ІНСТИТУТ ЗЕМЛЕРОБСТВА
ІНСТИТУТ ЗЕМЛЕРОБСТВА
УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК
МАЛІЄНКО ВАДИМ АНАТОЛІЙОВИЧ
УДК 633.63:631.527:575:631.523
СЕЛЕКЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНЕ УДОСКОНАЛЕННЯ
ЗАКРІПЛЮВАЧІВ СТЕРИЛЬНОСТІ ЦУКРОВИХ
БУРЯКІВ З ВИКОРИСТАННЯМ Як вихідного
матеріалу ЧОЛОВІЧО-СТЕРИЛЬНИХ ФОРМ
06.01.05 - селекція і насінництво
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Київ - 2001
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті цукрових буряків Української академії аграрних наук
Науковий керівник - доктор біологічних наук,
Парій Федір Микитович,
провідний науковий співробітник
лабораторії селекції цукрових буряків
Інституту цукрових буряків УААН
Офіційні опоненти - доктор сільськогосподарських наук, професор
Яшовський Іван Вікторович,
головний науковий співробітник
лабораторії селекції круп`яних
культур Інституту землеробства УААН
кандидат сільськогосподарських наук
Лободін Олег Костянтинович,
завідувач відділу селекції однонасінних
цукрових буряків Білоцерківської дослідно-
селекційної станції
Провідна установа: Білоцерківський державний аграрний
університет, кафедра селекції та насінництва
м. Біла Церква
Захист відбудеться " 21 " листопада 2001р. о 12 годині
на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д.27.361.01 при
Інституті землеробства Української академії аграрних наук
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту
землеробства УААН
Відгуки на автореферат у двох примірниках, завірені печаткою,
просимо надсилати за адресою:
Україна 08162, смт.Чабани, Києво-Святошинського району
Київської області, Інститут землеробства УААН,
ученому секретарю Спеціалізованої вченої ради
Автореферат розісланий " 19 " жовтня 2001 року.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат с.-г-.наук______________________Кравченко Л.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Цукрові буряки є однією з найважливіших сільськогосподарських культур в Україні. Для розвитку цукробурякового виробництва необхідно створення нових, більш продуктивних гібридів.
Одним з важливих етапів створення гібридів на основі цитоплазматичної чоловічої стерильності (ЦЧС) є удосконалення чоловічо-стерильних (ЧС-) форм. Покращення ЧС-форм проводиться за рахунок створення нових закріплювачів стерильності (фертильних рослин на N-плазмі, нащадки схрещування яких з ЧС-формами є чоловічо-стерильними).
Актуальність теми. Існуючі способи створення закріплювачів стерильності базуються на використанні фертильних рослин на N-плазмі як вихідного матеріалу (Балков І.Я., 1978; Бабьяж І.А. 1983; Перетятько Н.А., 1968; Перетятько Н.А., 1983; Перетятько В.Г., Перетятько Н.А. 1980). Низька частота зустрічальності рослин, які поєднують закріплювальну здатність з високими показниками за господарсько-цінними ознаками, зумовлює низьку ефективність існуючих способів створення. Одним з шляхів підвищення ефективності може стати використання кращих з існуючих ЧС-форм як донорів комплексів генів промислово-цінних ознак.
Головним напрямом селекційного використання ЦЧС у цієї культури є добір промислово-цінних закріплювачів стерильності. Відновлення фертильності у цукрових буряків досліджено недостатньо, а його практичне використання майже відсутнє. Тому розробка способів удосконалення закріплювачів стерильності буряків з використанням чоловічо-стерильних форм, яка базуєтся на відновленні фертильності, є актуальною.
Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано згідно НТП "Цукрові буряки" за тематичним планом досліджень Інституту цукрових буряків УААН №0196U012876: Проблема 02.01. "Розробити генетичні і фізіолого-біохімічні технології створення нових селекційних матеріалів цукрових буряків, стійких до несприятливих факторів середовища". Проблема 02.02. "Створити та впровадити у виробництво нові інтенсивні та конкурентноспроможні сорти та гібриди цукрових буряків, розробити способи вирощування їх насіння, які б забезпечували високий коефіцієнт розмноження".
Мета і задачі досліджень. Метою досліджень було удосконалення відомих і розробка нових способів створення закріплювачів стерильності цукрових буряків з використанням ЧС-форм як вихідного матеріалу. При цьому ставилися такі задачі:
·
Удосконалити існуючі та розробити нові схеми селекційного процесу створення промислово-цінних закріплювачів стерильності.
· Розробити способи підвищення ефективності добору закріплювачів стерильності.
· Створити вихідний матеріал та провести комплексне покращення існуючих закріплювачів стерильності з використанням розроблених способів.
Предмет досліджень: Селекційний процес удосконалення закріплювачів стерильності цукрових буряків з використанням ЧС-форм як вихідного матеріалу.
Об'єкти досліджень: Кращі ЧС-форми вітчизняної та зарубіжної селекції, закріплювачі стерильності гібридів, внесених до Державного реєстру сортів рослин України, відновлювачі фертильності цукрових буряків.
Методи досліджень: В роботі використовувались загальнонаукові та специфічні селекційні методи досліджень
·
Загальнонаукові – аналіз і синтез, дедукція та індукція, моделювання та інші.
· Спеціальні селекційні – гібридизація, добір, оцінка матеріалу, зворотнє схрещування.
Наукова новизна одержаних результатів полягає:
·
У експериментальній розробці високоефективних способів удосконалення закріплювачів стерильності, які дозволяють залучити до селекційного процесу ЧС-форми як вихідний матеріал та у створенні з застосуванням розроблених способів нових закріплювачів стерильності, використаних при створенні материнського компоненту нових патентноспроможних гібридів (CЦ970313 і СЦ000834).
· У виявленні особливостей прояву і генетичного контролю явища закріплення стерильності у гібридів від схрещування стерильних і фертильних генотипів на S-плазмі, обумовлених ефектом дози двох домінантних генів відновлення фертильності.
· У встановленні ефектів між ступенем експресії ознак стерильність-фертильність з елементами продуктивності і темпами росту корінців цукрових буряків.
