Інститут РОСЛИННИЦТВА ім. В.Я. Юр’єва

УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

ГОРЛАЧОВА ОЛЬГА ВІКЕНТІЇВНА

УДК 633.171 : 631.527

СТВОРЕННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ СЕЛЕКЦІЇ ПРОСА НА ПРОДУКТИВНІСТЬ ТА ЯКІСТЬ ЗЕРНА В УМОВАХ СХІДНОГО ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ

06.01.05 - селекція рослин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

ХАРКІВ - 2005

Дисертацією є

рукопис

Робота виконана

В Інституті рослинницива ім. В.Я. Юр’єва УААН

Наукові керівники: доктор сільськогосподарських наук, професор КОНСТАНТИНОВ Станіслав Іванович;

доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент УААН КИРИЧЕНКО Віктор Васильович,

Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН,

директор інституту

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Козаченко Михайло Романович,

Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр?єва, головний науковий співробітник відділу селекції, генетики і біотехнології ячменю

кандидат біологічних наук, доцент

Ващенко Володимир Васильович, Дніпропетровський державний аграрний університет, завідувач кафедри селекції та насінництва

Провідна установа: Інститут землеробства УААН

Захист відбудеться “ 18 ” січня 2005 року о 10 00 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.366.01 при Інституті рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН

61060, м. Харків, проспект Московський, 142, тел. (057) 392-23-78

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту рослинництва

ім. В.Я. Юр’єва УААН, м. Харків, проспект Московський, 142.

Автореферат розісланий “ 14 ” грудня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Петренкова В.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Нові сорти проса повинні характеризуватися комплексом основних господарсько-цінних ознак, а також мати стабільну їх реалізацію у нестійких умовах навколишнього середовища.

Успішне розв’язання цієї проблеми можливе лише через створення вихідного матеріалу і на його основі сортів проса з високим рівнем урожайності, якості зерна, адаптивності до несприятливих погодних умов та стійкості до ураження меланозом, що призведе до покращення харчових якостей крупи.

На сьогодні ще недостатньо вивчено характер взаємозв’язків та закономірності успадкування основних господарсько-цінних ознак проса, і, особливо, такого важливого показника якості зерна як вміст каротиноїдів. Практично не проводились дослідження стосовно встановлення можливостей прогнозування трансгресії кількісних ознак проса. Це свідчить про актуальність теми та необхідність проведення запланованих досліджень, які дозволили розкрити ще невикористані резерви рослинного організму і дали селекціонерам нові джерела підвищення урожайності та якості зерна.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана в 1999-2003 рр. у відповідності із завданням державної науково-технічної програми “Зернові і олійні культури”, що входить до тематичного плану ІР ім. В. Я. Юрєва за темою: “Створити і передати на державне сортовипробування сорти проса різних груп стиглості, стійкі до найбільш поширених рас сажки, з урожайністю 40-55 ц/га, виходом крупи 76-78% при добрих її харчових якостях” (номер державної реєстрації 0101U006127).

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження було визначення адаптивних здатностей сортозразків проса та виділення джерел високого генетичного потенціалу за основними господарсько-цінними ознаками для східного Лісостепу України, встановлення особливостей успадкування ознак продуктивності, біохімічних показників та технологічних властивостей зерна проса, стійкості до ураження меланозом та створення на цій основі нового адаптивного вихідного матеріалу з підвищеним рівнем продуктивності рослин, якості зерна і стійкості до меланозу.

Для досягнення поставленої мети вирішували наступні завдання:

o Провести комплексну оцінку генофонду проса за цінними господарськими властивостями та виділити найбільш перспективний вихідний матеріал для регіональної селекції з високою та стабільною реалізацією ознак;

o Встановити залежність між продуктивністю рослини та її структурними елементами, біохімічними і технологічними властивостями зерна, ураженням меланозом;

o Встановити комбінаційну здатність сортозразків проса за кількісними ознаками;

o Визначити характер успадкування основних господарсько-цінних ознак проса;

o Обгрунтувати принципи добору та прогнозування трансгресивної селекції кількісних ознак;

o Створити новий вихідний матеріал для селекції проса на адаптивність за комплексом господарсько-цінних ознак.

Об’єкт дослідження: селекція проса на продуктивність та якість зерна.

Предмет дослідження: адаптивна властивість генофонду проса за продуктивністю та її елементами, якістю зерна, технологічними властивостями зерна, стійкістю до ураження меланозом; характер успадкування та прогнозування появи трансгресії за цими ознаками.

Методи дослідження: польові – для випробування сортозразків генофонду проса; гібридизація – для отримання експериментальних гібридів; лабораторні – для визначення урожайності, технолого-біохімічних показників якості зерна; математично-статистичні – для визначення параметрів екологічної пластичності і стабільності, характеру успадкування, ступеня та ефекту домінування і трансгресії, для оцінки достовірності отриманих результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в умовах східного Лісостепу України встановлено норму реакції нового набору сортозразків за основними господарсько-цінними ознаками. Виділено найбільш перспективні форми з високою загальною адаптивністю до факторів зовнішнього середовища за продуктивністю, біохімічними і технологічними якостями зерна та стійкістю до меланозу. Встановлено кореляцію між вмістом каротиноїдів в зерні і продуктивністю, вмістом білка в зерні, технологічними властивостями зерна та ураженням меланозом. Виділено донори високого вмісту провітаміну А та визначено характер успадкування цієї ознаки. Вперше обгрунтовано принципи добору та прогнозування трансгресії кількісних ознак проса.

