Українська академія аграрних наук

селекційно-генетичний інститут – Національний центр

насіннєзнавства та сортовивчення

ХОМЕНКО ТЕТЯНА МИХАЙЛІВНА

УДК 633.11“324”:631.528.7

СТВОРЕННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ В СЕЛЕКЦІЇ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ НА БАЗІ ІНДУКОВАНИХ МУТАЦІЙ

06.01.05 – селекція рослин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Одеса – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Білоцерківському державному аграрному університеті

Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор

Васильківський Станіслав Петрович,

Білоцерківський державний аграрний університет

Міністерства аграрної політики України,

завідувач кафедри селекції та насінництва,

декан агрономічного факультету

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Базалій Валерій Васильович,

Херсонський державний аграрний університет

Міністерства аграрної політики України,

завідувач кафедри рослинництва, генетики, селекції

та насінництва

кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Лавриненко Юрій Олександрович,

Інститут землеробства південного регіону УААН

завідувач лабораторії селекції кукурудзи

Провідна установа: Миронівський інститут пшениці ім. В.М Ремесла УААН (с. Центральне)

Захист відбудеться „8” вересня 2006 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.363.01 при Селекційно-генетичному інституті – Національному центрі насіннєзнавства та сортовивчення за адресою:

65036, м. Одеса, Овідіопольська дорога, 3

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці інституту за адресою:

65036, м. Одеса, Овідіопольська дорога, 3

Автореферат розісланий „4” серпня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.І. Січкар

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Створення сортів, які повною мірою відповідали б вимогам виробництва, ніколи не втратить своєї актуальності. Генетично-селекційного поліпшення сортів пшениці основується на використанні спадково різноманітного вихідного матеріалу. Тому надзвичайно актуальним завданням залишається розробка наукових основ, вдосконалення методів та пошук джерел розширення генетичного різноманіття вихідного матеріалу.

Важливим джерелом спадкової мінливості є індукований мутагенез. У зв’язку з цим особливого значення набуває створення генетичних колекцій мутантів, вивчення генетичного контролю їх продуктивності та розробка методів раціонального використання мутантів, у тому числі й нестабільних, у створенні вихідного матеріалу в селекції пшениці.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження за темою дисертаційної роботи є складовою частиною науково-дослідної тематики кафедри селекції та насінництва Білоцерківського державного аграрного університету (Державний реєстраційний номер 0197U018184) за завданням: “Хімічний мутагенез у створенні вихідного матеріалу для селекції озимої пшениці”.

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень було вивчення формотворчого процесу у нестабільних мутантів озимої м’якої пшениці, вдосконалення методів добору форм з генетично детермінованими ознаками в поколіннях мутантів та мутантно-сортових гібридів для створення вихідного матеріалу з комплексом господарсько цінних ознак і властивостей. Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішення таких завдань:

- вивчити формотворчий процес та вдосконалити методи добору селекційно цінних форм у поколіннях генетично нестабільних мутантів за окремими кількісними ознаками;

- провести оцінку й добір індукованих мутантів за елементами продуктивності колосу;

- вивчити формотворчий процес та характер успадкування кількісних ознак у поколіннях мутантно-сортових гібридів;

- створити генетично різноманітну колекцію форм мутантного походження з господарсько й селекційно цінними ознаками для подальшої роботи;

- вивчити можливість ідентифікації за білковими маркерами методом електрофорезу форм, відібраних за морфологічними ознаками у поколіннях генетично нестабільних мутантів.

Об’єкт дослідження: процес формотворення та успадкування господарських ознак у поколіннях генетично нестабільних мутантів та популяцій мутантно-сортових гібридів озимої пшениці.

Предмет досліджень: нестабільні мутанти, популяції мутантно-сортових гібридів.

Методи досліджень: польові, лабораторні, лабораторно-польові; вимірювально-вагові для визначення ступеня прояву та мінливості кількісних ознак за загальноприйнятими біометричними методами й електрофоретичного аналізу запасних білків зерна, спрямованих на ідентифікацію цінних генотипів за селекційно та господарсько цінними ознаками.

Наукова новизна одержаних результатів. Доведено, що в поколіннях генетично нестабільних мутантів озимої пшениці відбувається глибокий процес формоутворення за біологічними властивостями, морфологічними та господарсько цінними ознаками.

Вперше в Україні доведено можливість застосування методу білкових маркерів для ідентифікації форм, відібраних у поколіннях нестабільних мутантів за морфологічними ознаками.

Обґрунтовано та вдосконалено методи добору форм з генетично детермінованими ознаками елементів продуктивності колосу та висоти стебла у поколіннях нестабільних мутантів.

Встановлено, що в поколіннях (F2-F6) реципрокних гібридів, одержаних від схрещування нестабільних мутантів з вихідним сортом, відбувається надзвичайно багатий формотворчий процес за довжиною стебла, довжиною, формою та елементами продуктивності колосу.