Практичне значення одержаних результатів полягає:
·
У відпрацюванні технології покращення закріплювачів стерильності та розробці способів її здійснення (на які одержано 7 патентів) з використанням ЧС-форм, як вихідного матеріалу, яка забезпечує підвищення ефективності селекційного процесу.
· У створенні закріплювачів та їх ЧС-аналогів (лінії 220–96, 222–96), використаних як компоненти нових гібридів СЦ970313 і СЦ000834, які забезпечили підвищення виходу цукру відповідно на 15.0 та 8.8% (гарантована прибавка становить, відповідно, 6.03 та 3.21%) і рекомендовані до передачі на державне сортовипробування.
·
У створенні на основі промислово-цінних ЧС-форм фертильних рослин на S-плазмі різних поколінь бекросу, які можна використовувати як вихідний матеріал в селекції цукрових буряків.
Особистий внесок здобувача Протягом 1995-1997 років автор виконував роботи по створенню ЧС-форм з відновленою фертильністю і покращенню за їх рахунок закріплювачів стерильності. Всі експериментальні матеріали, використані в дисертації, одержані за участю автора. Ним здійснено аналіз і узагальнення результатів, сформульовано висновки та рекомендації, за його безпосередньою участю підготовлено опубліковані матеріали та патенти.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації щороку обговорювали на засіданнях лабораторії цитології і генетики Інституту цукрових буряків УААН, засіданнях методичної комісії Інституту цукрових буряків УААН, міжлабораторному семінарі відділення агроекобіотехнології Інституту агроекології та біотехнології УААН. Основні положення результатів роботи були заслухані на Міжнародній конференції молодих учених "Вчимося господарювати" (Чабани, 1999).
Публікації. Матеріали дисертації викладено в 4 статтях, 1 тезах, на розробки за темою роботи одержано 1 авторське свідотство на сорт рослин та 7 патентів.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, семи розділів, висновків, рекомендацій селекційній практиці та виробництву, списку літературних джерел, додатків. Основний матеріал викладено на 146 сторінках машинописного тексту, який включає 21 таблицю, 9 рисунків. Бібліографічний список містить 154 роботи, з них 44 - іноземних авторів.
ЗМІСТ РОБОТИ
Сучасна теоретична база селекції гібридів цукрових буряків на основі цитоплазматичної чоловічої стерильності (огляд літератури)
В розділі розглянуті сучасні уявлення про причини та механізми виникнення властивості ЦЧС, особливості прояву і спадкування явища ЦЧС у цукрових буряків, особливості фенотипового прояву ознаки ЦЧС та системи класифікації; цитологічні, гістохімічні та молекулярно-біологічні аспекти прояву ЦЧС, ядерний контроль ознаки стерильність-фертильність у цукрових буряків. Приведені дані щодо використання ЦЧС в селекції цукрових буряків. Критично розглянуто основні підходи до удосконалення ЧС-ліній.
Умови, об`єкти та методи досліджень
Дослідження проводилися впродовж 1995-1997рр. на експериментальній базі Інституту цукрових буряків Української академії аграрних наук "Олександрія" (м.Біла Церква, Київська область) та в селекційно-тепличному комплексі Білоцерківської дослідно-селекційної станції (с.Селекційне, Білоцерківський район, Київська область). Експериментальна база розташована в зоні Лісостепу. Його грунтово-кліматичні та погодні умови в 1995-1997 роках в цілому були сприятливі для вирощування цукрових буряків.
Робота проводилась з закріплювачами стерильності гібридів, внесених до Реєстру сортів рослин України, "Авангард" (КС0081), Кубанський ЧС36 (1628), Київський ЧС62 (КС 34) та гібридів між ними. В роботі використовувалось ЧС-форми високопродуктивних гібридів вітчизняного та зарубіжного походження: Х13, Л-2, ЧС17, ЧС19, ЧС 22, ЧС 24, ЧС 33, ЧС 94, 5082, 5103, 5105, NR1, NR2, Mar-MS, ЧС 2, Ал 376 та інші. Донорами генів відновлення фертильності були рослини, відібрані з сортів-популяцій "Північнокавказький однонасінний – 42" (СКО-42), та "Первомайський церкоспорозостійкий" (Пцер).
В роботі проводились парні і групові схрещування в полі і теплиці. У рослин в фазі масового цвітіння візуально визначали ознаку стерильність-фертильність. За ступенем прояву ознаки стерильність-фертильність рослини поділяли на 5 фенотипових класів.
Також визначали продуктивні показники коренеплодів: масу-зважуванням і цукристість-поляриметрією.
В роботі використовували такі статистичні методи:
·
Прогнозування виникнення з певною імовірністю рослин з необхідним сполученням генетично обумовлених ознак (Плохинский Н.А., 1966).
· Для оцінки відповідності фактичних результатів досліджень теоретичним гіпотезам генного контролю ознак стерильність-фертильність використовували метод c2 (Плохинский Н.А., 1966).
· Для оцінки вірогідності різниць результатів дослідів використовували метод дисперсійного аналізу (Доспехов Д.Н., 1975).
Створення ЧС-форм з відновленою фертильністю
Для передачі генів від ЧС-форм необхідно створення посередника(ЧС-ВФ), який би був фертильним і ніс значну частку генів вихідної ЧС-форми. Для його створення стерильні рослини вихідної ЧС-форми схрещували з відновлювачем фертильності. Так передавали гени відновлення фертильності, завдяки яким формується життєздатний пилок на фоні стерилізуючої дії S-плазми. Фертильні рослини на S-плазмі використовували як запилювач для стерильних рослин вихідної ЧС-форми. Таким чином у ряді беккросів витісняли гени відновлювача фертильності генами вихідної ЧС-форми (рис. 1).
Одним із завдань роботи було – оптимізувати технологію створення ЧС-ВФ. Для цього було виконано визначення оптимальної кількості матеріалу, відпрацювання методики робіт у полі і теплиці, розробка системи заходів, спрямованих на підвищення ефективності і надійності селекційного процесу та їх експериментальна перевірка.
1) Відновлення фертильності зі збереженням генотипу.