Практичне значення одержаних результатів. Для селекції на адаптивність проса виділено вихідний матеріал з високим генотиповим потенціалом цінних ознак та їх стабільним проявом у змінних умовах навколишнього середовища. Шляхом гібридизації створено форми проса 03-2290, 03-2404, 03-2348, 03-2150, 03-2367, 03-2494, які характеризуються високою урожайністю, підвищеним вмістом білка, провітаміну А, високими технологічними властивостями зерна та низьким підплівчастим ураженням пшона. Ці лінії включено в селекційну програму лабораторії селекції проса Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр’єва та передані Інституту землеробства УААН, Національному центру генетичних ресурсів рослин України.

Особистий внесок здобувача. Особиста участь здобувача в розробці положень, що виносяться на захист, полягає в проведенні польових та лабораторних дослідів (фенологічних спостережень, гібридизації, аналізу елементів структури урожаю, доборі цінних форм проса), аналізі та узагальненні результатів досліджень. Авторство в наукових працях, опублікованих у співавторстві, складає 85% і включає виконання експериментальних досліджень, аналіз і узагальнення одержаних наукових результатів. Авторство у створених лініях проса складає 65%.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи представлено та обговорено на засіданнях селекційної секції вченої ради Інституту рослинництва ім В.Я. Юр’єва (1999 - 2002 рр.), на засіданнях ради молодих вчених Інституту рослинництва ім В.Я. Юр’єва (1999 - 2003 рр.), всеукраїнських науково-практичних конференціях молодих вчених (Дніпропетровськ 2000 р.; Київ, 2001 р.; Київ, 2002 р.), міжнародних наукових конференціях (Харків, 2001 р.; 2002 р.; Херсон, 2002 р.; Миколаїв, 2003 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 статей, 3 із яких у фахових виданнях та 5 тез доповідей.

Обсяг та структура дисертації. Дисертація викладена на 313 сторінках комп’ютерного набору (112 сторінок тексту) і містить вступ, 5 розділів, висновки, а також список літературних джерел та 53 додатків, ілюстрована 30 таблицями, 27 рисунками на 201 окремій сторінці. Перелік літературних джерел налічує 213 найменувань, в тому числі 17 іноземних.

ЗМІСТ РОБОТИ

Селекційні дослідження господарсько-цінних ознак проса (огляд літератури)

Аналіз літературних джерел показав, що недостатньо вивчено сили кореляції між основними господарсько-цінними ознаками, особливості успадкування та системи генетичного контролю кількісних ознак проса. Це приводить до ускладнення вибору основних критеріїв селекційного відбору проса. Наведені дані переконливо стверджують актуальність теми досліджень і важливість вирішення цих питань для селекції проса.

Агрометеорологічні умови, вихідний матеріал, методика досліджень. Експериментальні дані отримано в лабораторії селекції проса Інституту рослинництва ім. В.Я. Юрєва УААН за період з 1999 по 2003 рр. Польові дослідження виконували в селекційній науковій сівозміні інституту. Територіально вона знаходиться у Харківському районі (східна частина лівобережного Лісостепу України). Основний грунт Харківського району характеризується могутнім, слабко вилуженим чорноземом на суглинистому лесі з товщиною гумусного шару 75 см і більше при вмісті гумусу 5,5-7,3 %. Гідролітична кислотність ґрунту складає 0,76-0,99 мол на 100 г.

За період досліджень метеорологічні умови по роках контрастно відрізнялися, що дало можливість на основі одержаних даних зробити об'єктивні висновки.

Матеріалом досліджень була світова колекція проса, яка представлена 200 сортозразками 15 різновидностей з генофонду 15 країн світу, а також гібриди першого і другого покоління. Облікова площа ділянок колекційного і гібридного розсадників складала 2,25 м2. Стандарти Харківське 57 і Київське 87 висівали через 20 номерів. Штучне схрещування здійснювали водяним способом, розробленим І.В. Яшовським (1987).

У польових умовах проводили фенологічні спостереження за фазами: поява сходів, кущіння, викидання волоті (початок - 10%, масове - 75%), дозрівання. Проводили оцінку колекційного матеріалу і гібридів F1 і F2 за морфологічними (форма волоті, колір зерна, наявність або відсутність антоціану на стеблах і колоскових лусках та ін.) і господарсько-цінними ознаками (тривалість вегетаційного періоду, вилягання рослин, осипання та ін.).

Структурний аналіз продуктивності проводили за такими елементами: висота рослин, довжина і ширина волоті, маса 1000 зерен, маса зерен з рослини, кількість зерен з рослини - у 30 рослин на колекційній вибірці із 52 сортозразків та у рослин гібридів F1 і F2.

Загальний вміст білка в зерні проса визначали методом К’єльдаля, а загальний вміст каротиноїдів в зерні оцінювали шляхом колориметрування фільтрату на ФЕК за методикою Мурі (1982). Технологічні властивості зерна проводили за “Методическими рекомендациями по оценке качества зерна в процессе селекции” (Кучумова Л.П., Кравец Л.П., 1982). Оцінку стійкості проса до ураження меланозом проводили відповідно методичних вказівок “Фитосанитарная и иммунологическая оценка проса” (Рыжкова Е.Ю., 1990).

Експериментальні дані обробляли методами дисперсійного і кореляційного аналізу (Доспехов Б.А., 1985). Визначення практичної цінності (Ri, Ei) господарських ознак сортозразків проса проводили шляхом обчислення на персональному компютері типу IBM за допомогою пакету прикладних програм обробки генетичних і селекційних експериментів, керуючись "Методическими рекомендациями по экологическому сортоиспытанию кукурузы" (Гурьев Б.П., Литун П.П. та інші, 1981). Комбінаційну здатність визначали у гібридів F1, одержаних за системою діалельних схрещувань, за першим методом Грифінгу з залученням алгоритму Хеймана (1974). Ступінь фенотипового домінування у гібридів F1 рахували за формулою А.А. Жученка (1988). Ступінь і частоту трансгресії у гібридів F2 визначали за методикою Г.С. Воскресенської та В.І. Шпоти (1967).