Доведено, що застосування індивідуального добору методом педігрі за кількістю зерен головного колосу у нестабільних мутантів та гібридних популяціях дає можливість досягти позитивного зрушення (R) і підвищення його озерненості.

Практичне значення одержаних результатів. Основні результати досліджень є внеском у розробку практичних методів мутаційної селекції, що сприяє подальшій його трансформації з теоретичних розробок у ефективний прикладний метод створення вихідного матеріалу.

Доведено, що в поколіннях генетично нестабільних мутантів озимої м’якої пшениці при застосуванні методу педігрі, можна відібрати форми від напівкарликів до середньорослих, які поєднують високу стійкість до вилягання (8–9 балів), велику кількість (52–63 шт.) та масу зерна головного колосу (2,5–3,8 г).

На основі закономірностей мінливості й успадкування морфологічних ознак відібрано та ідентифіковано методом маркерів запасних білків форми мутантного та гібридного походження з господарсько цінними ознаками.

Створено вихідний матеріал, який використовується в науково-дослідній роботі кафедри селекції і насінництва БДАУ та як навчальний матеріал у підготовці фахівців для агропромислового комплексу.

Перспективні селекційні номери передані для подальшої роботи Миронівському інституту пшениці ім. В.М. Ремесла та до Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр’єва – Національного центру генетичних ресурсів України.

Особистий внесок здобувача. Дисертантка особисто узагальнила результати вітчизняних та зарубіжних досліджень. За консультації наукового керівника вибрала напрям, визначила завдання і розробила програму досліджень. Самостійно (відповідно до програми дисертації) провела теоретичні, експериментально-польові та лабораторні дослідження, статистичну обробку й аналіз експериментальних даних на ПК “Pentium 3”. Узагальнила результати проведених досліджень і сформулювала висновки та рекомендації для практичної селекції. Доля авторства дисертантки у спільних публікаціях складає 40–85 %.

Апробація результатів дисертації. Матеріали результатів досліджень доповідалися на II Міжнародній конференції молодих вчених “Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений” (м. Харків, 2003), Міжнародній науковій конференції “Біологічні науки і проблеми рослинництва” (м. Умань, 2003), Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми вирощування продукції рослинництва” (м. Суми, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції “Генетичні ресурси для адаптивного рослинництва: мобілізація, інвентаризація, збереження, використання” (м. Львів – с. Оброшино, 2005), Науково-практичній конференції “Новітні технології в рослинництві” (м. Біла Церква, 2005), щорічних наукових конференціях докторантів і аспірантів Білоцерківського ДАУ (м. Біла Церква 2003–2005 рр.).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 10 наукових праць, у тому числі 6 статей у фахових виданнях ВАК України та тезах міжнародних і регіональних конференцій, у яких достатньо повно висвітлені основні положення дисертації.

Структура роботи. Дисертаційна робота викладена на 128 сторінках комп’ютерного набору і складається зі вступу, огляду літератури, п’яти розділів експериментальної частини, висновків, пропозицій селекційній практиці, списку літературних джерел. Містить 38 таблиць, 26 рисунків, 13 додатків і 285 літературних джерел, у тому числі 44 латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Індуковані мутації як засіб розширення мінливості рослин озимої пшениці

Подається аналіз наукової літератури стосовно значення індукованого мутагенезу як джерела розширення генетичного різноманіття вихідного матеріалу в селекції озимої пшениці. Узагальнені й виділені недостатньо вивчені питання щодо напрямів використання мутацій і, особливо, методів роботи з поколіннями генетично нестабільних мутантів та їх ідентифікації, вирішення яких має важливе значення у збагаченні вихідного матеріалу для генетично-селекційного поліпшення сортів озимої м’якої пшениці.

Умови, матеріал та методика проведення досліджень

Дослідження, за темою дисертаційної роботи, проводилися впродовж 2001–2005 рр. у центрі північної частини правобережного Лісостепу на дослідному полі Білоцерківського державного аграрного університету.

Погодні умови у роки проведення досліджень характеризувалися значною різноманітністю, що дозволило більш комплексно оцінити селекційний матеріал.

Вихідним матеріалом для досліджень була колекція мутантно-сортових гібридів і нестабільних мутантів, створена у попередні роки на кафедрі селекції та насінництва Білоцерківського ДАУ.

У роботі з поколіннями нестабільних мутантів застосовували безперервний добір за методом педігрі. У популяціях гібридного походження проводили індивідуальний добір за селекційно й господарсько цінними ознаками.

Насіння від кожної індивідуально відібраної рослини висівали окремими ділянками. Упродовж вегетації вели порівняння індивідуальних доборів. Сестринські лінії, вирівняні за морфологічними ознаками та біологічними властивостями, об’єднували в один селекційний номер для подальшого їх оцінювання на наступних етапах роботи. У наступні пересіви порівнювали об’єднані селекційні номери з вихідними батьківськими формами та сортом-стандартом Миронівська 61, який висівався через 10 номерів.