2) Покращення існуючих закріплювачів стерильності шляхом схрещування їх з ЧС- формами з відновленою фертильністю.
1.
2.
3.
4.
Рис. 1. Схема покращення закріплювачів стерильності з використанням ЧС-форм як вихідного матеріалу.
Було проведено перевірку тригенної моделі ядерного контролю ЦЧС, на якій базувались розрахунки кількості вихідного матеріалу. У 15 родин загальною чисельністю 513 рослин проаналізовано співвідношення фенотипових класів за ознакою стерильність-фертильність. З перевірених родин 10 (345 рослин) виявили високу відповідність співвідношення фенотипових класів за ознакою стерильність-фертильність, що спостерігалось, до того, що очікувалось при тригенній системі ядерного контролю ЦЧС (?2=1,468, n=4, 0,80<P<0,90 ) (табл. 1). В 5 родинах співвідношення фенотипових класів не відповідало очікуваному і сильно варіювало (табл. 2). Батьківською формою цих родин була напівфертильна рослина, яка несе домінантні алелі не трьох, а двох генів відновлення фертильності. Ступінь відновлення фертильності нащадків такої рослини не відповідає очікуваному і сильно варіює. Дослідження показали, що тригенна модель придатна для прогнозування частоти виникнення фертильних рослин при створенні ЧС-ВФ. Фактична частота виникнення фертильних рослин склала 12.4%, що близько до очікуємої.
Таблиця 1
Характеристика розщеплення гібридів ВСN від схрещування ЧС-форм з фертильними рослинами на S-плазмі гетерозиготними за трьома генами відновлення фертильності
№ п/п Фенотипові класи за ознакою стерильність-фертильність Кількість рослин Критерії відповідності
фактична очікувана
Шт. частка c2 Р
1 Сумарно всіх класів 345 345 8/8 1,468 80<P<90
2 ЧС 0 124 129,38 3/8 0,233
3 Ѕ ?С 1 85 86,3 2/8 0,018
4 Ѕ ?С 2 43 43,1 1/8 0,000
5 Н/Ф 51 43,1 1/8 1,216
6 Ф 43 43,1 1/8 0,000
Таблиця 2
Характеристика розщеплення гібридів ВСN від схрещування ЧС-форм з фертильними рослинами на S-плазмі гетерозиготними за двома генами відновлення фертильності
№ п/п Фенотипові класи за ознакою стерильність-фертильність Кількість рослин Критерії відповідності
фактична очікувана
Шт. частка c2 Р
1 Сумарно всіх класів 168 168 4/4 28,166 80<P<90
2 ЧС 0 76 84 2/4 0,842
3 Ѕ ?С 1 38 42 1/4 0,421
4 Ѕ ?С 2 10 0 0 10
5 Н/Ф 31 42 1/4 3,903
6 Ф 13 0 0 42
Виходячи з напрацьованого досвіду, оптимальна кількість матеріалу, яка забезпечує ефективне здійснення селекційного процесу, складає ”100 рослин на генотипову комбінацію. Вони повинні належати мінімум до трьох родин - нащадків парного схрещування, тому що у третині випадків у запилювачі відбирається напівфертильна рослина, відновлююча здатність якої менша, ніж у фертильної і сильно варіює. Це підвищує ризик втрати родин, де запилювачом була фертильна рослина. В процесі роботи також було відпрацьовано технологію створення ЧС-форм з відновленою фертильністю, яка дозволяє ефективно здійснювати селекційний процес, при здійсненні системи заходів, передбачених розробленою технологією.
За період проведення (1995-1997 роки) досліджень опрацьовано 126 родин (2719 рослин). Протягом цього періоду у такий спосіб було створено ЧС-ВФ на базі ЧС-форм ЧС2-6-7 бекросу; Al376 та Х13 – 5-6 бекросу; Loc2, 5104, 5106, 5107 – 3-4 бекросу. Крім того було створено ряд ЧС-ВФ за участю різних за походженням ЧС-форм.
Ефект закріплення стерильності окремими функціонально-фертильними рослинами на S-плазмі
При створенні ЧС-форм з відновленою фертильністю використовували фертильні рослини з S-плазмою. Здатність утворювати пилок у таких рослин зумовлювалась дією домінантних алелів генів ядерного контролю ЦЧС, завдяки яким повинна долатись стерілізуюча дія мутантної цитоплазми S-типу. Тому вважалось, що серед нащадків схрещування фертильної рослини на S-плазмі з повністю стерильними рослинами оригінальної ЧС-форми обов`язково повинні виникнути фертильні рослини.
Проте в 1995 році в родинах № 278 та 285 функціонально-фертильних рослин не було (табл. 3), хоча батьківські запилювачі були ідентифіковані як високофертильні попереднього року схрещувань. Нащадки самозапилення і розмноження батьківських форм даних родин розмножувались того ж року під номерами 428 (183@ та 515(15Р). Відібраними з цих родин високофертильними рослинами було запилено повністю стерильні рослини вихідної ЧС-форми і рослини класу ЧС-2 з родин попереднього схрещування.
В 1996 році функціонально-фертильних рослин у гібридів з ЧС-формами знову не спостерігалось. Однак при повторному схрещуванні фертильних рослин з сімей 428 та 515 з нащадками попереднього схрещування з ЧС-формами (бекросуванні) виникало 20-30% фертильних.
Таблиця 3
Частота фенотипових класів за ознакою стерильність-фертильність в родинах F1 та ВС1, одержаних з участю закріплювачів стерильності на S-плазмі
Шифр Батьківські Клькість рослин, шт
сім'ї форми ЧС 0 ЧС 1 ЧС2 Н/Ф Ф
285/94 F1 367A/93 (ЧС Х13) х 183/93 (Х13ВС3(МС2хСКО-42)) ‹ * 1 4 13 22 0 0
31/95 ВС1 285/94 (МС2) х 428/94 0 12 29 15 12
32/95 F1 486/94 (ЧС Х13)х428/94 (183 ‹ ) 6 17 37 0 0
278/94 F1 367A/93 (ЧС Х13) х 15Ф (Х13ВС3Пцер) Р 2 5 11 8 0 0
37/95 ВС1 278/94 х 515/94 2 16 21 15 5
38/95 F1 486/94 (ЧС Х13) х 515/94 (15фР) 14 31 27 0 0
1 – самозапилення;
2 – розмноження.
