 1997; Nicolosi et al., 2000; de Arajo et al., 2003; Pang et al., 2003; Bayer et al., 2009). Так, бразильский ученый E.F. de Arajo с коллегами на основе ДНК-анализа выделили 28 видов и 12 родов цитрусовых.
В ботанической систематике до сих пор не имеется общепринятой классификации мандарина. А. И. Лусс (1947) выделяет, например, все манда-рины в особую секцию – Mandarine в подроде Chrysocitrus рода Citrus L. W.Т. Swingle (1946) объединяет все разнообразие мандарина в один вид Citrus reticulata Blanco (2n = 18). В.П. Алексеев (1955) внутри С. reticulata различает 7 помологических групп: 1. C. unshiu – сатсумы (или уншиу) родом из Японии, отличающаяся холодо-стойкостью, крупными листьями и небольшими тонкокорыми желтовато-оранжевыми плодами (часто с прозеленью на кожуре). Именно растения этой группы с успехом выращиваются на Черноморском побережье. 2. С. austere – танжерин (сюда входят сорта Китайского происхождения с густо-красно-оранжевой окраской плодов, более сладких, чем уншиу). 3. С. deliciosa – китайско-средиземноморская (по морфологическим призна-кам близка к предыдущей, в нее входит иволистный, или итальянский манда-рин).
4. C. reticulata – китайско-индийская (наиболее распространенная в промыш-ленной культуре Индии и Китая), превосходная по качеству плодов: сюда от-носятся сорта Понкан и Сунтара. 5. С. nobilis – индокитайско-малайская, или группа благородного мандарина (с наиболее крупными плодами, съедобной кожурой и очень вкусной мяко-тью), сорта: Сиамский (Сиамский король, Кинг), Уватин-микан, Тсао-цзе. 6. Китайско-японская, или группа мелкоплодных мандаринов (весьма разно-образная, плохо исследованная; плоды от сильно кисловатых (Шива-микан) до очень сладких (Кишиу, Мукаку-кишиу). 7. Группа сомнительная плюс гибридные формы: Каламондин (предполагае-мый гибрид мандарина с кинканом), Рангпур (гибрид мандарина с лаймом), широко распространенные в Индии.
Из всех видов рода Citrus, возделываемых на территории бывших со-ветских субтропиков, наиболее приспособленным к местным почвенно-климатическим условиям оказался C. unshiu. Несмотря на тысячилетнюю культуру мандарина в странах Юго-Восточной Азии, в Европе с ним позна-комились гораздо позднее, чем с другими представителями цитрусовых, только в конце XIX века (Лампарадзе, 1984).
Принципы отбора исходных форм для гибридизации
Проникновение цитрусовых из первичных очагов в регионы Среднего и ближнего Востока началось за 400 лет до н.э. В это время цитрон уже был известен в Месопотамии. В Грецию непосредственно из Индии цитрон попал около 300 лет до н.э., его завезли солдаты армии Александра Македонского, откуда в I веке н.э. он был завезен в Италию, а через нее в другие страны Южной Европы. Остальные цитрусовые были завезены в страны Южной Европы значительно позже (Тanaka, 1927).
В Испанию и Сицилию лимон попал в XIII веке, апельсин был интродуцирован в XIV-XV вв., мандарин – в XVIII в., помпельмус – в начале XIX в. Примерно так же цитрусовые распространялись в Северной, Восточной и Западной Африке (Капцинель, 1939).
В Центральную и Южную Америку апельсин, лимон и бигарадия были завезены португальскими и испанскими переселенцами в XVI веке. Во второй половине XVII века эти культуры попали в Северную Америку (Мексику), а помпельмус, мандарин и лайм были интродуцированы в течение ХVII–ХVIII вв. В Австралию цитрусовые (лимон, апельсин, мандарин, помпельмус) попали в XIX веке (Tanaka, 1927; Swingle, 1967).
Проникновение цитрусовых в Японию началось в I в. н.э. с культуры мандарина. В дальнейшем, в течение VIII–Х вв., были интродуцированы бигарадия, цитрон, помпельмус и лишь в ХIХ в. – апельсин и лимон (Myers, Gierson, 1979; Tanaka, 1929).
В прибрежные районы Черного моря апельсин, лимон и цитрон впервые были интродуцированы в XVI–XIX вв., помпельмус и мандарин – в конце XIX в. Считается, что многие разновидности этих культур из Китая и Индии попали сначала в Грузию, а из нее – в Турцию и некоторые страны Западной Европы (Атлас …, 1939).
Долгое время культура цитрусовых на Черноморском побережье Кавказа носила любительский характер. Общая площадь насаждений их в царской России составляла лишь 160 гектаров. Только после 1917 г. цитрусовые культуры в СССР получили широкое промышленное развитие. К концу 1952 года в колхозах и совхозах Адлерского и Лазаревского районах было заложено 292 га цитрусовых плантаций. В лучшие по урожайности годы валовой сбор плодов достигал 444 ц/га и более. (Горшков, 2004).
На Черноморском побережье Кавказа главным представителем цитрусовых культур еще с начала ХХ века является мандарин уншиу (C. unshiu) (Короткова, 1937; Жуковский, 1971). Площади под его культурой в конце ХХ века составляли 85 % от площадей, занятых цитрусовыми культурами (Кобалия, 1984). C. unshiu был завезен на Черноморское побережье Кавказа в 1895 г. из Японии агрономом И.Н. Клингеном и профессором А.Н. Красновым в числе «12-ти даров Востока», сыгравших решающую роль в развитии российских субтропиков (Алексеев, 1954). Посадки этого вида быстро распространились по всему Черноморскому побережью, включая и Сочинский район.
Более подробные сведения, касающиеся истории интродукции мандарина на Кавказское побережье Черного моря, изложены в работе З.И. Коротковой (1931), где она сообщает, что первый экземпляр мандарина уншиу появился в саду любителя экзотических растений Введенского в г. Сухуми. Привитый на японском подвое Р. trifoliata уншиу сразу привлек к себе внимание жителей Черноморского побережья от Батуми до Сочи. Чаквинский и Батумский питомники, а также питомник Собецкого не смогли удовлетворить спрос населения на посадочный материал, и его пришлось выписывать в значительных количествах непосредственно из Японии. К концу 1913 г. на побережье уже имелось свыше 80 питомников с общим количеством 260 тыс. окулированных саженцев и около 700 тыс. сеянцев. После суровых зим 1910/11, 1916/17 гг. многие деревья погибли, но некоторая часть их сохранилась и продолжала плодоносить в последующий период.
Большая заслуга в интродукции и распространении цитрусовых в бывшем СССР принадлежит Сухумской опытной станции субтропических культур ВИРа, Сочинской опытной станции, Грузинскому институту субтропических культур, Батумскому ботаническому саду, Вахшской опытной зональной станции субтропических культур. Здесь же проводилась огромная селекционная работа в отношении улучшения сортового состава и повышения холодоустойчивости цитрусовых культур.
На Сухумскую опытную станцию субтропических культур ВНИИРа цитрусовые культуры были интродуцированы из Средиземноморья, Японии, Индии, Северной Америки, Италии, Франции, Алжира, Греции. Здесь большое внимание уделялось межродовой, межвидовой гибридизации, нуцеллярной полиэмбрионии и клоновой селекции (Мурри, 1932, 1937; Колелишвили, 1955, 1962, 1970; Ломия, 1961, 1963, 1965; Шлыков, 1963; Бахтадзе, 1961, 1964а, б, 1966, 1977; Майсурадзе, 1958, 1959, 1962, 1966, 1967а, б, 1970, 1971а, б, 1976, 1978; Самоладас, 1978; Витковский 1989 и др.). В 1935 г. в Абхазию Г.Н. Шлыковым и Л. Канчавели было завезено большое количество сортов мандарина C. unshiu из Японии, в частности Овари, Хира, Мару, Икеда, Икирики и Васе Уншиу (Шлыков, 1961). В 1972 г. из Японии сюда были завезены и высажены на опытные участки сорта C. unshiu: Окицу-васэ, Михо-васэ, Нагахаши Уншиу, Нанкан № 20, Сугиама Уншиу, Хаиаши Уншиу, Таникава Уншиу, Сильверхилл, а также форма, обнаруженная на приусадебном участке японского фермера Тьяхара, условно названная "Тьяхара Уншиу" (Лампарадзе, 1984).
Таким образом, здесь была собрана самая крупная коллекция цитрусовых в бывшем СССР, которая состояла из 860 сортообразцов (в том числе 49 видов). На базе Сухумской опытной станции был получен и районирован ряд сортов, среди которых сорта мандарина – Уншиу широколистный, Иверия, Сухумский, Абхазский ранний и др.; лимона – Новоафонский, Ударник; апельсина – Мзури, Первенец.
Всхожесть и полиэмбрионность семян, полученных от разных комбинаций скрещивания
Цветки пазушные, верхушечные, белые, ароматные, расположены на приросте текущего года. Лепестков 4–5, тычинок 14–16, сросшихся в трубку, пыльники желтые, пыльца фертильная. Пестик расположен на уровне пыль-ников. Цветение два раза в год (июль, октябрь). Плоды мелкие, средней массой 10–25 г, форма продолговатая или овальная. Кожура тонкая, гладкая, сладковатая, желтая или оранжево-желтая. Мякоть кисло-сладкая, сочная, желтая. Семян мало (1–4 шт./плод) или отсут-ствуют. Содержат сахара 11 %, аскорбиновой кислоты 50 мг/100 г.
Морозоустойчивость на уровне Fortunella margarita. Созревание пло-дов позднее – конец ноября, неравномерное. Гибрид представляет интерес для селекции на зимостойкость.
Методики исследований. Работа выполнялась в течение 1995–2012 гг. на базе «Опытного поля», в научных отделах и лабораториях ГНУ ВНИИ-ЦиСК Россельхозакадемии. Исследования проводились в соответствии с планом НИР ГНУ ВНИИЦиСК Россельхозакадемии согласно общепринятым программам и методикам сортоизучения и селекционных исследований (Витковский, Петрова, 1989; Программа и методика…, 1973, 1980, 1995, 1999), а также методикам, разработанным авторами применительно к культу-ре цитрусовых (Мохно и др., 2005, 2012). Подбор исходных форм для гибридизации основывался на результатах всестороннего генетического и агробиологического изучения имеющихся в коллекции института сортообразцов, комбинационной способности форм, а также на закономерности наследования признаков и свойств в F1.
Схемы комбинаций скрещиваний составлялись ежегодно. В каждой комбинации опыление проводили не менее чем на 100 цветках.
Заготовка пыльцы производилась в начале цветения растения. Бутоны снимали накануне их раскрытия (за день), но не распустившиеся, лучше всего в солнечную ясную погоду. Каждый образец пыльцы помещали в отдельный мешочек, на котором указывали дату сбора, название формы, с которого она заготовлена. В этот же день в лабораторных условиях на чистом листе бумаги из бутонов выщипывали пинцетом пыльники. При этом избегали выдергивания тычиночных нитей, т.к. при сушке и хранении пыльцы в эксикаторе они могут загнить и повлиять на жизнеспособность пыльцы.
Пыльники тонким слоем расстилали на бумаге или в бумажных коробочках и подсушивали в сухом и теплом помещении до момента растрескивания и обильного высыпания пыльцы (18–20 oC), что обычно происходило в течение двух дней после сбора. Подсушенную пыльцу помещали в стеклянные бюксы и при необходимости хранили в холодильнике в течение 4–5 дней.
Для более длительного хранения (до 5 недель) пыльцу хранили в эксикаторе в холодильнике при температуре +4 С. Длительное хранение пыльцы необходимо при скрещивании представителей рода Poncirus и Fortunella, у которых сроки цветения не совпадают.
Так как пыльца цитрусовых достаточно быстро теряет жизнеспособность, по мере необходимости проводилось проращивание пыльцы на искусственной среде (1 % агар-агар + 15 % сахарозы в растворе) по Транковскому (Паушева, 1980). Через сутки после посева изучалась форма, диаметр пыльцевого зерна, производили подсчет проросших пыльцевых трубок под микроскопом в 5–10 полях зрения. В работе использовался микроскоп «Биолам-Л-211», окуляр х7, объектив х10. Цена деления окуляр-микрометра – 10,6 мкм. Опыление производили на 3–5 день после раскрытия бутонов. Для получения хороших результатов проводилось повторное опыление через 1–2 дня после первого. Нанесение пыльцы производилось кисточкой, которую при переходе от одной комбинации скрещивания к другой промывали спиртом.
Завязавшиеся плоды собирали в стадии технической зрелости, то есть несколько ранее начала общего сбора плодов. При этом плоды каждой комбинации собирали отдельно. В течение 1–3 недель плоды хранились в комнатных условиях. Для более длительного хранения их сразу же помещали в холодильник при температуре +5–8 С.
Семена из плодов извлекали отдельно по каждой комбинации. Для этого плод надрезали в поперечном направлении, после чего семена извлекали на сито, промывали их водой до полного удаления мякоти. После промывки семена высушивали до удаления поверхностной влаги. После просушивания нормально развитые семена подсчитывались. Учитывалось среднее количество семян на плод, которое определялось с учетом количества опыленных цветков и полученных плодов. Продолжительность хранения семян в холодильнике для большинства сортов составляет 6 месяцев. Однако семена большинства видов цитрусовых лучше всего прорастают при посеве сразу после извлечения их из плодов.
Для защиты от грибной инфекции перед посевом семян верхний слой почвы обрабатывали топсином. Выращивание сеянцев проводили в посевных ящиках. Почвосмесь состояла из земли, торфа и песка в соотношении 1:1:1. Семена высевали на глубину 2–4 см не позднее, чем через 6 месяцев после сбора, заделывали почвосмесью и сверху присыпали песком. Высев производили на расстоянии 2 см друг от друга в ряду, с междурядьями 5 см. Во время вегетации почву регулярно рыхлили, удаляли сорняки, вносили минеральные удобрения, влажность почвы регулировали поливом.
Перспективные комбинации скрещивания для создания новых форм с положительными признаками
При искусственном отборе огромное значение имеет явление корреля-ции. Умение предугадать в молодом возрасте дальнейшую пригодность рас-тения, определить ценность только что взошедшего сеянца является важным моментом селекции. Сеянцы, в зависимости от генетических особенностей родительских пар и их происхождения (половое, нуцеллярное), отличаются между собой в наследовании признаков и свойств (Ломия 1965, Майсурадзе 1967, Самоладас 1981).
Последовательность проведения отборов Независимо от средств и методов селекции самая сложная работа – вы-явление генетической изменчивости в исходном и селекционном материале и отбор желаемых генотипов. В селекции вегетативно размножаемых плодовых культур основным является отбор по фенотипу. Родоначальником сорта является выделенный сеянец в одном экземпляре, который в дальнейшем клонируется методами вегетативного размножения.
Отбор проходит поэтапно:
I. В первый–второй год жизни происходит естественный массовый от-пад слабых, нежизнеспособных или неадаптированных к условиям среды се-янцев в селекционном питомнике.
II. На второй–третий год развития гибридных сеянцев проводится же-сткая браковка слабых, а также растений с длинными междоузлиями и с не-приятным запахом листьев. Последний признак, как правило, у цитрусовых коррелирует с запахом плодов (Кокая, 1975). Отбираются сеянцы с хорошо облиственной, приземистой, округлой кроной, поскольку такие сеянцы явля-ются наиболее приспособленными к условиям региона исследований.
III. В дальнейшем при отборе гибридных сеянцев внимание обращается на следующие признаки:
1. Нуцеллярное происхождение. Основное внимание было сосредото-чено на выявлении нуцеллярных сеянцев и истинных гибридов по наличию у них признаков отцовского растения. Признаки отцовского растения просле-живались в морфологии листовой пластинки, ее окраске, наличии крылатки черешка и колючести. Осуществлялось это с целью достоверного исключе-ния из селекционного процесса нуцеллярных сеянцев, повторяющих, в ос-новном, тип материнского растения. Нуцеллярные сеянцы были выделены в отдельную группу, за которой также велись наблюдения.
2. Сроки окончания роста. Лучшими гибридами считались те, которые раньше других заканчивали летний и осенний рост, что у цитрусовых всегда коррелирует с повышенной зимостойкостью (Кокая, 1975).
3. Достоверное выражение раннего окончания вегетации – наличие од-ной или двух волн роста. У всех неморозостойких видов наблюдается три волны роста (Кокая, 1974). 4. Ветвление в первый год жизни у цитрусовых наблюдается довольно редко, но, как следует из литературных источников (Кокая, 1975), эта осо-бенность коррелирует со скороплодностью, кустовой формой кроны и повы-шенной зимостойкостью.
5. Укороченные междоузлия и густо облиственные побеги у цитрусо-вых зачастую коррелируют с повышенной зимостойкостью (Кокая, 1975).
6. Большие, длинные и многочисленные колючки – это хозяйственно отрицательный признак, однако они, как правило, свойственны засухоустой-чивым формам (Кокая, 1975). 7. Небольшие, мелкие, толстые, но многочисленные листья тёмно-зелёного цвета у цитрусовых зачастую коррелируют с одной–двумя волнами роста, а также с регулярной урожайностью (Кокая, 1975).
Отбор гибридных сеянцев на зимостойкость
Одним из приоритетов в селекции цитрусовых культур во влажных субтропиках России является выведение зимостойких урожайных сортов, от чего зависит их долговечность, устойчивость к биострессам и продуктив-ность (Рындин, Мохно, 2011).
С целью выделения зимостойких сеянцев мандарина проведены на-блюдения за ростом и развитием сеянцев мандарина от различных комбина-ций скрещивания. Достоверным выражением раннего окончания вегетации считается наличие одной или двух волн роста. У всех неморозостойких видов наблюдается три и более волн роста.
Перспективными гибридами считаются те, которые раньше других за-канчивают летний и осенний рост, что всегда коррелирует у цитрусовых с повышенной зимостойкостью. В результате исследований для дальнейшего изучения было отобрано 84 гибрида от следующих комбинаций скрещивания:
