Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 5
1.1 Биологические особенности роста и развития белокочанной капусты . 5
1.2. Использование гетерозисного эффекта в растениеводстве 10
1.3. Гетерозисный эффект у капусты 16
1.4. Основные методы получения гибридных семян капусты 20
1.5.Определение комбинационной способности 27
2. Цель, задачи, материалы и методика проведения исследований... 33
2.1. Цель и задачи исследований 33
2.2. Материал, методика и условия проведения исследований 34
3. Изучение исходного материала для селекции на скороспелость 43
3.1 . Оценка коллекционных образцов ранней белокочанной капусты 43
3.2.Оценка исходного материала по наличию в нем самонесовместимых особей 50
4. Устойчивость линий капусты к фузариозному увяданию и киле 53
4.1 Устойчивость самонесовместимых инбредных линий ранней белокочанной капусты к фузариозному увяданию 53
4.2 Устойчивость самонесовместимых линий ранней белокочанной капусты к киле 56
5. Влияние срока посева на прохождение морфогенеза маточных растений, формирование и строение семенников самонесовместимых линий ранней капусты и завяз ываемость семян при гейтеногамном опылении 58
6. Комбинационная способность самонесовместимых инбредных линий 72
6.1 Продолжительность вегетационного периода 72
6.2 Дружность формирования кочанов 77
6.3 Средняямассакочана 80
6.4 Диаметр розетки листьев 84
6.5 Величина внутренней кочерыги... 86
6.6 Растрескиваемость кочана 89
6.7 Общая характеристика ОКС самонесовместимых линий по основным хозяйственно ценным признакам 93
7. Характеристика семенных растений самонесовместимых инбредных линий по биологическим признакам и семенной продуктивности при диаллельном скрещивании 96
8. Хозяйственно полезные признаки у лучших гибридов и их генетический анализ 102
8.1 Результаты предварительного испытания перспективных Fi гибридов 102
8.2 Анализ генетического контроля признаков у лучших гибридов 106
9. Экономическая эффективность производства ранней белокочанной капусты 109
Выводы 111
Предложения для селекционных учреждений 113
Список литературы 114
Приложение 134
- Биологические особенности роста и развития белокочанной капусты
- Материал, методика и условия проведения исследований
- Оценка коллекционных образцов ранней белокочанной капусты
- Продолжительность вегетационного периода
Введение к работе
Белокочанная капуста — одна из главных овощных культур в России. Около 10% от всей площади, занятой этой культурой занимает скороспелая ^ капуста, которая обеспечивает население свежей продукцией в весенне-летний период.
В последнее время отдается предпочтение именно гетерозисным Fi гибридам, как более технологичным, совмещающим в себе большинство положительных качеств родительских форм и обладающим неоспоримым преимуществом по выравненности кочанов по сравнению с сортами.
В Государственном реестре селекционных достижений Российской Федерации за 2004 г. в раннеспелой группе ранние гибриды составляют более 66% гибридов и только последние 2 года получены 2 ультраранних гибрида Чесма (Германия) и Экспресс (Селекционная станция им. Тимофеева). Этого явно недостаточно. Вопрос создания ультрараннего гибрида Fi скороспелой белокочанной капусты для Нечерноземной зоны с комплексом хозяйственно ценных признаков на основе новых инбредных линий, дающих при скрещивании высокий гетерозисный эффект является V/ актуальным.
Для получения новых гибридов с заданными параметрами необходимо создание нового исходного материала для селекции, разработка более совершенных методов и технологий, а так --же широкое изучение \^ генетической природы хозяйственно ценных признаков капусты.