Появу фертильних генотипів у нащадків ВС можна пояснити впливом дози Rf-генів на ступінь відновлення фертильності у рослин на S-плазмі. Для запилення рослин вихідної ЧС-форми використовували функціонально-фертильні рослини на S-плазмі, які мали у гомозиготному стані два "слабких" домінантних гени ядерного контролю ЦЧС (ідиотип SxxZZRfparRfpar). Відновлювальної здатності Rf-генів такого запилювача виявилось достатньо для подолання стерилізуючої дії S-плазми. При схрещуванні його з ЧС-формою, у якої всі гени контролю ЦЧС гомозиготно рецесивні, нащадки будуть мати в гетерозиготі 2 гени контролю ЦЧС. Відновлюючої здатності такого генотипу не вистачає для нормалізації процесу утворення пилку. Тому ці рослини залишаються функціонально-стерильними. При повторному схрещуванні стерильних нащадків гібридів F1 з самозапиленною батьківською формою, завдяки підвищенню дози домінантних алелів Rf-генів, виникають функціонально-фертильні рослини. А при схрещуванні ЧС-форм з фертильними нащадками самозапилення або розмноження батьківської форми всі нащадки знову залишаються функціонально-стерильними.
Такий вплив функціонально-фертильних рослин на S-плазмі на ступінь прояву ознаки стерильність-фертильність нащадками схрещування їх з ЧС-формами подібний до дії закріплювачів стерильності П-типу на N-плазмі. Тому ми назвали їх закріплювачами стерильності проміжного (П-) типу на S-плазмі.
На основі ефекту закріплення стерильності окремими функціонально-фертильними рослинами на S-плазмі було розроблено два патентноспроможних способи. Нами запропоновано спосіб створення закріплювачів стерильності П-типу на S-плазмі, який полягає у тому, що фертильну рослину на S-плазмі самозапилюють або розмножують шляхом схрещування з напівстерильною другого типу рослиною і нащадків самозапилення схрещують з ЧС-формами. Рослини, серед нащадків схрещування яких з ЧС-формами не спостерігалось функціонально-фертильних рослин, розмножують і використовують як закріплювачі стерильності П-типу на S-плазмі. На даний спосіб одержано Деклараційний патент на винахід №37710А А01Н1/04 від 15.05.2001. Також було розроблено спосіб використання закріплювачів стерильності П-типу на S-плазмі, який полягає у тому, що рослини ЧС-форми, розмножені за допомогою закріплювачів О-типу, схрещують з закріплювачем стерильності П-типу на S-плазмі. Рослини одержаного простого гібриду, хоча і не будуть відноситись до класу ЧС 0, залишаться функціонально-стерильними. Такі прості стерильні гібриди використовують як материнський компонент у схрещуваннях з багатонасінним запилювачем і використовують одержане насіння для промислових посівів цукрових буряків. На даний спосіб одержано Деклараційний патент на винахід №37708А А01Н1/04 від 15.05.2001.
Створення закріплювачів стерильності, удосконалених шляхом схрещування існуючих закріплювачів стерильності з ЧС-формами з відновленою фертильністю
Як відомо з аналізу літературних даних, вміст закріплювачів стерильності серед різних вихідних матеріалів коливається від 3 до 10%.
В наших дослідженнях протягом 1995-1997 років вивчали закріплювальну здатність головним чином у гібридів, одержаних від схрещувань закріплювачів стерильності з ЧС-формами з відновленою фертильністю у 1993 році. Вихідним матеріалом для виділення закріплювачів були гібридні нащадки 20 парних схрещувань закріплювачів стерильності з ЧС-формами з відновленою фертильністю у 9 генотипових комбінаціях.
Першу оцінку закріплювальної здатності було перевірено у 72 нащадках схрещувань закріплювачів стерильності з ЧС-формами з відновленою фертильністю. Серед них виявилось 35 (48%) закріплювачів стерильності. Повторний контроль закріплювальної здатності пройшли 23 лінії. З них 14 (61%) виявились закріплювачами О-типу. Результуюча частота зустрічальності закріплювачів О-типу матеріалу склала 29%. При доборі самофертильних і однонасінних закріплювачів слід враховувати і частоту зустрічальності цих ознак. Частка самофертильних і роздільноквіткових (однонасінних) генотипів в даному типі вихідного матеріалу складала приблизно 50% для кожної з ознак. При доборі закріплювачів стерильності безпосередньо серед гібридних нащадків схрещування закріплювачів з ЧС формами з відновленою фертильністю частка однонасінних самофертильних закріплювачів стерильності О-типу складає 7%.
При доборі закріплювачів стерильності серед нащадків самозапилення або розмноження гібридів від схрещування закріплювачів стерильності з ЧС-формами з відновленою фертильністю у першому контрольному схрещуванні закріплювальну здатність виявили 50% перевірених рослин. За рахунок того, що частка самофертильних і однонасінних рослин була значно вищою (83% і 0.58%, відповідно), частка самофертильних однонасінних закріплювачів стерильності О-типу склала 33.3 %. Це свідчить про те, що добір самофертильних однонасінних закріплювачів стерильності після самозапилення гібридних нащадків більш ефективний. Однак, тривалість селекційного процесу подовжується на одне покоління.
Здійснено ряд досліджень по створенню удосконалених закріплювачів стерильності з викорисанням як вихідного матеріалу композитних популяцій. Під терміном композитна популяція розуміємо синтетичну популяцію з істотною часткою генів більш, ніж двох вихідних форм. Основною проблемою при виділенні закріплювачів стерильності з матеріалів композитного типу є низький вміст у вихідному матеріалі закріплювачів стерильності і роздільноквіткових (однонасінних) форм. Так, з 13 проаналізованих рослин лише 3 (23%) з них виявилися закріплювачами стерильності і 5 (38%) - однонасінними. Частка самофертильних генотипів була 46%, що близько до значення цього показника для матеріалів, відібраних безпосередньо з сімей гібридних нащадків схрещування закріплювачів з ЧС-формами з відновленою фертильністю.