Оцінка генофонду проса на адаптивність за основними господарсько-цінними ознаками

Продуктивність та її структурні елементи. Встановлено високе міжсортове варіювання за урожайністю, продуктивністю, шириною волоті, кількістю зерен з волоті, що свідчить про можливість виділення форм, які в даних умовах проявляють як високий генотиповий рівень ознаки, так і високу адаптивність. Середній коефіцієнт варіації спостерігався у наступних структурних елементів продуктивності: висота рослин, довжина волоті, маса 1000 зерен (табл. 1). Результати вивчення колекційних зразків проса показали, що низьку пластичність в регіональних умовах мали форми з Афганістану, Білорусі, Грузії, Індії, Китаю, Монголії, Російської Федерації, Таджикистану, Туркменії, колишньої Югославії. Найбільшу практичну цінність за урожайністю мали Белгородское 1, Харківське 31 і Чегет, у яких сумарний ранг дорівнював 2. Незважаючи на те, що зразки Веселоподільської дослідної станції (Україна) Веселоподільське 16, Веселоподолянське 305-54, Веселоподолянське 375, Веселоподолянське , Веселоподолянське 559 і Веселоподолянське 632, а також зразки НДІСГ Південно-Східного регіону (Російська Федерація) Саратовское 2, Саратовское 3, Саратовское 6, Саратовское 8, Саратовское 853 і Старт мали більш низький рівень розвитку ознаки, у порівнянні з вище названими, їх також можна використовувати як вихідний матеріал в селекції на адаптивність завдяки стабільному прояву ознаки (Ri = 16,1-49,8; Ei = 0,12-0,83). В результаті аналізу зв’язків між продуктивністю і її структурними елементами підтверджено наявність високої кореляції між продуктивністю та крупністю зерна (r=0,33-0,67), а також кількістю зерен з рослини (r=0,79-0,85). Інші структурні елементи менше впливали на продуктивність.

Біохімічні та технологічні властивості зерна проса. Результати експериментальних даних свідчать, що колекційні зразки проса за вмістом білка відзначались невисоким генетичним різноманіттям матеріалу (V=7,49-9,20%) (див. табл. 1).

Оцінка селекційної цінності сортозразків проса з різних країн світу за вмістом білка підтверджує можливість виділення з колекції форм із стабільним проявом ознаки. Це сорти та лінії з Афганістану, Казахстану, Киргизстану, Китаю, Монголії, Російської Федерації, Угорщини, колишньої Югославії.

Як джерела високого вмісту білка в селекції на адаптивність можуть використовуватися сортозразки Гібрид 2, Гібрид 6, Гібрид 7, Веселоподільське 16, ВІР к-2269, Прохладненское, Токтогульское горное местное (Ri = 0,11-1,68, Ei = 0,53-0,87).

Підвищення вмісту каротиноїдів є важливим завданням при селекції на якість. Високий вміст каротиноїдів обумовлює більшу яскравість та склоподібність ядра, а також покращує харчові характеристики крупи. В умовах східного Лісостепу вихідний матеріал проса за цією ознакою для селекції на адаптивність оцінювали вперше. Коефіцієнт варіювання генофонду проса показував на можливість виділення сортозразків з високим вмістом каротиноїдів (див. табл. 1) Найбільшою практичною цінністю характеризуються Белгородское 1, Сонячне і Слобожанське (сума рангів 2).

Вперше в умовах східного Лісостепу встановлено рівень кореляції між вмістом каротиноїдів і господарсько-цінними ознаками. Відмічено, що коефіцієнт кореляції змінювався в залежності від погодних умов. В даному наборі сортозразків між вмістом каротиноїдів і урожайністю виявлено слабку позитивну залежність, що свідчить про можливість ведення селекції на поєднання високого значення цих ознак в одному генотипі за допомогою селекційних методів. Незначна негативна кореляція між вмістом білка і вмістом каротиноїдів була відмічена у посушливі 1999 та 2001 роки (r = -0,10 до r = -0,16), а у 2000 р. спостерігалась сильна негативна залежність (r = - 0,51). Яскравість пшона сильно впливала на вміст каротиноїдів в зерні проса в умовах надмірного зволоження. Очевидно, в посушливі роки в зовнішньому шарі пшона швидше відбувається руйнування каротиноїдів, ніж у внутрішньому, і тому яскравість ядра погіршується. Внаслідок цього не спостерігається

Таблиця 1

Міжсортове варіювання господарсько-цінних ознак проса, 1999-2001 рр.

Ознака | Коефіцієнт варіації, % | lim

значення ознаки | 1999 р. | lim

значення ознаки | 2000 р. | lim

значення ознаки | 2001 р.

Урожайність, г/м2 | 512,0-100,0 | 26,19 | 880,0-260,0 | 21,14 | 687,0-150,0 | 21,03

Продуктивність, г | 6,86-1,00 | 36,50 | 5,7-1,4 | 26,70 | 6,8-1,6 | 30,90 | Висота рослин, см | 126,0-72,0 | 21,20 | 145,0-103,0 | 11,80 | 194,0-60,0 | 14,70 | Довжина волоті, см | 35,0-20,0 | 14,30 | 35,0-19,0 | 14,70 | 35,0-19,0 | 17,70 | Ширина волоті, см | 9,0-2,4 | 32,00 | 6,5-2,5 | 30,60 | 8,0-3,0 | 24,70 | Маса 1000 зерен, г | 8,4-4,6 | 11,20 | 9,4-5,5 | 10,00 | 8,1-5,1 | 8,70 | Кількість зерен

з волоті, шт | 668,0-145,0 | 35,70 | 728,0-224,0 | 22,30 | 755,0-222,0 | 26,00

Вміст білка, % | 22,1-11,3 | 9,04 | 14,9-7,7 | 9,20 | 18,5-11,9 | 7,49 | Вміст каротиноїдів, мг/кг | 5,2-2,0 | 22,90 | 4,9-1,0 | 31,80 | 6,4-0,4 | 49,27

Яскравість ядра, бал | 5,0-2,0 | 12,31 | 4,5-1,5 | 23,24 | 4,5-1,0 | 13,54

Склоподібність ядра, бал | 4,5-1,5 | 14,95 | 4,5-1,0 | 20,47 | 5,0-2,0 | 13,26

Вихід крупи, % | 90,2-73,8 | 3,19 | 86,0-70,0 | 3,41 | 88,7-74,5 | 2,81

Ураження меланозом, % | 38,0-0,4 | 11,14 | 43,6-0,4 | 9,77 | 25,6-0,1 | 10,98 |

тісного зв’язку між вмістом каротиноїдів і яскравістю пшона. На балову оцінку яскравості ядра мають сильний вплив також суб’єктивні фактори. Тому, нами рекомендовано використовувати візуальне обстеження яскравості зерна тільки в сприятливих погодних умовах. Встановлено слабкий позитивний зв’язок (r = 0,02-0,16) між провітаміном А в зерні та склоподібністю. Вихід крупи і ураження зерна меланозом суттєво не впливали на вміст каротиноїдів.

Колекційні сортозразки мали невисокий рівень варіювання за фенотиповим проявом ознаки “вихід крупи”. Найбільш цінним вихідним матеріалом для даних умов вирощування за виходом крупи є форми з Білорусі, Казахстану, Киргизстану, Китаю, Монголії, Туреччини.

Як джерела високого і стабільного прояву ознаки “вихід пшона” відзначено білозерні зразки: Гібрид 19 1/56 (Україна), Тонкопленчатое 048 (Російська Федерація), Уральское белое (Казахстан) (Ri = 4,26-7,89, Ei = -0,19-1,61). Але через низьку урожайність і якість зерна вони не мають безпосереднього практичного значення. Рекомендується використовувати як адаптивний вихідний матеріал відносно низькоплівчасті сорти Слобожанське, Пригоже, Миронівське 85 (Україна), Барнаульське 80, Саратовское 6 (Російська Федерація), ВІР к-3768 (Казахстан), які є джерелами багатьох кількісних ознак (Ri = 0,76-1,53, Ei = 0,27-0,79).

В результаті вивчення колекції виявлено істотну різницю між формами за ступенем ураження меланозом. Сорти і лінії з України, Азербайджану, Афганістану, Китаю, Таджикистану, Туреччини мають найбільшу практичну цінність в селекції на високу стійкість до меланозу. Високу адаптивність за цією ознакою до наших умов показали Харківське 57, Київське 87, Белгородское 2, Орловское 92, Масловський 4 (Ri = 0,95-3,35, Ei = 0,00-0,31).

Генетичні особливості успадкування основних господарсько-цінних ознак проса

Батьківські форми, що використовуються в гібридизації, повинні мати не тільки високий генотиповий рівень цінних господарських ознак, але й підвищені донорські властивості. Крім того, концепція створення сорту потребує від селекціонера знань генетичних факторів успадкування цих ознак.

Дисперсійний аналіз продуктивності та її структурних елементів, якості і технологічних властивостей зерна, стійкості до меланозу виявив наявність в діалельній схемі істотної різниці між батьківськими формами та гібридами.

Встановлено, що оцінки ефектів комбінаційної здатності вивчаємих ознак змінювалися в залежності від погодних умов.

Особливості успадкування продуктивності та її структурних елементів. Високими донорськими властивостями за продуктивністю відзначився високопродуктивний сорт Харківське 57. За масою 1000 зерен найбільшу генетичну цінність встановлено у сортів проса Слобожанське, Пригоже і у лінії 93-7076. А високий і стабільний прояв загальної комбінаційної здатності за кількістю зерен з волоті показали сорти Харківське 57 і Пригоже.

Визначити характер успадкування такої складної за структурною організацією ознаки як продуктивність за адитивно-домінантною моделлю Хеймана не було можливим, внаслідок невідповідності основним обмеженням моделі. Тип успадкування крупності зерна проса за роки досліджень не змінювався, і його можна кваліфікувати як неповне домінування. Найбільш високою концентрацією домінантних алелів характеризувалася лінія 93-7076, а рецесивних – сорт Пригоже. У 2001 році високою концентрацією рецесивних алелів відзначався сорт Слобожанське. В наших дослідженнях не було чіткого вираження, які домінантні або рецесивні алелі відповідають за більшу реалізацію ознаки. За кількістю зерен з волоті формальна оцінка параметрів ліній регресії ознаки вказувала на невідповідність адитивно-домінантній моделі Хеймана, характер успадкування відповідав комплементарному епістазу.