Польові досліди та фенологічні спостереження проводили згідно з „Методикою державного сортовипробування сільськогосподарських культур” (Волкодав В.В., 2001). Попередник – горох. Агротехніка у дослідах була загальноприйнятою для вирощування озимої пшениці в зоні досліджень. Площа облікових ділянок варіювала залежно від кількості насіння та етапів роботи від 1 рядка до 5 м2.

Стійкість ліній, селекційних номерів та батьківських форм до несприятливих факторів оцінювали за станом посівів одночасно для всього досліджуваного матеріалу в усіх повтореннях. Стійкість до вилягання визначали за методикою, описаною в Класифікаторі СЕВ роду Triticum L. (1984).

Біометричні аналізи проводили за загальноприйнятими у кількісній генетиці методами за середньою вибіркою 30 рослин. Продуктивність ліній визначали за елементами структури врожайності та обмолотом на колосовій або сноповій молотарках.

Життєздатність пилку в квітках колосків пшениці визначали ацетокарміновим методом за З.П. Паушевою (1988).

Електрофорез гліадинів у поліакриламідному гелі (ПААГ) виконували в лабораторії геномної та хромосомної інженерії рослин Інституту агроекології та біотехнології УААН за методикою В. Бжезинського, П. Менделевського (1989), модифікованою М.З. Антонюком (1995).

Аналіз результатів досліджень проводили за описовим статистичним, кореляційним і дисперсійним методами (Доспехов Б.А., 1985; Лакин Г.Ф., 1990; Рокицький П.Ф., 1973, 1978; Хангильдин В.В., 1978) з використанням прикладної комп’ютерної програми “Statistica-5”.

Ступінь фенотипового домінування (hp) господарсько цінних ознак визначали за формулою Г.М. Бейла та Р.І. Аткінса (1965). Коефіцієнт успадковуваності (h2) – за методикою П.П. Літуна (1969).

Добір та оцінка в поколіннях генетично нестабільних мутантів

У науковій літературі описані випадки появи генетично нестабільних систем в індукованому мутагенезі (Ананьєв Е.В., Чернышев А.И., 1989; Володин В.Г. и др., 1989; Васильківський С.П., 1997; Бурденюк-Тарасевич Л.А., 2001), які впродовж багатьох поколінь дають розщеплення з відхиленнями від теоретично очікуваних співвідношень за менделюючими ознаками при гібридологічному аналізі. Як правило, такі форми вибраковують у третьому-четвертому поколіннях. З цього приводу Й.А. Рапопорт (1971) наголошував, що через недосконалість роботи з таким матеріалом значна частина селекційно цінних мутацій залишається непоміченою і втрачається. Тому бажано створювати колекції мутантів для детального їх вивчення і подальшого використання.

У цьому розділі викладено результати вивчення формотворчого процесу та методи роботи з таким формами.

Виявлено, що в поколіннях нестабільних мутантів з’являються різні форми за довжиною стебла: карлики (<65 см), напівкарлики (65–80 см), низькорослі (80–95 см), середньорослі (95–110 см) та високорослі (>110 см). За формою колоса зустрічалися компактоїди, веретеноподібні, циліндричні (призматичні), скверхеди та спельтоїди з різною довжиною, кількістю колосків, зерен та масою зерна головного колосу. Наводимо схему розщеплення та роботи з поколіннями на прикладі однієї генетично нестабільної форми (рис. 1).

Всі відібрані вихідні рослини становили інтерес за озерненістю та масою зерна з головного колосу. Кількість зерен головного колосу коливалася від 45 до 63 шт., а маса зерна з нього від 2,5 до 3,5 г, що значно вище, порівняно з мутантом 432/5 і сортом Roxana. Форма колосу у рослин, відібраних із мутанта-компактоїда, веретеноподібна або призматична.

Упродовж 2001–2005 рр. вивчено за комплексом селекційно та господарсько цінних ознак понад 500 ліній, відібраних у різні роки в потомстві нестабільного компактоїдного карликового мутанта 432/5, середньорослого мутанта 419, індукованого в F3 у гібрида (Tr. sphaerococсum х Безоста 1) та М 800 і М 801, індукованих у мутанта 42 (який був отриманий на базі сорту Іллічівка в 1985 р.).

Вихідні рослини у потомстві давали розщеплення. Добір рослин для подальшого вивчення проводили за довжиною стебла (розподіляючи за групами від карликів до високорослих), стійкістю до вилягання та за елементами продуктивності колосу (довжина, кількість колосків, озерненість та маса зерна головного колосу), тобто, за морфологічними ознаками, параметри яких обов’язково враховуються при створенні морфотипу сорту для Лісостепу України.