В зв`язку з тим, що відібрані закріплювачі могли втрачати закріплювальну здатність, для здійснення точної їх оцінки проводився повторний контроль серед кращих форм, що пройшли перший контроль. З 23 перевірених номерів 15 (65%) виявлено закріплювачами О-типу. Враховуючи частку закріплювачів, які успішно пройшли перший контроль закріплювальної здатності, загальна частка закріплювачів О-типу у вихідному матеріалі, який ми створили, складає 32,5%. Кращі з них передані для подальшого розмноження і використання в практичній селекції (табл. 4).
Ряд ЧС-форм, одержаних з використанням створених закріплювачів стерильності, було передано на випробування за міжнародною програмою "Бетаінтеркрос", де випробовувались ЧС-форми і запилювачі кращих вітчизняних та закордонних селекційних установ. В таблиці 4 вони позначені *.
Таблиця 4
Характеристика удосконалених закріплювачі стерильності на N-плазмі, створених протягом 1995-1997 років
Походження Номер у повторному контролі Вихідна сім"я № Сімей розмноження Особливі властивості
КС0081 х Х13ВС3 Пцер 178/96 430/93 277/97 О-тип, самоферт, однонасін.
116-119 319/93 228-239 О-тип, самоферт, однонасін.
120-123 319/93 240-262 П-тип, самоферт., двонасінн.
182/96 319/93 278-282 О-тип, самоферт, двонасін.
184/96 319/93 283-289 О-тип, самоферт, однонасін.
158/96 314/93 270-275 О-тип, самоферт, однонасін.
220/96* 318/93 298/97 О-тип, самоферт, однонасін.
101-111 429/93 205-222 П-тип, самостер, однонасін.
148-150 429/93 266-269 О-тип, самоферт., двонасінн.
226/96 429/93 223-229 О-тип, самоферт, двонасін.
КС0081 х Х13ВС3 СКО42 225/96 408/93 305(6,11 О-тип, самоферт, двонасін.
235/96 408/93 307-310 О-тип, самоферт, двонасін.
177/96 174/93 276/97 О-тип, самоферт, однонасін.
125-127 174/93 262-265 П-тип, самостер, однонасін.
222/96* 174/93 299-304 О-тип, самоферт, однонасін.
1628 х Х13ВС3 Пцер 186/96 317/93 290-291 П-тип, самостер, двонасін.
197/96* 403/93 292/97 О-тип, самостер, двонасін.
180/96 428/93 199-204 П-тип, самофер., двонасін.
КС0081 х (KWS5104 х (X13BC2 Пцер)) 243/96* 166/95 312/97 О-тип, самостер., двонасін.
Результати випробування ряду створених ЧС-форм у міжнародному випробуванні за програмою "Бетаінтеркрос"
Ряд ЧС-форм, створених за участю відібраних закріплювачів було передано у випробування за міжнародною програмою "Бетаінтеркрос". У 1996 році було передано дві ЧС-форми. Вони випробовувались під шифрами 9609 та 9618 (табл.5) . ЧС-форма 9609 являла собою другий бекрос з закріплювачем №197/96, який було відібрано серед гібридних нащадків схрещування закріплювача 1628 з ЧС-ВФ Х13ВС3Пцер. ЧС-форма 9618 являла другий бекрос з закріплювачем 220/96, який було відібрано з гібридних нащадків схрещування закріплювача КС0081 з ЧС-ВФ Х13ВС3Пцер. Того року у випробування поступило 30 ЧС-форм провідних вітчизняних і закордонних установ, у тому числі 10 ЧС-форм таких відомих світових селекційно-насінницких фірм як Hilleshog (Швеція) – 2 ЧС-форми; KWS (Німеччина) – 2 ЧС-форми; Danisco (Данія) – 2 ЧС-форми; Strube (Німеччина) – 2 ЧС-форми та 14 запилювачів.
У 1997 році у "Бетаінтеркрос" було передано ще три ЧС-форми. Вони проходили випробування під шифрами 9812, 9819, 9821 Форма, прийнята у випробування під шифром 9812, являла собою другий бекрос з закріплювачем 243/96. Даний закріплювач відібрано з гібридних нащадків схрещування закріплювача КС0081 з ЧС-ВФ, яка мала формулу KWS5104 x Х13ВС3Пцер. Форма, яка випробовувалась під шифром 9821, являла собою другий бекрос з закріплювача 222/96. Закріплювач 222/96 відібрано з гібридних нащадків схрещування закріплювача КС0081 з ЧС-ВФ Х13ВС3СКО-42. Прийнята у випробовування під шифром 9819 форма являла собою простий гібрид між ЧС-формою Х13 та закріплювачем 222/96. Того року у випробування було передано 43 ЧС-форми, з них 7 належало фірмам Hilleshog (Швеція) – 3 ЧС-форми; KWS (Німеччина) – 4 ЧС-форми та 12 запилювачів.
Таблиця 5
Результати випробування ЧС-форм, створених з використанням удосконалених закріплювачів стерильності, в міжнародній програмі "Бетаінтеркрос"
Шифр ЧС- Схожість, Однонасі Кількість гібридів, Середні по гібридах показники, % від групового стандарту
форми % нність, % шт Врожай коренів Вміст цукру Збір цукру Вихід цукру
9609 84,9 96,4 14 96,9 101,7 98,8 99,7
9618 86,3 84,4 13 98,6 100,9 99,7 100,3
9812 82,9 81,4 11 101,4 100,3 101,7 102,5
9819 81,3 87,6 12 100,7 99,7 100,4 101,1
9821 77,8 95,6 11 101,4 100,9 102,3 102,2
Як видно з таблиці 5 , з числа п'яти створених ЧС-форм лише одна (9609) у випробуванні показала результати гірші за груповий стандарт. Гібриди з нею також не увійшли в число тих, що забезпечили будь-яку гарантовану прибавку за результуючим показником продуктивності – вихід цукру з гектару. Інші чотири перевищували груповий стандарт за більшістю показників, причому всі за виходом цукру з гектару.