Особливості успадкування біохімічних та технологічних властивостей зерна. За вмістом білка кращою формою з високими донорськими властивостями був сорт Тонкопленчатое 048. У 2000 році тип успадкування вмісту білка проса кваліфіковано як наддомінування, але у 2001 році спостерігалось неповне домінування. За роки досліджень високою концентрацією домінантних алелів характеризувався сорт Слобожанське, у інших форм цей показник змінювався в залежності від лімітуючих факторів. Отримані результати дають підставу стверджувати про відсутність спрямованого домінування цієї ознаки. Більший прояв вмісту білка контролюється як домінантними, так і рецесивними алелями, або різною експресією генетичних факторів.

На загальну комбінаційну здатність сортозразків за вмістом каротиноїдів вплив погодних умов був незначний. Стабільними донорськими властивостями за цією ознакою характеризувався висококаротиноїдний сорт Слобожанське. Отримані експериментальні дані не дають можливості точно встановити характер успадкування цієї ознаки, так як він змінювався по роках (у 2000 році - неповне домінування, у 2001 році - наддомінування) (рис. 1, 2). За роки досліджень сорт Слобожанське, який характеризувався високим вмістом пігменту мав найвищу концентрацію рецесивних алелів. Таким чином, вміст каротиноїдів детермінований системою, в якій рецесивні алелі підвищують прояв цієї ознаки, що дозволить селекціонеру вести більш ефективний добір гібридів вже у другому поколінні.

За виходом пшона високі донорські властивості показав сорт Тонкопленчатое 048. Тип успадкування виходу пшона змінювався за роками (2000 рік - неповне домінування, а 2001 рік - комплементарний епістаз). Високу концентрацію домінантних алелів мав сорт Тонкопленчатое 048, а високу концентрацію рецесивних – сорт Харківське 57 та лінії 92-14836, 93-7076. Таким чином, можна стверджувати, що ця ознака має спрямоване домінування.

За стійкістю до меланозу високі ефекти ЗКЗ виявили сорти Харківське 57, Пригоже і лінія 93-7076. Характер успадкування стійкості до меланозу кваліфіковано у 2000 році як неповне домінування, а у 2001 році - як рецесивний епістаз.

Рис. 1. Особливості успадкування ознаки “вміст каротиноїдів в зерні” у 2000 р.

А-Харківське 57, В-Слобожанське, С-Пригоже, D-Тонкопленчатое 048, F-Л. 92-14836, K-Л. 93-7076

Рис. 2. Особливості успадкування ознаки “вміст каротиноїдів в зерні” у 2001 р.

А-Харківське 57, В-Слобожанське, С-Пригоже, D-Тонкопленчатое 048, F-Л. 92-14836, K-Л. 93-7076

Успадкування і трансгресивна мінливість основних господарсько-цінних ознак проса та характеристика перспективних ліній

В селекційній практиці важливе значення має прогнозування параметрів трансгресивної мінливості за кількісними ознаками.

Успадкування і трансгресивна мінливість продуктивності та її структурних елементів. Найбільш продуктивні гібриди з’являються у комбінаціях схрещування генотипів “високопродуктивний / високопродуктивний”, “високопродуктивний / середньопродуктивний” або “середньопродуктивний / середньопродуктивний”. Якщо за одну з батьківських форм береться низькопродуктивний сортозразок, то в F1, як правило, проявляється депресія, а в послідуючих поколіннях – негативна трансгресія. Встановлено, що високий ступінь та частоту позитивної трансгресії за цією ознакою в другому поколінні було отримано при наддомінуванні в F1 (табл. 2).

Успадкування і трансгресивна мінливість біохімічних та технологічних властивостей зерна. В селекції на високий вміст білка найбільший інтерес представляють наступні комбінації: “високобілковий / високобілковий”, “високобілковий / середньобілковий” або “середньобілковий / середньобілковий”. В F1 таких гібридних популяцій зафіксовано, як правило, наддомінування, домінування та проміжне успадкування. Але високий ступінь та частоту цінних трансгресій в другому поколінні отримано при проміжному успадкуванні.

За вмістом каротиноїдів в другому поколінні найбільший ступінь позитивних трансгресій відмічено при наддомінуванні та депресії в F1. Але частота появи цінних трансгресій в першому поколінні висока як при наддомінуванні, депресії, так і при проміжному успадкуванні.

За виходом крупи високим позитивним ступенем і частотою трансгресій характеризувалися гібриди, які в F1 проявили гетерозис. За ознакою “стійкість до меланозу” позитивні трансгресії з’являються в гібридних комбінаціях при наддомінуванні, домінуванні, проміжному успадкуванні та депресії в F1. Але протягом двох років ступінь трансгресії в F2 у гібридних популяцій складала 0,2-1,2% з частотою 7,5-21,8%.

В процесі досліджень виділено константні лінії, які характеризуються комплексом господарсько-цінних ознак і являють практичний інтерес для подальшої селекції проса. Ці лінії суттєво перевершили стандарт за урожайністю і продуктивністю. Підвищеним вмістом білка (12,1%) характеризувалася лінія 03-2367 (Слобожанське / Л. 92-14836). Лінії 03-2290 (Харківське 57 / Пригоже) і 03-2150 (Слобожанське / Пригоже) суттєво перевершували стандарт за вмістом каротиноїдів. Але, за рівнем прояву ознак “вихід крупи” та “стійкість до меланозу” виділені лінії суттєво не відрізнялися від сорту Харківське 57 (табл. 3).

Таблиця 2

Трансгресія кількісних ознак проса в F2 в залежності від характеру успадкування в F1, 2001-2002 рр.

Показники | Ступінь домінування в F1 | Lim ступеню позитивної трансгресії, % | Lim частоти позитивної трансгресії, % | Частота комбінацій, що проявили позитивну трансгресію, %

2001 р. | 2002 р. | 2001 р. | 2002 р. | 2001 р. | 2002 р.

