Введение к работе
Актуальность темы. Производство зерна пшеницы в РФ служит основой всего продовольственного комплекса, является одной из самых крупных отраслей сельского хозяйства, и наряду с социальной его значимостью, как ценного и незаменимого повседневного продукта питания, имеет немаловажное значение и как финансовый инструмент (Алтухов, Васютин, 2002). При современном состоянии зернопроизводящего комплекса АПК требуются сорта яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), обладающие стабильно высокой урожайностью и высоким качеством зерна, экологической устойчивостью, включающую устойчивость к биотическим и абиотическим стрессорам (Неттевич, 2001; Давыдова, 2011). Перспективы в интенсификации селекционного процесса T. aestivum открывают методы биотехнологии в комплексе с гибридизацией и отбором (Чистякова, 2000; Шевелуха, 2002). Практический интерес, в частности представляет гаметная селекция в сочетании с гаплоидией (Жученко, 2010). Диплоидизация гаплоидов, создаваемых на основе гибридных генотипов, наравне с высоким формообразовательным процессом, обеспечивает фиксацию гомозигот и повышает эффективность отбора (Дубинин, Глембоцкий, 1967; Гуляев, 1996). Реализации потенциала гаплоидии у гибридов F1 T. aestivum препятствует отсутствие простых и надежных методов массового получения гаплоидов в независимости от влияния генотипа, что оказывает ограничение практики гапло-биотехнологии в селекции, и ставит на эмпирический путь работы (Орлов, 2001).
Цель исследований. Изучить и дать сравнительную оценку на примере межсортовых гибридов F1 T. aestivum L. факторам оптимизации методов андрогенеза в культуре пыльников и гаплопродюсера – линий кукурузы (Zea mays mays L.) in vitro и создать на их основе перспективные для селекции диплоидизированные гаплоидные линии.
Задачи исследований:
- изучить влияние консистенции и минерального состава питательных сред, сахаров, фитогормональных и биологически активных веществ на регенерацию гаплоидных растений T. aestivum в культуре пыльников и гапло-эмбриокультуре in vitro;
- изучить возможности эффективного увеличения процента выхода нормальных хлорофиллоносных и снижения доли абнормальных гаплоидных регенерантов путем оптимизации условий выращивания, культивирования и состава питательных сред для метода андрогенеза культуры пыльников in vitro;
- изучить влияние условий выращивания, фитогормональных и биологически активных веществ, способов и кратности опыления, генотипов Z. mays и систем гаплопродюсирования на увеличение выхода гаплоидных регенерантов в гапло-эмбриокультуре F1 T. aestivum in vitro;
- провести сравнительный анализ эффективности оптимизированных методов андрогенеза и гаплопродюсера Z. mays в системах in vitro и дать оценку гаплопродукционной способности гибридов F1 и родительских сортов T. aestivum для биотехнологической и селекционной практики;
- создать на базе гибридов F1 T. aestivum диплоидизированные гаплоидные линии (ДГ-линии) с применением оптимизированных методов андрогенеза и гаплопродюсера Z. mays в системах in vitro;
- изучить и провести сравнительную оценку созданных ДГ-линий по комплексу хозяйственно-полезных признаков и устойчивости к биотическим и абиотическим стрессорам в условиях Центра Нечерноземной зоны РФ;
- выделить лучшие ДГ-линии в сравнении со стандартным сортом и лучшими родительскими сортами с целью их вовлечения в селекционный процесс в качестве источников лимитирующих признаков.
Научная новизна. Закономерности процессов регенерации гаплоидных растений, зависимости морфогенеза микроспор в культуре пыльников и гапло-эмбриогенеза in vitro от факторов оптимизации различного генезиса и их эффективности впервые выявлены на гибридах F1 T. aestivum, созданных на базе сортов различного эколого-географического происхождения. Установлено, что проявление эффекта гетерозиса способствует повышению выхода гаплоидных хлорофиллоносных регенерантов при получении F1 T. aestivum от родительских форм, обладающих различной отзывчивостью к андроклинии и гаплопродюсированию. Показано преимущество в практической значимости метода гаплопродюсера в системе F1 T. aestivum - Z. mays в сравнении с методом андрогенеза в культуре пыльников in vitro за счет более высокого оптимизационного потенциала in summa по таким основным показателям, как: продолжительность индукции и регенерации гаплоидов, процент выхода абнормальных и хлорофиллоносных регенерантов, степень их выживаемости. Радикальным способом повышения эффективности метода гаплопродюсера является использование смесей пыльцы линий Z. mays, обладающих различными гаплоиндукционными свойствами и предстимуляция донорского колосового материала F1 T. aestivum эпибрассинолидом.
Обоснована эффективность использования методов гапло-биотехнологии в сочетании с гибридизацией и одновременным отбором в различных агроэкологических условиях испытания по комплексу хозяйственно-полезных признаков ДГ-линий яровой мягкой пшеницы для получения ценного селекционного материала и ускоренного выведения сортов. Создан новый сорт яровой пшеницы с применением гаплоидии.
Практическая ценность исследований. На основании проведенных исследований предложены оптимизации методов андрогенеза в культуре пыльников и гаплопродюсера Z. mays in vitro, а также даны их сравнительные оценки эффективности для применения в биотехнолого-селекционной практике яровой мягкой пшеницы.
На основе анализа компетенций к андроклинному развитию микроспор и гаплопродюсированию в системах in vitro у 20 реципрокных гибридов F1 T. aestivum и оценки по комплексу хозяйственно-полезных признаков ДГ-линий, созданных на их базе, выделены лучшие гибридные комбинации и образующие их родительские сорта по сочетанию гаплопродукционной способности и селекционной ценности.
Создана и изучена в условиях Центрального района Нечерноземной зоны РФ 41 перспективная ДГ-линия яровой мягкой пшеницы, вовлеченные в селекционный процесс в лаборатории селекции и первичного семеноводства яровой пшеницы ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка» в качестве источников лимитирующих признаков.
С применением методов гаплоидии создан новый сорт яровой мягкой пшеницы Лиза, переданный на Государственное сортоиспытание в 2011 г.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на научно-практической конференции «Проблемы селекции и технологии возделывания зерновых культур (ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка», 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Конкурентоспособная научная продукция – АПК России» (ГНУ ТатНИИСХ, Казань, 2011 г.), 2ой Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 135-летию А.И. Стебута «Проблемы и перспективы аграрной науки в России» (ГНУ НИИСХ Юго-Востока, Саратов, 2012 г.), научно-практических встречах «Клуб директоров» (бизнес-школы MBA и EMBA «Сколково», 2011-2012 гг.) и на заседаниях научно-технического совета ГНУ Московского НИИСХ «Немчиновка» (2006-2012 гг.), материалы работ использованы в научно-практической передаче «Аграрный вопрос» от 13 февраля 2012г., телеканал «АГРО-ТВ» ().
Часть научно-исследовательских работ выполнена при поддержке государственного гранта «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» по Московской области РФ, государственный контракт № 10016р/14298 от 20 марта 2012 г. на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ: «Оптимизация биотехнологии массового получения дигаплоидизированных линий яровой мягкой пшеницы в системе гаплопродюсера».
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано четыре печатных работы, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 243 страницах машинописного текста, состоит из 6 глав, выводов, предложений и рекомендаций для биотехнологической и селекционной практики, 67 таблиц, 34 рисунков, 10 приложений и списка использованной литературы, включающего 280 источников, из них 150 на иностранных языках.