Про високі показники ЧС-форм, одержаних з використанням створених закріплювачів, свідчить також той факт, що п'ять гібридів з трьома ЧС-формами забезпечили гарантовану прибавку за показником – вихід цукру з гектару (табл. 6). Як видно з таблиці 6, у трьох з п'яти гібридів (97313, 00117, 00834) гарантована прибавка була на рівні вищому 3%. Кращі з них (97313 та 00830) рекомендовано до Державного сортовипробування. Гібрид 00117, хоча і показав гарантовану прибавку 4,81%, не відповідав стандартам за показником однонасінності.
Наведені в таблиці результати випробуваня гібридів, де материнським компонентом були ЧС-форми, створені з використанням удосконалених нами закріплювачів, в умовах жорсткої конкуренції з матерілами кращих вітчизняних та зарубіжних селекційних установ є кращим доказом високої ефективності розробленої технології селекційно-генетичного удосконалення закріплювачів стерильності з використанням ЧС-форм як вихідного матеріалу
Таблиця 6
Показники кращих гібридів на основі ЧС-форм, створених з використанням удосконалених закріплювачів стерильності, за результатами випробування у програмі "Бетаітеркрос"
970313 00117 00834 00417 00708
Материнська ЧС-форма 9618 9812 9821 9821 9812
Батьківська форма А3ММ(4х) ИТ22343 4хММ 1018 2хММ
Оригінатор батьківської форми Білоцерківська ДСС Іванівська ДСС Філія ІЦБ, Умань Білоцерківська ДСС Філія ІЦБ, Умань
Схожість,% 86 76 66 86 89
Однонасінність, % 98 82 99 97 68
Кількість місць випробування 7 7 7 7 7
Середні по гібридах показники, % від групового стандарту Урожай коренів 109,2 106,4 105,3 106,5 104,8
Вміст цукру 102,6 103,1 104,0 99,7 101,1
Збір цукру 112,4 109,7 108,4 106,2 106,2
Вихід цукру 115,0 110,3 108,8 106,6 107,8
Гарантована прибавка 6,03 4,81 3,21 1,48 1,30
Розробка та удосконалення способів створення компонентів
гібридів і отримання гібридного насіння
В процесі роботи нами було досліджено явище зв'язку ступеню прояву ознаки стерильність-фертильність і елементів продуктивності (маси та цукристості коренеплодів). У 500 коренеплодів, рендомізовано відібраних з чотирьох гібридів (Льговсько-Верхняцький ЧС31, Уладівський ЧС5, Ювілейний, Український ЧС70), було індивідуально визначено масу, цукристість і, в фазі масового цвітіння, ступінь прояву ознаки стерильність-фертильноість. Результати показали, що стерильні рослини вірогідно перевищують фертильні за масою коренеплоду (табл. 7), але поступаються перед ними за вмістом цукру. Одержані нами результати дозволили розробити "Спосіб створення гетерозисних гібридів цукрових буряків" (Патент України на винахід №17625 А01Н1/04 від 06.05.1997), який дозволяє підвищити продуктивність промислових гібридів буряків за ознакою врожай коренів за рахунок використання запилювача, здатного закріплювати стерильність. На основі цих же результатів нами було розроблено "Спосіб підвищення комбінаційної здатності буряків по ознаках продуктивності" (Патент України на винахід № 17626 А01Н1/04 від 06.05.1997) ), який дозволяє підвищити продуктивність промислових гібридів буряків за ознакою цукристість за рахунок використання запилювача, здатного відновлювати фертильність.
Таблица 7
Показники продуктивності різних за ступенем прояву ознаки стерильність-фертильність класів рослин цукрових буряків
Ознака стерильність-фертильність Маса коренеплоду, г Цукристість, % Вміст цукру, г
ЧС 0 704±16 16.5±0.2 117±3
1/2 ЧС 1 668±15 16.3±0.2 108±2
1/2 ЧС 2 (п/ф) 602±12 17.1±0.1 104±2
Ф 621±17 17.0±0.1 106±3
За результатами додаткового окремого досліду, проведеного у 1995 році, зроблено висновок про те, що імовірність розвитку фенотипів з частковою стерильністю (класи 1/2ЧС1 – Ф) з коренеплодів з відносно меншою масою більша, ніж в цілому по потомству. На базі дослідженого явища розроблено "Спосіб добору закріплювачів стерильності буряків", який включає схрещування ЧС-форм з кандидатами в закріплювачі стерильності, аналіз всіх сімей гібридних нащадків за ознакою стерильність-фертильність, і добір за його результатами таких закріплювачів, який відрізняється тим, що для аналізу ознаки стерильність-фертильність в полі або теплиці, відбирають лише коренеплоди з вагою меншою за середню арифметичну всіх гібридних нащадків. Даний спосіб підвищує ефективність селекційного процесу за разунок того, що дозволяє вдвічі зменшити кількість рослин, які аналізують при контролі закріплювальної здатності. На даний винахід одержано Патент України №17646 А01 Н1/04 від 06.05.1997.
В процесі подальших досліджень на трьох парах гібридних родин, де материнською формою була ЧС Х13, а батьківськими – відібрані з популяцій багатонасінних запилювачів гібридів Кубанський ЧС-36, Дружба, Київський ЧС-62 закріплювачі стерильності та відновлювачі фертильності, була виявлена суттєва різниця між швидкістю росту корінців гібридів в залежності від здатності запилювача відновлювати фертильність або закріплювати стерильність. У гібридів, де запилювачем був закріплювач стерильності, в середньому довжина корінців виявилась на ”30% більшою, ніж у гібридів з відновлювачем фертильності. На базі цього явища було розроблено ". Спосіб добору закріплювачів стерильності буряків" (Деклараційний патент на винахід №37709А А01Н1/04 від 15.05.2001), який полягає у тому, що при доборі закріплювачів стерильності попередньо проводять лабораторний аналіз швидкості росту корінців і відбирають для контролю закріплювальної здатності лише сім'ї, середня довжина корінців яких більша за середнє арифметичне всіх гібридних сімей одного походження. Спосіб дозволяє підвищити ефективність процесу добору закріплювачів стерильності за рахунок зменшення кількості контрольних сімей. Це ж явище покладено в основу "Способу добору відновлювачів фертильності" (Деклараційний патент на винахід №3770А А01Н1/04 від 15.05.2001.) Для добору відновлювачів фертильності пропонується після попередньої лабораторної оцінки швидкості росту корінців брати для контролю відновлюючої здатності лише сім'ї, середня довжина корінців яких менша за середнє арифметичне всіх гібридних сімей одного походження.