Продуктивність | 1<hp<8 | 12,0-65,0 | 10,6-27,3 | 12,0-55,0 | 3,4-13,3 | 51,8 | 7,4

-8<hp<-1 | - | 10,3-25,1 | - | 4,3-15,0 | 0,0 | 18,5

Вміст білка | 1<hp<8 | - | 4,3-18,7 | - | 6,6-21,1 | 0,0 | 14,5

0,5<hp=1 | 2,6 | 18,7 | 7,8 | 10,2 | 3,7 | 11,1

-0,5<hp=0,5 | 4,0-9,2 | 7,8-14,8 | 12,3-21,1 | 12,1-27,8 | 7,4 | 7,4

Вміст каротиноїдів | 1<hp<8 | 3,1-16,8 | 48,1-52,6 | 5,8-8,3 | 8,3-10,8 | 8,3 | 9,5

-0,5<hp=0,5 | 3,1-7,3 | 19,0 | 5,8-10,3 | 31,9 | 8,3 | 4,7

-8<hp<-1 | 88,7-25,3 | 57,1-84,2 | 8,9-10,1 | 2,8-5,1 | 4,2 | 9,5

Вихід пшона | 1<hp<8 | 4,8-0,4 | 0,3-2,8 | 3,5-16,4 | 6,9-25,3 | 12,5 | 26,1

-8<hp<-1 | 1,9 | 2,9 | 7,4 | 18,2 | 4,1 | 4,3

Стійкість до меланозу | 1<hp<8 | 0,4-1,2 | 0,2-1,2 | 7,9-23,0 | 11,6-21,4 | 41,7 | 25,0

0,5<hp=1 | - | 0,2-1,2 | - | 10,7-18,7 | 0,0 | 15,0

-0,5<hp=0,5 | 0,4-0,8 | 0,2 | 7,5-11,9 | 14,2-18,7 | 12,5 | 25,0

-8<hp<-1 | 0,4-1,2 | 0,6-1,2 | 11,3-21,8 | 11,5-23,1 | 20,8 | 10,0

Таблиця 3

Характеристика окремих ліній проса за основними господарсько-цінними ознаками, 2003 р.

Номер

лінії | Походження | Урожайність, г/м2 | ± до стандарту | Довжина волоті, см | Ширина волоті, см | Маса 1000 зерен, г | Кількість зерен з

волоті, шт. | Вміст | Яскравість ядра,

бал | Вихід пшона, % | Ураження меланозом, % | білка, % | каротиноїдів,

мг/кг | St Харківське 57 | 177,8 | - | 38,2 | 3,5 | 7,60 | 451 | 8,81 | 3,82 | 4,0 | 78,8 | 0,7 | 03-2290 | Харківське 57 / Пригоже | 324,3 | +146,5 | 35,6 | 4,1 | 7,48 | 888 | 9,51 | 4,82 | 4,3 | 80,0 | 0,5 | 03-2404 | Харківське 57 / Л. 93-7076 | 294,1 | +116,3 | 36,1 | 5,8 | 7,77 | 792 | 11,43 | 4,09 | 4,0 | 78,0 | 0,9 | 03-2348 | Слобожанське / Харківське 57 | 581,6 | +403,8 | 36,4 | 4,3 | 8,26 | 1188 | 10,98 | 4,51 | 4,1 | 78,5 | 0,4 | 03-2150 | Слобожанське / Пригоже | 307,5 | +129,7 | 36,7 | 5,2 | 7,92 | 765 | 10,79 | 5,24 | 4,5 | 80,0 | 0,7

03-2367 | Слобожанське / Л. 92-14836 | 367,2 | +189,4 | 38,0 | 4,2 | 7,95 | 862 | 12,10 | 4,41 | 4,1 | 80,0 | 0,7 | 03-2494 | Пригоже / Л. 93-7076 | 385,7 | +207,9 | 36,5 | 5,6 | 8,53 | 855 | 9,49 | 3,47 | 4,0 | 78,3 | 0,8 | НІР0,05 | 125,0 | 2,78 | 0,88 | 1,1 | 227 | 1,53 | 1,0 | 0,5 | 2,1 | 0,2 |

ВИСНОВКИ

1. В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення важливої наукової задачі з підвищення ефективності селекційного процесу на адаптивність проса в умовах східного Лісостепу України за основними господарсько-цінними ознаками (урожайністю, продуктивністю та її структурними елементами, загальним вмістом білка і каротиноїдів, яскравістю та склоподібністю ядра, виходом пшона і плівчастістю зерна, стійкістю до меланозу) шляхом встановлення ступеню кореляції між цими ознаками, виявлення закономірностей фенотипового прояву та успадкування основних господарсько-цінних ознак у гібридів першого покоління, які було отримано від схрещування сортозразків з різним проявом ознак. На основі цього визначено принципи добору та прогнозування трансгресії кількісних ознак проса і створено цінний вихідний матеріал, що має істотне значення в селекції на адаптивність проса до умов східного Лісостепу України.

2. Встановлено міжсортове варіювання основних господарсько-цінних ознак проса. Середніми коефіцієнтами варіації характеризувалися ознаки “урожайність” (V=21,03-26,19%), “продуктивність рослин” (V=26,70-36,50%), “висота рослин” (V=11,80-21,20%), “ширина волоті” (V=24,70-32,00%), “кількість зерен з волоті” (V=22,30-35,70%). Низька різноякісність генофонду проса спостерігалась за ознаками “довжина волоті” (V=14,30-17,70%) і “маса 1000 зерен” (V=8,70-11,20%). Варіабельність значень загального вмісту білка була незначною (V=7,49-9,20%) на відміну від загального вмісту каротиноїдів, який виявив високу дисперсію значень (V=22,90-49,27%). Ознаки “вихід крупи” та “ураження меланозом пшона” показали невисоку варіабельність (відповідно V=2,81-3,41%, V=9,77-11,14%) в умовах східного Лісостепу України.

3. Встановлено динаміку прояву кореляції між господарсько-цінними ознаками в залежності від впливу на неї погодних умов. Виявлено тісний зв’язок між продуктивністю та масою 1000 зерен (r=0,33-0,67), а також кількістю зерен з волоті рослини (r=0,79-0,85). У вивченому наборі зразків проса ступінь кореляції між продуктивністю і вмістом білка, а також вмістом каротиноїдів була незначна, що свідчить про можливість ведення селекції з використанням цих сортозразків з метою поєднання високого значення цінних ознак в одному генотипі. Визначено, що між вмістом білка та технологічними властивостями зерна (склоподібність і яскравість ядра) існує зворотний зв’язок (r = - 0,09-0,46). Незначну негативну кореляцію від (r = -0,10 до r = -0,16) між вмістом білка і вмістом каротиноїдів було відмічено у посушливі роки, але у вологі роки спостерігалася сильна негативна залежність (r = - 0,51). Між вмістом білка та ураженням меланозом пшона середня кореляція була тільки у 2001 р.

4. Встановлено слабку позитивну кореляцію (r = 0,02-0,16) між вмістом каротиноїдів в зерні та склоподібністю. Але, яскравість пшона сильно впливала на вміст каротиноїдів в зерні проса тільки у вологому 2000 році. Ми вважаємо, що в посушливі роки в зовнішньому шарі пшона бистріше відбувається руйнування каротиноїдів, ніж у внутрішньому, і тому яскравість ядра погіршується. В результаті цього не спостерігається тісного зв’язку між вмістом каротиноїдів і яскравістю пшона. На балову оцінку яскравості ядра мають сильний вплив суб’єктивні фактори. Тому, в селекції на високий вміст каротиноїдів рекомендується використовувати візуальну оцінку яскравості зерна тільки в сприятливих погодних умовах.

5. Встановлено, що ураження зерна меланозом не впливає на вміст провітаміну А (r=-0,06-(-0,15). Ця хвороба негативно корелювала лише з показниками склоподібності та яскравістю пшона. Між плівчастістю і вмістом каротиноїдів існує слабка позитивна залежність (r=-0,31-0,06).

6. Визначено, що загальна комбінаційна здатність і константа специфічної комбінаційної здатності за продуктивністю та її структурними елементами змінюється залежно від лімітуючих факторів середовища. Але, для адаптивної селекції за продуктивністю, довжиною волоті, масою 1000 зерен, кількістю зерен з волоті було виділено донори цих ознак, які стабільно проявляли високий рівень ефектів ЗКЗ. Виділено найбільш перспективні гібридні комбінації проса для подальшої селекційної роботи.

7. Визначено, що за біохімічними властивостями зерна (вміст білка і каротиноїдів), виходом пшона та плівчастістю зерна, стійкістю до ураження меланозом батьківські форми стабільно зберігають оцінку ефектів ЗКЗ.

8. Виявлено типи успадкування основних елементів структури урожайності у гібридів першого покоління проса. Генетичні параметри ознаки “довжина волоті” стабільно відповідають комплементарному епістазу, а характер успадкування ознаки “ширина волоті” змінюється в залежності від погодних умов року (2000 р. - комплементарний епістаз, 2001 р. – наддомінування). Тип успадкування ознаки “крупність зерна” проса за роки досліджень залишався постійним, і його можна кваліфікувати як неповне домінування. Успадкування ознаки “кількість зерен” обумовлено комплементарним епістазом.

9. Встановлено відсутність спрямованого домінування вмісту білка, що свідчить про регуляцію цієї ознаки як домінантними, так і рецесивними алелями, або різною експресією генів. Спостерігались два типи успадкування білка: наддомінування та неповне домінування. Визначено, що генотиповий прояв високого вмісту каротиноїдів контролюється рецесивними алелями, що дозволяє проводити ефективний добір вже у другому поколінні. Характер успадкування цієї ознаки змінювався в лімітуючих погодних умовах від неповного домінування до наддомінування.

10. Встановлено, що основні типи успадкування ознак “вихід крупи” і "стійкість до меланозу” відповідають неповному домінуванню або комплементарному епістазу. При цьому виявлено, що для ознаки “вихід крупи” спостерігали спрямоване домінування, а регуляція високої стійкості до хвороби відбувається рецесивними детермінантами.

11. Встановлено закономірності прогнозування позитивних параметрів трансгресії в другому поколінні гібридів проса для ознак “продуктивність”, “довжина волоті”, “маса 1000 зерен”, “кількість зерен з волоті”, “вихід крупи” та “стійкість до меланозу”. Коливання частоти і ступеню позитивної трансгресії залежить від генотипових властивостей батьківських форм в комбінації схрещування, від ступеню домінування в першому поколінні та зміни погодних умов. Відмічено, що якщо в першому поколінні успадкування ознаки йде за типом наддомінування, то, як правило, в наступному поколінні підвищуються параметри позитивної трансгресії. Виявлено, що параметри трансгресії гібридних комбінацій за біохімічними ознаками якості зерна (вміст білка і каротиноїдів) більше залежали від впливу лімітуючих факторів середовища, ніж від ЗКЗ батьківських форм та типу успадкування ознаки в першому поколінні.