1998 р. М10

1999 р. М11

2000 р. М12

2001 р. М13

2002 р.М14

2003 р. М15 частина посівів загинула (всього 24 лінії)

2004 р. М16

2005 р. М17

Рис. 1. Схема розщеплення й добору в поколіннях нестабільних мутантів

Важливим елементом урожайності є озерненість колосу, яка залежить від кількості колосків, фертильних квіток у колоску та кількості зерен у ньому, що визначається життєздатністю пилку. Ми порівнювали за фертильністю пилку в перших – п’ятих квітках колосків вихідний сорт Roxana, індукований з нього компактоїдний карликовий мутант 432/5 та лінії 708/4-9 erythrospermum, 710/2-2 lutescens і 712/3-4 lutescens, відібрані з цього мутанта. У перших і других квітках як в умовах 2002 р., так і 2004 р. фертильність у всіх селекційних номерів була високою (75–98 %). У третіх-четвертих квітках цей показник різко знижується залежно від генотипу й умов року. Виділялися лінії (708/4-9, М 710/2-2, М 712/3-4), у яких треті квітки мали фертильність пилку 65–85 % і навіть четверті – 38–50 % залежно від умов року.

Лінії з вищою фертильністю пилку у третіх і четвертих квітках колосків мали більшу кількість зерен у колосі (49,4–52,9 шт.). Отже, фертильність пилку в третіх–четвертих квітках можна використовувати як показник адаптивності до мінливих умов періоду формування репродуктивних органів – зав’язування насіння.

Безперервним індивідуальним добором за методом педігрі у нестабільних мутантів та порівняння відборів за морфологічними ознаками і статистичними показниками (у, V %, Hom, SD), що прямо або опосередковано вказують на ступінь гомогенності ліній, вдалося сформувати перспективні селекційні номери.

Відбір кращих за фенотипом особин дає сильніше зрушення в напрямі добору при високому коефіцієнті успадковуваності (h2). Генотипова варіанса (уг2) у відборів з нестабільного мутанта коливалась від 28,0 у М 708/2 ferrugineum до 123,4 у М 708/4-9 erythrospermum. Відповідно найвищий коефіцієнт успадковуваності (h2 = 0,77) був у М 708/4-9 erythrospermum, а найнижчий (h2 =0,39) – у лінії 708/2 ferrugineum. У групі цих ліній селекційний диференціал (SD) за кількістю зерен головного колосу коливався в межах 7,2–17,6 шт. Генетичне зрушення (R) у ліній в результаті добору становило від 2,9 до 13,6 шт. зерен головного колосу.

Аналогічна закономірність спостерігалась у групах селекційних номерів, відібраних у поколіннях нестабільних мутантів М 419, М 800 та М 801.

У ліній походження з нестабільних мутантів, які за комплексом господарсько і селекційно цінних ознак були відібрані як перспективні, середня маса зерна головного колосу варіювала від 1,8 г до 3,3 г. Коефіцієнт варіації (V, %) за цим показником був середнім (від 13,6 до 20 %) і значним (21,2–25 %). За масою зерна головного колосу всі лінії, відібрані з мутанта 432/5, достовірно перевищували вихідний сорт Roxana та сорт-стандарт Миронівська 61.

Отже, нестабільні мутанти є джерелом розширення генетичного різноманіття вихідного матеріалу за довжиною стебла, формою та елементами продуктивності колосу озимої пшениці, а цілеспрямованим добором за висотою стебла та продуктивністю головного колосу можна виділити форми, що становлять практичний інтерес.

Використання генетично нестабільних мутантів

у гібридизації

За даними В.В. Моргуна та В.Ф. Логвиненко (1995), перспективність залучення мутантів до гібридизації не викликає сумніву.

У родовому потенціалі пшениці гени карликовості було виявлено у видів T. compactum і T. sphaerococcum. Однак всі спроби світової селекції вивести на основі цих видів короткостеблові сорти м’якої пшениці не дали позитивних результатів, через те, що ген карликовості T. compactum разом з укороченням стебла призводить до виникнення форм з дрібним, компактним, низькопродуктивним колоссям. За безперспективності мутантів-компактоїдів для прямого використання як сортів дослідники їх вибраковують. Серед таких новоутворень, як вказував Й.А. Рапопорт (1971), можуть залишитися непоміченими мутанти з цінними ознаками.

Ультракороткостебловий мутант 432/5 з довжиною соломини 34 см, виділений у потомстві генетично нестабільного мутанта з сорту Roxana, для прямого використання як майбутній сорт не становить практичної цінності. Однак ми припускали, що він міг би бути донором короткостебловості, тому залучили його до гібридизації з вихідним сортом (432/5 х Roxana; Roxana х М 432/5).

За результатами аналізу реципрокних гібридів F1 встановлено, що довжина стебла у М 432/5 детермінується рецесивними генами.

У F2 спостерігалося значне різноманіття за формою колосу (рис. 2). Отже, залучення мутанта, у якого укорочення стебла плейотропно пов’язано з компактоїдним коротким колосом, до гібридизації з середньорослими формами із циліндричним (або веретеноподібним) колосом дає можливість розірвати плейотропний зв’язок між цими ознаками. Дійсно, рекомбінації генів за кросинговеру при формуванні гамет та незалежне комбінування гамет при запиленні й заплідненні зумовлює утворення колосу від компактоїдної до спельтоїдної форм.