Биологические особенности роста и развития белокочанной капусты
Белокочанная капуста - двулетнее растение из семейства крестоцветных (Gruciferae) рода Брассика (Brassica). Для характеристики жизненного цикла растений пользуются двумя терминами: рост и развитие, которые неотделимы друг от друга. Под ростом понимают необратимое увеличение линейных размеров, поверхности, объема, массы растительного организма, новообразование структур цитоплазмы (хлоропластов, митохондрий и т.п.), происходящие в клетках. Рост представляет собой интегральный процесс и является результатом функциональной деятельности органов и растительного организма в целом. Под развитием растений понимают качественные физиологические, биохимические и морфологические изменения при новообразовании элементов структуры организма, которые обуславливают прохождение растением определенных этапов жизненного цикла - онтогенеза. о Изучение онтогенеза капусты проводились исследователями А.П Федуловой (1957), А.С Кружилиным. и З.Г. Шведской (1961, 1970), Ф.М. Куперман, Е.И.Ржановой (1963), И.Е. Китаевой, И.Я. Марьяхиной (1964), Т.В. Лизгуновой (1984) и др. Онтогенез капусты включает ряд периодов, каждый из которых характеризуется определенными физиологическими изменениями и образовательными процессами. Существуют различные методы установления этих периодов: по делению на фенологические фазы (всходы, рассада, хозяйственная годность и др.), на возрастные изменения (юность, зрелость, старость), на стадии развития (яровизация, световая) (Боос Г.В., Азаренок Т.М., Романовский Н.Н., 1983). По Т.В. Лизгуновой (1984), растения капусты проходят несколько этапов в своем жизненном цикле: 1) прорастание семян и появление всходов, 2) начальный рост розетки и корней, 3) накопление листовой массы и дальнейшее развитие корневой системы, 4) образование используемых органов, 5) образование соцветия, 6) цветение, 7) плодообразование и созревание семян. Эти этапы капуста проходит в течение двух лет. Семена капусты быстро прорастают. При благоприятных условиях (хорошая всхожесть, температура 18С...20С, достаточная влажность почвы, неглубокая заделка семян) всходы появляются на 3-4Й день (Красовская И. В., 1955; Hormes Е., Kretschemer М., 1987). В фазе семядолей начинают образовываться боковые корни первого порядка. Корневая система в этот период состоит из главного корня (длина 12-15 см) и 25-30 боковых корней. Т.В. Лизгунова (1984) отмечает, что на 7-12й день после появления всходов растения приступают к образованию настоящих листьев и боковых корней второго порядка. Длина главного корня достигает в этот момент 24 см. Первые листья развертываются медленно. Затем процесс последовательно ускоряется, причем ранние формы и сорта имеют более быстрые темпы нарастания листьев по сравнению с поздними: в среднем на развитие очередного листа у ранней капусты приходится 6-8 дней, в то время у позднеспелых форм в нашей зоне 10-12 дней (Модестова Н.А., 1978).. Замедленный рост растений после пересадки сменяется максимальным нарастанием листовой розетки и корней. Максимальное число листьев розетки образуется на 50-703 день после посадки. Г.В. Боос, Т.М. Азаренок, Н.Н. Романовский (1983) отмечают, что у белокочанных форм капусты отрастание листьев происходит до самого конца вегетационного периода. Авторы указывают, что в фазу накопления листовой массы растения образуют за пятидневку от 1 до 5 листьев. При интенсивном нарастании листьев капуста нуждается в калии и особенно в азоте. Одновременно возрастает и потребность во влаге. По способности извлекать из почвы влагу и расходовать ее капусту относят к третьей группе. Растения этой группы плохо добывают влагу из почвы и расходуют ее неэкономно. Суммарная испаряющая поверхность листьев сильно превосходит площадь всасывающей части корневой системы. Соотношение составляет 1:11(Максимов Н.А., Козименко Е.И., 1950; Матвеев В.П., Рубцов М.И.Д985). За 1-2 декады до формирования максимальной ассимиляционной поверхности листьев начинается процесс формирования кочана. Масса листьев в эту фазу составляет около 50-60% от максимальной (Лизгунова Т.В.,1984). По B.C. Дьяченко и Н.А. Палилову (1964), образование кочана у белокочанной капусты - результат непрекращающегося роста растения при задержке его развития. При некотором затемнении у внутренних листьев сильнее начинает расти дорзальная сторона, и края пластинок заворачиваются вверх и внутрь. Лучшая температура для образования кочана Лизгуновой Т.В. (1959) замечено, что по мере отхождения от кочана зеленых кроющих листьев он приобретает белую окраску ("отбеливается"), а при достижении хозяйственной годности становится слегка блестящим. Но и после этого кочаны продолжают увеличиваться в размерах. Переход от вегетативного состояния к репродуктивному сопровождается изменением морфологического строения конуса нарастания почки, которое приводит к формированию соцветия. Для вегетативной фазы конуса нарастания капусты характерна их полукруглая форма (Василевская В.К., Лизгунова Т.В., 1951). А.С. Кружилин, З.М. Шведская (1960,1970), В.А. Бакулина, К.А. Белехова и др. (1982), отмечают, что конус нарастания кочанной капусты при переходе его из вегетативного состояния в генеративное проходит пять фаз (этапов) морфогенеза: - вытягивание конуса нарастания и расширение его основания ГО -- го иЗ листьев и у основания конуса округлых боковых почек; - в пазухах листовых зачатков образуются боковые почки, конус нарастания покрывается большим количеством мелких бугорков, одни из которых являются зачатками листьев, другие почек; - конус имеет ряд бугорков листьев и почек, ниже располагаются зачатки значительно удлиненных листьев; - ближайшие к вершине конуса нарастания почки начинают формироваться в цветки; - формирование тычинок и образование в последних пыльцы; И.Е. Китаєва, И.Я. Марьяхина (1964), И.Е. Китаєва (1977) выделяют лишь три фазы: 1) нарастание главного конуса, 2) образование в конусе нарастания меристематических бугорков, 3) формирование органов цветка. Морфологические и физиологические изменения точки роста, связанные с переходом растения к формированию генеративных органов изучал японский ученый N. Okuda (2000), который выявил взаимосвязь этих аспектов со сроками цветения и семенной продуктивностью. Т. Kato (1965), Т. Kato und A. Sooer (1980), наблюдали в период дифференциации точек роста семенных кочерыг капусты повышенную концентрацию Сахаров. С началом дифференциации содержание Сахаров сильно снижается, но усиливается образование азотистых веществ и необходимых для вновь образовавшихся клеток.
Материал, методика и условия проведения исследований
Для определения гетерозиса Г. Спрегом и Л. Татумом (1942) были введены понятия общей (ОКС) и специфической (СКС) комбинационной способности. ОКС выражает среднюю ценность сорта (линии) в гибридных комбинациях и измеряется средней величиной отклонения признака у всех гибридов с участием этой родительской формы от общего среднего по всем гибридам. СКС характеризует отдельные гибридные комбинации, и вычисляют по разнице между проявлением конкретного признака у гибрида и ожидаемым суммарным действием эффектов ОКС обеих родительских форм и величиной средней популяционной всех анализируемых гибридов (Пивоваров В.Ф., 1999).
Оценка комбинационной способности изучаемых сортов (линий) дает возможность исключить ненужные затраты времени и средств на получение и испытание большого количества малоценных гибридов, сконцентрировать при этом внимание на перспективном материале (Савченко В.К., 1978; Федин М.А., Силис Д.Я., Смиряев А.В., 1980; Вольф ВТ. и др. 1980).
Существуют многочисленные способы проверки комбинационной способности. По мнению А.А. Жученко (1973), наиболее приемлемые из них следующие: -диаллельные скрещивания (набор всех возможных скрещиваний между п генотипами, причем образуется п(п-1) комбинаций); -простое скрещивание, при котором получают и испытывают потомство двух линий или сортов (как правило, они используются для получения данных о специфической комбинационной способности); -топкросс - анализируемые линии или сорта скрещивают с одним или несколькими тестерами и оценивают общую комбинационную способность; -свободное опыление; -поликросс (массовое опыление). С целью выявления форм, обладающих высокой комбинационной способностью по скороспелости, урожайности и другим признакам, в Пушкинских лаболаториях ВИРа проводили изучение межсортовых, сортолинейных и межлинейных гибридов ранней белокочанной капусты. Выяснено, что наиболее перспективны для гетерозисной селекции сорта белокочанной(гапусты/центральноевропейской группы сортотипов, особенно сортотипа Дитмарская ранняя (Боос Г.В., Бадина Г.В., Буренин В.И., 1990;) Исследованиями многих ученых установлено, что для получения наибольшего гетерозиса необходимо вести подбор пар для скрещивания в первую очередь по специфической комбинационной способности (Крючков А.В., Кулиев Ш.Б., Алискер-Заде Р.Д., 1979; Крючков А.В., Монахос Г.Ф., 1983; Монахос Г.Ф., Баух В., 1984; Фам Хонг Кук, 1986; Харламов Д.М., 2000). Для практической селекции важно также провести косовенную оценку ОКС селекционного материала (Андрющенко В.К., 1987). Наличие высокой корреляционной зависимости между ОКС и фенотипическим проявлением признака (Попков Ю.Д., 1991; Бочкарев СВ., 1993; Фам Хонг Кук, 1986; Харламов Д.М., 2000) позволяет проводить предварительный подбор компонентов скрещивания по фенотипу, без предварительной оценки ОКС. Высокая комбинационная способность линий достигается непрерывным отбором лучших из них в ряду поколений инбридинга, позволяет выделить перспективный материал на основе оценки гибридов, получаемых от скрещивания линий друг с другом. На ранних этапах обычно используют различные виды скрещиваний: свободное опыление, поликросс, топкросс. Свободное опыление является самым простым приемом оценки общей комбинационной способности. Сравнение показателей растений, выращенных из оригинальных семян каждого образца и из семян, полученных при свободном переопылении, дает информацию об общей комбинационной способности (Турбин Н.В., 1967). Метод поликроссов отличается от свободного опыления тем, что для переопыления всех испытываемых образцов друг с другом их высаживают в питомнике в определенном порядке, с большим количеством повторностей. По точности и надежности в оценке ОКС метод поликроссов мало отличается от топкросса и диаллельных скрещиваний (Бондаренко Л.В., В.Г.Вольф, 1973). При топкроссе изучаемые линии или сорта скрещивают с одной специально подобранной формой (тестером). От правильности выбора тестера зависит достоверность оценки данным методом (Хотылева Л.В., 1965), а при оценке ОКС и от количества форм включенных в тестер. Использование алгоритмов статистических расчетов для определения параметров комбинационной способности при скрещиваниях генетически разнокачественных наборов родительских форм (Савченко В.К., 1978) существенно расширило возможности метода топкросса. Статистический анализ комбинационной способности в таких схемах позволяет оценить те же параметры, что и при диаллельных скрещиваниях, при значительном уменьшении объема работ. На более поздних этапах проводят диаллельные скрещивания, дающие оценку ОКС и СКС. Диаллельные скрещивания - это система, при которой испытываемые линии или сорта скрещиваются во всех возможных комбинациях (полные) или только в части комбинаций (неполные) (Гуляев Г.В., Мальченко В.В., 1975). По мере повышения гомозиготности селектируемого материала и усложнения схем скрещивания все большее значение приобретает оценка СКС, которая в сочетании с ОКС обеспечивает преимущество той или иной комбинации. Статистические методы обработки данных диаллельных скрещиваний О дают подробную информацию о характере эффектов генов, обуславливающих гетерозис по количественным признакам (Iates F., 1949; Henderson С, 1952 Jinks J., 1954, 1955; Hayman В., 1954). Исследования, проведенные в МСХА им. К.А. Тимирязева, во ВНИИССОКе и ряде зарубежных селекцентрах, и посвященные изучению комбинационной способности линий и генетике признаков в системах неполных (топкросс) и полных диаллельных скрещиваний позволили теоретически и практически доказать возможность создания Fi гибридов, удачно сочетающих признаки.между которыми, как правило, существует обратная корреляционная зависимость. Обобщение закономерностей в наследовании комплекса признаков позволило разработать принципы подбора родительских пар, позволяющие в десятки раз сократить объем селекционной работы (Крючков А.В., Монахос Г.Ф., Пацурия Д.В., 1997).
Б. Гриффингом был предложен ряд статистических методов анализа комбинационной способности, которые в свою очередь определяют системами скрещивания (Griffing В., 1956). В системе диаллельных скрещиваний для оценки комбинационной способности используют четыре экспериментальных метода, различающихся по количеству включенного в статистический анализ материала:
Оценка коллекционных образцов ранней белокочанной капусты
В настоящее время в России и за рубежом предпочтение получили Fi гибриды белокочанной капусты, отличающиеся высокой урожайностью, выравненностью, имеющие компактную розетку, дружные в созревании, устойчивые к растрескиванию, болезням и вредителям.
При создании Fi гибридов раннеспелой капусты используются самонесовместимые линии, полученные посредством длительного инбридинга. Размножение самонесовместимых инбредных линий осуществляется в основном вручную гейтеногамным опылением вскрытых бутонов. Эта работа очень трудоемкая, ее эффективность во многом определяется уровнем квалификации операторов, биологическим состоянием маточных растений и генетическими особенностями линий (Крючков А.В., Воробьева Н.Н., 1984). В связи с этим размножение линий, которые вследствие длительного инбридинга отличаются пониженной жизнеспособностью и низкой семенной продуктивностью - главная проблема, сдерживающая производство гибридов.
Наиболее благоприятные условия для роста и развития растений линейного материала складываются в сооружениях защищенного грунта, в нашем случае пленочная теплица с аварийным обогревом.
При размножении исходных инбредных линий скороспелой капусты важное значение имеет выбор оптимального срока посева и возраст растений . подвергаемых яровизации. Посев семян в открытый грунт проводили в три срока: 20.07, 1.08, 15.08 при площади питания 15x5 см. В середине октября растения пересаживали в пленочную теплицу ОПХ «Быково». Схема посадки Срок посева оказал значительное влияние на физиологическое состояние растений, на биометрические показатели, сохранность растений в теплице, на морфофизиологическое развитие растений, на строение семенников раннеспелой капусты. Как видно из результатов, представленных в табл. 10, наблюдалось неодинаковое развитие растений в зависимости от срока посева. За счет более длительной вегетации в открытом грунте наиболее крупные растения сформировались при раннем сроке посева, масса которых в среднем по образцам составила 72Д г. на растение. При втором сроке посева средний показатель массы снизился до 20,5. При посеве 15 августа растения попадают в крайне неблагоприятные для роста условия низких положительных температур и короткого дня, поэтому отстают в росте и формируют вегетативную массу только 2,4 г. Срок посева оказал существенное влияние и на формирование диаметра стебля маточных растений (табл. 11). Наибольший диаметр стебля формируется при посеве 20.07 и составляет в среднем 0,97 см., тогда как при посеве 1.08 этот показатель снизился на 64,7%, а при посеве 15.08 на 75,3% и составляет 0,44 и 0,24 см. соответственно. Наблюдалось неодинаковое накопление фотосинтезирующих листьев маточных растений в зависимости от срока посева (табл. 12). За счет более длительной вегетации в открытом грунте наибольшее число листьев сформировали растения первого срока -8,9 листьев на одно растение. Данный показатель при втором сроке снизился на 26,9% . При посеве 15.08 растения формировали .3,7 листьев на одно растение, что на 58,4% меньше показателя при посеве 20.07. Срок посева оказал влияние на прохождение яровизации у маточных растений раннеспелой капусты, выращиваемой в теплице (табл.14). Маточные растения позднего срока посева не успели пройти яровизацию и перейти к формированию генеративных побегов. Доля растений перешедших к цветению при посеве 1.08 составляет 95,2%, тогда как при посеве 20.07 этот показатель достигает 100%. Самый низкий показатель данного признака отмечен при последнем сроке посева и составляет 40,45% Высота семенных растений в зависимости от срока посева варьировала в большом диапазоне от 1,79 м. до 2,72 м. (табл.15). У всех изучаемых образцов наибольшая высота была отмечена при втором сроке посева (1 августа). Растения третьего срока превышали первый срок по данному показателю на 1,5 -5%.
Продолжительность вегетационного периода
Продолжительность вегетационного периода- один из главных показателей, характеризующий сорт или гибрид скороспелой капусты. В селекции на скороспелость необходимо сочетание в лучшей комбинации, как высокой урожайности, так и возможности более раннего получения товарной продукции.
По данным Т.В. Лизгуновой (1984), признак скороспелости является наиболее широко варьирующим. Характер его наследования изучался подробно многими исследователями (Студенцов О.В., 1971; Fabig F., 1963; Dickson M.N., Carruth A.F., 1967; Swamp V., Sharma B.R., 1965). Т.В. Лизгунова (1966), O.H.Pearson (1931), которые отмечали гетерозис по скороспелости проявляющийся, как правило, при скрещивании форм отличающихся по продолжительности вегетационного периода, морфологии и географическому происхождению. Однако большая часть гибридов Fi показывала промежуточный характер наследования признака, часто с уклоном к материнскому сорту. Ряд более поздних исследований указывает на проявление скороспелости у гибридов Fi наряду с гетерозисом по урожайности, что очень ценно в практической селекции (Крючков А.В., Алискер-Заде, Кулиев Ш.Б., 1979; Артемьева А.М., 1983, 1985; Крючков А.В., Фам Хонг Кук, 1986). Установлено, что у скороспелой капусты главным в генетическом контроле продолжительности вегетационного периода является неполное доминирование. Выяснено, что признак скороспелости контролируется аддитивными и доминантными генами, причем доля первых эффектов больше, наблюдается так-оке комплементарный эпистаз.
В 2004 году по признаку продолжительности вегетационного периода у изучаемых генотипов белокочанной капусты выявлены значительные отличия: у родительских линий размах варьирования признака от 98 суток (линия П11) до 126,0 (линия К13); у гибридов Fi от 92 у ТР1 їх ДФ21 до 120 у Р21хСо11. У стандартов Казачок Fb Трансфер Fb Экспресс Fi, вегетационный период составил соответственно 98, 103 и 96 { суток соответственно. Дисперсионный анализ изучаемых образцов показывает существенные различия по общей и генотипической изменчивости этого признака (табл. 3 приложения). Дисперсионный анализ указывает о наличии достоверных различий между гибридами по изучаемому признаку. В результате дисперсионного анализа комбинационной способности (табл. 4 приложения) выявлены существенные различия между линиями по ОКС и СКС, а также реципрокным эффектам. В наших исследованиях наиболее скороспелым стандартом был гибрид Экспресс Fi, вегетационный период которого составил 96 дней. Однако 3 гибрида, созданные при скрещивании линий С22 х К13, Coll х Tpll, ТрПх Дф21 опережали лучший стандарт на 1-4 дня (табл.20). Самым скороспелым оказался гибрид ТрПх Дф21, вегетационный период которого составил 92 дня. Высокой ОКС по данному признаку обладают линии КІЗ, Ф31, Дф21, однако гибриды, полученные при участии этих линий не самые скороспелые. Поэтому они неперспективны в работе с этим признаком. Минимальными эффектами ОКС обладают линии С22, Три, ПИ, Coll, Р21 - их следует использовать при селекции скороспелых гибридов Fi. Эффекты СКС в комбинациях скрещиваний также варьировали в широких пределах от -7,44 до 6,41 дней (табл.21). Максимальное значение эффекта СКС отмечено в комбинации Р21хСо11, а минимальное в Дф21хТрП. Кроме того, отмечены существенные различия между вариансами СКС. Дисперсионный анализ генетических факторов по Хейману (табл.5 приложения) выявил существенные различия между линиями по аддитивным и доминантным эффектам генов (существенность а и Ь). Доминантные эффекты генов преимущественно разнонаправлены, гены, проявляющие доминирование распределены между линиями неравномерно (несущественность bi и существенность Ьг). Важную роль в контроле признака играют специфические для комбинаций скрещивания аллельные и неаллельные взаимодействия генов (существенность Ьз). Различия между линиями по материнским и реципрокным эффектам существенны. Различия между линиями по ОКС определяются аддитивными и доминантными эффектами генов с преобладанием последних. Различия по СКС — ассимметричностью распределения доминантных генов между линиями и специфическими неаллельными взаимодействиями, представленными в основном комплементарным эпистазом, на что указывает анализ взаимосвязи варианс гибридов (Vr) и коварианс родитель потомок (Wr). 76 Коэффициент регрессии Wr/Vr не —существенно отличается от L/ единицы (Ь=0,84). Линия регрессии справа от линии единичного наклона и пересекает ось Wr в ее отрицательной части, но очень близко к нулевой ? отметке. Данное обстоятельство говорит о наличии в контроле признака комплементарного эпистаза и сверхдоминирования (рис. 3). Это подтверждает соотношение Hi/D=l,31. В большинстве локусов наблюдаем преобладание доминантных генов (FX)). Средняя степень доминирования в каждом локусе V(H]/D)=1,15 полная. Уровень доминирования в разных локусах сильно варьирует - компонента V2 F/V{D (HrH )) не равна единице. Доминантные и рецессивные гены, определяющие признак распределены неравномерно 1/4Н2/Н1 # 0,25, что может оказать влияние на проявление признака у гибридов.