12. Встановлено, що найбільш цінні трансгресії за ознакою продуктивності з’являються у наступних комбінаціях схрещування: “високопродуктивний / високопродуктивний”, “високопродуктивний / середньопродуктивний” або “середньопродуктивний / середньопродуктивний”. Якщо за одну з батьківських форм узято низькопродуктивний сортозразок, то в F1, як правило, проявляється депресія, а в наступних поколіннях – негативна трансгресія. Найбільший інтерес в селекції на високий вміст білка представляють комбінації схрещування генотипів “високобілковий / високобілковий”, “високобілковий / середньобілковий” або “середньобілковий / середньобілковий”, у яких в послідуючих поколіннях зафіксовано високу частоту позитивних трансгресій.

13. На основі встановлених закономірностей виділено вихідний матеріал проса для селекції на адаптивність за урожайністю, вмістом білка і каротиноїдів, виходом пшона та стійкістю до меланозу.

14. Встановлені коефіцієнти кореляції між основними господарсько-цінними ознаками проса, закономірності успадкування та прогнозування появи позитивних трансгресій дали можливість створити перспективні лінії проса, які є цінним вихідним матеріалом для селекції і можуть використовуватися для створення сортів нового покоління.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ДЛЯ ПРАКТИЧНОЇ СЕЛЕКЦІЇ

1. Для селекції на адаптивність в умовах східного Лісостепу України необхідно залучати у схрещування виділений вихідний матеріал. Найкращими джерелами для селекції проса на урожайність є Чегет, Київське 87, Белгородское 2; на крупність зерна - Харківське 5, Чегет, Слобожанське, Лілове, В/п 305-54, Оренбургское , Барнаульское 80; на кількість зерен у волоті - Масловський 3, Масловський 4, Харківське , Харківське 56, лінія ІР , лінія ІР 93-7076, ВІР к-9161, В/п 16, Лілове, ВІР к-5182, Белгородское 2, Новоуренское 241, Саратовское 8, Орловское 544, Скороспелое 66, Барнаульское 80; на вміст білка в зерні - Гібрид 2, Гібрид 6, Гібрид 7, Веселоподільське 16, ВІР к-2269, Прохладненское, Токтогульское горное местное; на вміст каротиноїдів в зерні - Слобожанське, Радуга, Сонячне, Белгородское 1; на вихід пшона - Слобожанське, Пригоже, Миронівське 85, Гібрид 19, Саратовское 6, Тонкопленчатое , Барнаульское 80, Уральское белое; на стійкість до меланозу - Масловський 4, Чарівне, ВІР к-9317, ВІР к-8425, ВІР к-9247, ВІР к-9255, ВІР к-9258, Воронежское 905, Кокцинеум 665-39, Колоритное 9, Колоритное 15, Колоритное 22, Карликовое 305, Острогожское 9, Орловское 95, ВІР к-3156, ВІР к-9482.

2. В селекції на високий вміст каротиноїдів використовувати візуальну оцінку яскравості ядра тільки у вологі роки.

3. Використовувати сорт проса Слобожанське в селекції на високий вміст каротиноїдів як донор цієї ознаки.

4. Як цінний вихідний матеріал для селекції сортів проса нового покоління слід використовувати створені в процесі досліджень лінії 03-2290 (Харківське 57 / Пригоже), 03-2404 (Харківське 57 / Л. 93-7076), 03-2348 (Слобожанське / Харківське 57), 03-2150 (Слобожанське / Пригоже), 03-2367 (Слобожанське / Л. 92-14836), 03-2494 (Пригоже / Л. 93-7076).

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Горбачова С.М., Горлачова О.В. Оцінка вихідного матеріалу для селекції проса в умовах Лісостепу України // Селекція і насінництво. - Харків– 2002. - Вип. 86 – С. 83-88. (80% авторства: проведення досліджень і узагальнення результатів).

2. Константинов С.І., Горбачова С.М., Горлачова О.В. Генетичні особливості основних господарсько цінних ознак проса // Вісник ХНАУ. Серія “Рослинництво, селекція і насінництво, овочівництво”. – Харків. – 2002. – Вип. 6. – С. 221-228. (65% авторства: проведення досліджень і узагальнення результатів).

3. Константинов С.І., Горбачова С.М., Горлачова О.В. Селекція проса на підвищений вміст каротиноїдів в зерні в умовах Східного Лісостепу України // Селекція і насінництво. - Харків– 2003. – Вип. 87. – С. 49-55. (65% авторства: проведення досліджень і узагальнення результатів).

4. Константинов С.І., Горбачова С.М., Горлачова О.В. Результати вивчення світової колекції проса в Лісостепу України // Науковий вісник національного аграрного університету. - Київ– 2001. - Вип. 40 – С. 47-50. (80% авторства: проведення досліджень і узагальнення результатів).

5. Горбачова С.М., Горлачова О.В. Випробування зразків проса за основними господарсько-цінними ознаками // Збірник наукових праць Інституту землеробства Південного регіону УААН. Актуальні проблеми ефективного використання земель. – Херсон - 2002. – С. 106-110. (80% авторства: проведення досліджень і узагальнення результатів).

6. Горбачова С.М., Горлачова О.В. Характер успадкування вмісту білка і каротиноїдів в зерні проса // Вісник аграрної науки Причорномор’я. – Миколаїв. – 2003. - Т. 2, Вип. 3(23). –С. 127-131. (80% авторства: проведення досліджень і узагальнення результатів).

7. Горлачова О.В. Вивчення вихідного матеріалу для селекції проса на продуктивність // Наукові проблеми виробництва зерна в Україні та сучасні методи їх вирішення. - Дніпропетровськ: Нова ідеологія, 2000. – С.