Рис. 2. Розщеплення за формою колосу в реципрокних гібридів F2

За роки дослідження проаналізовано 665 ліній, відібраних з комбінації карлик 432/5 х Roxana. Із них 129 ліній були константними, у 233 спостерігалося розщеплення за формою, довжиною, озерненістю колосу, масою зерна головного колосу, довжиною стебла та ознаками різновидностей. Ліній, у яких спостерігали розщеплення, відмічено майже вдвічі більше, ніж стабільних Це можна пояснити тим, що материнською формою цього мутантно-сортового гібрида був генетично нестабільний карликовий мутант.

У реципрокній комбінації (Roxana х М 432/5) проаналізовано 432 лінії. Константних ліній – 149, зустрічалися вони частіше ніж лінії, що давали розщеплення.

З ліній комбінації (М 432/5 х Roxana), відібрано і включено у подальшу селекційну роботу 51 лінію (7,8 %), з реципрокної комбінації – 56 ліній або 13,0 % .

За довжиною стебла у мутантно-сортових гібридів також спостерігали значний формотворчий процес (табл. 1).

Із проаналізованих в потомстві від схрещування карлик 432/5 х Roxana ліній – 281 (42,3 %) мали довжину стебла від 80–95 см і належали до групи низькорослих. До групи середньорослих з довжиною стебла 95–110 см віднесено 29 %. Ліній, які мали довжину стебла менше 65 см, проаналізовано 24, що становить 3,6 %. Характерно, що в F1 рослини цієї комбінації мали достовірно коротше стебло, ніж від реципрокного схрещування. Із реципрокної комбінації (Roxana х М 432/5) – 174 (40,3 %) належать до низькорослих, 122 (28,2 %) – середньорослих, а 123 лінії – до групи напівкарликів.

Таблиця 1

Розподілення ліній мутантно-сортових гібридів

за довжиною стебла (середнє за 2001–2005 рр.)

Селекційний номер | Всього ліній, шт. | Кількість ліній за довжиною стебла, см

карлики | напівкарлики | низькорослі | середньорослі | високорослі

< 65 | 65–80 | 80–95 | 95–110 | >110

*700/1 | 82 | 6 | 18 | 38 | 20 | -

700/2 | 96 | 2 | 38 | 29 | 17 | 1

700/3 | 59 | - | 16 | 24 | 19 | 1

700/4 | 38 | - | 12 | 13 | 13 | -

700/5 | 390 | 16 | 80 | 177 | 114 | 1

Разом | 665

(100%) | 24

(3,6%) | 164

(24,7%) | 281

(42,3%) | 193

(29,0%) | 3

(0,4%)

**701/1 | 136 | 2 | 32 | 64 | 38 | -

701/2 | 14 | 1 | 2 | 2 | 9 | -

701/3 | 50 | 1 | 14 | 18 | 16 | 1

701/5 | 59 | - | 15 | 19 | 20 | 5

701/6 | 23 | - | 9 | 5 | 8 | 1

701/7 | 95 | 2 | 27 | 51 | 15 | -

701/8 | 27 | - | 11 | 4 | 12 | -

701/9 | 28 | - | 13 | 11 | 4 | -

Разом | 432

(100 %) | 6

(1,4%) | 123

(28,5%) | 174

(40,3%) | 122

(28,2%) | 7

(1,6%)

Примітки: 1 – *лінії, одержані від комбінації карликовий мутант 432/5 х Roxana;

2 – ** лінії від реципрокної комбінації Roxana х карликовий мутант 432/5

Порівняно з попередньою комбінацією, виявлено меншу кількість ліній, які належать до карликів, а більшу – до високорослих форм. Однак кількість ліній (у процентному відношенні) була практично однаковою у кожній групі за довжиною стебла незалежно від місця карлика 432/5 у схрещуванні: чи він використовувався як материнська, чи чоловіча форми.

Із результатів аналізу потомства реципрокних комбінацій схрещувань витікає, що незалежно від місця карлика у комбінації частка ліній майже однакова як за формою, так і довжиною колосу. В обох комбінаціях переважали форми з призматичним і веретеноподібним колосом. Це пояснюється тим, що колос компактоїдної форми коротший, порівняно з іншими формами. Добір плюс–варіантів за його довжиною, озерненістю та масою зерна призвів до значного зрушення у співвідношенні ліній. Так, в обох комбінаціях (М 432/5 х Roxana; Roxana х 432/5) кількість ліній з довжиною колосу 8–10 см становила 54,9 і 56,3 %, а понад 10 см – 19,7 і 21,7 % відповідно.

У середньому за роки досліджень у потомстві комбінації М 432/5 х Roxana спостерігалося значне варіювання за довжиною стебла. Були виділені лінії 700/2-7-7 erythrospermum з довжиною стебла 64,6 см, 700/5-3-38 lutescens – 54,5 см, які належать до карликів. Водночас лінії 700/1-6 lutescens, 700/1-6 erythrospermum, 700/3-4-9 lutescens, 700/5-1-10 lutescens, 700/5-1-10 erythrospermum, 700/5-3-2 erythrospermum належать до групи низькорослих рослин і стабільно зберігають довжину стебла від 80 до 94,5 см; решта – до напівкарликів з довжиною стебла від 70,4 до 78,9 см.

