Введение к работе
Актуальность темы исследований.
Основные районы промышленного возделывания томата в России -Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская область, Нижнее Поволжье. Большое количество промышленного возделывания этой культуры сосредоточено в странах ближнего зарубежья Молдове, на Украине, в Узбекистане, Азербайджане, Средней Азии (Авдеев Ю. И. и др., 2008).
По данным ФАО (2013), в России в 2013 году произведено 2,13 млн. тонн томатов на площади 147 тыс. га. Для производства экологичной продукции данной культуры требуется соблюдение нескольких факторов: технологии производства, сортового разнообразия, средовых условий и устойчивости к эпифитотиям. На данный момент экологическим факторам уделяется второстепенное значение, хотя задачи экологизации производства постоянно декларируются в документах правительства. С каждым годом увеличивается число выявленных вирусов, заражения которыми вызывает ощутимые потери урожая и заметно ухудшает качество сельскохозяйственной продукции. В южных районах нашей страны поражаемость растений Tobacco mosaic virus (далее ВТМ) повсеместно снижает урожайность плодов томата в 1,3-1,6 раза и более (Авдеев Ю. И., 2004; Жученко А. А., 2008; 2011).
Решение проблемы видится в использовании биоразнообразия генотипов растений томата включающие: культурные, полукультурные сорта, дикорастущие и мутантные формы и т.д. Это позволяет расширить спектр генетической изменчивости, дает возможность получить нетрадиционные формы растений томата с хозяйственно-ценными признаками, а также наладить производство экологичной овощной продукции овощеводства, путем создания новых устойчивых гибридов растений томата к вирусным болезням.
Цель и задачи исследований. Цель исследований: оценка морфологического и генетического потенциала гибридного материала растений томата под воздействием абиотических и биотического факторов по качественным и количественным признакам.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
-
Получить гибриды между культурными сортами, дикорастущими видами и мутантными формами растений томата.
-
Изучить морфологические особенности генотипов растений томата под воздействием абиотических и биотического факторов.
-
Провести пыльцевой анализ качества и количества пыльцевых зерен у гибридов F! растений томата.
-
Установить характер проникновения ВТМ в растительную клетку с помощью метода электронной микроскопии.
-
Провести цитофотометрический анализ на количественное содержание ДНК в ядре гибридных растений томата, пораженных ВТМ.
Научная новизна работы. В условиях Краснодарского края впервые получены гибридные формы растений культурного томата с дикорастущими видами (L. hirsittum var. glabratum С. Н. Mull, и L esculentum var. racemigerum (Lange) Brezh.) и мутантними формами (Mo 393; Mo 628; Mo 755). В результате внутри- и межвидовой гибридизации получено 16 гибридных комбинаций между культурными сортами, дикорастущими видами и мутантными формами растений томата.
Проведена морфологическая идентификация гибридного материла по типу куста, длине междоузлия, высоте растений, типу соцветия, проценту пораженности ВТМ, размеру и окраске цветка, форме и окраске плода.
Впервые выявлен характер действия абиотических факторов, таких как температура и удобрения, а также биотического фактора - поражение ВТМ, на характеристики репродуктивной системы гибридных форм растений томата.
Получены данные о фертильносте, жизнеспособности и количестве пыльцевых зерен у 16 гибридных комбинаций растений томата.
Впервые предпринята попытка установить характер действия ВТМ на компоненты растительной клетки на основе данных методов электронной микроскопии и цитофотометрии.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований являются вкладом в изучение репродуктивной системы, гибридных комбинаций, растений томата, содержащих чужеродный генетический материал, данных гибридных форм томата, под влиянием действию различных доз минерального удобрения, температур и действию ВТМ.
Изучены особенности формирования репродуктивной системы растений томата под воздействием абиотических и биотического факторов Проведен пыльцевой анализ 16 гибридных комбинаций, выявлена зависимость действия указанных факторов на качественные и количественные характеристики пыльцевого зерна, что дало возможность использовать пыльцевой тест как маркерную систему отбора генотипов, устойчивых к действию абиотических и биотического факторов.
Методы, использованные в работе, могут быть востребованы для проведения идентификационных работ по выявлению действия ВТМ на растительную клетку.
В результате проведенных исследований созданы уникальные гибридные комбинации межвидовых и внутривидовых форм растений
томата. Собран иллюстративный материал и коллекция фотообразов пыльцевых зерен гибридных комбинаций растений томата, подвергшихся влиянию абиотических и биотического факторов.
Материалы диссертационной работы используются в Кубанском государственном аграрном университете при преподавании дисциплин «Цитология» и «Генетический мониторинг» для студентов и магистров агрономического факультета и факультета экологии.
Методология и методы исследования. В работе использованы дикие виды, мутантные формы, культурные сорта растений томата, взятые из генетической коллекции ГНУ ВНИИБЗР, созданной академиком РАСХН и РАН А. А.Жученко, а также 16 гибридных комбинаций, полученных непосредственно автором в период 2008-2011 гг. При создании гибридных комбинаций использовалась стандартная методика гибридизации. Пыльцевой анализ гибридных комбинаций растений томата проводили по общепринятым методикам. Исследования с помощью методов электронной микроскопии и цитофотометрии были проведены на базе ВНИИСБ (г. Москва) по модифицированным методикам для данных растительных объектов.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Гибридные формы, с чужеродными геномами дикорастущих видов растении томата, характеризуются устойчивостью к ВТМ по сравнению с другими гибридными комбинациями.
-
Абиотические факторы, представленные различными дозами удобрений и температур, оказывают достоверное влияние на фертильность, жизнеспособность и количество пыльцевых зерен у всех исследуемых генотипов растений томата.
-
Гибридные комбинации Fi растений томата, пораженные ВТМ, качественно различаются по гетерогенности, жизнеспособности и количеству пыльцевых зерен.
-
Биотический фактор, представленный вирусом табачной мозаики, оказывает влияние на растительную клетку, меняет структуру пыльцевого зерна, деформирует ее и вызывает изменение количества ДНК в ядре клетки.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Молодые ученые агропромышленного комплекса Поволжья» (г.Саратов, 2010); Международной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 145-летию РГАУ - МСХА имени К. А. Тимирязева (г. Москва, 2010); 6-ой Международной научно-практической конференции «Биологическая защита растений как основа экологического земледелия и фитосанитарной стабилизации агроэкосистем» (г. Краснодар, 2010); Всероссийской научно-практической
конференции молодых ученых «Конкурентоспособная научная продукция - АПК России» (г. Казань, 2011); Международной научно-практической конференции «Современные мировые тенденции в производстве и применение биологических и экологически малоопасных средств защиты растений «Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем» (г.Краснодар, 2012); Международной научно-практической конференции «Наука и образование» и XXI веке» (г. Москва, 2013).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в т.ч. 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, включает*^/ таблиц, 37 рисунков. Состоит из: введения, восьми глав с описанием современного состояния проблемы на основании проанализированных источников литературы, описанием исходного материала и методов, используемых при решении поставленных задач, экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов, рекомендаций для селекционной практики. Список литературы включает 225 источника, в том числе 79 на иностранном языке.