НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР «ІНСТИТУТ ЗЕМЛЕРОБСТВА

УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК»

ЗОЛОТАР Олена Василівна

УДК: 581.162.31:633.416

ГЕНЕТИЧНА ПРИРОДА ОЗНАКИ «САМОФЕРТИЛЬНІСТЬ»

ТА ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ В СЕЛЕКЦІЇ

КОРМОВИХ БУРЯКІВ (Beta vulgaris L.)

Спеціальність: 06.01.05-селекція рослин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному науковому центрі «Інститут землеробства УААН» протягом 2001-2004 років

Науковий керівник кандидат біологічних наук,

старший науковий співробітник

ННЦ «Інститут землеробства УААН»

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук

ПАРІЙ Федір Микитович,

Уманський державний аграрний університет

Мінагрополітики України,

завідувач кафедри генетики, селекції рослин та

біотехнології

кандидат біологічних наук,

старший науковий співробітник

БАШКІРОВА Наталія Вікторівна,

Національний аграрний університет

Кабінету Міністрів України,

доцент кафедри селекції та насінництва

Захист відбудеться « 18 » червня 2008р. о 10 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 27.361.01 при ННЦ «Інститут землеробства УААН»

Відгуки на автореферат у двох примірниках, завірені печаткою, просимо надсилати за адресою: Україна, 08162, смт. Чабани Києво-Святошинського району Київської області, ННЦ «Інститут землеробства УААН», вченому секретареві Спеціалізованої вченої ради.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ННЦ «Інститут землеробства УААН»

Автореферат розісланий « 16 » травня 2008р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради,

кандидат сільськогосподарських наук Л.О. Кравченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Найбільша ймовірність реалізації потенціалу кормових буряків, як перехреснозапильної культури, можлива шляхом використання ефекту гетерозису. Ефективність селекції на гетерозис сільськогосподарських культур в значній мірі визначається наявністю самофертильних ліній з комплексом цінних господарських ознак.

Актуальність теми. Вдосконалення методів отримання інбредних ліній, формування на їхній основі гетерозисних гібридів та впровадження їх у виробництво є особливо актуальним в селекції кормових буряків, тому що самофертильні лінії можуть бути використані для прискореного отримання ліній-донорів: стійкості проти хвороб, однонасінності, комбінаційної здатності, форми коренеплода та ін. Лінії, схильні до самозапилення, мало придатні для використання в якості материнського компонента, але можуть бути з успіхом використані при створенні закріплювачів О-типу, оскільки ознака самофертильності дозволяє підтримувати в чистоті як фертильну лінію, так і її стерильний аналог. При використанні самофертильних форм у перехреснозапильних рослин з генетично контрольованою самонесумісністю успішно можна проводити генетичний аналіз за кількісними та якісними ознаками.

Тому досить актуальним є подальше вивчення генетичної природи самосумісності-самонесумісності у кормових буряків, що дасть можливість ефективно використовувати ці явища в селекційній роботі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень відділу генетики та селекції кормових культур ННЦ “Інститут землеробства УААН” та виконувалась у відповідності з науково-технічною програмою УААН «Кормовиробництво», завдання «Вивчити генетичну природу ознаки роздільноквітковості і створити донори із стабільним проявом цієї ознаки у кормових буряків» ( № державної реєстрації 0101U003842).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень було встановити генетичну природу самофертильності у кормових буряків і можливості її використання в селекції, отримати нові самофертильні лінії та створити нові донори самофертильності. В зв’язку з цим на вивчення виносились наступні завдання:

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження – генетична природа явища самофертильності ліній кормових буряків та її успадкування в інбредних поколіннях

Предмет досліджень – інбредні лінії різної глибини інбридингу, міжсортові гібриди кормових буряків, отримані на їхній основі

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті проведених досліджень поглиблені наукові уявлення про механізми генетичного контролю ознаки самофертильності у кормових буряків: вперше встановлено дворівневий контроль реакції несумісності, досліджено, що отримані самозапильні лінії проявляють задовільну здатність до кросбридингу. Вперше отримано лінії кормових буряків з високим показником самофертильності та високим показником життєздатності насіння, отримано 4 лінії-донори самофертильності та лінії з високою здатністю до кросбридингу.

Практичне значення одержаних результатів. На основі результатів експериментальних досліджень створені нові лінії (101, 199, 201, 202, 205, 208, 209, 210, 211, 301, 1601, 2401, 2601), одержані донори самофертильності (144-15, 144-18, 144-23, 144-26), які представляють цінний вихідний матеріал для селекції, а також для вивчення генетики основних якісних та кількісних ознак у кормових буряків, тому що вони характеризуються високим ступенем самофертильності, життєздатності насіння та цінними господарськими ознаками. Отримані лінії залучені в селекційну програму відділу генетики та селекції кормових культур.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто або за його безпосередньою участю виконано польові та лабораторні дослідження. За темою дисертації проведено аналіз вітчизняної та зарубіжної літератури. Узагальнено результати досліджень, зроблено їхню систематизацію та сформульовані основні положення дисертаційної роботи, висновки та рекомендації виробництву; підготовлені матеріали та опубліковані наукові праці.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на засіданнях відділу генетики та селекції кормових культур, на міжнародній конференції молодих учених «Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений» (г.Харьков, 2-7июля 2001г.), на другій міжвузівській науково-практичній конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” (Вінниця, 2002), на науково-практичній конференції молодих вчених ”Проблеми сучасного землекористування” (Чабани, 2002), на методичній комісії з питань селекції та насінництва Національного наукового центру «Інститут землеробства УААН».

Публікації. За результатами досліджень за темою дисертації опубліковано 8 наукових праць, з них 5 у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, висновків, пропозицій для селекційної практики, списку використаної літератури ( 208 джерел, із них 23 - латиницею) та додатків. Робота викладена на 153 сторінках машинописного тексту, містить 21 таблицю, 9 додатків, 33 рисунка.

ЗМІСТ РОБОТИ

РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ДОСЛІДЖЕНЬ ГЕНЕТИЧНОЇ ПРИРОДИ САМОФЕРТИЛЬНОСТІ У ВИДІВ З ГАМЕТОФІТНОЮ НЕСУМІСНІСТЮ ТА ВИКОРИСТАННЯ ЦІЄЇ ОЗНАКИ В СЕЛЕКЦІЙНІЙ РОБОТІ

(огляд наукової літератури)

У розділі подано короткий аналіз результатів досліджень вітчизняних та зарубіжних науковців з питань вивчення генетичної природи самофертильності у видів з гаметофітною несумісністю. Показано розвиток напрямків і методів селекції кормових буряків. Розглянуті результати досліджень з вивчення генетики гаметофітної несумісності, структури популяцій за ознакою самостерильності-самофертильності, використання самофертильних форм в генетичних дослідженнях і селекційній роботі.

З аналізу літературних даних випливає, що генетичні особливості ознаки самофертильності кормових буряків ще недостатньо вивчені, тому дослідження в цьому напрямку є досить актуальними.

РОЗДІЛ 2. УМОВИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Для досягнення поставленої мети і вирішення завдань за темою дисертаційної роботи дослідження були проведені протягом 2001-2004рр. у відділі генетики та селекції кормових культур ННЦ «Інститут землеробства

УААН», в дослідному господарстві «Чабани», що розташоване в північній частині правобережного Лісостепу України.

Досліди закладали в польових сівозмінах на сірих лісових грунтах з такими характеристиками орного шару: вміст гумусу-1,08-1,15% (за Тюріним), рНсольовий-5,4-5,6, легкогідролізованого азоту (за Корнфілдом)-7,9-8,1мг/100г грунту, рухомого фосфору та обмінного калію (за Чириковим)-відповідно 11,4-12,6 і 8,0-9,0 мг на 100г грунту.

Погодні умови за основними гідротермічними показниками (температурний режим та кількість опадів) відрізнялись за роками проведення досліджень та мали суттєві відхилення від середніх багаторічних показників.

Об’єктами досліджень були інбредні лінії різної глибини інбридингу, міжсортові гібриди кормових буряків. В якості вихідного матеріалу були використані лінії, отримані з гібридних комбінацій від схрещування однонасінного самофертильного номера 1288 із багатонасінними сортами: Оброшинський жовтий, Полтавський білий та Урсус. На початок проведення досліджень із гібридних матеріалів шляхом застосування різних форм інбридингу (самозапилення і сибсового розмноження) були отримані однонасінні лінії.

Самофертильність оцінювали за двома показниками: кількість рослин, що утворили від самозапилення плоди та рівень зав’язування плодів на рослині, який виражався у відсотках від числа ізольованих квіток (самофертильними вважалися рослини, у яких показник утворених плодів становив не менше 10%).

Сибсове розмноження ліній та гібридизацію проводили на ізольованих

ділянках при екранній ізоляції у посівах жита. З метою прискорення одержання чергових поколінь самозапилення ліній, вирощування рослин здійснювали за однорічним циклом. Для вивчення біолого-господарських показників лінійних матеріалів коренеплоди вирощували весняним посівом в селекційному розсаднику.

Фертильність пилку визначали візуально та шляхом перегляду препаратів пилку, забарвленого розчином ацетокарміну у десяти полях зору мікроскопа. Життєздатність насіння визначали в польових умовах шляхом обліку відсотка схожих насінин від кількості висіяних.

У родовідних ліній покоління самозапилення позначені символом І, а сибсового розмноження – G, з відповідними цифровими показниками, що вказує на тривалість проведення тієї чи іншої форми інбридингу. Математичний аналіз результатів досліджень здійснювали з використанням комп’ютерних програм варіаційної статистики та кореляційного аналізу.

РОЗДІЛ 3. ОСОБЛИВОСТІ УСПАДКУВАННЯ ОЗНАКИ САМОФЕРТИЛЬНОСТІ ПРИ РІЗНИХ СПОСОБАХ РОЗМНОЖЕННЯ ЛІНІЙ

Природній добір сприяв багатьом пристосуванням, які забезпечують перехресне запилення. У буряків контроль над запиленням здійснюється генетичною системою самонесумісності, яка характеризується у нездатності рослин зав’язувати насіння від самозапилення.

Самофертильність ліній в поколіннях інбридингу. Встановлено, що самофертильність може зберігатися в поколіннях ліній, які розмножуються шляхом чергування самозапилення із сибсовим розмноженням.

У ліній після одноразового циклу помірного інбридингу самофертильні нащадки зустрічаються з частотою від 14,3 до 100% з діапазоном мінливості показника самофертильності від 11,4 до 79,0%. У таких ліній середній показник самофертильності складає від 15,7 до 57,6%.

У ліній, що пройшли два цикли помірного інбридингу самофертильні нащадки зустрічалися із частотою 33,3-100%, з діапазоном мінливості ознаки самофертильності 18,9-81,4%, а середній показник самофертильності у таких ліній коливався у межах 31,8-51,6% (табл.1).

Селекцію ліній у кормових буряків потрібно проводити чергуванням самозапилення та сибсового розмноження. Для того, щоб отримати лінії з відносно високими показниками самофертильності доцільно проводити два цикли помірного інбридингу.

Таблиця 1

Показники самофертильності ліній після самозапилення, 2001р.

Номер лінії | Родовід

лінії | Проаналізовано рослин, шт | Діапазон мінливості ознаки самофер-

тильності,% | Середній показник самофер-

тильності потомств, %

всього | із них самосумісних

шт | %

208 | I1G1 | 4 | 4 | 100,0 | 13,7-79,0 | 43,4

1601 | I1G1 | 6 | 2 | 33,3 | 22,7-36,3 | 30,5

2401 | I1G1 | 10 | 5 | 50,0 | 11,4-42,0 | 21,8

2601 | I1G1 | 2 | 1 | 50,0 | 57,6 | 57,6

211 | I1G1 | 14 | 10 | 71,4 | 12,7-58,5 | 27,2

101 | I1G2 | 9 | 3 | 33,3 | 2,6-56,6 | 15,7

301 | I1G2 | 7 | 1 | 14,3 | 25,7 | 25,7

205 | I1G3 | 9 | 8 | 88,9 | 16,6-76,4 | 48,1

209 | I1G3 | 9 | 4 | 44,4 | 1,9-52,7 | 22,1

201 | I1G1I1G1 | 3 | 3 | 100,0 | 18,4-75,6 | 51,2

210 | I1G1I1G1 | 5 | 3 | 60,0 | 18,9-47,8 | 31,8

202 | I1G1I2G1 | 3 | 1 | 33,3 | 51,6 | 51,6

199 | I1G1I1G2 | 7 | 7 | 100,0 | 10,6-81,4 | 44,9

Показники самофертильності ліній при наступному самозапиленні. Повторне самозапилення більшості ліній було проведене у 2002 році (табл.2).

Таблиця 2

Показники самофертильності ліній після самозапилення, 2002р.

Номер

лінії | Родовід

лінії | Проаналізовано рослин, шт | Діапазон мінливості самофертиль-

ності , % | Середній показник самофертиль-

ності потомств,%

Всього | із них самосумісних

шт | %

208 | I1G1I1 | 8 | 0 | 0 | 0 | 0

2601 | I1G1I1 | 22 | 12 | 54,5 | 28,9-71,0 | 53,7

211 | I2G1I1 | 7 | 4 | 57,1 | 41,7-65,5 | 58,8

4 | I1G2I1 | 2 | 2 | 100,0 | 9,1-10,6 | 9,5

5 | I1G2I1 | 1 | 1 | 100,0 | 21,0 | 21,0

206 | I1G2I1 | 3 | 2 | 66,7 | 5,3-14,2 | 7,4

101 | I1G2I1 | 5 | 2 | 40,0 | 45,2-61,2 | 51,6

205 | I1G3I1 | 12 | 9 | 75,0 | 40,6-81,3 | 52,4

209 | I1G3I1 | 1 | 1 | 100,0 | 58,2 | 58,2

201 | I1G1I1G1I1 | 9 | 6 | 66,7 | 33,2-84,6 | 57,2

210 | I1G1I1G1I1 | 5 | 3 | 60,0 | 26,2-93,1 | 71,7

199 | I1G1I1G2I1 | 3 | 2 | 66,7 | 54,0-84,2 | 66,3

Результати досліджень показали, що дворазове самозапилення ліній у більшості випадків веде до збільшення частки самофертильних нащадків в інбредних поколіннях і зростання у них середнього показника самофертильності. Разом з тим, зустрічаються лінії, які, характеризуючись відносно високим рівнем самофертильності після першого самозапилення, при наступній ізоляції проявили самостерильні властивості.

Показники самофертильності ліній після третього циклу самозапилення

У 2003 році нами був проведений третій цикл самозапилення ліній (табл.3).

Таблиця 3

Показники самофертильності ліній після триразового самозапилення, 2003р.

Номер лінії | Родовід

лінії | Проаналізовано рослин | Діапазон мінли-

вості ознаки самофер-

тильності % | Середній показник самофертильності потомств, %

всього | із них самосумісних

шт | %

2 | I1G1I3 | 2 | 1 | 50,0 | 37,4 | 37,4

2601 | I1G1I3 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0

211 | I2G1I3 | 3 | 1 | 33,3 | 19,4 | 19,4

206 | I1G2I3 | 4 | 4 | 100,0 | 40,0-66,6 | 47,4

101 | I1G2I2 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0

5 | I1G2I3 | 2 | 1 | 50,0 | 49,8 | 49,8

209 | I1G3I3 | 2 | 1 | 50,0 | 29,1 | 29,1

205 | I1G3I2 | 6 | 0 | 0 | 0 | 0

201 | I1G1I1G1I3 | 2 | 2 | 100,0 | 36,2-38,7 | 36,5

210 | I1G1I1G1I3 | 2 | 1 | 50,0 | 41,3 | 41,3

199 | I1G1I1G2I3 | 2 | 2 | 100,0 | 29,7-40,9 | 34,2

Дані досліджень ілюструють, що навіть незначні вибірки рослин у більшості ліній дають змогу виявити самофертильних нащадків, що свідчить про генетичну обумовленість даної ознаки. Нами був проведений порівняльний аналіз особливостей успадкування середніх показників самофертильності в трьох поколіннях послідовного інбридингу (рис. 1).

Тут чітко проявляється тенденція негативного впливу інбридингу на рівень самофертильності ліній.

Проведені дослідження показали, що лінії, взяті для вивчення, є носіями мутації самофертильності, яка успадковується в ряді інбредних поколінь. Ми схиляємось до думки, що ці лінії несуть мутацію самофертильності лише в одному з локусів самонесумісності.

Рис. 1. Середній рівень самофертильності ліній у трьох послідовних поколіннях інбридингу, 2001-2003рр.

Підтвердженням цього є постійне вищеплення самонесумісних форм в інбредних поколіннях.

Досить цікавим є питання чи існує зв’язок між показниками самофертильності вихідних рослин і їхніми самозапиленими нащадками.

В своїх дослідженнях при вивченні питання характеру успадкування ознаки самофертильності в самозапильних поколіннях ми використали генеалогічний аналіз родоводів інбредних нащадків.

Це розглянемо на прикладі родоводу інбредних нащадків лінії 211 (рис. 2).

Рис. 2. Генеалогічна схема лінії 211

*- в квадратах вказані номери рослин, а під ними - показник їхньої самофертильності)

Перше самозапилення лінії було проведено у 2001 році. При ізоляції 14 рослин самостерильність проявилася лише у двох із них. Самофертильними були 78,5% рослин. До повторного самозапилення були залучені нащадки від рослин з низькою (12,7%), середньою (35,3 і 44,6%) та високою (58,5%) самофертильністю.

Повторне самозапилення рослини від низькосамофертильної батьківської форми призвело зростання самосумісності до 63,0%. В поколінні рослин із середнім рівнем самофертильності відмічено вищеплення самостерильних нащадків. Утворення плодів у самофертильних рослин було вищим, ніж у вихідної батьківської форми. Нащадки від рослини 14, що в І0 мала найвищу самофертильність, в І1 також проявили схильність до самозапилення, але рівень зав’язування плодів у них був нижчим порівняно з батьківською рослиною.

У 2003 році до самозапилення були залучені нащадки тільки від високосамофертильних рослин. В І2 у всіх нащадків рівень зав’язування плодів знизився. Як і в попередньому поколінні продовжувалось вищеплення самонесумісних рослин. Таким чином, немає підстав стверджувати про існування залежності між рівнем самофертильності вихідних рослин і самофертильністю інбредних нащадків. Вона проглядається лише в перших двох поколіннях самозапилення у випадку ізоляції рослин із гетерозиготних популяцій.

Самофертильність поколінь від парних внутрішньолінійних схрещувань

В процесі вивчення особливостей успадкування ознаки самофертильності в інбредних поколіннях нами параллельно були проведені парні внутрішньолінійні схрещування, які, по суті, є дуже близькими до самозапилення, але, на відміну від нього, дозволяють підтримати в певній мірі гетерозиготність і тим самим зменшити рівень інбредної депресії ліній.

Відомо, що при сибсовому розмноженні вдається підтримувати певний рівень гетерозиготності ліній, що дозволяє в подальшому провести 1-2 покоління самозапилення, в яких підтримуватиметься задовільний рівень самофертильності ліній.

Оцінка самофертильності рослин, включених до схрещувань, дає можливість дослідити вплив батьківських форм на особливості прояву даної ознаки у нащадків (табл.4).

Дані досліджень показують, що шляхом застосування парних внутрішньолінійних схрещувань можна підтримувати високий рівень самофертильності ліній. Середній показник самофертильності потомств знаходився у межах від 9,5 до 80,5%, а кількість самосумісних потомств перебувала в діапазоні від 20 до 100%.

З проведених досліджень випливає, що селекцію ліній у кормових буряків можна успішно проводити шляхом почергового застосування інбридингу з внутрішньолінійним перезапиленням. Така система інбридингу дозволяє підтримувати самофертильність у значної частини рослин. Використовуючи внутрішньолінійні парні схрещування, можна досягти гомозиготності ліній за певними ознаками в короткий термін.

Таблиця 4

Самофертильність ліній від парних внутрішньолінійних схрещувань, 2001р.

Номер лінії і рослини | Родовід | Самофер-тильність* батьківських рослин, % | Проаналізо-

вано рослин, шт | Із них самосумісних | Діапазон мінливос-ті ознаки самофер-тильності, % | Середній показник самофер-

тильності потомств, %

шт. | %

211-13х14 | I2G2 | 35,3/58,5 | 6 | 6 | 100,0 | 19,4-63,8 | 46,5

211-14х13 | I2G2 | 58,5/35,3 | 2 | 2 | 100,0 | 40,0-45,2 | 42,6

208-9х8 | I1G2 | 79,0/13,7 | 14 | 5 | 35,7 | 27,5-75,3 | 61,4

209-8х7 | I1G4 | 13,7/0 | 6 | 5 | 83,3 | 6,5-78,2 | 41,5

205-6х7 | I1G4 | 67,5/76,4 | 3 | 1 | 33,3 | 40,3 | 40,3

205-7х6 | I1G4 | 76,4/67,5 | 7 | 6 | 85,7 | 38,1-79,1 | 61,4

205-7х8 | I1G4 | 76,4/46,0 | 7 | 5 | 71,4 | 37,5-75,2 | 61,7

205-8х7 | I1G4 | 46,0/76,4 | 3 | 2 | 66,7 | 61,2-65,0 | 63,1

210-1х2 | I1G1I1G2 | 47,8/0 | 4 | 3 | 75,0 | 50,4-98,5 | 68,1

210-2х1 | I1G1I1G2 | 0/47,8 | 1 | 1 | 100,0 | 57,0 | 57,0

206-2х3 | I1G2I1G2 | 10,5/14,2 | 10 | 6 | 60,0 | 26,8-71,7 | 49,3

206-3х2 | I1G2I1G2 | 14,2/10,5 | 10 | 2 | 20,0 | 8,1-10,9 | 9,5

199-1х2 | I1G1I1G3 | 10,6/39,2 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0

199-3х2 | I1G1I1G3 | 81,4/39,2 | 10 | 8 | 80,0 | 55,9-93,5 | 80,5

*В чисельнику-материнської рослини, в знаменнику-батьківської рослини

Самофертильність поколінь ліній від вільного перезапилення

У 2001році в розсаднику розмноження ліній, де проводились самозапилення і внутрішньолінійні парні схрещування, з окремих рослин було зібране насіння і від вільного перезапилення. Ми намагалися охопити різні за самофертильністю групи рослин: самостерильні, з низьким, середнім і високим рівнем самосумісності.

В наступній генерації на насінниках, вирощених із насіння від вільного перезапилення, була проведена оцінка самофертильності нащадків при їхньому самозапиленні (табл.5).

Дослідження показали, що в умовах вільного перезапилення ліній, значна частина (від 70 до 100%) нащадків проявила здатність до самозапилення. При цьому середній показник самосумісності у більшості випадків був значно вищим, ніж у вихідних рослин ліній. Це пояснюється тим, що при вільному перезапиленні рослин різних ліній утворюється гетерозиготне покоління, особливо за алелями активних S-генів і, таким чином, краще проявляється дія мутантного Sf-гена. Ми не виключаємо, що підвищення гетерозиготності рослин по інших генах може мати позитивний вплив на виживання зигот, що виникають в результаті самозапилення.

Таблиця 5

Самофертильність нащадків окремих ліній від вільного перезапилення, 2001р.

Номер лінії | Родовід | Самофер-тильність вихідної рослини, % | Проаналі-зовано рослин, шт | Із них самофертильних | Діапазон мінли-вості самофер-тильності, % | Середній показник самофер-тильності потомств, %

шт | %

208-2 | I1G1 | 44,0 | 6 | 3 | 50,0 | 10,4-76,2 | 42,3

211-14 | I2G1 | 58,5 | 7 | 7 | 100,0 | 25,8-94,0 | 62,4

209-3 | I1G3 | 0 | 11 | 8 | 72,7 | 19,8-87,5 | 55,6

205-8 | I1G3 | 46,0 | 5 | 4 | 70,0 | 6,7-71,2 | 36,1

210-3 | I1G1I1G1 | 24,1 | 10 | 7 | 70,0 | 5,5-69,5 | 32,4

199-2 | I1G1I1G2 | 10,6 | 7 | 6 | 85,7 | 43,9-88,5 | 74,1

199-3 | I1G1I1G2 | 39,2 | 10 | 8 | 80,0 | 13,2-90,5 | 55,9

199-7 | I1G1I1G2 | 68,4 | 17 | 13 | 76,8 | 19,0-93,4 | 69,2

РОЗДІЛ 4. ЖИТТЄЗДАТНІСТЬ ПЛОДІВ САМОФЕРТИЛЬНИХ ЛІНІЙ

Для створення високопродуктивних сортів і гібридів кормових буряків крім врожайності, цукристості та роздільноквітковості велике значення має схожість насіння, яка в селекції на гетерозис відіграє важливу роль не тільки при отриманні фабричного насіння гібридів, але й при розмноженні батьківських форм. Результати оцінки життєздатності насіння ліній у двох суміжних поколіннях представлені в таблиці 6.

Аналіз даних показав, що лінії після одноразового самозапилення в цілому проявили невисоку життєздатність. В залежності від лінії цей показник коливався у межах від 8,6 до 45,2%. В усіх лініях зустрічалась значна частка плодів з нежиттєздатним насінням. У другому поколінні інбридингу хоча й досліджували лінії з середнім та високим рівнем самофертильності, проте, як показує таблиця 6, варіювання за показником життєздатності залишалось значним - від 12,0 до 54,6%. У більшості ліній відмічено зростання частки плодів із нежиттєздатним насінням. Коефіцієнт кореляції між рівнем зав’язування плодів при самозапиленні та часткою плодів із нежиттєздатним насінням у ліній І2 становив 0,86. Залежність між самофертильністю ліній і життєздатністю їхнього насіння була ще нижчою, ніж в І1 (r = 0,15). Це вказує на те, що самофертильність і життєздатність насіння контролюються різними генетичними системами.

Дані з вивчення життєздатності насіння за різних способів їхнього розмноження (самозапилення, парні внутрішньолінійні схрещування, вільне перезапилення ліній) вказують на те, що самонесумісність у кормових буряків, як і в інших самонесумісних видів, контролюється двома різними генетичними системами.

Таблиця 6

Життєздатність насіння самозапильних ліній кормових буряків в поколіннях послідовного інбридингу

Перше покоління інбридингу, І1 | Друге покоління інбридингу, I2

Номер лінії | Родовід | Рівень зав’язування плодів при самозапиленні, % | Життєздатність насіння, % | Номер лінії | Родовід | Рівень зав’язування плодів при самозапиленні, % | Життєздатність насіння, %

211-2 | I2G1I1 | 62,9 | 24,1 | 211-2-1 | I2G1I2 | 51,2 | 23,9

211-13 | I2G1I1 | 35,3 | 24,0 | 211-13-1 | I2G1I2 | 50,0 | 18,1

211-14 | I2G1I1 | 63,5 | 31,9 | 211-14-3 | I2G1I2 | 65,5 | 43,9

206-2 | I1G2I1 | 10,5 | 37,0 | 206-2-1 | I1G2I2 | 61,7 | 54,6

205-6 | I1G3I1 | 72,9 | 27,7 | 205-6-19 | I1G3I2 | 81,3 | 12,0

209-2 | I1G3I1 | 52,2 | 33,3 | 209-2-2 | I1G3I2 | 26,2 | 15,7

201-2 | I1G1I1G1I1 | 44,6 | 40,0 | 201-2-1 | I1G1I1G1I2 | 84,2 | 33,7

210-5 | I1G1I1G1I1 | 8,9 | 14,2 | 210-5-3 | I1G1I1G1I2 | 37,6 | 24,7

210-3 | I1G1I1G1I1 | 24,2 | 17,3 | 210-3-1 | I1G1I1G1I2 | 67,7 | 50,2

210-3-3 | I1G1I1G1I2 | 93,1 | 29,3

199-2 | I1G1I1G2I1 | 39,2 | 45,2 | 199-2-7 | I1G1I1G2I2 | 49,4 | 45,4

3099-4 | I1G1I1G2I1 | 60,0 | 20,0 | 3099-4-4 | I1G1I1G2I2 | 65,6 | 23,0

3099-4-7 | I1G1I1G2I2 | 47,5 | 36,7

3099-12 | I1G1I1G2I1 | 5,0 | 8,6 | 3099-12-1 | I1G1I1G2I2 | 78,5 | 34,0

3099-20 | I1G1I1G2I1 | 60,0 | 32,7 | 3099-20-7 | I1G1I1G2I2 | 90,4 | 37,6

3099-20-13 | I1G1I1G2I2 | 81,2 | 27,0

41,5 + 6,43 | 27,4 +2,96 | 64,5+4,90 | 31,9+3,10

РОЗДІЛ 5. СТВОРЕННЯ НОВИХ ДОНОРІВ САМОФЕРТИЛЬНОСТІ

У своїй роботі ми приділяли значну увагу пошуку нових джерел самофертильності. Зокрема, проводячи серію схрещувань між різними сортами кормових буряків, виділили рослини, у яких виявилася мутація самофертильності. Отримані від цих рослин нащадки пройшли три покоління самозапилення (рис.3).

Рис. 3. Сумарні показники самофертильності ліній, отриманих від гібрида міжсортових схрещувань Роте вальце х Панфільський однонасінний, 2001-2003рр.

Як показує рисунок, у трьох ліній середнє значення показника самофертильності зросло в І3, порівняно з І1 та І2 (лінії 144-5, 144-23 та 144-26). У решти ліній цей показник знижувався протягом трьох поколінь і найменшого значення набув саме в І3 (лінії 144-5, 144-18,). Мутація самофертильності підтримувалась у самозапилених нащадків протягом трьох поколінь інбридингу.

Таким чином, за отриманими результати можна стверджувати, що в нащадків міжсортових гібридів, за незначних об’ємів ізоляції, нам вдалося виділити рослини з мутаціями самофертильності в одному з локусів самонесумісності.

Пошук Sf-мутацій серед вказаних сортів не увінчався успіхом. Механізм виникнення мутацій самофертильності при міжсортових схрещуваннях поки що залишається нез’ясованим.

РОЗДІЛ 6. ЗДАТНІСТЬ САМОЗАПИЛЬНИХ ЛІНІЙ ДО КРОСБРИДИНГУ

У самонесумісних видів, до яких відносяться кормові буряки, тісний інбридинг можна проводити лише на основі самофертильних форм. При використанні в гетерозисній селекції таких ліній важливе значення має оцінка здатності до перехресного запилення з іншими фертильними лініями. Узагальнені результати гібридологічного аналізу ліній представлені в таблиці 7.

Таблиця 7

Гібридологічний аналіз самофертильних ліній, 2004р.

Лінія | Показник самофер-тильності,

% | Співвідно-

шення компонентів схрещування | Кількість родин, шт. | Кількість проаналі-

зованих рослин, шт. | Теоретично очікувана кількість гібридів, % | Фактична кількість гібридів, % (Х+Sx)

224 | 18,0 | 1:1 | 11 | 1217 | 50,0 | 51,4+1,43

230 | 87,6 | 1:2 | 7 | 733 | 66,6 | 60,8+1,80

237 | 72,5 | 1:2 | 6 | 631 | 66,6 | 11,1+1,25

249 | 56,6 | 2:1 | 10 | 997 | 33,3 | 24,1+1,35

227 | 79,4 | 1:9 | 1 | 356 | 90,0 | 84,8+1,90

231 | 33,6 | 1:9 | 1 | 378 | 90,0 | 70,8+2,33

Результати досліджень свідчать про неоднорідність ліній за здатністю рослин до неспорідненого перезапилення.

Таким чином, самофертильні лінії кормових буряків у ряді випадків проявляють задовільну здатність до перехресного запилення. При лінійно-сортових схрещуваннях відсутність селективного запліднення зумовлена однотипністю компонентів схрещування. Виявлена широка мінливість рослин за здатністю до кросбридингу вказує на необхідність вивчення доцільності проведення добору за даною ознакою. Необхідно більш досконало дослідити в якій мірі ступінь кросбридингу окремих рослин зв’язаний з рівнем їхньої самофертильності.

РОЗДІЛ 7. ГОСПОДАРСЬКО-ЦІННІ ПОКАЗНИКИ САМОФЕРТИЛЬНИХ ЛІНІЙ

Для прискорення селекційного процесу зі створення нового вихідного матеріалу, сортів та гібридів всіх сільськогосподарських культур, в тому числі і кормових буряків, важливо знати особливості та характер кореляційних взаємозв’язків між господарсько-цінними ознаками і контролювати прояв ознак, які знаходяться між собою в негативній кореляційній залежності. Наявність тісного позитивного зв’язку між масою коренеплода, масою гички, висотою, довжиною та діаметром коренеплода, дає можливість проведення непрямого добору на покращення іншої ознаки (табл. 8).

Таблиця 8

Кореляційні зв’язки ознаки «маса кореня» з іншими господарсько-цінними ознаками у самофертильних ліній

Номер лінії | Значення коефіцієнта кореляції з ознаками

Маса гички | Діаметр кореня | Висота надземної частини | Довжина кореня | Відсоток сухих речовин

206 | 0,861 | 0,797 | 0,750 | 0,777 | -0,505

101 | 0,870 | 0,940 | 0,819 | 0,828 | -0,232

2601 | 0,939 | 0,871 | 0,700 | 0,898 | -0,366

201 | 0,832 | 0,769 | 0,875 | 0,837 | 0,252

144-15 | 0,816 | 0,807 | 0,316 | 0,684 | -0,120

144-18 | 0,935 | 0,945 | 0,957 | 0,410 | -0,719

144-23 | 0,646 | 0,957 | 0,914 | 0,895 | -0,686

144-26 | 0,136 | 0,972 | 0,861 | 0,574 | -0,387

209-5(в) | -0,121 | 0,933 | 0,564 | 0,880 | -0,020

199-3(в) | 0,797 | 0,935 | 0,836 | 0,940 | -0,772

Посилення від’ємного зв’язку між масою коренеплода і вмістом в ньому сухих речовин, на наш погляд, є важливою передумовою проведення добору біотипів, які б поєднували максимальне значення цих ознак. Очевидно, що ефективність такого добору на гібридному матеріалі буде вищою, ніж на популяційному.

Всі отримані коефіцієнти кореляції достовірні на 95%-му рівні ймовірності.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичне узагальнення та нове вирішення наукового завдання щодо встановлення генетичної природи ознаки самофертильності у кормових буряків. Отримані нові лінії та донори само- фертильності, а також лінії з високою здатністю до кросбридингу. Доведено, що самонесумісність у кормових буряків контролюють дві генетичні системи.

1. Виявлено, що лінії, взяті для вивчення, мають мутацію само- фертильності, яка успадковується в ряді інбредних поколінь. Отримані лінії з високими показниками самофертильності (значення самофертильності становило більше 50,0%). Добір високосамофертильних рослин призводить до поступового підвищення середнього рівня самофертильності лінії.

2. Встановлено, що в отриманих нами ліній кормових буряків мутація самофертильності виникає лише в одному з локусів несумісності. Підтвердженням цього є постійне вищеплення при самозапиленні самонесумісних форм. Така мутація стійко підтримувалась впродовж 5-7 поколінь інбридингу.

3. Доведено, що між рівнем самофертильності вихідних рослин та їхніх інбредних нащадків не існує залежності. Для створення ліній можна використовувати форми як з низьким, так і з високим показником самофертильності.

4. У ліній, що пройшли один цикл помірного інбридингу, тенденція до зниження кількості утворених плодів з кожним наступним поколінням самозапилення зростає, в порівнянні з лініями, які мали два цикли помірного інбридингу.

5. Створення ліній у кормових буряків необхідно проводити шляхом чергування самозапилення з сибсовим розмноженням: порівняльний аналіз самофертильності рослин лінії 211 при самозапиленні та при парних схрещуваннях показав, що в першому інбредному поколінні здатність до самозапліднення проявили 71,1% рослин, у яких середній показник самофертильності становив 27,2%. При застосуванні парних схрещувань в прямій і зворотній комбінації у цієї лінії всі нащадки були самофертильними, а рівень самофертильності в середньому складав відповідно 46,5 і 42,6%.

6. В селекційній роботі для створення високосамосумісних ліній досить одноразової інтрогресії гена Sf від донора самосумісності (лінії 1288), оскільки його частка у нащадків гібрида зростає спонтанно за рахунок вибірковості пилку з геном Sf, що веде до гомозиготації ліній за геном самосумісності.

7. Встановлено, що життєздатність насіння у ліній після самозапилення не змінюється і знаходиться, в середньому, на рівні 30,0%. В залежності від генотипу ліній, дегенерація зародків становить від 19,0 до 84,0%.

8. Доведено, що між рівнем самофертильності рослин і життєздатністю насіння не виявлено чіткої кореляційної залежності, що свідчить про їхню різну генетичну обумовленість. Це дає підстави стверджувати, що в кормових буряків самонесумісність контролюють дві генетичні системи (дворівневий контроль реакції несумісності): система S-генів і система зиготичних субвітальних генів, що забезпечує виживання самозапліднених насінних зародків.

9. Встановлено, що для підвищення прояву самофертильності ліній, необхідно проводити одночасний добір за двома показниками: рівнем утворення плодів та життєздатності насіння.

10. Показано, що самофертильні лінії кормових буряків зберігають задовільну здатність до кросбридингу, це дозволяє використовувати їх в реалізації програм гетерозисної селекції.

11. Встановлено, що тривале самозапилення мало негативні наслідки на більшість господарсько-цінних ознак ліній кормових буряків: довжина, маса, ширина коренеплоду та маса гички. Посилення від’ємного зв’язку між масою коренеплоду та вмістом у ньому сухих речовин, на наш погляд, є важливою передумовою проведення добору біотипів, які б поєднували максимальне

значення цих ознак.

РЕКОМЕНДАЦІЇ СЕЛЕКЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНІЙ ПРАКТИЦІ

В результаті проведеної роботи отримані лінії, які представляють собою новий вихідний матеріал кормових буряків. Інбредні лінії з високим ступенем самофертильності та життєздатності насіння, а також лінії з високою здатністю до кросбридингу, пропонуються для використання в методичних та селекційних програмах по використанню гетерозису.

Згідно з результатами нашої роботи ми рекомендуємо:

1. При створенні ліній враховувати дворівневий контроль реакції несумісності та проводити добір за двома показниками: рівнем утворення плодів та життєздатністю насіння.

2. Для отримання ліній чергувати строгий (самозапилення) та помірний (сибсове розмноження) інбридинг. Доцільно також проводити два цикли помірного інбридингу.

3. Залучати в селекційні програми лінії з високим ступенем самофертильності та життєздатності насіння (101, 199, 201, 205, 209, 210, 211, 2601).

4. При одержанні гібридів використовувати лінії з високою здатністю до кросбридингу: 224, 227, 230, 231.

ПЕРЕЛІК ДРУКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Рибак Д.А., Крамар О.С., Буряк (Золотар) О.В. Нові джерела самофертильності однонасінних кормових буряків // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. – К., 2001. – Вип. 1-2. – С.172-176.

2. Рибак Д.А., Буряк О.В. Дослідження самофертильності в однонасінних ліній кормових буряків помірного інбридингу // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. – К., 2001. – Вип.4. – С.88-92.

3. Рибак Д.А., Буряк О.В. Оцінка самофертильних ліній однонасінних кормових буряків за здатністю до кросбридингу // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. – К., 2002. – Вип.3. – С.83-85.

4. Рибак Д.А., Буряк О.В. Мутації самофертильності в S-локусі потомств міжсортових гібридів кормових буряків // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. – К, 2002. – Вип.3-4. – С.149-153.

5. Рибак Д.А., Крамар О.С., Буряк О.В. Самофертильність однонасінних ліній кормових буряків // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН присвячений 100-річчю від дня народження Д.Ф. Лихваря (спецвипуск). – К., 2003. – С.121-129.

6. Рыбак Д.А., Монке Г.Ю., Буряк Е.В. Методика многолетнего сохранения клонов исходных генотипов растений кормовой свеклы // Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений: Тезисы международной конференции молодых ученых, Институт растениеводства им. В.Я. Юрьева УААН, 2-7июля 2001г. - Харьков, 2001. – С.246-247.

7. Рибак Д.А., Крамар О.С., Буряк О.В. Успадкування ознаки самофертильності у однонасінних кормових буряків при інбридингу // Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан та перспективи: Тези доповідей Другої міжвузівської науково-практичної конференції аспірантів, Вінницький державний аграрний університет, 27-28 лютого 2002р. - Вінниця, 2002. – С.11-12.

8. Рибак Д.А., Буряк О.В., Крамар О.С. Особливості успадкування ознаки роздільноквітковості в кормових буряків при самозапиленні // Проблеми сучасного землекористування: Матеріали науково-практичної конференції молодих вчених, Інститут землеробства УААН, 26-28 листопада 2002року. – Київ, 2002. – С.132-133.

АНОТАЦІЯ

Золотар О.В. Генетична природа ознаки «самофертильність» та її використання в селекції кормових буряків (Beta vulgaris L.). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.05 – селекція рослин. – «ННЦ Інститут землеробства УААН», Київ, 2008.

Приведені дані експериментальних досліджень, здійснених в умовах правобережного Лісостепу України, за результатами яких встановлена генетична природа ознаки самофертильності у кормових буряків, успадкування цієї ознаки при різних способах розмноження, встановлено життєздатність насіння самофертильних ліній.

За роки наукової роботи досліджено здатність самозапильних ліній до кросбридингу.

Мутації в S-локусі, виявлені у гібридів міжсортових схрещувань, рекомендується використовувати як донори самофертильності.

Ключові слова: кормові буряки, гени самофертильності, селекція, покоління сибсового розмноження, виживання самозапліднених зародків, донор самофертильності, кросбридинг, самозапильні лінії, гібриди.

АННОТАЦИЯ

Золотарь Е.В. Генетическая природа признака «самофертильность» и его использование в селекции кормовой свеклы (Beta vulgaris L.). – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.05 – селекция растений. – «ННЦ Институт земледелия УААН», Киев, 2008.

В диссертационной работе представлены результаты экспериментальных исследований, выполненных в Институте земледелия УААН, по изучению генетической природы признака самофертильности у кормовой свеклы, наследование этого признака при разных способах размножения, изучено жизнеспособность семян самофертильных линий.

В результате проведенной работы было показано, что линии, взятые для изучения, имеют мутацию самофертильности.

Получены линии кормовой свеклы с высокими показателями самофертильности и жизнеспособности семян. Было установлено, что для получения таких линий необходимо проводить два цикла умеренного инбридинга. Успешная селекция линий кормовой свеклы заключается в чередовании самоопыления и сибсового размножения.

В работе доказано, что уровень показателя самофертильности родительских форм не влияет на уровень самофертильности самоопыленных потомств. Для самоопыления можно использовать формы как с низкими, так и с высокими показателями самофертильности.

За годы исследований у самофертильных линий наблюдалось постоянное появление самостерильных форм, в связи