Введение к работе
Актуальность темы. Горох - основная зернобобовая культура в нашей стране, имеющая разнообразное использование: продовольственное, кормовое, сидерационнное. Современные биотехнологии открывают новые возможности использования гороха в технике (получение спирта, биодеградирующих полимеров и др.), в медицине и фармацевтике.
Производство гороха в Российской Федерации в 2007 году составило 871040 т, производственные площади занимали 744500 га. Средний урожай составляет 11,69 т/га, что почти 4 раза меньше по сравнению с максимальными мировыми достижениями (). Это в большой степени определяется не полным соблюдением технологий возделывания культуры, тем не менее, создание продуктивных и адаптивных сортов, соответствующих агроклиматическим условиям нашей страны, остается актуальной задачей российской селекции.
Ключевую роль в создании таких сортов должен играть исходный материал для селекции, источником которого служит коллекция гороха ВИР. Генофонд гороха, сохраняемый в коллекции, отражает все мировое разнообразие этой ценной экономически значимой культуры: по происхождению, направлениям использования и селекционному статусу образцов (малоокультуренные формы, сорта местной и научной селекции, селекционный материал). Оценка разнообразия, сохраняемого в коллекции и его систематизация всегда были основными задачами работы ВИР. Выявление характера изменчивости признаков, определяющих продуктивность культурных растений, позволяет определить эффективную методологию поиска уникальных генотипов для селекции. Одним из путей поиска таких генотипов является выявление адаптивных и пластичных образцов, образцов с узкоспециализированной адаптивностью и образцов со стабильной продуктивностью в меняющихся условиях среды, так называемых сортов широкого ареала (Жученко, 2004). Методической основой поиска таких генотипов является эколого-географический скрининг генофонда. Известно, однако, что стабильность в агрономическом понимании не означает общего фенотипического постоянства в различных условиях среды, а касается в первую очередь хозяйственно ценных признаков, в особенности, продуктивности и вегетационного периода (Allard, Hansche, 1964). Такая стабильность в действительности может быть связана с широкой изменчивостью некоторых морфологических и физиологических признаков. Поэтому, существующие системы классификации генофонда, основанные на морфобиоло-гических признаках могут не совпадать с его дифференциацией по экологической стабильности образцов. Выявление основных признаков, определяющих продуктивность, и закономерностей связей этих признаков в меняющихся условиях среды, актуально для всех сельскохозяйственных культур, в том числе и для гороха. В связи с новыми методами ДНК-типирования образцов интересно также определить сопоставимость разных подходов к классификации: генофонда по морфобиологическим признакам, по адаптационным способностям, выявляемым в эколого-географическом изучении, и на основе молекулярного маркирования образцов.
Большинство сортов, выведенных ранее в СССР, а в последние годы в РФ, а также в странах Восточной Европы, созданы на основе самой большой из известных для гороха аг-
ро-экологических групп - среднеевропейской. Сорта этой группы отличаются большим разнообразием хозяйственных признаков и служат исходным материалом для сортов разных направлений использования. При изучении восточно-европейского генофонда гороха выявлено, что его генетическое разнообразие больше, чем у сортов западно-европейской и северо-американской селекции (Тагап, 2005). Известно, что чем шире генетическая основа исходного материала, тем шире их адаптационные возможности. Поэтому материалом для нашего исследования явились сорта восточно-европейской селекции.
Цель исследования - изучить морфологические и хозяйственно-ценные признаки гороха восточно-европейского происхождения из коллекции ВИР в разных условиях среды, выявить фенотипическое разнообразие и выделить стабильные по продуктивности образцы. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Изучить основные морфометрические признаки у выборки из 113 образцов гороха в трех географических пунктах с разными почвенно-климатическими условиями;
Выявить уровень фенотипического разнообразия образцов и его зависимость от условий среды;
Определить характер изменчивости и взаимосвязей основных признаков семенной продуктивности в разных географических пунктах;
Выявить наиболее значимые признаки для определения направления использования образцов;
Сравнить структуру связей признаков по группам использования, географическим пунктам и годам изучения;
Выявить образцы со стабильной продуктивностью в меняющихся условиях среды;
Осуществить молекулярное маркирование изученных образцов и определить характер их группирования на основе ДНК-типирования;
Определить степень генетического разнообразия изученных образцов.
Научная новизна и практическая ценность работы. Для 113 образцов гороха впервые проведено исследование межсортовой изменчивости и детерминированности комплекса морфологических, биологических, хозяйственно ценных и молекулярно-генетических признаков в разных условиях среды. Выявлены наиболее изменчивые и наименее варьирующие признаки. Определены факторная и корреляционная структура варьирования признаков, изменчивость уровня и структуры корреляций признаков у сортов разного типа использования. Установлены признаки, связанные с продуктивностью и классификацией сортов по типу использования. Определена реакция на условия среды у 13 хозяйственно ценных признаков, их взаимосвязь с другими признаками и типом использования образцов. Для каждого пункта изучения осуществлено группирование образцов по ряду хозяйственно-ценных признаков. Выявлены образцы стабильно продуктивные в каждом пункте и во всех пунктах изучения. Впервые проведено молекулярное генотипирование изученных образцов посредством разных молекулярных маркеров.
По итогам работы выделен и передан в селекцентры новый исходный материал, обладающий как отдельными ценными признаками (высокой семенной продуктивностью,
крупностью семян, скороспелостью), так и их комплексом. Семь образцов включены в скрещивания во ВНИИЗБК.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на научно-производственных совещаниях отдела ГР зерновых бобовых культур ВИР (2005-2007г.), полевых ученых советах ВИР, на конференции профессорско-преподавательского состава СПбГАУ (2006 г), на семинаре международного проекта ECONET (Париж, 2008). Работа поддерживалась грантом BRE0502 PGRC Agriculture and Agri-Food Canada (2005 г).
Публикации результатов исследований. По результатам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 171 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы (182 наименований, в том числе 63 на иностранном языке), содержит 43 таблицы, 26 рисунков, 16 приложений.