Економічна ефективність використання створених матеріалів у виробництві
Для оцінки економічної ефективності використання створених матеріалів застосовували метод диференціального маржинального прибутку.
Розрахунок економічної ефективності рекомендованих до державного сортовипробування гібридів СЦ970313 та СЦ00834, в яких як материнський компонент використані створені нами ЧС-форми, проводили за результатами міжнародного виробування "Бетаінтеркрос". Базою для розрахунку диференціальних витрат служили показники групового стандарту. Диференціальний маржинальний доход розраховувався за гарантованою прибавкою по виходу цукру. Результати показують (табл. 8), що гібриди СЦ 970313 та 000834 забезпечили диференціальний маржинальний прибуток з гектару у розмірі 277 та 130 грн відповідно.
Таблиця 8
Диференціальний маржинальний прибуток від вирощування гібридів СЦ970313 та СЦ000834 (за результатами міжнародного випробування "Бетаінтеркрос")
Показники економічної ефективності СЦ 970313 СЦ 000834
Груповий стандарт Гібрид Груповий стандарт Гібрид
Урожай, т/га 26,3 27,4 42,3 44,5
Збір цукру, т/га 3,2 3,4 6,4 7,6
Гарантована прибавка, т/га +0,2 +0,2
Диференціальні витрати на транспортування прибавки урожаю, грн -55 -210
Диференціальні витрати на переробку прибавки врожаю, грн -142 -146
Диференціальний доход від реалізації цукру, грн +474 +486
Диференціальний маржинальний прибуток з гектару, грн +277 +130
Виробниче випробування гібриду "Аватор", який внесений до Державного реєстру сортів рослин України (А. С. на сорт рослин № 990) проводили у КСП "Михайлівське" Білоцерківського району Київської області на площі 80 га. Базою для розрахунку диференціальних доходу та витрат служили показники гібриду Український ЧС70, який вирощувався у тому ж господарстві на площі 75 га. Гібрид "Аватор" забезпечив додатковий маржинальний прибуток у розмірі 1901 грн/га (табл. 9) порівняно до гібриду Український ЧС70.
Результати оцінки показників економічної ефективності виробничого використання створених нами матеріалів свідчать про високу ефективність розроблених способів для створення промислово-цінних компонентів гібридів та гібридів цукрових буряків на основі ЦЧС
Таблиця 9
Диференціальний маржинальний прибуток від вирощування гібриду "Аватор" (КСП "Михайлівське" Білоцерківського району Київської області, 1999 рік)
Показники економічної ефективності Український ЧС70 Аватор
Урожайність, т/га 18,9 25,0
Прибавка урожайності, т/га +6,1
Цукристість, % 16,0 17,4
Вихід цукру, т/га 3,02 4,35
Прибавка за виходом цукру, т/га +1,33
Диференціальні витрати на транспортування прибавки урожаю, грн -305
Диференціальні витрати на переробку прибавки врожаю,грн -946
Диференціальний доход від продажу прибавки цукру, грн +3152
Диференціалний маржинальний прибуток, грн/га +1901
ВИСНОВКИ
1. Ефективність створення та удосконалення промислово-цінних закріплювачів стерильності цукрових буряків значною мірою залежить від вихідного матеріалу, який обмежено лише рослинами на N-плазмі. Використання промислово-цінних ЧС-форм як донорів комплексів генів господарсько-цінних і селекційно-корисних ознак здатне підвищити ефективність селекційного процесу створення більш досконалих закріплювачів стерильності.
2. Розроблено технологію селекційного процесу створення удосконалених закріплювачів стерильності з використанням як вихідного матеріалу ЧС-форм. Висока частота зустрічальності закріплювачів стерильності О-типу, а також добрі показники ЧС-аналогів удосконалених таким чином закріплювачів стерильності у випробуваннях за міжнародною програмою "Бетаінтеркрос", екологічному та Державному сортовипробуванні доводять високу ефективність розробленої технології.
3. Оптимізовано процес створення ЧС-форм з відновленою фертильністю, що дозволяє ефективно використовувати генетичний потенціал ЧС-ліній як вихідний матеріал для покращення компонентів гібридів. Доказом високої ефективності розробленої системи заходів селекційного процесу є створення ЧС-форм з відновленою фертильністю 5-6 кратного бекросу.
4. Відкрито явище закріплення стерильності функціонально-фертильними рослинами на S-плазмі. Доведено, що окремі генотипи функціонально-фертильних рослин на S-плазмі стабільно не здатні при схрещуваннях з ЧС-формами нормалізувати процес утворення пилку у гібридних нащадків до надбання функціональної фертильності. На основі цього явища розроблено "Спосіб створення чоловічо-стерильних форм для одержання гібридного насіння буряків" (Деклараційний патент на винахід №37708А А01Н1/04 від 15.05.2001).
5. Доведено наявність ефекту дози Rf-генів у цукрових буряків. На основі цього ефекту розроблено "Спосіб створення закріплювачів стерильності П-типу на S-плазмі" (Деклараційний патент на винахід №37710А А01Н1/04 від 15.05.2001).
6. Підтверджено явище розвитку зрослоквіткових (багатонасінних) фенотипів при схрещуваннях різних за походженням роздільноквіткових (однонасінних) матеріалів в процесі створення ЧС-форм з відновленою фертильністю та в процесі покращення існуючих закріплювачів стерильності.
