ІНСТИТУТ РОСЛИННИЦТВА ім. В.Я. ЮР’ЄВА

УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

ПРИТУЛА НАТАЛІЯ МИХАЙЛІВНА

УДК 633.11: 631.527.575

СТВОРЕННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ СЕЛЕКЦІЇ ОЗИМОЇ ТВЕРДОЇ ПШЕНИЦІ МЕТОДОМ МІЖВИДОВОЇ ГІБРИДИЗАЦІЇ

06.01.05 – селекція рослин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків – 2005

Дисертацією є

рукопис

Робота виконана

на Запорізькій державній сільськогосподарській дослідній станції УААН

Науковий керівник: кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Панченко Іван Архипович,

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

завідувач відділу селекції і генетики

озимих культур

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Шелепов Володимир Васильович,

Український інститут експертизи сортів

Державної служби з охорони прав

на сорти рослин Мінагрополітики України,

головний науковий співробітник

кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Паламарчук Анатолій Іванович,

Селекційно-генетичний інститут –

Національний центр насіннєзнавства

та сортовивчення УААН,

завідувач лабораторії селекції

озимої твердої пшениці

Провідна установа: Інститут землеробства південного регіону УААН, м. Херсон

Захист відбудеться 22.11.2005 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.366.01 в Інституті рослинництва ім. В.Я.Юр'єва УААН, за адресою 61060, м. Харків, проспект Московський, 142. тел.: 392-23-78

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН: м. Харків, проспект Московський, 142

Автореферат розісланий 18.10.2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Петренкова В.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Протягом багатьох десятиліть в Україні існує великий дефіцит зерна твердої пшениці для виготовлення широкого асортименту макаронних виробів і інших продуктів харчування. Збільшення валових зборів високоякісного зерна цієї культури є одним із важливих завдань агропромислового комплексу країни. Ця задача повинна вирішуватись шляхом більш широкого впровадження в виробництво нових сортів пшениці з комплексом цінних ознак, серед яких вагоме місце займає продуктивність і якість зерна.

В останні роки в Україні створено ряд сортів озимої і ярої твердої пшениці, які інтенсивно впроваджуються в виробництво, але проблема створення сортів цієї культури з більш високою урожайністю і підвищеною якістю зерна для різних агрокліматичних зон України ще далека від повного вирішення і на теперішній час вона є надзвичайно актуальною і має важливе практичне значення.

Для підвищення ефективності створення таких сортів необхідно удосконалювати методи селекції. Одним із найважливіших напрямків цих досліджень є розширення генетичної основи вихідного матеріалу за рахунок міжвидової гібридизації, що і обумовило тему нашу досліджень.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в 1995 – 2000 рр. згідно з завданням тематичного плану Запорізької державної сільськогосподарської дослідної станції УААН, визначеними державною науково-технічною програмою на 1996-2000 рр. „Зернові і олійні культури”, за темою „Створити сорт озимої твердої пшениці з потенційною урожайністю 65-70 ц/га, високими адаптивними властивостями, універсального використання для вирощування за інтенсивними технологіями й на непарових попередниках” (номер державної реєстрації 03. 04 – МВ/37 – 96, Міністерство України у справах науки і технологій).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було теоретичне обґрунтування та практична реалізація можливостей методу міжвидової гібридизації для створення вихідного матеріалу озимої твердої пшениці з підвищеними адаптивними властивостями, високою врожайністю і якістю зерна в умовах Степу України.

Для досягнення поставленої мети треба було вирішити такі завдання:

- обґрунтувати принципи добору та виконати добір батьківських форм і провести міжвидову гібридизацію вибраних сортозразків м’якої та твердої пшениці;

- виявити закономірності прояву і мінливості кількісних ознак у батьківських форм та у міжвидових гібридів;

- визначити особливості кореляційних зв’язків між ознаками у батьківських форм та у міжвидових гібридів;

- провести класифікацію міжвидових гібридів за ступенем їх генетичної віддаленості від вихідних форм;

- встановити напрямок дії генотипів вихідних форм в генетичну віддаленість за кількісними ознаками міжвидових гібридів озимої пшениці;

- визначити характер успадкування міжвидовими гібридами фенотипічного прояву кількісних ознак;

- встановити видову приналежність кращих міжвидових гібридів F5 методом електрофорезу запасних білків;

- виділити кращі за адаптивними ознаками, продуктивністю і якістю зерна лінії, як вихідний матеріал для селекції;

Об’єкт дослідження: селекція озимої твердої пшениці на адаптивність, продуктивність і якість зерна.

Предмет дослідження: особливості рекомбінаційного процесу у цілеспрямовано створених міжвидових гібридів між м’якою і твердою озимою пшеницею щодо фенотипового прояву, корелятивних взаємозв’язків та характеру успадкування ознак адаптивності, продуктивності, якості зерна та інших найбільш важливих кількісних ознак.