Серед ліній, виділених у поколіннях гібрида 701, також виявлено варіювання за довжиною стебла від 77,4 (напівкарлики) до 84,6 см (низькорослі). У ліній 701/1-1-1 і 701/1-1-5 lutescens, які походять від однієї вихідної рослини, але в результаті добору були виділені як самостійні, спостерігалось варіювання за довжиною стебла від 79,7 до 91,4 см відповідно.

Отже, карликовий компактоїдний мутант 432/5 можна використовувати як джерело короткостебловості.

За гібридизації карликового компактоїдного М 432/5 з середньорослою вихідною формою (сорт Roxana) спостерігається значний формотворчий процес у F2-F4 за довжиною стебла, довжиною і формою колосу та елементами його продуктивності. Проводячи цілеспрямований добір на підвищення продуктивності колосу, враховували складові цього показника (довжину колосу, кількість колосків, зерен та масу зерна головного колосу), тобто ідентифікацію генотипів вели за фенотипом. Виділяли кращі рослини, знаючи, що ступінь розвитку фенотипу зумовлений сумісною дією генотипу та умов, тому визначали внутрішньолінійну дисперсію та коефіцієнт успадковуваності, який коливався від низького (h2=0,27) до високого (h2=0,78), а селекційне зрушення (R) в окремих номерів сягало до 8,2 зернівки на колос.

Штучний добір у популяції впливає не лише на окремі ознаки, за якими він проводиться, а й на цілісний фенотип. Тому добір за одним з елементів продуктивності неминуче спричиняє зміни усіх ознак, які прямо чи опосередковано зумовлюють ступінь прояву головної ознаки. Тому ми визначали кореляційні зв’язки між усіма елементами структури урожаю.

Коефіцієнт кореляції між кількістю колосків і масою зерна коливався від r=0,148 до r=0,513 у популяцій і від r=0,127 до r=0,698 у ліній, відібраних з популяцій. Однак у переважної більшості ліній коефіцієнт кореляції між кількістю колосків і масою зерна головного колосу був вищим порівняно з вихідною популяцією. Наприклад, у популяції 700/3-4-9 r=0,181, а в лінії 700/3-4-9 erythrospermum, відібраної з цієї популяції, він був значно вищим (r=0,559). Проте в наступний рік (перший рік пересіву) у більшості ліній коефіцієнт кореляції був нижчим або на тому ж рівні, що і в рік відбору.

Значно тісніший кореляційний зв’язок як у ліній, так і в популяцій спостерігали між кількістю зерен і масою зерна з колосу. Коефіцієнт кореляції між цими показниками у популяцій коливався від 0,703 до 0,953, у ліній від – 0,702 до 0,977.

Позитивний кореляційний зв’язок середньої сили (r=0,385ч0,690) між кількістю колосків і масою зерна з колосу та сильний (r=0,702ч0,997) – між кількістю зерен і масою зерна головного колосу вказує на те, що добір за цими ознаками може бути ефективним.

Ідентифікація вихідного матеріалу за білковими маркерами

У мутаційній селекції добір мутантів базується виключно на морфологічних ознаках. Однак вирівняність лінії мутантного походження за фенотипом не відображає її внутрішньої генетичної структури. Пошук молекулярних маркерів для ідентифікації мутантів – питання особливої актуальності.

Для ідентифікації генотипів за електрофоретичними спектрами гліадинів проаналізовано десять сортозразків: вихідний сорт чеської селекції Roxana; індукований діазоацетилбутаном і відібраний у сорту Roxana карликовий мутант 432/5 та п’ять ліній (708 barbarossa, 708 erythrospermum, 708 ferrugineum, 710 erythrospermum, 712 erythrospermum), відібраних у поколіннях нестабільного мутанта 432/5, а також сорти Миронівська 808, Щедра Полісся, Поліська 90.

За результатами електрофоретичного аналізу сорту Roxana за локусами гліадинів виявлено три біотипи (рис. 3, а), які розрізняються за рухомістю компонентів. Всього нами ідентифіковано 27 компонентів. Розміщення компонентів, з 17 до 27 було ідентичним у всіх біотипів сортозразків і тому ми їх не показуємо. Компоненти 1, 2, 3, 7, 8, 14, 15 – спільні, для сорту Roxana і присутні на електрофореграмах усіх біотипів.

а б

Рис. 3. Електрофоретичні спектри гліадинів: а – сорту Roxana; б – мутанта 432/5

За електрофореграмою М 432/5, (рис. 3, б) можна зробити висновок про його неоднорідність за кількістю, інтенсивністю та електрофоретичною рухомістю компонентів спектру. У мутанта 432/5 виявили три варіанти розподілення компонентів гліадинів. Нами не встановлено жодного нового компонента, якого б не було у сорту Roxana. Однак компоненти 5, 6, 12 у мутанта відсутні, а в сорту Roxana зустрічаються з частотою 15,2–68,6 %. За розміщенням із 27 компонентів гліадинів сорту Roxana встановлено 24 спільних для М 432/5, це дає змогу вважати, що мутант походить саме з сорту Roxana.