7. Встановлено ефект зв`язку між елементами продуктивності цукрових буряків і ступенем прояву ознак стерильність-фертильність, який полягає в тому, що у матеріалів одного походження на S-плазмі імовірність розвитку фертильних рослин із коренеплодів з відносно меншою масою більша, ніж з коренеплодів з більшою масою. На основі цього ефекту розроблені "Спосіб створення гетерозисних гібридів цукрових буряків" (патент України N 17625А), "Спосіб підвищення комбінаційної здатності буряків за ознаками продуктивності" (патент України N 17626А), "Спосіб добору закріплювачів стерильності цукрових буряків" (патент України N 17646А).
8. Встановлено ефект більш швидкого росту корінців стерильних рослин на перших етапах розвитку, який полягає у тому, що вони наростають активніше, ніж у фертильних. Максимально істотна різниця між середньою довжиною корінців спостерігається через 90 годин після початку проростання в умовах, що прийняті для визначення лабораторної схожості. На основі цього ефекту розроблено "Спосіб добору закріплювачів стерильності буряків" (Деклараційний патент на винахід №37709А А01Н1/04 від 15.05.2001) та "Спосіб добору відновлювачів фертильності буряків" (Деклараційний патент на винахід №37707А А01Н1/04 від 15.05.2001).
Пропозиції селекційній практиці та виробництву
I Для підвищення ефективності селекційного процесу створення промислово-цінних компонентів гібридів, гібридних комбінацій та гібридного насіння цукрових буряків пропонується:
1. Технологія удосконалення закріплювачів стерильності цукрових буряків, яка дозволяє використовувати як вихідний матеріал ЧС-форми.
2. Спосіб добору закріплювачів стерильності цукрових буряків (Патент України 17646А від 06.05.1997).
3. Спосіб створення гетерозисних гібридів цукрових буряків (Патент України 17625А від 06.05.1997).
4. Спосіб підвищення комбінаційної здатності буряків за ознаками продуктивності (Патент України 17626А від 06.05.1997).
5. Створені на основі промислово-цінних ЧС-форм фертильні рослини на S-плазмі різних поколінь бекросу.
6. Удосконалені закріплювачі стерильності 0- і П-типу.
7. Способи створення і використання напівзакріплювачів стерильності на S-плазмі: ("Спосіб створення закріплювачів стерильності П-типу на S-плазмі" (Деклараційний патент на винахід №37710А А01Н1/04 від 15.05.2001), "Спосіб створення чоловічо-стерильних форм для одержання гібридного насіння буряків" (Деклараційний патент на винахід №37708А А01Н1/04 від 15.05.2001) та виділені закріплювачі стерильності П-типу на S-плазмі.
ІI Розширити промислове використання створеного з застосуванням розробленої технології гібриду "Аватор", який пройшов Державне сортовипробування, внесений до Державного реєстру сортів рослин України і добре зарекомендував себе у виробничих дослідах.
Список наукових праць за темою дисертації
1. Парій Ф.М., Нєбиков М.В., Малієнко В.А. Вплив ознаки стерильність-фертильність на показники продуктивності цукрових буряків. // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН.– Випуск 2. –Київ; 1997-С. 98-101.
2. Небыков М.В., Малиенко В.А. Выделение закрепителей стерильности и восстановителей фертильности среди многосемянных опылителей сахарной свеклы. // Вісник аграрної науки.-№5.-1997.-С.81.
3. Небиков М.В., Парій Ф.М., Малієнко В.А. Вплив закріплювально–відновлювальної здатності багатонасінних запилювачів на продуктивність гібридів цукрового буряку // В Зб. "Наукові розробки і реалізація потенціалу сільськогосподарських культур". – Київ, "Аграрна наука".-1999. - С.178-179.
4. Малієнко В.А. Використання чоловічостерильних форм як вихідного матеріалу для удосконалення компонентів гібридів цукрових буряків // Матеріали науково-практичного семінару молодих вчених "Вчимося господарювати" 22-23 листопада 1999 року.-Київ, Чабани.-С.207-209.
5. Парій Ф.М., Малієнко В.А. Закріплення стерильності окремими генотипами фертильних рослин на S-плазмі у цукрових буряків // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН.- Вип. 1-2. – Київ. – 2001. – С. 158-162.
6. А.С. на сорт рослин №990 Буряк цукровий "Аватор" (Малієнко В.А., Парій Ф.М., Парій М.Ф., Радченко В.П., Парій Я.Ф.) зареєстровано в Реєстрі сортів рослин України в 1999 році.
7. Парій Ф.М., Небиков М.В., Малієнко В.А. Спосіб створення гетерозисних гібридів цукрових буряків.// Патент України на винахід №17625 А01Н1/04 від 06.05.1997.
8. Парій Ф.М., Малієнко В.А., Небиков М.В., Гольдермахер С.О., Мельничук Ю.В. Спосіб підвищення комбінаційної здатності буряків по ознаках продуктивності // Патент України на винахід № 17626 А01Н1/04 від 06.05.1997.
9. Парій Ф.М., Малієнко В.А., Небиков М.В., Гольдермахер С.О. Спосіб добору закріплювачів стерильності цукрових буряків //Патент України на винахід № 17646 А01Н1/04 від 06.05.1997.
10. Парій Ф.М., Небиков М.В., Малієнко В.А. Спосіб добору відновлювачів фертильності буряків // Деклараційний патент на винахід №37707А А01Н1/04 від 15.05.2001.
11. Парій Ф.М., Небиков М.В., Малієнко В.А. Спосіб добору закріплювачів стерильності буряків // Деклараційний патент на винахід №37709А А01Н1/04 від 15.05.2001.
12. Парій Ф.М., Малієнко В.А., Мельничук Ю.В. Спосіб створення закріплювачів стерильності П-типу на S-плазмі буряків // Деклараційний патент на винахід №37710А А01Н1/04 від 15.05.2001.
13. Парій Ф.М., Малієнко В.А., Мельничук Ю.В. Спосіб створення чоловічостерильних форм для одержання гібридного насіння буряків // Деклараційний патент на винахід №37708А А01Н1/04 від 15.05.2001.
АНОТАЦІЯ
Малієнко В.А. Селекційно-генетичне удосконалення закріплювачів стерильності цукрових буряків з використанням як вихідного матеріалу чоловічо-стерильних форм
Рукопис. Дисертація