Методи дослідження: гібридизація – для отримання міжвидових гібридів; польові – для вивчення врожайності гібридів та батьківських форм; лабораторні – для визначення метричних параметрів рослин та біохімічних ознак якості зерна; математично-статистичні – для визначення кореляційних взаємозв’язків кількісних ознак, характеру їх успадкування та оцінки достовірності отриманих результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Теоретично обґрунтовано і практично виконано селекційну програму з підвищення ефективності селекції озимої твердої пшениці шляхом використання методу міжвидової гібридизації. Встановлено, що диференційований рівень прояву кількісних ознак у озимої м’якої і твердої пшениці є джерелом широкого рекомбінаційного процесу при міжвидовій гібридизації. Виявлені сприятливі для добору цінних генотипів кореляційні зв’язки між кількісними ознаками у вихідних батьківських форм та міжвидових гібридів. Вперше для умов Степу України застосовано комплексну оцінку якості зерна вихідних батьківських форм та міжвидових гібридів озимої пшениці за фракційним і амінокислотним складом білка. Вперше застосовано і доведено ефективність методу дискримінантного аналізу для класифікації міжвидових гібридів за ступенем їх генетичної віддаленості від батьківських форм. Методом електрофорезу запасних білків підтверджено міжвидове походження гібридів і проведена їх ідентифікація за видовою приналежністю. Вперше для більшості сортозразків вихідних батьківських форм та для міжвидових гібридів розроблені генетичні формули за глютенінкодуючими локусами. На основі встановлених закономірностей успадкування кількісних ознак доказана можливість створення методом міжвидової гібридизації селекційного матеріалу з оптимальним рівнем прояву ознак продуктивності, якості зерна та адаптивних властивостей. Виявлені донори окремих цінних ознак. Створено новий цінний вихідний матеріал для селекції озимої твердої і м’якої пшениці на продуктивність, якість зерна і адаптивність.

Практичне значення одержаних результатів. Підтверджена ефективність використання методу міжвидової гібридизації в селекції озимої пшениці. Встановлені закономірності фенотипового прояву кількісних ознак, їх взаємозв’язків та успадкування дозволили виділити серед міжвидових гібридів озимої пшениці лінії твердого і м’якого виду з підвищеною продуктивністю, якістю зерна і адаптивністю. Ці лінії залучені в селекційні програми Інституту землеробства південного регіону УААН, Миронівського інституту пшениці ім. В.М. Ремесла УААН та Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто здійснений інформаційний пошук та аналіз даних літератури, виконана основна частина експериментальної роботи в польових та лабораторних експериментах, узагальнено одержані результати, сформульовані висновки і рекомендації, підготовлені до друку і опубліковані праці. В роботах, опублікованих в співавторстві, доля автора складає 50-75% (проведення досліджень, аналіз експериментальних даних та їх узагальнення, написання статей).

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень були обговорені на засіданнях науково-технічної ради Запорізької державної сільськогосподарської дослідної станції УААН (Запоріжжя, 1997 – 1999, 2001, 2002, 2005 рр.); засіданнях селекційної секції вченої ради Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН (Харків, 1995 – 1998 рр.); міжнародній конференції “Наукові основи стабілізації виробництва продукції рослинництва, присвяченої 90-річчю від заснування Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН (Харків, 1999); міжнародних науково-практичних конференціях “Дні науки” (Запоріжжя, 2002, 2004 рр.); міжнародному симпозіумі “Сучасні технології селекційного процесу сільськогосподарських культур” (Харків, 2004).

Публікації. Основні положення дисертації висвітлені в 5 наукових статтях, опублікованих у фахових наукових виданнях та 4 тезах доповідей наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація у вигляді рукопису викладена на 197 сторінках тексту комп’ютерної верстки, включає вступ, огляд літератури, умови, матеріал і методику досліджень, чотири експериментальних розділи, висновки, практичні рекомендації, список літератури і додатки. Дисертація містить 36 таблиць, 4 рисунки, 7 додатків і 201 джерело літератури, в т.ч. 29 дальнього зарубіжжя.

Основний зміст роботи

Розвиток та сучасний стан селекції озимої твердої

пшениці на якість зерна (огляд літератури)

У розділі наведено аналіз наукових досліджень вітчизняних і зарубіжних вчених з питань селекції озимої твердої і м’якої пшениці на адаптивність, продуктивність і якість зерна. Проаналізовано можливості використання для цих цілей методу міжвидової гібридизації. Вирішенню проблеми присвячена значна кількість робіт, але поєднання цих полігенних ознак в одному генотипі є надзвичайно важкою задачею. Визначено, що дуже мало зустрічається робіт з досліджень фракційного та амінокислотного складу білків пшениці та досліджень можливостей використання методу електрофорезу запасних білків для класифікації міжвидових гібридів за їх видовою приналежністю і ідентифікації цінних генотипів. Відмічено, що недостатньо вивчені особливості фенотипового прояву і мінливості кількісних ознак, характер кореляційних зв’язків між ними та закономірності їх успадкування. На вирішення цих питань і були направлені наші дослідження.

АГРОЕКОЛОГІЧНІ Умови, вихідний матеріал І методика

досліджень

Основні експерименти за темою дисертації виконували в 1995-2000 рр. на полях Запорізької державної сільськогосподарської дослідної станції, розташованої в помірнопосушливій південно-східній частині Степу України. Клімат цього регіону характеризується як континентальний із значним коливанням температур, постійними зимовими відлигами та вітрами, відносно невеликою кількістю опадів.

Погодні умови 1996, 1997 і 1999 років були сприятливими для розвитку озимої твердої пшениці, а 1995, 1998 і 2000 – характеризувалися несприятливими умовами. Значна різноманітність погодних умов за роки досліджень сприяла комплексній оцінці і добору більш різноманітного матеріалу.

Матеріалом для досліджень були міжвидові гібриди, отримані нами від схрещування 9 сортів м’якої озимої пшениці з 5 сортами твердої та їх батьківські форми. В схемі було використано 3 сорти, занесених до Реєстру сортів рослин України: Альбатрос одеський, Айсберг одеський та Спартанка, 10 сортозразків, створених на Запорізькій дослідній станції: Лютесценс 6245, 028229 Скіф’янка, Токмачанка, номери 027488/2, 028178, 027876/1, Хоростівська і 1 селекційний зразок Інституту рослинництва ім. В.Я.Юр’єва УААН – Харківська 101. Урожайність цих сортозразків була на рівні стандартних сортів, або вище. Гібриди та батьківські форми висівали в оптимальні для зони Степу строки.

Для проведення польових дослідів використовували методику ВІР (1971), Доспехова (1985), та методику державного сортовипробування (1971). Зимостійкість та стійкість до вилягання визначали за методикою державного сортовипробування сільськогосподарських культур (1971). Ураженість борошнистою росою проводили в польових умовах на природному інфекційному фоні за шкалою Е.Е. Гешеле (1971). Ступінь ураження бурою іржею оцінювали за шкалою Т.Д. Страхова (1951).

Загальний вміст білка в зерні визначали за методом К’єльдаля, фракційний склад білка за модифікованим методом Озборна, амінокислотний склад білка (крім триптофану) визначали на аналізаторі “LKB Alpha-Plus M-4154”, вміст триптофану аналізували колориметричним методом. Електрофорез та ідентифікацію субодиниць глютеніну проводили за методикою, каталогом і номенклатурою Payne P.I. (1983), Ng P.K.W., Scanlon M.G., Bushuk W.A. (1988).

Аналіз генетичної віддаленості міжвидових гібридів від батьківських форм проводили за методикою Болч, Хуань К. Дж. (1979) та А.В. Пухальського (1983).

Для характеристики успадкування ознак використовували ступінь домінантності за Брюбейкером Дж. (1966). Статистичну обробку результатів досліджень виконували методом дисперсійного, варіаційного та кореляційного аналізу (Б.А. Доспехов, 1965, В.Г. Вольф, 1966) з використанням ЕОМ.

ЗАКОНОМІРНОСТІ ФЕНОТИПОВОГО ПРОЯВУ І мінливості кількісних ознак у ВИХІДНИХ БАТьКІВСЬКИХ ФОРМ озимОЇ пшеницІ

Для досягнення високої інтенсивності формоутворюючого процесу при міжвидовій гібридизації найважливішою умовою є добір таких вихідних батьківських форм, які б мали високий але диференційований рівень прояву цінних ознак.

В наших дослідах встановлено значні видові різниці за рівнем прояву ознак продуктивності колосу, архітектоніки рослин та якості зерна у озимої м’якої та твердої пшениці, як об’єктів гібридизації (табл. 1).

М’яка пшениця суттєво перевищує тверду пшеницю за довжиною колосу, масою колосу, кількістю колосків та зерен у колосі і суттєво поступається за масою колосу. В перерахунку фізичних величин ознак продуктивності колосу на 1 см довжини колосу тверда пшениця має суттєві переваги над м’якою, що свідчить про більш раціональну організацію будови колосу твердої пшениці, який характеризується більшою щільністю і компактним розташуванням колосків.

Таблиця 1

Порівняльна характеристика батьківських форм за проявом кількісних ознак, 1995 – 1999 рр.

Ознака | Розмах варіювання ознаки

Triticum aestivum | Triticum durum

V, % | V, %

Ознаки продуктивності колосу (1995 – 2000 рр.)

Довжина колосу, см. | 6,7 ± 0,05 | 6,97 | 5,0 ± 0,05 | 6,52

Маса колосу, г. | 1,5 ± 0,03 | 20,11 | 1,7 ± 0,05 | 8,42

Кількість колосків у колосі, шт. | 14,7 ± 0,08 | 9,17 | 13,0 ± 0,10 | 5,85

Кількість зерен у колосі, шт. | 34,1 ± 0,13 | 15,07 | 29,8 ± 0,18 | 9,07

Маса зерна з колосу, г. | 1,13 ± 0,03 | 21,2 | 1,2 ± 0,04 | 8,09

Ознаки архітектоніки рослин (1995 – 2000 рр.)

Висота рослин, см. | 66,2 ± 0,11 | 12,57 | 59,6 ± 0,05 | 4,63

Довжина 1-го міжвузля, см. | 2,8 ± 0,09 | 29,97 | 1,4 ± 0,12 | 30,09

Довжина 2-го міжвузля, см. | 7,1 ± 0,07 | 28,53 | 4,2 ± 0,09 | 8,91

Довжина 3-го міжвузля, см. | 9,1 ± 0,07 | 16,69 | 6,9 ± 0,07 | 4,44

Довжина 4-го міжвузля, см. | 16,3 ± 0,07 | 10,92 | 12,0 ± 0,08 | 5,26

Довжина 5-го міжвузля, см. | 23,3 ± 0,08 | 13,08 | 29,0 ± 0,08 | 7,00

Діаметр першого міжвузля, мм. | 3,1 ± 0,06 | 8,42 | 2,6 ± 0,04 | 8,21

Діаметр верхнього міжвузля, мм. | 1,8 ± 0,02 | 9,26 | 1,4 ± 0,03 | 4,72

Ознаки якості зерна (1999 – 2000 рр.)

Вміст білка, % на суху речовину | 12,00±0,35 | 12,42 | 16,39±0,17 | 3,23

Вміст крохмалю, % на суху речовину | 68,25±0,32 | 1,98 | 63,55±0,23 | 1,16

Вміст легкорозчинних азотистих сполук, % від суми вилученого азоту | 42,05±0,67 | 6,80 | 33,04±0,31 | 2,99

Вміст небілкового азоту, % від суми вилученого азоту | 8,36±0,54 | 27,64 | 5,72±0,22 | 11,98

Вміст легкорозчинних білків, % від суми вилученого азоту | 33,69±0,59 | 7,38 | 27,45±0,43 | 4,99

Вміст спирторозчинних білків, % від суми вилученого азоту | 31,66±0,49 | 6,62 | 39,52±0,48 | 3,86

Вміст лугорозчинних білків, % від суми вилученого азоту | 26,25±0,67 | 10,91 | 27,38±0,25 | 2,92

Сума важкорозчинних білків, % від суми вилученого азоту | 27,95±0,67 | 4,93 | 66,93±0,31 | 1,48

Аналіз коефіцієнтів варіацій показав низький ступінь варіювання всіх складових ознак продуктивності колосу у популяцій озимої твердої пшениці, що свідчить про те, що добір за цими ознаками тут може бути досить ефективним.

У м’якої озимої пшениці найбільш ефективно можна вести добір за ознаками довжина колосу та кількість колосків у колосі. Більші труднощі тут виникатимуть при доборах генотипів за масою колосу та масою зерна з колосу. Але, в той же час, завдяки широкому розмаху мінливості цих ознак, цілком вірогідною стає можливість виділення генотипів зі значно вищим рівнем їх прояву, в порівнянні зі середньопопуляційними.

Практично за всіма ознаками архітектоніки рослин, крім довжини 5го міжвузля, м’яка пшениця достовірно перевищує тверду.

Характер варіювання ознак архітектоніки рослин свідчить про можливість вести селекцію короткостеблових рослин як на укорочення загальної довжини рослин, так і на укорочення 3го, 4го, та 5го міжвузлів у м’якої та 2го, 3го, 4го і 5го міжвузлів – у твердої пшениці. Урахування варіювання ознаки діаметр першого міжвузля дає змогу створити сорти, стійкі до вилягання.

За рівнем прояву ознак якості зерна тверді пшениці перевищують м’які за вмістом білка, спирторозчинних та лугорозчинних білків. Менший вміст у твердої пшениці легкорозчинних азотистих сполук та краще їх співвідношення з важкорозчинними сполуками, ніж у м’якої пшениці, має позитивне значення для селекції озимої твердої пшениці на високу якість макаронних виробів, тому що при варінні макаронів у варочну воду буде менше виділятися цінних поживних речовин.

Низький ступінь варіювання більшості ознак якості зерна у твердої і м’якої пшениці дає змогу найбільш ефективно оцінити генотипи за цими ознаками за фенотипічним їх проявом.

Таким чином, встановлений різний рівень прояву і мінливості ознак продуктивності колосу, архітектоніки рослин та якості зерна у видів м’якої і твердої озимої пшениці свідчить про можливість досягнення достатньо високої інтенсивності формоутворюючих процесів при міжвидовій гібридизації, а серед одержаного різноманіття гібридних генотипів наступними доборами можна буде отримати форми, які поєднують в собі оптимальний рівень цінних ознак. Це і є основним аргументом для обґрунтування доцільності використання методу міжвидової гібридизації в селекції озимої пшениці.

Особливості кореляційних взаємозвязків МІЖ кількісниМИ

ознакАМИ у ВИХІДНИХ БАТЬКІВСЬКИХ ФОРМ та міжвидових

гібридів ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ

Для ефективного ведення селекційного процесу велике значення має вивчення кореляційних взаємозв’язків між кількісними ознаками у селекційного матеріалу.

В своїх дослідах ми використовували підвищену точність оцінки (0,01 рівень значущості) коефіцієнтів кореляції.

Встановлено відсутність негативних кореляційних зв’язків між складовими ознаками продуктивності колосу у озимої м’якої і твердої пшениці і їх міжвидових гібридів, що не перешкоджає незалежному ефективному добору цінних генотипів за цими ознаками.

У озимої м’якої пшениці встановлено достовірні позитивні кореляційні зв’язки ознаки маса зерна з колосу з довжиною колосу, масою колосу, кількістю колосків та зерен у колосі (r = 0,41; 0,89; 0,38 та 0,54 відповідно), що сприяє добору високопродуктивних рослин. У озимої твердої пшениці позитивні кореляційні зв’язки маси зерна з колосу встановлені з масою колосу та кількістю зерен у колосі (r = 0,90 та 0,45 відповідно), що також сприяє селекції на продуктивність. Сприятливим фактом для добору високопродуктивних генотипів серед міжвидових гібридів п’ятого покоління є існування у них позитивних кореляційних зв’язків маси зерна з колосу з кількістю колосків у колосі (r = 0,30) та кількістю зерен у колосі (r = 0,38).

У твердої озимої пшениці встановлено достовірний прямий зв’язок середньої сили висоти рослин з масою зерна з колосу (r = 0,34), що створює певні труднощі при доборі короткостеблових високопродуктивних рослин. У озимої м’якої пшениці та у міжвидових гібридів F5 достовірних кореляційних зв’язків висоти рослин з продуктивністю колосу не виявлено, що не перешкоджає добору високопродуктивних рослин незалежно від їх висоти.

У міжвидових гібридів п’ятого покоління встановлена зворотна кореляція маси зерна з колосу з довжиною 5го міжвузля (r = –0,46), що є позитивним фактом при селекції високопродуктивних низькорослих сортів.

У батьківських форм і міжвидових гібридів F5 виявлено позитивні кореляційні взаємозв’язки висоти рослин з довжиною всіх міжвузлів, що полегшує добір короткостеблових рослин.

Ознаки якості зерна у міжвидових гібридів та вихідних батьківських форм в наших дослідах мали велику кількість різнонаправлених достовірних кореляційних зв’язків, що створює певні труднощі при доборі цінних генотипів.

У м’якої пшениці встановлено позитивну кореляцію маси зерна з колосу з вмістом білка (r = 0,40) та негативну з вмістом небілкового азоту (r = -0,33). Ці залежності дозволяють проводити добір високопродуктивних рослин з високою якістю зерна серед сортів озимої м’якої пшениці. Відсутність достовірних кореляційних зв’язків між масою зерна з колосу і ознаками якості зерна у озимої твердої пшениці вказує на необхідність проведення незалежної селекції на ці ознаки і не виключає можливості добору високопродуктивних генотипів з високою якістю зерна серед сортів озимої твердої пшениці. Сприятливим фактом є існування зворотної кореляційної залежності у міжвидових гібридів F5 між масою зерна з колосу і вмістом небілкового азоту та легкорозчинних сполук (r = -0,31 та -0,37 відповідно), а також позитивного зв’язку з сумою гліадинів і глютенінів (r = 0,37), що сприяє добору високопродуктивних генотипів з підвищеними хлібопекарськими і макаронними властивостями.

Нами виявлено позитивні кореляції у гібридів між вмістом таких незамінних амінокислот як лізин та триптофан (0,57), треонін та лізин (0,46), триптофан та лейцин (0,38), валін та лейцин (0,37), ізолейцин та фенілаланін (0,63), що сприяє комплексному підвищенню вмісту цих амінокислот. Відсутність достовірних кореляційних зв’язків між вмістом білка та вмістом більшості незамінних амінокислот (крім лізину) у гібридів F5 дозволяє проводити незалежну селекцію на підвищення вмісту білка в зерні і на підвищення вмісту цих амінокислот в білку.

Таким чином, виявлені особливості кореляційних взаємозв’язків між кількісними ознаками у озимої м’якої і твердої пшениці та їх міжвидових гібридів сприяють підвищенню ефективності проведення доборів цінних генотипів, що підтверджує позитивну роль міжвидової гібридизації при селекції озимої пшениці на поєднання високої продуктивності з підвищеними ознаками якості зерна та оптимальною висотою рослин.

Аналіз генетичної віддаленості міжвидових гібридів

від вихідних батьківських форм за кількісними ознаками

Одним із методів комплексної оцінки внутрішньої генетичної структури організму за її фенотиповим проявом, є метод дискримінантного аналізу, який базується на визначенні ступеню генетичної віддаленості міжвидових гібридів від батьківських форм. Нами, на протязі п’яти поколінь, проаналізовано ступінь генетичної віддаленості міжвидових гібридів від батьківських форм. В дискримінантному аналізі використовували 16 кількісних ознак: довжина колосу, маса колосу, кількість колосків у колосі, кількість зерен у колосі, маса зерна з колосу, довжина 1го – 5го міжвузлів, діаметр першого і верхнього міжвузля, маса соломини, вміст білка та крохмалю в зерні.

Проводили аналіз окремих гібридних популяцій, структурними одиницями кожної з яких були гібриди від схрещувань однієї матері і всіх батьків (на фоні материнської форми), та гібриди одного батька з різними матерями (на фоні батьківської форми). Таким чином виявляли вплив материнського (м’яка пшениця) чи батьківського (тверда пшениця) генотипу на формування дискримінації груп генотипів.

Аналіз середніх величини показника D2 Махаланобіса показав, що в ранніх поколіннях (F1-F2), як правило, проявляється ефект домінування генотипу материнської форми незалежно від генотипу батька. При подальшому вільному розмноженні гібридів і проведенні доборів за фенотипом твердого виду, доля материнського генотипу в гібридному організмі зменшується і вже в п’ятому поколінні домінує батьківський тип. Причому проходить це без будь яких насичуючих схрещувань.

Залежність величини показників узагальненої віддаленості D2 Махаланобіса від номеру поколінь гібридів описується регресійним рівнянням, при якому коефіцієнт детермінації рівняється 0,92, що говорить про високе спів падання фактичних і теоретичних значень кривої (рис. 1).

Подібна закономірність характерна практично для кожної материнської і батьківської форми, яку використовували в дослідах.

Крім генетичної віддаленості важливе значення має також інформація про напрямок змін (позитивні чи негативні), які проходять у гібридів і в якій мірі узгоджено діють в одному генотипі комплекси ознак якості і продуктивності.

Аналіз гібридних популяцій, сформованих на базі материнських форм показав, що генетичні детермінанти ознак якості зерна в переважній більшості мали позитивний вплив на сумарну дискримінацію, тобто в більшості випадків вони приводили до збільшення величини ознак у гібридів.

Ознаки продуктивності мали різний вплив в дискримінацію кількісних ознак. Так, довжина колосу в усіх гібридних комбінаціях, сформованих на базі материнських форм, давала негативний внесок в загальну дискримінацію. За ознаками кількість колосків в колосі та кількість зерен в колосі у більшості гібридних комбінацій відмічається позитивний знак впливу.

Найбільш сприятливі напрямки впливу материнських форм в дискримінацію кількісних ознак, з точки зору поєднання продуктивності колосу і якості зерна, виявлено у материнських сортозразків 027876/1, Альбатрос одеський і Лютесценс 6245.

Для гібридних популяцій, сформованих на базі батьківських форм, характерним є переважне позитивне значення впливу на дискримінацію практично всіх ознак продуктивності колосу і вмісту білка в зерні. З точки зору поєднання в міжвидових гібридах високого прояву продуктивності і якості зерна, найбільш позитивний вплив мають такі батьківські сортозразки як Запорізька 804, Запорізька 808, Айсберг одеський та Харківська 101.

Характер успадкування кількісних ознак при міжвидовій

гібридизації озимої пшениці

Вивчення типів успадкування ознак у гібридів F1 дає інформацію про характер їх генетичного контролю і дозволяє орієнтовано спрогнозувати ефективність подальших доборів.

Встановлено, що переважна більшість гібридів F1 успадковують ці ознаки за типами позитивного домінування і позитивного наддомінування. Це дає підставу стверджувати, що такий характер перекомбінації генів, направлений на передачу цих ознак від батьківських форм гібридами, збережеться в наступних поколіннях і дасть можливість відібрати селекційно-цінні трансгресивні форми.

Дане припущення підтвердилось при подальших дослідженнях, в яких встановлено, що більшість (від 64,4 до 100%) міжвидових гібридів F5 за всіма ознаками продуктивності колосу перевищують обидві батьківські форми (табл. 2).

За ознаками архітектоніки рослин у гібридів F1 виявили різні типи успадкування. Висота рослин, довжина всіх міжвузлів та діаметр першого міжвузля у більшості гібридів успадковувались за типом негативного наддомінування, а товщина верхнього міжвузля і маса соломини в переважної більшості гібридів успадковувались за типом позитивного наддомінування.

В п’ятому поколінні за висотою рослин гібриди поступалися обом батьківським формам в 55,56 % випадків. Верх соломини майже у всіх отриманих гібридів був товщим, ніж у батьківських форм. За ознакою діаметр першого міжвузля 100% гібридів перевищували обидві батьківські форми. Маса соломини у 64,44 % гібридів була більшою, ніж у батьків.

В F5 43,75% гібридних комбінацій перевищували обидві батьківські форми за вмістом білка. В гібридних комбінаціях 027876/1 ? Айсберг одеський; 027876/1 ? Запорізька 803; Хоростівська ? Запорізька 803 відмічали стабільно високий вміст білка, який успадковувався від батьківських форм Айсберг одеський та Запорізька 803. Взагалі більшість гібридних популяцій, де батьківською формою був сорт Айсберг одеський проявили позитивний домінантний ефект. Виходячи з цього можна зробити висновок, що даний сорт виступає донором високого вмісту білка при міжвидовій гібридизації озимої пшениці.

Таблиця 2

Розподіл міжвидових гібридів озимої пшениці F5 за типами успадкування

кількісних ознак, %, 2000 р.

Характер

успадкування

ознаки

Ознака | Поступається обом

батьківським

формам | Проміжне

успадкування | Перевищує

обидві

батьківські

форми

Довжина колосу, см | 13,34 | 86,66

Маса колосу, г– | 100,00

Кількість колосків у колосі, шт. | 4,44 | 8,90 | 86,66

Кількість зерен у колосі, шт. | 28,90 | 6,66 | 64,44

Маса зерна з колосу, г | 4,44 | 95,56

Висота рослин, см | 62,22 | 11,12 | 26,66

Довжина 1-го міжвузля, см | 6,66 | 93,34

Довжина 2-го міжвузля, см | 4,44 | 35,56 | 60,00

Довжина 3-го міжвузля, см | 6,66 | 13,34 | 80,00

Довжина 4-го міжвузля, см | 22,22 | 40,00 | 37,78

Довжина 5-го міжвузля, см | 68,90 | 17,77 | 13,33

Діаметр верхнього міжвузля, см | 2,22– | 97,78

Діаметр першого міжвузля, см– | 100,00

Маса соломини, г | 4,44 | 24,44 | 71,12

Вміст білка в зерні, % на суху речовину | 28,12 | 71,87

Вміст крохмалю в зерні, % на суху речовину | 75,00 | 6,25 | 18,75

Вміст в білку гліадинів, % від суми вилученого азоту | 18,75 | 37,50 | 43,75

Вміст в білку глютенінів, % від суми вилученого азоту | 12,50 | 6,25 | 81,25

Вміст важкорозчинних білків, % від суми вилученого азоту | 25,00 | 75,00

Вміст легкорозчинних білків, % від суми вилученого азоту | 75,00 | 12,50 | 12,50

Лізину в білку, % на 100 г білка | 12,50 | 37,50 | 50,00

Триптофану в білку, % на 100 г білка | 12,50 | 31,25 | 56,25

Валіну в білку, % на 100 г білка | 93,75 | 6,25–

Лейцину в білку, % на 100 г білка | 87,50 | 6,25 | 6,25

Ізолейцину в білку, % на 100 г білка | 100,00––

Метіоніну в білку, % на 100 г білка | 6,25 | 93,75

Треонін в білку, % на 100 г білка | 37,50 | 6,25 | 56,25

Фенілаланіну в білку, % на 100 г білка | 87,50 | 6,25 | 6,25

За вмістом крохмалю в зерні 75,0% гібридів поступилися обом батьківським формам, а 12,5% гібридів перевищували обидві батьківські форми.

Вміст гліадинових білків більшість міжвидових гібридів F5 (37,5%) успадковували за проміжним типом. За вмістом глютенінів 81,25% гібридів перевищували батьків. Суму важкорозчинних білків 25,0% гібридів F5 успадковували за проміжним типом, а 75,0% гібридів перевищували обидві батьківські форми.

При успадкуванні вмісту легкорозчинних білків найбільша кількість гібридів (75,0 %) поступалася обом батьківським формам.

Широке різноманіття показників білкових фракцій міжвидових гібридів озимої пшениці дає можливість добору для практичної селекції цінного вихідного матеріалу з оптимальними показниками якості зерна.

Нами проаналізовано характер успадкування незамінних амінокислот зернового білка на вибірці із 16 міжвидових гібридів F5. Виявлено різні типи успадкування.

Важливим позитивним фактом є те, що за більшістю амінокислот є значна кількість гібридів, які перевищують батьківські форми.

Таким чином, в п’ятому поколінні ми отримали дуже різноманітний матеріал за проявом ознак, що вивчали. Отримані гібридні рослини більш низькорослі ніж батьківські форми, з більшим колосом за довжиною та вагою, з більшою кількістю колосків та зерен в колосі, з підвищеною якістю зерна. Загальна оцінка отриманих результатів свідчить про широкий розмах мінливості продуктивних ознак у гібридів, створених за участю озимої твердої і м’якої пшениць та доцільність використання міжвидових гібридів цього типу в селекційній практиці.

Особливості електрофоретичного спектру глютенінів вихідних

батьківських форм та міжвидових гібридів

Розшифрування електрофореграм материнських форм м’якої пшениці показало, що за глютенінкодуючими локусами 1A визначено 3 алельних варіанта, за локусом 1B – 2, і два за локусом 1D. При тому, окремі материнські форми виявилися гетерогенними за локусом Glu 1D. Всі батьківські форми твердої пшениці мали однаковий генотип за глютенінкодуючими локусами (1АN і 1В7+8).

При вивченні спектра компонентів глютенінових білків виявлено характер успадкування міжвидовими гібридами глютенінкодуючих локусів. Одночасна наявність локусів материнської та батьківської форми підтверджує їх міжвидове походження.

Алель N успадкували 62,5 % гібридних популяцій, але характер успадкування цього алеля визначити важко, тому що він присутній і у твердої і у м’якої батьківської форми (табл. 3). Алель 1, технологічна цінність якого 2 бали, успадкували від материнської форми 28,1 % гібридів. Що стосується глютенінкодуючого локуса 1В, то 56,25 % гібридних комбінацій успадкували варіант 7+8, який оцінюється в 3 бали, у інших гібридних популяцій присутній варіант 7+9, який оцінюється в 2 бали. 68,7 % гібридних комбінацій успадкували 1D 5+10, технологічна цінність якого 4 бали, а 12,5 % – 1D 2+12, який оцінюється в 2 бали, – від материнської форми. Хоростівська х Айсберг одеський в локусі 1D одночасно має алельні варіанти 2+12 та 5+10. У п’яти гібридних комбінацій відсутній глютенінкодуючий локус 1D, що дає право віднести їх до твердої пшениці.

Таблиця 3

Характеристика міжвидових гібридів озимої пшениці за алельними варіантами глютенінів

Гібридні комбінації | Алельні варіанти глютенінів

1А | 1В | 1D

028229Скіф’янка ? Айсберг одеський | 2* | 7+9 | 5+10

028229Скіф’янка ? Запорізька 803 | N | 7+8 | 5+10

028229Скіф’янка ? Запорізька 804 | 2* | 7+8 | 5+10

Токмачанка ? Айсберг одеський | N | 7+9 | -

Токмачанка ? Запорізька 804 | 1 | 7+9 | 5+10

Токмачанка ? Харківська 101 | N | 7+9 | 5+10

027488/2 Ч ?апорізька 803 | N | 7+8 | -

027488/2 Ч ?апорізька 804 | N | 7+8 | 5+10

028178 Ч ?арківська 101 | N | 7+8 | -

027876/1 Ч ?йсберг одеський | N | 7+9 | 5+10

027876/1 Ч ?апорізька 803 | 1 | 7+8 | -

027876/1 Ч ?арківська 101 | N | 7+8/7+9 | 5+10

Хоростівська ? Айсберг одеський | N | 7+9 | 2+12/5+10

Хоростівська ? Запорізька 803 | N | 7+8/7+9 | 2+12

Хоростівська ? Запорізька 804 | N | 7+9 | 5+10

Альбатрос одеський ? Айсберг одеський | 1 | 7+8 | 5+10

Альбатрос одеський ? Харківська 101 | 1 | 7+8 | 5+10

Спартанка ? Айсберг одеський | 2* | 7+8 | 2+12

Спартанка ? Запорізька 804 | 2* | 7+8 | -

Характеристика отриманого вихідного селекційного матеріалу

Проведені нами системні дослідження закономірностей прояву і успадкування кількісних ознак при міжвидовій гібридизації виявили можливість успішного поєднання кращих характеристик двох видів в одному міжвидовому гібриді (табл. 4).

В ході досліджень нами виділені цінні лінії, які відносяться до твердого і м’якого виду пшениці і характеризуються комплексом господарсько-цінних ознак (табл. 4). Ці лінії використовуються в селекційних програмах. Виділено 5 ліній з гібридних комбінацій Токмачанка ? Айсберг одеський; 027488/2 ? Запорізька 803; 028178 ? Харківська 101; 027876/1 ? Запорізька 803, Спартанка ? Запорізька 804, які за варіантами глютенінкодуючих локусів віднесені до твердої пшениці. Висота рослин у цих ліній коливається в межах 53,3 – 69,9 см, маса зерна з колосу 1,5 – 2,4 г, вміст білка від 15,85 до 22,39 %. Також виділено 6 ліній, які за варіантами глютенінкодуючих локусів віднесені до м’якої пшениці. Це лінії з гібридних комбінацій: Токмачанка ? Запорізька 803, 027488/2 ? Айсберг одеський, 027876/1 ? Харківська 101, Хоростівська ? Запорізька 803, Альбатрос одеський ? Харківська 101 та Спартанка ? Айсберг одеський. Виділені лінії м’якого виду достатньо низькорослі, з міцною соломиною, маса зерна з колосу знаходиться у межах від 1,3 до 2,6 г. Вміст білка в зерні (до 20,13) та сумарний вміст гліадинів та глютенінів говорить про високу якість зерна. Крім цього, гібридна комбінація Токмачанка ? Запорізька 803 мала високий, в порівнянні з вихідними формами вміст 4-х незамінних амінокислот (метіоніну, лізину, треоніну та триптофану).

Таблиця 4

Характеристика кращих ліній, виділених в результаті проведених досліджень, 2000 р.

Лінії і стандарти | Походження ліній | Кількість зерен в колосі, шт. | Маса зерна з колосу, г. | Висота рослин, см. | Вміст білка в зерні, % | Вміст гліадинів і глютенінів, % від суми вилученого азоту | Стійкість до вилягання, бали | Зимостійкість, % рослин, що перезимували | Ураженість борошнистою росою, % | Ураженість бурою іржею, % | 2000-1 | (Токмачанка ? Айсберг од.) | 38,6 | 1,5 | 53,3 | 15,85 | 68,42 | 5 | 77 | 10 | 15

2000-2 | (Токмачанка ? Запорізька 803) | 32,4 | 1,6 | 53,6 | 14,86 | 65,43 | 5 | 69 | 10 | 25 | 2000-3 | (027488/2 Ч ?йсберг од.) | 35,5 | 2,0 | 56,9 | 17,12 | 67,25 | 5 | 75 | 20 | 25

2000-4 | (027488/2 Ч ?апорізька 803 | 41,3 | 1,9 | 61,2 | 19,05 | 66,33 | 5 | 75 | 20 | 15

2000-5 | (028178 Ч ?арківська 101) | 29,6 | 1,7 | 69,6 | 20,68 | 65,78 | 5 | 64 | 20 | 25

2000-6 | (027876/1 Ч ?апорізька 803) | 41,1 | 2,0 | 69,9 | 22,39 | - | 5 | 72 | 5 | 15

2000-7 | (027876/1 Ч ?арківська 101) | 42,9 | 2,1 | 77,5 | 20,13 | - | 5 | 72 | 10 | 15

2000-8 | (Хоростівська ? Запорізька 803) | 25,6 | 1,3 | 61,2 | 19,28 | 60,70 | 5 | 69 | 10 | 25

2000-9 | (Альбатрос од. ? Харківська 101) | 36,9 | 2,6 | 41,3 | 18,99 | - | 5 | 99 | 5 | 5

2000-10 | (Спартанка ? Айсберг од.) | 29,9 | 2,3 | 47,5 | 19,92 | 67,55 | 5 | 97 | 1 | 5

2000-11 | (Спартанка ? Запорізька 804) | 41,2 | 2,4 | 53,4 | 19,81 | - | 5 | 95 | 5 | 15

St | Альбатрос одеський | 34,5 | 1,0 | 76,1 | 12,66 | 60,12 | 5 | 99 | 1 | 5

St | Айсберг одеський | 33,2 | 1,3 | 63,2 | 16,25 | 66,35 | 5 | 83 | 5 | 5

Всі виділені лінії мають досить високі адаптивні властивості. Так, стійкість до вилягання всіх виділених ліній, була оцінена в 5 балів, зимостійкість знаходилась на рівні 64,3 – 99,0%, ураженість борошнистою росою складала від 1 до 20%, а ураженість бурою іржею від 5 до 25%.

Тобто, в ході досліджень нами отриманий цінний вихідний селекційний матеріал, який поєднує в собі підвищені адаптивні властивості, низькорослість, високу продуктивність та якість зерна. Цей селекційний матеріал доцільно використовувати в подальших селекційних програмах для створення нових конкурентноспроможних сортів озимої твердої та м’якої пшениці.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення важливої наукової задачі з підвищення ефективності селекції озимої твердої пшениці на продуктивність і якість зерна за рахунок використання міжвидової гібридизації. Методом гібридизації