Аналізуючи електрофореграми ліній 708 barbarossa, 708 erythrospermum, 708 ferrugineum, можна зробити висновок про їх гетерогенність за локусами гліадинів (рис. 4).

У сортозразка 708 barbarossa спільними за розміщенням компонентами для всіх біотипів є – 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14, 15, у 708 ferrugineum – 1, 2, 3, 6, 7, 8, 14, 15, а в 708 erythrospermum – 1, 2, 3, 7, 8, 14, 15 що також підтверджується їх відмінностями за морфологічними та господарсько-цінними ознаками. У 708 barbarossa відсутні компоненти 8, 10, 11, 12, 13, у 708 ferrugineum – 4, 5, 10, 11, 12, 13, у 708 erythrospermum – 5, 11, 12. Наявність спільних компонентів у цих ліній вказує на їх спорідненість між собою, мутантом 432/5 та вихідним сортом Roxana, а відсутність деяких компонентів підтверджує їх відмінності.

Рис. 4. Електрофоретичні спектри гліадинів:

708 barbarossa – 1, 2; 708 ferrugineum – 3, 4; 708 erythrospermum – 5, 6, 7

Із результатів виконаної роботи видно, що метод електрофорезу гліадинів в поліакриламідному гелі можна використовувати для ідентифікації мутантних форм озимої пшениці.

При вивченні компонентного складу гліадинів зерна ліній, відібраних в F4 від реципрокних комбінацій схрещувань 700 (М 432/5 х Roxana) і 701 (Roxana х М 432/5) було встановлено, що в ендоспермі присутні всі компоненти, які характерні для обох батьківських форм.

Аналіз сестринських ліній, відібраних з популяції М 432/5 х Roxana під селекційним номером 700, показав їх гетерогенність за електрофоретичним спектром гліадинів (табл. 2).

Так, для ліній 700/1-10-5 lutescens та 700/1-10-5 suberythrospermum компоненти 1, 2, 3, 14, 15 виявились спільними. У лінії 700/5-3-3 і 700/5-3-38 lutescens спільними компонентами є 2, 7, 14.

Порівняльний аналіз компонентного спектра гліадинів окремих зернівок мутантно-сортових гібридів 701 показав, що їх розміщення було ідентичним (табл. 2). Із проаналізованих трьох сестринських ліній, відібраних у гібрида 701, всі лінії є гомогенні, у них ідентифіковано лише по одному біотипу. На електрофоретичних спектрах встановлені лише ті компоненти, які наявні й у батьківських форм. У поколіннях сестринських ліній 701/8 і 701/9 нами не виявлено розщеплень за морфологічними ознаками. Ці лінії є стабільними.

Таблиця 2

Розподіл компонентів на електрофореграмах у мутантно-сортових гібридів

та батьківських форм (в частках цілого)

Компоненти | Селекційний номер

сорт Roxana lutescens | М 432/5

erythros. | 700/1-10-5 lutescens | 700/1-10-1 suberythros. | 700/1-14-1 erythros. | 700/3-3-14 suberythros. | 700/5-3-3 lutescens | 700/5-3-38 lutescens | 701/8-3-1

lutescens | 701/8-3-2

lutescens | 701/9-1

lutescens

1 | 1,00 | 0,25 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | - | 1,00 | 1,00 | 1,00

2 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

3 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 0,87 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

4 | 0,16 | 0,16 | 0,73 | - | - | - | - | 0,83 | - | - | -

5 | 0,31 | - | - | - | 0,93 | - | 0,87 | - | - | - | -

6 | 0,15 | - | 0,13 | 0,83 | - | - | 1,00 | - | - | - | -

7 | 1,00 | 1,00 | 0,73 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

8 | 1,00 | 1,00 | 0,73 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | - | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

9 | 0,85 | 0,91 | - | - | - | 1,00 | 1,00 | - | 1,00 | 1,00 | 1,00

10 | 0,85 | 0,25 | 0,87 | 0,83 | 1,00 | 1,00 | - | 0,83 | 1,00 | 1,00 | 1,00

11 | 0,85 | 0,91 | 0,87 | 0,83 | - | 1,00 | - | 0,83 | 1,00 | 1,00 | 1,00

12 | 0,69 | - | 0,87 | - | 1,00 | 1,00 | - | 0,83 | 1,00 | 1,00 | 1,00

13 | 0,85 | 0,91 | 26,7 | 0,83 | - | - | 1,00 | 0,83 | - | - | -

14 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

15 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | - | 1,00 | 0,17 | 1,00 | 1,00 | 1,00

16 | 0,15 | 0,91 | 0,73 | - | - | - | 0,87 | - | - | - | -

17 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

18 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

19 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

20 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

21 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

22 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

23 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

24 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

25 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

26 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

27 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00

Проведений аналіз продемонстрував значний поліморфізм за електрофоретичними спектрами гліадинів у мутантно-сортових гібридів озимої пшениці. Особливо чітко це проявилось у гібридів, де материнською формою є генетично нестабільний мутант 432/5, а саме ліній під номером 700. Для них характерне також розщеплення за біотипами.

Характеристика перспективних селекційних номерів озимої пшениці

Добором за комплексом ознак (довжина стебла, елементи продуктивності головного колосу, стійкість до вилягання та хвороб) у поколіннях генетично нестабільного мутанта-компактоїда 432/5 виділені селекційні номери, які становлять практичний інтерес для подальшої селекційної роботи. Представлена діаграма (рис. 5) чітко підкреслює, що мутант не становить практичного інтересу для прямого використання як сорт. Однак відібрані з нього лінії за морфотипом відповідають вимогам до короткостеблових сортів. Вони мають також високі показники елементів продуктивності головного колосу.

Рис. 5. Порівняння господарсько цінних ознак селекційних номерів,

відібраних з генетично нестабільного мутанта 432/5

На діаграмі (рис. 6) подано кількісні показники селекційних номерів, створених на базі гібридних популяцій (М 432/5 х Roxana; Roxana х М 432/5).

Рис. 6. Порівняння господарсько цінних ознак селекційних номерів,

створених за гібридизації карликового компактоїдного мутанта 432/5

з середньорослим сортом Roxana

Ці параметри чітко показують, що використання карликового компактоїдного мутанта в гібридизації дає можливість створювати цінний вихідний матеріал для селекції озимої м’якої пшениці.

Висновки

У дисертаційній роботі подається теоретичне обґрунтування й нове вирішення наукових завдань щодо розширення генетичного різноманіття вихідного матеріалу озимої м’якої пшениці шляхом залучення генетично нестабільних мутантів та гібридів за їх участю.

1. У поколіннях генетично нестабільних мутантів протікає значний формотворчий процес за:–

довжиною стебла <65 см (карлики), 65–80 см (напівкарлики), 80–95 см (низькорослі), 95–110 см (середньорослі), >110 см (високорослі) рослини;–

довжиною колосу від короткого (до 8 см) до довгого (понад 10 см);–

озерненістю головного колосу (до 63 зерен) та масою зерна (до 3,8 г).

2. Виявлено значний формотворчий процес до F5-F6 у поколіннях реципрокних гібридів, одержаних від схрещування карликового компактоїдного мутанта з середньорослим сортом із веретеноподібним (призматичним) колосом. Рекомбінації генів за кросинговеру при формуванні гамет розривають плейотропний зв’язок між компактоїдною формою колосу і карликовим стеблом, а також незалежне комбінування гамет при заплідненні, зумовлюють утворення колосу від компактоїдної до спельтоїдної форм та різної довжини: від короткого (<8 см) до довгого (>10 см).

3. Позитивний кореляційний зв’язок середньої сили (r=0,385ч0,690) між кількістю колосків і масою зерна з колосу та сильний (r=0,703ч0,997) між кількістю зерен і масою зерна головного колосу вказує на те, що добір за цими ознаками може бути ефективним.

4. Виявлено, що внутрішньолінійний коефіцієнт успадковуваності (h2) кількості зерен головного колосу варіює від низького (h2=0,39) до високого (h2=0,77), що вказує на можливість ефективного добору за озерненістю колосу.

5. Доведено, що добір рослин з високою озерненістю головного колосу сприяє досягненню селекційного зрушення (R) від 2,9 до 13 зернівок на колос.

6. Встановлено, що морфологічні відмінності сестринських ліній, відібраних у поколіннях гібридів або генетично нестабільних мутантів та їх генетична спорідненість підтверджуються розподілом компонентів за електрофоретичними спектрами запасних білків зерна.

7. Доведено, що для достовірного підтвердження вирізняльності та генетичної спорідненості форм озимої пшениці гібридного або мутантного походження, які належать до однієї ботанічної різновидності, необхідно використовувати метод електрофорезу запасних білків у поліакриламідному гелі.

8. За результатами досліджень створено перспективні селекційні номери 708 erythrospermum, 710 lutescens, 710 erythrospermum (на базі генетично нестабільного карликового мутанта-компактоїда 432/5) та 700 erythrospermum, 701 lutescens (мутантно-сортового гібрида), які включені у подальший селекційний процес кафедри селекції і насінництва Білоцерківського ДАУ та передані Миронівському інституту пшениці ім. В.М. Ремесла УААН для використання в селекційній роботі, а також до Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН – Національного центру генетичних ресурсів рослин України.

Рекомендації для селекційної практики

1. Індуковані карликові мутанти з компактоїдним колосом варто використовувати в гібридизації як джерело короткостебловості в селекції м’якої пшениці.

2. Індуковані нестабільні мутанти, в яких розщеплення продовжується в М4 й пізніше, не варто вибраковувати: