Всероссийский научно-исследовательский институт

селекции и семеноводства овощных культур

На правах рукописи

Кайгородова Ирина Михайловна

УДК 635.656 : 631.52

СОЗДАНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ГОРОХА ОВОЩНОГО

(PISUM SATIVUM L.) РАЗНЫХ ГРУПП СПЕЛОСТИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ

НА ПРИГОДНОСТЬ К МЕХАНИЗИРОВАННОЙ УБОРКЕ

Специальность: 06.01.05 – селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений 06.01.09 – овощеводство

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители:

доктор с.-х. наук, ст. науч. сотр., Пышная О.Н.

канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр., Пронина Е.П.

МОСКВА – Содержание ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. МОРФОТИПЫ ГОРОХА

1.2. СЕЛЕКЦИЯ НА ПРИГОДНОСТЬ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ УБОРКИ.......... 1.3. СЕЛЕКЦИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ПОЛЕГАНИЮ

1.4. СЕЛЕКЦИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К БОЛЕЗНЯМ И ВРЕДИТЕЛЯМ

1.5. СЕЛЕКЦИЯ НА КАЧЕСТВО СЕМЯН

1.6. ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ.................. 1.7. КОМБИНАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1.1. ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА 2010 ГОДА............. 2.1.2. ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА 2011 ГОДА............. 2.1.2. ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА 2012 ГОДА............. 2.1.3. ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА 2013 ГОДА............. 2.2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА КОЛЛЕКЦИОННЫХ ОБРАЗЦОВ ПО ОСНОВНЫМ

СЕЛЕКЦИОННЫМ ПРИЗНАКАМ И ПОДБОР РОДИТЕЛЬСКИХ КОМПОНЕНТОВ..

3.2. ХАРАКТЕР ИЗМЕНЧИВОСТИ СЕЛЕКЦИОННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

ВЫДЕЛЕННЫХ ОБРАЗЦОВ ГОРОХА ОВОЩНОГО

3.3. СОПРЯЖЕННОСТЬ ОСНОВНЫХ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ У

ВЫДЕЛЕННЫХ ОБРАЗЦОВ ГОРОХА ОВОЩНОГО

3.4. ИЗУЧЕНИЕ НАСЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ СЕЛЕКЦИОННО ЦЕННЫХ

ПРИЗНАКОВ В ГИБРИДНОМ ПОТОМСТВЕ F1 И КОМБИНАЦИОННОЙ

СПОСОБНОСТИ РОДИТЕЛЬСКИХ КОМПОНЕНТОВ ГОРОХА ОВОЩНОГО..........

3.5. АНАЛИЗ РАСЩЕПЛЯЮЩИХСЯ ГИБРИДНЫХ ПОТОМСТВ И ВЫДЕЛЕНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНОГО СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

3.6. ХАРАКТЕРИСТИКА ОТОБРАННЫХ СЕЛЕКЦИОННО ЦЕННЫХ ФОРМ............ ВЫВОДЫ

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Зеленый горошек овощных сортов является важным продуктом питания благодаря высокому содержанию легко усвояемого белка, витаминов, биологически активных веществ, минеральных солей (Ali-khan, Zimmer, 1989; Vitjakova, 2001; Stoddart и др. 2009; Aigner, 2010; Ложкина, 2010; Зотиков и др., 2010, 2011;

Kalev, 2011). По пищевым качествам и вкусовым достоинствам зеленый горошек превосходит другие овощи. В нем содержится 20–21% сухого вещества, которые на 35–40% состоят из высокоценных в пищевом отношении белков и незаменимых аминокислот, нуклеопротеиновых соединений, на 35–40% из сахаров (моносахара и дисахариды). Зеленый горошек содержит 6–9% сахаров, биологически активные вещества, такие как холин – 260мг%, инозит – 160мг%, тиамин – 0,50мг%, пиридоксин – 1мг%, рибофлавин – 0,19мг%, фолиевая кислота – 0,13мг%. Богат горошек витаминами (А, группы В, С, РР), минеральными солями, включающими железо, калий, кальций, фосфор и другие элементы. Поэтому, натуральные консервы из зеленого горошка представляют ценный диетический продукт, который можно применять для профилактики авитаминозов. Хорошие вкусовые достоинства при единовременной механизированной уборке обеспечили гороху овощному высокий удельный вес посевов этой культуры в ряде стран. Ведущими странами - производителями зеленого горошка являются: Канада, Китай, Индия, США, Франция, Иран (Дрозд, 1988; Пивоваров, 2009; Кондыков и др., 2011; Лысенко, 2011; Шурхаева, 2011).

Горох овощной имеет также большое агротехническое значение. Это первоклассный предшественник для овощных, зерновых и технических культур. Как парозанимающая культура, он не уступает чистому черному пару. За период вегетации гороха в почве накапливается около 60-100кг/га азота, что соответствует 12-16т навоза (Балашова, 1989; Борисов и др., 2007; Тихонович, Жуков, 2009;

Ступина, 2010; Дубовик, Копытин, 2011; Борисов и др., 2011; Зубов, Катюк, 2012).

Характерная особенность овощных бобовых культур – быстрое изменение качества при созревании, а также после сбора урожая. В связи с этим, зеленый горошек, как правило, используют для переработки (консервирования); что позволяет расширить регионы потребления этого продукта и обеспечить круглогодовое использование его для питания. Пищевая промышленность из зеленого горошка готовит консервы «зеленый горошек», замороженый горошек; пищевые концентраты, в том числе специального назначения, консервы для детского питания и т.д. В настоящее время производится больше всего консервов зеленого горошка, хотя замороженый горошек по пищевым качествам, вкусовым достоинствам, а также, стоимости готовой продукции превосходит консервы зеленого горошка.

Следует отметить, что замороженый горошек более удобен для массового использования в общественном питании.

Культура гороха овощного в нашей стране последовательно развивалась до начала 90-х годов прошлого века и занимала до 800 тысяч га посевных площадей, что позволяло производить до 200млн. условных банок консервов «зеленый горошек». Однако, производство консервов обеспечивало в лучшие годы лишь четверть потребности в них населения. Почти совсем не производился замороженный зеленый горошек. К 1997 году произошло резкое (в 3,6 раза) уменьшение производства зеленого горошка (Епихов, 1998). В настоящее время селекция и семеноводство, в известной мере, определяется кризисным состоянием культуры гороха овощного.

Объем производства зеленого горошка в 2007 году составлял 46 тысяч тонн, что позволило произвести 40 млн. условных банок консервов. Основными производителями зеленого горошка в РФ являются Мордовия и Краснодарский край.

Значительно возросла урожайность этой культуры – с 5,8т/га в 1985 до 7,1т/га в 2007 году (Сирота, 2009).

Морфотип сортов гороха овощного консервного использования сложился под влиянием разных технологий выращивания сырья зеленого горошка в зонах перерабатывающих предприятий, основанных на единовременной механизированной уборке. Эти модификации технологий касались, главным образом, способов скашивания и последующего обмолота зеленого горошка комбайном и транспортировкой его на завод. Механизированная уборка ужесточила требования к сортам по признакам высота растений и высота прикрепления первого боба, устойчивость к полеганию, дружность созревания, устойчивость к болезням (Амелин, 1999; Зеленов, 2011; Задорин, 2011; Амелин и др., 2011; Кондыков и др., 2012, 2013; Пивоваров, Пронина, 2013).

В целом, существующий сортимент гороха овощного отвечает потребностям производства. Но ему присущи и такие недостатки, как невысокая и неустойчивая урожайность по годам, особенно у раннеспелых сортов, поражаемость болезнями. Урожайность зеленого горошка, у сортов, внесенных в Госреестр в 80-х годах составляла – 4,5 – 7,0т/га (Епихов, 1997). Современные сорта достигают урожайности до 8-10т/га (Государственный реестр селекционных достижений, 2013).

Практическая селекция гороха овощного показывает, что рост урожайности у новых сортов имеется (Медведев, 2011). В связи с этим, представляется возможным повысить потенциал продуктивности за счет выведения сортов гороха овощного, устойчивых к полеганию, пригодных для механизированной уборки, обладающих комплексом хозяйственно-ценных признаков, таких как: укороченные междоузлия, повышенная прочность стебля, «усатый» тип листа, детерминантный тип роста стебля.

Актуальность работы. Зеленый горошек овощных сортов является важным продуктом питания благодаря высокому содержанию легко усвояемого белка, витаминов, биологически активных веществ, минеральных солей. Одно из требований к современным сортам гороха овощного (Pisum sativum L.) – их технологичность, то есть способность давать высокий урожай при существующих и разрабатываемых технологиях, которые и определяют направления селекции новых сортов разных групп спелости для конвейерного поступления сырья на перерабатывающие предприятия (Жученко,2001; Котляр, Пронина, 2009).

При использовании единовременной механизированной уборки возрастают требования к морфотипу сортов по высоте растений, высоте прикрепления первого боба, дружности созревания, а главное – к их устойчивости к полеганию, которая может быть достигнута за счет объединения в одном генотипе таких признаков, как укороченные междоузлия, «усатый» тип листа, детерминантный тип роста стебля и его повышенная механическая прочность.

Цель работы – создание исходного материала гороха овощного разных сроков созревания c комплексом хозяйственно ценных признаков, пригодных для механизированной уборки и создания конвейера поступления сырья зеленого горошка на переработку.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Провести сравнительную оценку коллекционного и селекционного материала гороха овощного отечественной и зарубежной селекции по основным хозяйственно ценным признакам и выделить перспективные образцы разных групп спелости для селекции на пригодность к механизированной уборке.

2. Оценить полиморфизм, вариабельность и взаимосвязь признаков у отобранных образцов классическими методами и методами молекулярного анализа.

3. Провести гибридизацию выделенных образцов по диаллельной схеме.

4. Изучить наследование основных количественных признаков в гибридных комбинациях F1 и оценить комбинационную способность родительских форм.

5. Провести гибридологический анализ потомств F2 по основным количественным признакам и выделить ценные формы для дальнейшей селекционной работы.

6. Оценить полученные гибридные потомства F3 по комплексу хозяйственно ценных признаков и отобрать перспективные константные формы разных групп спелости для селекции на пригодность к механизированной уборке и создания конвейера зеленого горошка.

Научная новизна. На основе изучения полиморфизма, изменчивости, сопряженности, общей комбинационной способности и характера наследования основных количественных и морфологических признаков гороха овощного выделены источники хозяйственно ценных признаков для селекции на пригодность к механизированной уборке; в результате скрещиваний выделенных родительских компонентов по диаллельной схеме впервые получены ценные формы гороха овощного с новым сочетанием признаков, обеспечивающих высокую устойчивость к полеганию (усатый тип листа, детерминантный тип роста, высокая прочность стебля).

Практическая значимость работы. Выделены перспективные генотипы (17ПСИ, Альфа, Радар, Изумруд, Afilla, Дарунок) – источники селекционно ценных признаков для создания исходного материала гороха овощного для селекции на пригодность к механизированной уборке. Получен новый исходный материал гороха овощного разных групп спелости, удовлетворяющий параметрам модели сортов, пригодных для механизированной уборки (с усатым типом листа, детерминантным типом роста и повышенной прочностью стебля). Предложена схема использования новых образцов разных сроков созревания для продолжительного конвейерного поступления сырья зеленого горошка на переработку.

Положения, выносимые на защиту:

– подбор родительских форм гороха овощного и их оценка для создания исходного материала, пригодного для механизированной уборки;

– характер наследования основных количественных признаков пригодности к механизированной уборке и отбор селекционно ценных форм для конвейерного использования.

Усилиями генетиков и селекционеров разных стран выделено большое количество мутантных форм гороха (Carpentieri-Pipolo, 2000; Nimbalkar, 2001; Задорин, 2005; Зеленов, 2008; Щетинин, 2008; Xin и др., 2010; Зеленов, 2011; Cieslorova и др., 2012).

У гороха посевного имеются следующие морфотипы, различающиеся по архитектонике листа:

1. Листочковый или обычный («дикий тип»).

2. Усатый или безлисточковый.

3. Акациевидный или многолисточковый.

4. Усиковая акация – В (с широким прилистником).

5. Усиковая акация – S (с узким прилистником).

6. Многократнонепарноперистый.

7. Рекомбинант, у которого на всех ярусах листья похожи.

8. Гетерофильный морфотип хамелеон (транслокант).

9. Рассеченнолисточковый.

Первые два морфотипа широко используются в сельскохозяйственной практике и их можно считать традиционными. Остальные (нетрадиционные морфотипы) не имеют большого распространения (Singh, 1980; Rumar, 2000; Witter, 2000;

Beilinson, 2002; Tekeoglu, 2002; Щетинин, 2008).

В.Л. Комаров (1961) отмечал, что у высших растений семейства Бобовые листья наиболее развиты: «Такие сложные листья, как листья гороха, акации и других бобовых с организованным отводом продуктов ассимиляции из тканей в ситовидные трубки, являются наиболее совершенным выражением эволюции листа».

Первая форма гороха с измененной архитектоникой листа была описана Вильмореном в 1910 году. Мутантные растения имели непарное число (7- пар+1) листочков без усиков. Такой лист был обозначен как безусиковый или акациевидный. В.В. Хангильдиным и Р.Р. Асфандияровой (1980) была установлена высокая продуктивность этой формы. Однако, из-за сильной полегаемости акациевидный морфотип дальнейшего распространения не получил.

Ген, контролирующий этот тип листа, обозначен символом tl (tendrilles) (White, 1917; Meesang, 2001; Iruela, 2002; Gesteira, 2002; Rubio, 2003). Он наследуется рецессивно и расположен в 7-ой группе сцепления.

Прямо противоположной по своему характеру является мутация безлисточковости. Впервые безлисточковые (афильные) формы с усатым типом листа были выделены как спонтанные мутанты в 50-х годах прошлого столетия V. Kujala (1953) и В.К. Соловьёвой (1958). Генетически изучена мутация af (afilia) В.В.

Хангильдиным (1971; 1982). Рецессивеый ген af превращает листочки в гипертрофированные усики.

Ю.Л. Гужов (1975), анализируя результаты, сделал вывод, что акациевидность определяется доминантным геном, локализованным в 1 хромосоме и обозначенным La. Лист с редуцированными листовыми пластинками (усатый) контролируется другим доминантным геном, находящимся в 65-й точке VII хромосомы. Его обозначили символом Lt. Таким образом, акациелистные сорта имеют генотип LaLaltlt. При скрещивании их между собой получается сочетание двух доминантных генов La la Lt lt, что обеспечивает развитие листа обычного типа. Следовательно, обычный парноперистый лист гороха с усиками является результатом взаимодействия двух доминантных неаллельных генов, расположенных в I и V хромосомах (Украинець, 2009).

Разные типы листа у сортов гороха определяются следующими генотипами:

обычный – LаLаLtLt, акациевидный – LaLaltlt, усатый – lalaLtLt, многократнонепарноперистый – lalaltlt.

В опытах М. Гунатиллаке (2001), при скрещивании «усатых и обычных»

форм, гибриды F1 имели обычный (листочковый) тип листа. В F2 наблюдалось расщепление по типу листа: 4 La La Lt Lt : 8 La La lt lt : 4 la la Lt Lt. Число классов расщепления по фенотипу составило 2 (3:1), а по генотипу 3 (1:2:1).

Получение мутантной формы гороха с усатым типом листа открыло перспективы успешного решения задачи создания неполегающих в технической стадии спелости продуктивных, пригодных для механизированного возделывания сортов гороха овощного. Такие растения, в отличие от обычных, более устойчивы к полеганию за счёт сцепления сильноразвитых усиков, которые образовались на месте редуцированных листочков. Кроме того, в полевых условиях нижние ярусы обычного гороха затеняются и практически не принимают участия в фотосинтезе.

Горох с усатым типом листа, обладая максимально развитыми прилистниками, хорошо просвечивается, и все ярусы растения могут работать на продуктивность.

Эти растения подвержены таким же заболеваниям, как и обычные, но влажность в их фитоценозе гораздо ниже. Более сухой микроклимат препятствует массовому развитию патогенов. Отсутствие затенения способствует одновременному созреванию здоровых семян (Титенок, 1992, Вербицкий, 1994; Croser, 2003; Фомин, 2004, Попов, 2006, Катюк, 2006, Фадеева, 2007, Кондыков, 2006, 2008; Дебелый, 2009; Зеленов, 2001, 2011).

По данным Н.Е. Новиковой (2000), трансформация листочков в усики у гороха вызывает более слабое развитие корневой системы и снижение скорости накопления биомассы растениями. Последнее особенно выражено в начале вегетации, поэтому в селекции сортов с усатым типом листа предпочтение должно быть отдано формам с лучшим развитием прилистников на ранних этапах онтогенеза. Это позволит увеличить темп накопления биомассы и уменьшить отставание по продуктивности от листочковых сортов.

В Индии генетик В. Sharma (1972) в результате химического мутагенеза получил акациевидную форму гороха, у которой только верхняя пара листочков видоизменена в усики. Мутация контролируется геном tacB и получила название «усиковая акация» (tendrilled acacia). Позже была выделена мутантная линия с узким апикальным листочком – tacS (Sharma, 1981).

В результате скрещивания усиковой акации с усатой формой у части полученных генотипов площадь листовой поверхности в зоне плодоношения больше, чем у листочковых (Goldman, 1991). Так как у гороха формирование продуктивности происходит, в основном, за счёт листочков узла, выявленная закономерность создает предпосылки для создания более урожайных сортов.

В 1989 году во ВНИИ зернобобовых и крупяных культур обнаружен мутант гороха с различной, в зависимости от расположения на стебле, морфологией листа. Морфотип с ярусной гетерофиллией, названный впоследствии хамелеон, был выделен А.Н. Зеленовым (1991), как спонтанный мутант от скрещивания образца с морщинистыми семенами из Индии «Усиковая акация» с сортом Filby из Великобритании (усатым с редуцированными прилистниками).

Результаты гибридологического анализа позволили установить, что форма хамелеон является транслокантом (Зеленов, 1998, 2001; Задорин, 2005, 2011; Зеленов и др., 2012).

Отличительная особенность морфотипа хамелеон состоит в том, что нижние листья имеют два-три листочка и усик; в среднем ярусе листья усатые; выше, в зоне плодоношения лист представлен многократно разветвлёнными усиками с нерегулярно расположенными на них листочками.

Практическая ценность морфотипа хамелеон заключается в высоких физиологических показателях продукционного процесса и повышенном биологическом потенциале. Биомасса и интенсивность её образования у него на 10…20% выше лучших сортов листочкового и на 25…37% усатого типов (Зеленов, 2000). Кроме того, особенность его архитектоники, наличие листьев усатого типа в средней зоне растения, открывает перспективы создания прочного неполегающего стеблестоя.

От скрещивания усатой и акациевидной форм (Усатый х Акация) созданы растения с необычным типом сложного листа, названным усложненнолистным, или многократнонепарноперистым. Эта оригинальная форма создана В.К. Соловьёвой на Грибовской овощной селекционной станции (в настоящее время ВНИИССОК). Многократнонепарноперистый морфотип был параллельно получен А.М. Дроздом на Крымской опытной станции ВИР.

В 2002 году в посевах короткостебельного усатого, детерминантного (самарская модель), с неосыпающимися семенами сорта Батрак обнаружен спонтанный мутант с необычными для гороха глубокорассеченными в верхней части листочками и простыми неветвящимися усиками, отходящими от черешка у оснований листочков (Зеленов, 2008; Щетинин, 2008; Зеленов и др., 2013; Darleen и др., 2013).

Рассеченнолисточковый мутант сокращённо Рас-тип, как и исходный сорт, имеет детерминантный тип роста стебля и неосыпающиеся семена. Он отличается от сорта Батрака по параметрам продуктивности: большее число бобов на продуктивном узле, большее число семян в бобе, но меньше масса 1000 семян. Длина стебля у Рас-типа немного короче, чем у сорта Батрак (Задорин, 1997; Зеленов и др., 2000; Зеленов, 2005; Щетинин, 2007; Фадеева, 2007, 2012; Зеленов и др., 2008;

Зеленов и др., 2008; Коробова, 2009; Кандыков, 2012).

Учитывая широкий размах климатических условий в нашей стране, целесообразно иметь в производстве как сорта листочкового морфотипа, так и безлисточковые сорта (Вишнякова, 2005).

1.2. Селекция на пригодность для механизированной уборки Одна из главных задач селекции гороха овощного – создание сортов, пригодных для механизированной уборки. Решение этой задачи в значительной степени, зависит от устойчивости стебля к полеганию и дружности созревания (Лукашева, 1985; Пивоваров, Пронина, 2013).

Одним из первых шагов к повышению технологичности культуры стало использование полукарликовых растений в посевах гороха (Амелин, 1990; Кондыков и др., 2006). Длина стебля имеет большое значение в селекции гороха при выведении сортов различного направления использования. До недавнего времени для зерновых сортов считалось желательным наличие длинного стебля, который характеризовался большим числом продуктивных узлов, в какой-то степени определяющих семенную продуктивность (Шульга, 1971; Вербицкий, 1992). Однако, ранее существующие длинностебельные сорта (150–170см) склонны к раннему полеганию.

Долгое время селекционная работа с горохом проводилась на традиционном длинностебельном листочковом морфотипе. Потенциальная урожайность семян у таких форм была невысокой, а реальная из-за полегания посевов – низкой (Кондыков, 2004).

Во многих селекционных учреждениях страны была начата разработка морфофизиологических моделей новых сортов гороха для зон его возделывания.

В них обоснована необходимость перестройки архитектоники растения с целью повышения уборочного индекса. Эта проблема решалась в двух направлениях: за счёт уменьшения длины стебля и массы листьев и селекции на многоцветковость (многоплодность). В связи с этим, проводилась интенсивная работа по поиску короткостебельных доноров неполегаемости (Кондыков и др., 2006; Брежнев, 2009;

Дебелый, 2009; Коробова и др., 2009; Новикова и др., 2012; Naidenova, Vassilevska-Ivanova, 2009).

Ситуация кардинально изменилась в начале 80-х годов прошлого столетия после внедрения в производство сортов карликового и полукарликового типа с прочными укороченными междоузлиями (результат действия генов le, lm и др.

(Макашева, 1990; Новикова, 2012).

Повышение технологичности сортов гороха стало возможным при вовлечении в селекционный процесс новых мутаций (Rosen, 1944; Luftensteiner, 2002; Huda, 2003; Wang, 2003). Одним из важнейших признаков гороха, приведшим к созданию нового морфотипа, является редукция листочков в усики (Задорин, 1997;

Новикова, 2004; Кандыков, 2011). При изучении генофонда гороха выявлено, что усатые формы отличаются от обычных листочковых пониженной транспирацией, большей устойчивостью к полеганию, лучшей продуваемостью и освещённостью ценоза (Вербицкий, 1995). Были получены практически неполегающие зерновые сорта с коротким стеблем в сочетании с видоизменённым листом «усатого» типа (Вербицкий, 1992; Жогина, 2004; Фадеева, Фадеев, 2011).

Следует отметить, что за рубежом наибольшее распространение получили короткостебельные сорта с «усатым» типом листа.

Создание короткостебельных сортов с усатым типом листа позволило перейти к новому этапу в эволюции гороха. Он стал технологичным для возделывания. Благодаря подбору родительских пар на широкой генетической основе и в результате нескольких циклов скрещиваний удалось подавить отрицательный эффект рецессивного гена af – низкую продуктивность. Недооценка свойства «усатости» как признака, обуславливающего относительно большую устойчивость растений к полеганию, а также представление, что только в листовой пластинке синтезируется органическое вещество перестали считаться трудностями (Мартиросова, 1968; Вербицкий, 1992).

Сорта нового поколения по урожайности семян не отличаются от листочковых, а нередко, и превышают их (Амелин, 2012). Традиционный морфотип гороха унаследовал от своих предков адаптированный к кустарниковому фитоценозу нелимитированный рост стебля и способность формировать неограниченное число продуктивных узлов. В условиях достаточной влажности почвы стебель израстает даже после образования фотосинтетического аппарата, бобы созревают неравномерно и урожайность гороха снижается.

Устранение таких негативных характеристик культуры, как растянутый репродуктивный период, склонность к израстанию, неравномерность созревания, стало возможным после выявления в геноме вида Pisum sativum L. мутаций детерминантного типа роста (ДТР) стебля. В отличие от индетерминантных (обычных) форм, у растений с ДТР имеются не только пазушные, но и апикальные (одно или несколько) соцветия. При образовании верхних соцветий рост стебля завершается и пластические вещества направляются на формирование завязывающихся бобов. По мнению А.В. Амелина (1993), рациональное использование ассимилянтов в период формирования генеративных органов имеет важное значение для повышения семенной продуктивности и такие формы представляют большой практический интерес для селекции. Ограниченное число продуктивных узлов, характерное для морфотипов с ДТР, обеспечивает сжатый период цветения (Кандыков и др., 2006).

В 1966-1967 годах во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур селекционером И.А. Поповой, в результате обработки семян овощного сорта Свобода 10 раствором НЭМ, была выделена мутантная линия с детерминантным типом роста (Попова, 1972). Генетическое изучение этого мутанта с одним-двумя продуктивными узлами позволило установить, что ген, контролирующий детерминантный тип роста, наследуется как простой менделеевский рецессив (Волчков, 1986; Makasheva, 1987). Он локализован в YII группе и тесно сцеплен с геном r (rugosus) – во всех комбинациях скрещивания все гибридные растения с признаком ДТР имели семена с морщинистой поверхностью (Попова, 1972; Marx, 1986;

Епихов, 1991).

Принципиально новый тип детерминантности был обнаружен в 1983 году селекционером А.Е. Зубовым в Куйбышевском (Самарском) НИИСХ. Стебель у новой мутантной формы заканчивался соцветием с двумя-четырьмя цветками.

Растения имели компактное верхушечное расположение бобов, были более устойчивы к полеганию, дружно созревали, что облегчало механизированную уборку; в том числе и прямым комбайнированием. Новая форма оказалась более урожайной, чем районированные сорта. Анализ расщепления гибридов выявил рецессивный характер наследования. Ген, контролирующий развитие признака, назван den и локализован в третьей хромосоме и неаллелен рецессиву stb (Яковлев, 1992; Яковлев, 1992; Зубов, 1989; Кондыков и др., 2006).

Особенности наследования признака детерминантности изучали Макашева Р. Х., Дрозд А. М., 1987; Шевченко В. А., Шевченко И. А., 1990; Яковлев В. Л., 1992. Все авторы единодушно указывают на рецессивный моногенный характер наследования признака ДТР у всех трёх моделей. Тестирование на аллелизм мутаций ДТР проведено Н.Н. Акульчевой (2000), в ходе которого изучены гибриды F1 от реципрокных скрещиваний по полной диаллельной схеме между сортообразцами Флагман (самарский ДТР), Детерминантный ВСХИ (Луганский ДТР), Первенец (московский ДТР с 3...5-ю продуктивными узлами), ВИР 2139 (московский ДТР с 1…2-мя продуктивными узлами).

Реципрокные гибриды F1, полученные от скрещиваний сорта Флагман с другими тестируемыми сортообразцами, имели обычный (индетерминантный) тип роста стебля и нормально развитые прилистники. Это свидетельствует о том;

что мутация, контролирующая развитие самарской модели ДТР неаллельна мутациям, определяющим луганскую и московскую.

В результате скрещивания сортообразцов Детерминантный ВСХИ и ВИР 2139 были получены гибриды F1, имеющие детерминантный фенотип, аналогичный родительским формам. Это свидетельствует о том, что мутации ДТР луганской и московской модели с 1…2 продуктивными узлами аллельны, т.е. локализованы в одном гене.

В популяции F2 наблюдалось расщепление по числу продуктивных узлов, которое показало, что развитие детерминантного габитуса московского типа с 3…5-ю продуктивными узлами определяется геном det, также как у детерминантов Луганского и московского типа с 1...2 продуктивными узлами. Формирование повышенного числа продуктивных узлов зависит от действия рецессивных геновмодификаторов (интенсификаторов) – одного или нескольких (Дебелый, 2009).

Перспективным направлением в селекции гороха может стать использование новых мутантных форм с детерминантным типом роста. Такая мутация как «хамелеон», обнаруженная на знрновом горохе селекционером А.Н. Зеленовым в 1989 году имеет ярусную гетерофиллию и является перспективной селекционной формой с повышенным фотосинтетическим потенциалом (Зеленов, 1991). Другая мутантная форма гороха зернового с детерминантным типом роста стебля обнаружена во ВНИИЗБК В.Н. Уваровым (1993) и названа «люпиноидом» с генами det fas, так как у неё продуктивные органы собраны в верхней части растения в виде кисти, как у люпина. Компактное расположение бобов способствует дружному созреванию. Селекционная ценность люпиноида заключается в комбинации высокого потенциала продуктивности и сжатого репродуктивного периода (Кондыков и др., 2002; Кондыков, 2004; Кондыков и др., 2011; 2013).

В современных условиях, когда сельскохозяйственное производство предъявляет очень высокие требования к сортам, перед селекционерами стоит задача совместить рекомбинации ценных признаков и свойств в новом генотипе (Вишнякова, 2008).

Создание растений гороха нового морфотипа с устойчивостью к полеганию и пригодностью для механизированной уборки – основное направление современной селекции культуры. Это достигается за счёт объединения таких признаков как: укороченные междоузлия, повышенная прочность стебля, «усатый» тип листа, детерминантный тип роста стебеля и т.д. (Давлетов, 2005, 2006, 2009; Кондыков, 2006, 2008; Омельянюк, Асанов, 2009; Амелин и др., 2009; Соловьев, Лихенко, 2009; Чухина, Безгодова, 2009; Кудин, Кошеляев, 2009; Пономарева, Терехов, 2012; Омельянюк, 2013; Cupic и др., 2009, Kosev, Sachanski, 2012). Основной метод селекции – внутривидовая гибридизация с последующим многократным индивидуальным отбором.

Еще в конце 1960-х, начале 1970-х годов селекционеры начали вовлекать в селекционный процесс новые морфотипы гороха с целью повышения технологичности новых сортов (Вербицкий, 1997; Зубов, 1997; Кондыков, 2004; Трунов, 2004; Зотиков, 2004). Довольно продолжительный период не удавалось совместить в одном генотипе новые признаки (усатый лист, детерминантность) с ценными хозяйственными свойствами (Кондыков и др., 2002; Титенок, Зеленов, 2002;

Вербицкий, 2002; Зеленов и др., 2013; Агаркова и др., 2013, Зеленов, 2011; Kof, Kondykov, 2007).

Установлено, что у гороха, также, как и у других сельскохозяственных культур, повышение устойчивости посевов к полеганию достигается в процессе селекции за счет уменьшения длины стебля (Уваров, 1998; Фомин, Коробова, 2004; Вишнякова, 2005, 2007; Фадеева, 2005). Успех селекции короткостебельных сортов определяется тем, что такие растения характеризуются более толстыми и плотными междоузлиями, имеющими развитую транспортную и механическую системы (Амелин, 1990, 1999, 2001).

В настоящее время ни один из сортов гороха листочкового морфотипа с высотой 60-90см и длиной междоузлий 4-5см не является устойчивым к полеганию (Образцов, 1990; Амелин, 2001). Во ВНИИЗБК разработали методику целенаправленного отбора форм по признаку устойчивости к полеганию по величине сухой массы стебля, приходящейся на единицу длины. Установлено, что чем больше величина этого показателя у растений, тем устойчивее сорт к полеганию (r=0,82).

Исследователи Амелин и Образцов (1991) отмечают, что для повышения результативности отборов безлисточковых родоначальных линий в гибридных популяциях F3–F4 от скрещивания усатых форм гороха с листочковыми необходимо учитывать низкую конкурентнопособность безлисточковых биотипов. Как показали исследования смешанных популяций, усатые формы уступают облиственным степенью развития морфофизиологических признаков, продуктивностью и составляющим её элементам.

Большой объем скрещиваний и целенаправленный отбор по комплексу признаков дали возможность селекционерам ВНИИЗБК создать новый детерминантный, безлисточковый сорт гороха Батрак зернового использования (Зеленов, 2001).

Результаты изучения стабильности урожайности сортов гороха с усатым типом листа показали, что современные сорта усатого типа проявляют свои преимущества перед листочковыми, в основном, при благоприятных погодных условиях и менее стабильны по урожайности при отклонении факторов внешней среды от оптимальных значений как в сторону сильной засушливости, так и переувлажнения; особенно при совпадении критических фаз развития с периодом экстремально высоких температур и жесткой засухи (Давлетов, 2008; Чекалин, 2011;

Новикова, Фомин, 2011; Новикова, 2012; Кондыков, 2012).

Таким образом, история создания и практического использования сортов гороха овощного усатого типа еще сравнительно коротка и усилия селекционеров направлены, в основном, на повышение потенциала урожайности. Очевидно, резервы этого морфотипа еще до конца не выявлены. Поэтому, улучшение адаптивных свойств новых сортов, при достаточно высоком уровне урожайности, остается актуальной задачей селекции (Фомин, Коробова, 2004; Зыкин, 2007; Дебелый, 2009).

1.4. Селекция на устойчивость к болезням и вредителям Наряду с основными направлениями селекции гороха овощного на продуктивность и технологичность возделывания, по значимости и актуальности не менее важной проблемой является придание сортам устойчивости к болезням и вредителям. Создание устойчивых сортов особенно важно, так как применение пестицидов на посевах этой культуры ограничено.

В Нечернозёмной зоне распространены корневые гнили, темнопятнистый и бледнопятнистый аскохитоз.

Аскохитоз. Распространен повсеместно. Эпифитотии болезни наблюдаются часто и в разных климатических зонах. Поражаются листья, стебли, черешки, створки бобов, семена, корни. В нашей стране на горохе встречаются несколько видов возбудителей аскохитоза: Ascochyta pinodes L.K. Jones и Ascochyta pinodella L.K. Jones – темно-пятнистый, Ascochyta pisi Lib. – бледно-пятнистый (Тимина, Епихов, 1984).

Признаки поражения растений A.pinodes – на листьях пятна неправильной формы, слегка вздувшиеся, мелкие, темно-коричневые с темным центром и более светлым краем. На черешках и стеблях удлиненные штрихи или вытянутые пятна коричнево-бурой окраски. При сильном поражении наблюдается сплошное побурение и отмирание стеблей и черешков. Пикниды на всех пораженных органах погружены в ткань, немногочисленны.

При поражении растений A. pinodella, на первых этапах признаки развития сходны с признаками поражения A. pinodes. Позднее, к фазе созревания пятна увеличиваются до 10мм в диаметре, покрываются немногочисленными, погруженными в ткань пикнидами. На пятнах появляются характерные зональности с чередующимися светлыми и темными кругами отмершей ткани. Погружённые пикниды – немногочисленны.

На растениях, пораженных бледно-пятнистым аскохитозом (A. pisi) – пятна округлые, в центре желтоватые с многочисленными поверхностными пикнидами и резким темно-коричневым выпуклым ободком. На стеблях и черешках пятна более крупные, удлиненные, вдавленные. При сильном развитии аскохитоза в местах поражений стебли надламываются, растение или отдельные ветви засыхают и погибают.

На поражённых семенах все три вида возбудителей аскохитоза вызывают образование желтовато-коричневых или бурых пятен, в зависимости от степени поражения поверхностных или вдавленных, мелких или покрывающих всё семя.

На семенах точно определить возбудителей аскохитоза по внешним признакам невозможно, только после выделения их в чистую культуру устанавливается возбудитель болезни.

При селекции гороха на аскохитозоустойчивость в качестве родительских форм следует брать образцы, у которых интенсивность развития болезни на листьях и бобах не превышает 25%, но со здоровыми семенами.

Корневые гнили. Болезнь вызывают несколько видов грибов из родов Fusarium, Aphanomyces, Ascochyta и др.

При поражении взрослых растений наблюдается отставание их в росте и развитии, болезнь проявляется в виде побурения и загнивания корней и основания стебля. Пораженные участки четко отграничены от здоровых. Больные растения не имеют клубеньков, легко выдергиваются из почвы. Эти болезни распространены повсеместно и причины, обусловливающие их возникновение, в районах возделывания различны.

Появление болезни зависит, с одной стороны, от видовой принадлежности патогенов, с другой – от экологических условий. Так, афаномицетная корневая гниль широко распространена во всех зонах избыточного или достаточного увлажнения. Фузариозная корневая гниль развивается наиболее интенсивно в районах с недостаточным увлажнением и тяжелыми почвами, но встречается также в местах с избыточным увлажнением. Фузариозное увядание встречается преимущественно в южных районах с сухим и жарким летом, часто проявляется очагами (Котова, 2004; Градобоева, 1988; Булынцев, 1985; Фадеева, 2001).

Афаномицетная корневая гниль. Корневая система может поражаться в течение всей вегетации. Патоген (Aphanomyces enteiches Drechs.) из почвы внедряется в корешок или в подсемядольное колено. Поражается коровая ткань всей корневой системы, обесцвечиваясь и размягчаясь. Затем образуется так называемая водяная гниль – кора корня размочаливается, а при подсыхании сморщивается, принимая окраску от темно-коричневой до бурой. В пораженной коровой части ткани корней образуется большое количество ооспор гриба с двумя оболочками, хорошо заметной утолщенной изнутри извилистой оболочкой оогония и гладкой оболочкой ооспоры. Засушливая погода препятствует массовому образованию ооспор на корнях с явными внешними признаками поражения афаномицетной корневой гнилью.

Фузариозная корневая гниль. Возбудители фузариозной корневой гнили – F.

avenaceum (Fr) Sacc, F. solani (Marf.) App. et Wr., F. oxysporum Schlecht и другие.

При фузариозной корневой гнили наблюдается побурение корневой системы. При сильном поражении она распространяется на основание стебля. В условиях избыточного увлажнения в местах поражения образуется хорошо заметный белый или беловато-розовый налёт мицелия. Ткани поражённых корней постепенно отмирают, такие растения засыхают и легко выдёргиваются из почвы.

Фузариозное увядание (трахеомикоз растений) – возбудитель F. oxysporum (Sehlecht) Snyd et Hans. – проявляется, в основном, в период цветения и формирования бобов, но может поражать растения и на других стадиях их развития. При поражении растений на более поздних фазах и в особо благоприятных для развития болезни условиях (повышение температуры и недостаток влаги) она принимает злокачественный характер и вызывает гибель растений в течение 5-7 суток. У пораженных растений на поперечном срезе стебля наблюдается побурение древесины.

Учеты проводят по следующей шкале (в баллах): 0 – поражение отсутствует (растение зеленое), 1 – поражено не более 25% листьев на растении, 2 – поражено не более 50% листьев на растении, 3 – поражено не более 75% листьев на растении, 4 – поражены все или больше 75% листьев (Овчинникова, 1990).

Несмотря на то, что изучение наследования реакции гороха к болезням было начато давно, до сих пор не было создано устойчивых промышленных сортов.

Исследователями, несмотря на многолетнее изучение коллекционных образцов гороха по степени поражения их аскохитозом (Овчинникова, Андрюхина, 1983), корневыми гнилями (Романова, 1988, 1990), так и не выявлены сорта с полной устойчивостью к ним. Однако, установлено, что некоторые образцы поражаются в слабой степени, которые и рекомендуются в качестве доноров устойчивости к этим болезням (Тимина, Епихов, 1984; Тимина и др. 2013).

Из вредителей в Нечернозёмной зоне посевы гороха овощного часто повреждаются гороховой тлёй и гороховой плодожоркой.

Гороховая тля (Acyrthosiphon pisum Harr.) распространена повсеместно.

Нечернозёмная зона является одним из регионов, где вредоностность наиболее сильна. Тля предпочитает наиболее нежные части растений, образуя колонии на верхних листьях, на верхушках стеблей, на цветках и плодах. Наибольший вред гороховая тля причиняет однолетним бобовым и, в особенности, гороху. Вредоносность её возрастает при размножении на растениях до начала цветения. Растения отстают в росте, их стебли сильно деформируются и укорачиваются; листья слегка скручиваются, плоды остаются недоразвитыми, а иногда урожай погибает полностью. Кроме того, гороховая тля способствует распространению вирусных болезней на посевах гороха овощного.

Гороховая плодожорка (Laspeyresia nigricana Steph.). Её наибольшая вредоносность отмечена в Нечернозёмной зоне. Повреждённость семян варьирует от 0,5% до 40%, а потери урожая составляют 14-22%.

Гусеницы внедряются в боб. В одном бобе обычно развивается одна, редко две гусеницы, повреждающие до четырёх семян. Они грубо объедают семена снаружи и могут выедать до части семени. Внутри боба находится паутинка с экскрементами. Повреждённые семена мало пригодны к посеву, всхожесть не превышает 22% (Овчинникова, 1990).

Степень повреждения определяется совпадением или сдвигом фаз цветения у растений и яйцекладки у вредителя. Цветение раннеспелых сортов наступает раньше яйцекладки вредителя и ко времени отрождения гусениц околоплодник грубеет. Это затрудняет внедрение их в боб. У среднеспелых и позднеспелых сортов массовое цветение совпадает с фазой яйцекладки вредителя, поэтому наблюдается более высокая повреждаемость (Макашева, 1979; Вербицкий, 1990).

Сортов, устойчивых к гороховой плодожорке, нет. Однако, некоторые исследователи (Гуляев, Гужов, 1978) утверждают, что скороспелые сорта отличаются быстрым ростом и более быстрой регенеративной способностью и, как правило, меньше повреждаются насекомыми.

Сорта овощного гороха для промышленной переработки должны иметь высокую семенную продуктивность и хорошее качество зелёного горошка (Самарина, 1985; Лукашевич, 2004; Фадеева, 2002; Пивоваров, 1999; Мегердичев, 2003;

Пивоваров, 2001; Досина-Дубешко, 2009; Shelepina, 2001; Okumura, 2005; Kof, 2007; Пронина, 2009; 2013).

В понятие качества входят вкусовые показатели и однородность горошка в консервах при единовременной уборке урожая (вкус, внешний вид, цвет, консистенция горошка, прозрачность заливочной жидкости), химический состав горошка (содержание сухого вещества, сахара, крахмала, белка, клетчатки, витамина С). Вкусовые качества консервов тесно связаны с химическим составом зеленого горошка. Недозрелые зерна (зеленый горошек) убирают через 16-22 суток после цветения при содержании 20-22% сухого вещества. В этой фазе зеленый горошек содержит 6-8% сахаров, до 3% крахмала, до 2,5% клетчатки, 28-34% сырого белка, 30-45 мг% витамина С, 0,26-0,34 мг% – В1, 0,17-0,19 мг% – В2, 1,8-2, мг% – РР, 49-62 мг на 100 г сырого продукта – холина. Вкусовые качества горошка зависят от соотношения сахара и крахмала. Повышение содержания крахмала (свыше 3%) резко снижает вкусовые качества горошка.

Успех селекции на качество зависит от подбора исходного материала. В нашей стране и за рубежом широко изучаются биохимические и технологические качества многих сортов овощного гороха. Лучшие из сортов выделяются для использования в селекции, например, Ранний грибовский 11, Чика, Ранний 301, Вера, Совинтер-1, Жегаловец, Фрагмент, Виола, Изумруд, Дарунок. Использование высококачественного родителя в скрещиваниях позволяет выделить в потомстве лучшие формы (Епихов и др., 2001; Пронина и др., 2009).

Качество зелёного горошка определяют по типу семян. Семена округлые – зелёный горошек, как правило, низкосахаристый и быстро перезревает; мозговые – зелёный горошек высокосахаристый и медленно перезревает.

При отборе гибридных растений на первых этапах селекции используются корреляции качества горошка и формы семян. Сорта с мозговыми семенами по качеству горошка значительно превосходят гладкосемянные образцы. Это обусловлено не только количеством крахмала, но и его составом. У сортов с мозговыми семенами крахмал содержит 70-90% амилозы и 30-10% амилопектина, а у гладкосемянных сортов, наоборот, 62-80% амилопектина и 38-20% амилозы (Ломачинский, 2009). Таким образом, показатель – содержание амилозы в крахмале семян – может быть использован в качестве объективного критерия при сравнении и оценке сортов или гибридных потомств по качеству. Чем сильнее выражена морщинистость семени, тем медленнее происходит накопление крахмала и выше содержание амилозы в нем.

Поскольку мозговая форма семян наследуется как рецессивный признак и расщепление по типу семян происходит у растений первого поколения (семена F2), отбор по качеству можно начинать уже в первом поколении. Однако, комплекс признаков качества продукции, особенно химический состав, контролируется полигенными системами, поэтому окончательно отбирать исходные растения лучше в более поздних поколениях (F3-F5) по достижении гибридным материалом большей гомозиготности. В третьем и более поздних поколениях отбирают растения по следующим косвенным признакам, определяющим качество: по форме семян (бракуются растения с гладкими и слабо морщинистыми семенами), по окраске бобов в период технической спелости (темно-зеленая окраска бобов обычно связана с темно-зеленой окраской горошка) (Епихов и др., 2001).

Окраска зелёного горошка коррелирует с окраской створок боба: горошек тёмно-зелёный – створки имеют зелёную окраску, горошек светло-зелёный – створки боба светло-зелёные. Зелёный горошек с окраской листьев не коррелирует. Консервная промышленность нуждается в сортах с зелёной и тёмно-зелёной окраской горошка в технической зрелости (Лукашева, 1985).

Технологическую оценку и биохимический анализ наиболее перспективных образцов проводят в контрольном питомнике и предварительном сортоиспытании, а в конкурсном сортоиспытании такие оценки являются обязательными для всех испытуемых сортов. Для технологической оценки зеленого горошка изготавливают натуральные консервы. Химическими анализами определяют содержание сухого вещества, сумму сахаров, крахмала, клетчатки, азотистых веществ и витамина С. Убирают зеленый горошек и берут пробы для анализа в фазе технической спелости, которую определяют по проценту выполненных бобов (75-90) или более точно – с помощью специальных приборов (финометров, матюрометров), основанных на измерении прочности горошин. Содержание амилозы анализируют в сухих семенах. К высокоамилозным сортам относят образцы с содержанием ее в крахмале семян выше 80%.

Для предварительной оценки качества зеленого горошка можно использовать также различие мозговых сортов по строению крахмальных зерен в биологически спелых семенах.

Крахмал мозговых сортов состоит из зерен трех типов: сложных, с радиальными щелями и простых угловатых (осколков от сложных крахмальных зерен).

Лучшие по качеству зеленого горошка сорта характеризуются меньшим диаметром сложных крахмальных зерен и большим количеством осколков (крахмальных зерен третьего типа), чем сорта с более низким качеством консервов.

1.6. Изучение молекулярно-генетического разнообразия Изучение молекулярно-генетической изменчивости культурных растений является основой для решения многих научных и прикладных задач.

ДНК-профилирование используется в растениеводстве в трёх основных направлениях: для идентификации и дифференциации генотипов; оценки генетического разнообразия; тестирования генетической частоты (Кожухова, Сиволап, 2004).

Преимуществом анализа на уровне ДНК по сравнению с изучением только морфологических признаков является то, что ДНК-маркеры позволяют выявлять полиморфизм на любом участке генома, независимо от его функций, и дают возможность вести анализ одновременно по неограниченному числу локусов у морфологически близких форм (Малышев, Картель, 1997; Saliba-Colombani et al., 2000).

Для ускорения селекционного процесса и получения большого количества новых форм применяется идентификация и паспортизация сортов растений. Для создания нового сорта необходима предварительная регистрация существующих генотипов и контроль за уровнем гибридности полученных при скрещивании семян и чистотой селекционируемого материала. Классификация исходного материала в соответствии с уровнем генетической близости имеет большое значение для проведения селекции на гетерозис (Сиволап и др., 2000). Поэтому, точные и быстрые методы идентификации каждого сорта необходимы в современном семеноводстве, так как анализ по морфологическим признакам требует больших затрат времени и труда, а апробация и грунтовой контроль имеют сезонный характер (Поморцев, Лялина, 2003). Кроме того, трудно отличить изменения, вызванные влиянием окружающей среды (Кочиева и др., 1999).

Преимуществом ДНК-маркеров является то, что они не влияют на жизнеспособность организма, не зависят от окружающей среды и стадии онтогенеза растения. Кроме того, для анализа можно использовать любые ткани и органы, независимо от стадии развития организма, гербарный материал и ископаемые останки (Сулимова и др., 2002).

Молекулярные маркеры разных типов широко используются для построения генетических карт, клонирования индивидуальных генов, определения присутствия конкретного гена в селектируемой популяции, изучения и локализации полигенных локусов количественных признаков, определения филогении и таксономического родства, паспортизации видов, линий и сортов растений, в популяционно-генетических исследованиях, для исследования сомаклональной изменчивости и идентификации соматических гибридов.

В настоящее время одним из актуальных вопросов является разработка систем молекулярных маркеров для паспортизации и идентификации сортов культурных растений и охраны авторских прав селекционеров (Сиволап и др., 2000;

Кожухова, Сиволап, 2006). Отбор с помощью молекулярных маркеров (Marker assisted selection) позволяет осуществлять селекционный процесс на качественно новом уровне. Возможностям применения MAS в селекции и связанным с этим методическим вопросам уделяется большое внимание: локализованы гены и QTL многих агрономических свойств; в том числе, урожайности, устойчивости к болезням у многих видов культурных растений. Сфера применения молекулярных маркеров в селекции и семеноводстве включает также оценку генетического разнообразия, идентификацию генотипов, изучение молекулярно-генетической природы гетерозиса (Кожухова, Сиволап, 2006).

В настоящее время разработано много различных типов ДНК-маркеров:

RFLP, RAPD, AFLP, SCAR, CAPS, ISSR, SNP, SSR, REMAR, IRAP, BMI, dCAPS).

Они различаются по характеру наследования, воспроизводимости результата, сложности использования, стоимости, полиморфности и другим характеристикам.

Эти методы постоянно модифицируются и совершенствуются. RAPD-метод, позволяющий быстро анализировать большие объёмы данных, является удобным вспомогательным методом, применяемым на многих культурах (Кожухова, Сиволап, 2004; Ghislain et al., 2006).

Метод RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) – анализа заключается в амплификации фрагментов ДНК с использованием одного случайного праймера (Williams et al., 1990). В этом методе для амплификации ДНК используется короткий, обычно десятинуклеотидный праймер, который связывается с двумя инвертированными нуклеотидными повторами, соответствующими последовательности праймера. Число амплифицируемых фрагментов зависит от количества нуклеотидов в праймере, параметров реакции и размера генома объекта и определяется вероятностью того, что последовательность, комплементарная праймеру, встретится на противоположных нитях ДНК в пределах расстояния, доступного для ПЦР. Генетическим маркером, используемым при картировании, является наличие фрагмента данной длины в RAPD – спектре объекта при амплификации с конкретным праймером.

Участки ДНК, амплифицируемые RAPD – методом, распределены по всему геному и представляют собой как уникальные, так и повторяющиеся последовательности (Williams et al., 1990, Кочиева и др., 1999).

RAPD-метод был успешно использован для картирования геномов многих видов ячменя (Giese et al., 1994), винограда (Lodhi et al., 1995), томата (SalibaColombani et al., 2000), гороха (Laucou et al., 1998; Чегамирза, 2004) и других видов; маркирования и идентификации сортов различных культурных растений: капусты (Hu, Quiros, 1991), картофеля (Оганисян и др., 1996), кукурузы (Welsh, MeClelland, 1991; Кожухова, Сиволап, 2006), пшеницы (Сиволап и др., 2000), банана (Bhat et al., 1995) и создания их молекулярно – генетических паспортов; анализа внутри и межвидового полиморфизма подсолнечника (Сиволап, 1998), картофеля (Кочиева и др., 1999), пшеницы (Кудрявцев, 2007).

Горох посевной (Pisum sativum L.) – широко распространённый генетический модельный объект, одновременно являющийся ценной сельскохозяйственной культурой. Он характеризуется многими важными для генетиков качествами.

Это быстрое развитие, однолетний жизненный цикл, самоопыляемость, средние размеры, неприхотливость.

Овощные сорта гороха образуют отдельную группу, характеризующуюся сниженным уровнем генетического разнообразия, и достаточно четко отделяющуюся от зерновых сортов (Дрибноходова, 2009).

Известно, что большинство экономически важных признаков, в частности, продуктивность, наследуются полигенно. Знание генетических закономерностей наследования и проявления количественных признаков является важным условием научной селекции. Существующие в настоящее время методы оценки характера наследования полигенных признаков в значительной степени способствуют увеличению эффективности, оперативности и прогнозируемости селекционного процесса.

Необходимость в различных методах изучения количественных признаков возникла еще в начале XX века с зарождением селекции на гетерозис. Первые методы определения генетической изменчивости (вариансы) и типов генетических эффектов, важных в наследовании количественных признаков, были разработаны Р.Фишером (1918) и С. Райтом (1921), но эти методы не получили широкого распространения. В конце 40-х – начале 50-х годов прошлого столетия американскими исследователями Г.Ф. Спрэгом и Л.А. Татумом (1942) была разработана концепция комбинационной способности, которая активно используется в гетерозисной селекции многих экономически значимых культур во всем мире.

Комбинационная способность – это способность родительских линий к образованию ценных гибридов при скрещиваниях. Различают общую и специфическую комбинационные способности. Под общей комбинационной способностью (ОКС) понимают среднюю ценность родительских форм в ряде гибридных комбинаций, под специфической (СКС) – случаи, когда конкретные комбинации оказываются относительно лучше или хуже, чем можно было ожидать на основе среднего качества изучаемых линий (Савченко, 1978).

Для оценки комбинационной способности родительских форм гороха овощного используются диаллельные скрещивания (Хотылева, 1965).

Метод диаллельных скрещиваний является наиболее точным и информативным. Он позволяет определить эффекты и вариансы общей и специфической комбинационных способностей в целом по опыту и для каждой конкретной формы, оценить реципрокные различия, выяснить вклад аддитивных и неаддитивных эффектов генов в продуктивность гибридов, рассчитать наследуемость в широком и узком смысле, предсказать дальнейшее направление селекционной работы с изучаемым материалом; однако он очень трудоёмок из-за большого объёма скрещиваний и изучения гибридов (Турбин и др., 1974; Пакудин, 1974; Савченко, 1978; Вольф и др., 1980).

Для анализа комбинационной способности в диаллельных скрещиваниях разработаны специальные статистические методы. Возможны четыре схемы диаллельных скрещиваний одного набора линий, которые различаются по полноте требующей информации и, соответственно, по сложности проведения эксперимента. Для каждой схемы разработан отдельный метод статистического анализа комбинационной способности (по В.К. Савченко, 1978).

Экспериментальный метод 1 (полная диаллельная схема) предусматривает получение гибридов F1, их реципроков, а также включение в испытание родительских форм, всего p2 комбинаций (Hayman, 1954).

Экспериментальный метод 2 предусматривает получение гибридов F и включение в анализ родительских форм, всего p(p+1)/2 комбинаций (Griffing, 1956).

Экспериментальный метод 3 предусматривает получение гибридов F и их реципроков, родительские формы из анализа исключаются, всего p(p-1) комбинаций (Yates, 1947; Henderson, 1952; Kempthorne, 1952).

Экспериментальный метод 4 предусматривает получение гибридов F1, родительские линии и реципроки из анализа исключаются, всего p(p-1)/2 комбинаций (Sprague, Tatum, 1942).

Экспериментальная оценка этих методов показала, что они дают сходную информацию об ОКС и СКС линий, хотя и различаются по объему полевых и вычислительных работ (Хотылева, 1965; Турбин, Хотылева, Тарутина, 1974).

При анализе большого экспериментального материала Г.Ф. Спрэг, Л.А. Татум (1942), Дж.Л. Джинкс (1955) и другие исследователи установили, что общая комбинационная способность обусловлена преимущественно аддитивным действием полигенов, а специфическая комбинационная способность – аллельными и неаллельными взаимодействиями генов – сверхдоминированием и эпистазом.

Кроме того, сравнивая оценки варианс ОКС и СКС по урожайности в зависимости от условий места и года, отмечено, что варианса СКС включает не только неаддитивную изменчивость вследствие доминирования и эпистаза, но также значительную долю изменчивости, обусловленной генотип-среда взаимодействием. Так как СКС значительно сильнее, чем ОКС подвержена действию модифицирующих факторов, для получения надежных данных о характере наследования признака у конкретных комбинаций скрещивания необходимы испытания в различных агроклиматических условиях и в течение более длительного времени, чем при испытании на ОКС (Турбин, 1968; Кобылянский, Лапиков, 1976).

По имеющимся в литературе данным, оценка комбинационной способности у самоопылителей рассматривается как важное дополнение к непосредственному испытанию исходного материала (Кныш А.И., Норик И.М., 1973; Флёрова Ж.И., 1984;

Наумкина Т.С., 1984).

Если в селекции на гетерозис линии с высокой общей и специфической комбинационной способностью рекомендуются для создания гибридов, а с высокой ОКС и низкой СКС – для синтетических популяций; то в линейной селекции различия между сортами по ОКС и СКС могут быть использованы для планирования скрещиваний и предселекционной оценки гибридов. Сорта и образцы с высокой ОКС по конкретному признаку можно широко применять в качестве одной из родительских форм при гибридизации без заметного снижения величины данного признака. Это особенно важно при селекции, когда вторым компонентом скрещивания обычно является малопродуктивный, но ценный по селектируемому признаку образец (Наумкина Т.С., 1984).

2. Условия, материал и методика исследований Исследования проведены в ГНУ ВНИИССОК в 2010-2013 годы в открытом и защищенном грунте на базе лаборатории селекции и семеноводства бобовых культур ВНИИССОК. Почвы центральной экспериментальной базы ВНИИССОК дерново-подзолистые среднесуглинистые с наименьшей влагоемкостью 28-30%. Содержание гумуса составляет 1,1-4,6% по Тюрину. Реакция среды от кислой до близкой к нейтральной 3,5-6,9. Содержание подвижного фосфора, в среднем, 320-840 мг/кг почвы, калия 100-250 мг/кг почвы.

Институт расположен в Одинцовском районе Московской области. Московская область входит в состав Нечерноземной зоны Европейской части России и расположена в центральной части Русской равнины. Климат области характеризуется умеренно теплым летом и сравнительно холодной зимой. Самым холодным месяцем является январь, среднемесячная температура которого составляет 10оС. Самый теплый месяц – июль, когда среднемесячная температура достигает +17…+18оС.

Среднегодовое количество осадков на территории колеблется от 450 до мм, средняя относительная влажность воздуха составляет 70%.

На территории Московской области преобладают подзолистые, дерновоподзолистые, серые лесные и черноземные почвы. Последние встречаются на юге Московской области, южнее реки Осетр. В зависимости от термических ресурсов и степени обеспечения влагой, территория области делится на 3 агроклиматических района: менее теплый, теплый и более теплый.

Одинцовский район входит в теплый агроклиматический район, который характеризуется суммой активных температур (более 10оС) 1900...1950оС. Продолжительность беззаморозкового периода в воздухе – 128 суток, на почве – суток. Период с температурой более +15оС составляет 60...65 суток. Переход среднесуточных температур воздуха: через +10оС – 5 мая и 15 сентября и через +5оС – 20 апреля и 10 октября.

Активный рост большинства растений начинается при температуре +10оC и более. Возможность выращивания той или иной культуры определяется длительностью периода с температурой воздуха выше этого предела. В Нечерноземной зоне период с температурой воздуха выше +10оC длится около 135 суток, с 5 мая по 18 сентября. За этот период сумма активных температур (температура выше +10оC) составляет 2055оC. В виду высокой изменчивости сроков перехода средней суточной температуры воздуха через отметку 10оC как весной, так и осенью, продолжительность данного периода в отдельные годы значительно отклоняется от средних значений.

Дата полного оттаивания почвы: ранняя – 25 апреля, средняя – 30 апреля и поздняя – 5 мая. Запас воды в снежном покрове к началу снеготаяния – 100мм. В начальный период вегетации запасы влаги в почве в большинстве лет бывают достаточными для развития растений. За период вегетации происходит большой расход почвенной влаги. Он не компенсируется выпадающими осадками и запасы влаги в течение лета постепенно убывают. Показатель влагообеспеченности (август) – 0,9 (Справочник агронома Нечернозёмной зоны, 1990; Москововедение, 1996).

2.1.1. Погодные условия вегетационного периода 2010 года Климатические условия периода вегетации гороха овощного в 2010 году характеризовались повышенными показателями температуры воздуха с момента посева до уборки культуры, а также существенным уменьшением выпавших осадков за тот же период по отношению к среднемноголетним данным. Погодные условия мая благоприятствовали росту и развитию культуры. Растениям ранней группы спелости удалось сформировать и пройти фазу налива семян при ещё достаточном количестве продуктивной влаги в почве. В период массового цветения в третьей декаде июня осадки отсутствовали, что особенно сказалось на урожайности исследуемых образцов средней и среднепоздней групп спелости. Месяц июль был ещё более засушливым, что ускорило наступление биологической спелости семян (прил.1).

2.1.2. Погодные условия вегетационного периода 2011 года Климатические условия периода вегетации гороха овощного в 2011 году благоприятствовали росту и развитию культуры (прил.1).

Несмотря, на повышенные температуры воздуха и небольшое количество выпавших осадков в мае месяце – растения развивались хорошо за счёт накопившейся весенней влаги в почве. Самым неблагоприятным временем из всего периода вегетации в 2011 году можно отметить конец июня ( декада) – начало июля ( декада) когда средняя температура воздуха была выше 20оС. Но в данный особо важный период вегетации культуры нельзя считать сложившиеся погодные условия критическими, т. к. все же присутствовали в небольшом количестве осадки, которые позволили сформировать и пройти фазу налива семян.

Хотя, температура воздуха на протяжении всего вегетационного периода 2011 года была значительно выше уровня среднемноголетних данных этот год можно считать благоприятным для гороха овощного благодаря своевременно и в достаточном количестве выпадавшим осадкам.

2.1.2. Погодные условия вегетационного периода 2012 года Климатические условия вегетационного периода гороха овощного в году благоприятствовали росту и развитию культуры (прил.1).

Средняя температура воздуха была оптимальной в течение всего периода вегетации и, хотя она была выше среднемноголетних значений, критических периодов для роста и развития культуры не было благодаря периодическому выпадению осадков. После посева ( декада мая) выпавшие осадки в виде ливневых дождей способствовали образованию почвенной корки, но вовремя проведенные агротехнические приёмы способствовали получению дружных всходов. Далее, после массовых всходов ( декада мая) количество выпавших осадков было ниже среднемноголетних данных; но это не повлияло на рост и развитие растений гороха овощного, так как осадки все же присутствовали в небольшом количестве.

В особо важный период вегетации культуры – фазы налива семян (конец июня – начало июля), сложившиеся погодные условия по-разному сказались на формировании урожая у сортов разных групп спелости. В критический период раннеспелых и среднеспелых сортов выпало достаточное количество осадков и сохранился оптимальный температурный режим. Минимальное количество осадков, выпавшие в начале июля неблагоприятно сказалось на продуктивности позднеспелых растений.

Данный год в целом можно считать благоприятным для культуры гороха овощного, так как температура воздуха на протяжении всего вегетационного периода была незначительно выше уровня среднемноголетних данных и своевременно выпадавшие в достаточном количестве осадки также были выше уровня среднемноголетних значений.

2.1.3. Погодные условия вегетационного периода 2013 года Климатические условия вегетационного периода гороха овощного в году благоприятствовали росту и развитию культуры (прил.1).

Средняя температура воздуха была оптимальной в течение всего периода вегетации и, хотя она была выше среднемноголетних значений, критических условий для роста и развития культуры не было благодаря периодическому выпадению осадков. Наиболее теплые периоды отмечены во второй декаде мая, третьей декаде июня и первой декаде июля (средняя температура выше 20оС).

После посева ( декада мая) выпавшие осадки в виде ливневых дождей способствовали образованию почвенной корки, что препятствовало появлению дружных всходов. Далее, в декаде мая количество выпавших осадков было выше среднемноголетних данных (на 124мм), что негативно отразилось на росте и развитии растений гороха овощного, так как прошедшие ливневые дожди способствовали повторному появлению почвенной корки и частичному смыву верхнего плодородного слоя.

В особо важный период вегетации культуры – фазы налива и созревания семян (конец июня – июль) – погодные условия характеризовались также повышенным количеством осадков; но в момент уборки (наступления биологической спелости) уровень осадков был ниже уровня среднемноголетних значений, что не препятствовало проведению уборочных работ. Температурный режим в течение всего периода вегетации (за исключением третьей декады июля) был чуть выше среднемноголетних значений.

В целом, погодные условия 2013 года негативно отразились на росте и развитии гороха овощного и продуктивность растений была ниже средней.

Объект исследования – горох овощной (Pisum sativum L.) Материал исследований. Коллекционный материал в количестве 370 образцов, из которых: 278 – зарубежной селекции (США, Германия, Англия, Франция, Нидерланды, Польша, Болгария, Индия, Венгрия, Украина, Австралия, Швеция, Белорусия, Чехия, Пакистан), 92 образца отечественной селекции (в т.ч. 45 – лаборатории бобовых культур ВНИИССОК), а также отобранные селекционные образцы: 17ПСИ, Альфа, Радар, Изумруд, Afilla, Дарунок, 1003-10 и их гибридные потомства: F1 – 834, F2 – 9 900, F3 – 1 616.

Методы исследований. Полевые опыты были заложены на участках, подготовленных по принятой во ВНИИССОК агротехнике возделывания бобовых культур. Посев исходных родительских форм и гибридов гороха овощного проводили по методике для первого этапа селекционного процесса (ОСТ 46 71-78):

- посев семян на полосах шириной 1м;

- расстояние между рядами – 30см;

- количество рядов в делянке – 1-10;

- расстояние между растениями в рядах – 10см;

- учётная площадь – 0,3 – 3м2.

Все исследования и наблюдения в опыте проводили в соответствии с методикой полевого опыта В.Ф. Белика (1979) и с методическими указаниями по селекции и первичному семеноводству овощных бобовых культур (1985).

В ходе исследований проведены:

фенологические наблюдения:

- тип, окраска листа, прилистника; - окраска семян;

описание морфологических признаков (структурный анализ):

3. Число узлов до первого продук- 11. Число семян в бобе (среднее);

тивного узла;

4. Число продуктивных узлов;

(под первым продуктивным узлом);

6. Число бобов на растении;

7. Число бобов на продуктивном узОкраска семян ле (среднее);

Устойчивость к полеганию определяли визуально по четырехбалльной шкале в фазе технической и биологической спелости с последующим отбором устойчивых форм, исходя из расчета коэффициента устойчивости как отношения высоты травостоя к общей длине стебля в фазе биологической спелости (табл.1, рис.1).

Таблица 1 – Критерии устойчивости к полеганию растений гороха овощного Среднеполегаюотносительно Рис. 1. Формы с различной устойчивостью к полеганию Анализ крахмальных зерен проводили согласно «Методических указаний по селекции и первичному семеноводству овощных бобовых культур» (1985). На предметное стекло микроскопа соскабливали скальпелем небольшое количество вещества семядоли, находящегося под семенной оболочкой около рубчика семени и добавляли каплю дистиллированной воды. Анализ и фоторегистрацию полученных препаратов проводили под микроскопом Carl Zeiss с фотоокуляром DMC при увеличении 16х40. Измерение площади крахмальных зерен (не менее штук) и подсчет количества сегментов проводили с помощью специализированной программы Scope Foto.

Оценку поражаемости болезнями и корневыми гнилями проводили совместно с ведущим научным сотрудником лаборатории иммунитета и защиты растений ВНИИССОК, к.с.-х.н. Л.Т. Тиминой. Степень поражаемости растений гороха овощного возбудителем корневой гнили Fuzarium Oxysporum Sch. оценивали с определением группы устойчивости:

I относительно устойчивые – 0,1-0,5 балла;

II слабовосприимчивые – 0,6-1,0;

III средневосприимчивые – 1,1-2,0;

IV восприимчивые – 2,1-3,0;

V сильно восприимчивые –более 3,0 баллов.

Мультилокусный RAPD анализ образцов проводили совместно с сотрудником центра «Биоинженерии» РАН д.б.н. Кочиевой Е.З. Для молекулярного анализа генома выделенных образцов было подобрано 11 праймеров, которые наиболее эффективно выявляли межсортовой полиморфизм гороха. Для каждого образца получены специфичные спектры RAPD фрагментов. Для шести сортов идентифицированы сортоспецифичные RAPD маркеры. Растительную ДНК образцов выделяли из 8-10-дневных проростков по стандартной методике с дополнительной депротеинизацией смесью фенол/хлороформ.

Статистическую обработку данных, расчет генетических расстояний, кластерный UPGMA и PCA анализ проводили с использованием программ STATISTICA-6.0 и TREECON.

Скрещивания по полной диаллельной схеме проводили традиционным способом с кастрацией бело-зеленых бутонов с последующей их изоляцией и маркированием. Гибридизацию проводили в зимне-весеннем обороте (январь–апрель) обогреваемых теплиц Ришель (рис.2) и летом в условиях открытого грунта (май– август).

Рис. 2. Проведение гибридизации в условиях защищенного грунта в Характер наследования определяли по степени доминирования по формуле Гриффинга (Griffing, 1956): hp = F-Mp / Hp – Mp, где:

hp – показатель наследования;

Мр – среднее значение родительских форм;

Нр – лучшее значение родительской формы по изучаемому признаку;

F – среднее значение признака гибридов.

При значении hp – 1,1 тип наследования – отрицательное сверхдоминирование (депрессия); hp от –1,1 до –0,6 – отрицательное доминирование; hp от –0, до 0,5 – промежуточное наследование; hp от 0,6 до 1,0 – положительное доминирование; hp 1,1 – сверхдоминирование (гетерозис).

Анализ комбинационной способности родительских форм определяли по Гриффингу (Griffing, 1956).

Коэффициент наследуемости в широком смысле слова определяли по формуле Н2= CVG/CVph, где Н2 – отношение уровней фенотипической и генотипической изменчивости.

Гибридологический анализ проводили по Доспехову (1985).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методами дисперсионного и регрессионного анализа по Доспехову Б.А. (1985) с помощью прикладных программ Microsoft Office Excel, 2010.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исходя из требований современного рынка к сортам гороха овощного, направлением нашей селекционной работы стало получение нового селекционного материала разного срока созревания, пригодного для механизированной уборки, обладающего устойчивостью к полеганию, к биотическим и абиотическим факторам, высокой продуктивностью и соответствующим качеством сырья «зеленого горошка» и другими хозяйственно-ценными признаками. Прежде всего, на основе анализа литературных данных и требований перерабатывающей промышленности была составлена селекционная модель с оптимальными параметрами основных признаков сортов гороха овощного, пригодных к механизированной уборке:

длина растения (ДС) 50-80см (полукарлик) высокое прикрепление первого боба (ДПУ) – >25см укороченные междоузлия (ДМ) – тупоконечная форма боба (п) ярко-зеленая окраска бобов и горошка в технической стадии спелости мозговые семена зеленой окраски в биологической стадии спелости урожайность «зеленого горошка» – >8т/га урожайность семян – >3т/га разные группы спелости (от раннеспелых до позднеспелых) устойчивость к основным болезням (Fuzarium Oxysporum Schl., Ascochyta pisi Lib. и Ascochyta pinodes J.) Создание сортов разных групп спелости (от ранних до поздних) с таким сочетанием признаков наиболее полно будет соответствовать требованиям механизированной уборки и удовлетворять потребности современной пищевой промышленности, обеспечивая конвейер продолжительного поступления сырья зеленого горошка на переработку.

3.1 Сравнительная оценка коллекционных образцов по основным селекционным признакам и подбор родительских компонентов Согласно представленной модели, на предварительном этапе пребридинговых исследований в коллекционном питомнике была проведена оценка 277 образцов гороха овощного зарубежной селекции (США, Германия, Англия, Франция, Нидерланды, Польша, Болгария, Индия, Венгрия, Украина, Австралия, Швеция, Белоруссия, Чехия, Пакистан) и 92 образцов отечественной селекции из них 45 – селекционный материал лаборатории овощных бобовых культур ВНИИССОК. В результате, по наличию и сочетанию вышеперечисленных признаков было выделено 11 наиболее перспективных образцов разных групп спелости (табл.2).

Таблица 2 – Характеристика перспективных образцов гороха овощного по сочетанию признаков пригодности к механизированной уборке Почти все выделенные образцы – полукарлики, имеют высокое прикрепление нижнего боба (>25см). Большинство из них формировали парные бобы (кроме образцов Милани и J-170); имели зеленые мозговые семена (кроме Альфа, Радар и Дарунок); тупоконечную форму бобов (кроме Альфа и Дарунок) и высокую озерненность бобов (кроме Милани и J-170). При этом, образцы Wenson, Afilla и Дарунок имели усатый тип листа, Радар – детерминантный тип роста стебля.

В группе выделенных образцов был изучен полиморфизм и проведена оценка уровня генетических различий на основе кластерного анализа UPGMA RAPD спектров ДНК. Выявлено, что уровень межсортового полиморфизма высок, причем уровень генетических различий в среднем составил 0.246. Показано, что уровень межсортового полиморфизма в среднем был высок и составил 0.246±0.06.

Максимальные генетические различия были выявлены у образцов Wenson и Ps (0.333), а также J-170 и 17ПСИ (0.333). Минимальные различия были между образцами Afilla и Изумруд (0.152) (рис.3; прил.2).

Рис. 3. RAPD спектры ДНК образцов гороха овощного Согласно результатам кластерного анализа, образцы гороха овощного на дендрограмме формировали три основные группы. Первая группа включала 17ПСИ (Россия, ВНИИССОК) и Ps37 (Великобритания), вторая – Милани (Россия, ВНИИССОК) и J-170 (Великобритания). Остальные образцы составили третью группу, в которой выделены генетические подгруппы: Радар (Россия, ВНИИССОК) + Венгерский (Венгрия) + Wenson (Великобритания) и Альфа (Россия, Крымская ВНИИР) +Afilla (США) + Изумруд (Россия, ВНИИССОК); отдельное положение занимал образец Дарунок (Россия, ВНИИССОК) (рис.4).

Рис. 4. Дендрограмма генетических различий в группе выделенных Для дальнейшей работы из наиболее генетически отдаленных первой и третьей групп было выделено шесть образцов разных групп спелости – от ранней (САТЕ928оС), которые в меньшей степени поражались болезнями (табл.3, рис.5).

Таблица 3 – Характеристика выделенных образцов гороха овощного Группа спелости спелая Среднеж-з УЛ ИНД поздняя *Сокращения: САТЕ – сумма активных температурных единиц; з – зеленая; ж-з – желтозеленая; П – тупоконечная; – остроконечная; ПЛ – простой; УЛ – усатый; ИНД – индетерминантный; ДТР – детерминантный; II – слабо восприимчивые; III – средне восприимчивые.

К наиболее вредоносным болезням гороха, как в нашей стране, так и в зарубежных странах – основных производителях этой культуры, относят корневые гнили (Fuzarium Oxysporum Sch.) и аскохитоз (Ascochyta pisi Lib. и Ascochyta pinodes J.). В годы исследований степень проявления аскохитоза на естественном инфекционном фоне была незначительной, что позволило достоверно оценить устойчивость образцов к данной болезни; тогда как фузариозная корневая гниль проявилась достаточно четко (прил.2).

Индекс (степень) поражения растений выделенных образцов не превышал двух баллов и по годам варьировал от 0,5 до 1,4 балла (II-III группа устойчивости). Большинство образцов было отнесено к слабо и средне восприимчивым группам; при этом, более высокую устойчивость к корневым гнилям показали образцы Радар и Изумруд.

17ПСИ Изумруд Рис. 5. Образцы гороха овощного, выделенные как перспективные родительские формы для создания нового исходного материала в селекции на пригодность к Интерес представляет также образец Afilla, в сортопопуляции которого присутствовали отдельные формы с высокой устойчивостью (прил.3). Продуктивность растений выделенных 6 образцов в технической стадии спелости зеленого горошка, в среднем, составила 4-8г. Другие анализируемые образцы из разных генетических групп – Ps 37 (1 группа), Милани и J-170 (2 группа), Венгерский и Wenson (3 группа) оказались более восприимчивыми к местной расе возбудителя F. оxysporum Sch. (IV и V группам устойчивости), что значительно влияло на их продуктивность и снижало качество зеленого горошка.

Известна тесная взаимосвязь качества зеленого горошка с линейными размерами и строением крахмальных зерен в биологически спелых семенах – лучшие по качеству зеленого горошка сорта характеризуются меньшим диаметром сложных крахмальных зерен и большим количеством сегментов (Епихов и др., 2001).

Изучение размеров и строения крахмальных зерен, выделенных шесть образцов показало, что все они имеют показатели качества, необходимые для зелёного горошка консервного назначения. Площадь крахмальных зёрен варьирует от 17мкм2 (Изумруд) до 40мкм2 (Afilla, Радар), все имеют «радиальные щели» и могут распадаться, в среднем, на 5-6 сегментов (табл.4).

Таблица 4 – Характеристика крахмальных зерен образцов гороха овощного Образец Размер крахмального При этом, выявлена обратная корреляционная зависимость между средним количеством сегментов и массой 1000 семян (Cr= –0,82) и семенной продуктивностью растений (Cr= –0,51).

Из всех образцов необходимо отметить образец Изумруд, семена которого имеют самые наименьшие размеры крахмальных зерен (от 3,2мкм2 до 43,0мкм2) и наибольшее число сегментов (от 4шт до 9шт), и темно-зелёную («изумрудную») окраску горошка в технической (и семян в биологической) стадии спелости, что указывает на высокие вкусовые качества зеленого горошка данного образца (рис.6).

Рис. 6. Форма крахмальных зёрен у выделенных образцов гороха Для сравнения дополнительно был взят образец 1003-10 зернового направления, семена которого имели зеленую окраску и полумозговую форму. Данный образец имел отличие от мозговых сортов по размеру и форме крахмального зерна – наименьшее количество сегментов – три штуки при наибольшем размере крахмального зерна – 55мкм (рис.5, табл.3). Эти параметры могут характеризовать зелёный горошек данного образца как пригодный для сушки, так как он может боле быстро восстанавливать структуру горошка после намачивания.

Таким образом, на основании анализа всей совокупности полученных данных в качестве перспективных родительских форм для дальнейшей селекционной работы на пригодность к механизированной уборке были отобраны образцы с комплексом хозяйственно ценных признаков и характеризующиеся в том числе:

скороспелостью – 17ПСИ и Альфа; усатым типом листа – Дарунок и Afilla; детерминантым типом роста стебля – Радар; качеством и окраской горошка – Изумруд.

3.2. Характер изменчивости селекционно ценных признаков Изменчивость количественных признаков у гороха связана с генетическими особенностями изучаемых форм и влиянием условий среды (ИльинскаяЦентилович, 1944; Федотов, 1960; Sharma, Prasad, 1965; Родин, 1970, 1971, 1972, 1973, 1974, 1979; Нищий, Хлевнюк, 1971; Соболев, 1972; Родин, Коновалов, 1973, 1975; Варлахов, 1976; Гужов, 1976, 1978; Гужов, Гнейм, 1982; Чекалин и др., 1981, 1983; Балашов и др, 1982; Величко, Остапенко, 1985; Наумкина, 1988; Лукашевич и др., 1991; Епихов, Пронина, 1998; Шелепина, 2000; Катюк, 2006; Соловов, 2006; Давлетов, 2008; Котляр, 2009; Singh and Singh, 1970; Tiwari and Riiput, 1971; Singha and Singh, 1971; Pandey and Gritton, 1975; Gritton, 1975; Daniya, Brar, Bajaj, 1977; Narsinghani, Kanwal, Singh, 1978,и др.) Отобранные родительские формы изучали в резко различающихся условиях 2010-2011 годов, что позволило провести сравнительный анализ вариабельности основных селекционных признаков, степени сопряженности и стабильности их связей в зависимости от генотипа и погодных условий.

В целом, наиболее стабильным за годы исследований был признак «число непродуктивных узлов» (Cv28%); хотя отдельные её элементы: «число продуктивных узлов», «число бобов на узле», «число семян в бобе», «М1000» имели среднюю степень варьирования (Cv=10-15%); так же, как и признаки «длина стебля» и «длина до первого продуктивного узла» (Cv=12-13%), что согласуется с данными других исследователей (Шелепина, 2000; Катюк, 2006;

Соловов, 2006; Давлетов, 2008; Котляр, 2009; Шурхаева, 2011; Вьюшков и др., 2012; Новикова и др., 2012; Кондыков, 2012; Фадеев, 2014 и др.) (рис.7).

Рис. 7. Степень изменчивости признаков в группе родительских образцов Однако, сравнение степени изменчивости селекционно важных признаков у индивидуальных образцов выявило их сходства и отличия. Так, по продолжительности периода «всходы-цветение» исследуемые образцы можно разделить на следующие группы: раннеспелые – Альфа, 17ПСИ, Радар; среднеспелые – Изумруд, Afilla и среднепоздний – Дарунок. Этот период вегетации у раннеспелой группы составил от 26 суток (Альфа) до 28 суток (Радар) в 2010 году, в 2011 году в менее жарких условиях этот период был более растянутым – от 24 суток (17ПСИ) до 30 суток (Радар) (табл.5).

Таблица 5 – Продолжительностиь периода «всходы-цветение» выделенных образцов гороха овощного, сутки – двое суток, в 2011 году – шесть суток, что указывает на влияние климатических условий года. Также важно отметить более раннее вступление растений в фазу «массовое цветение» в 2010 году – у образца Альфа, в 2011 – у образца 17ПСИ.

Растения среднеспелой группы вступали в фазу цветения на 34-36 сутки, при разнице в двое суток, не зависимо от условий года. Растения среднепозднего образца Дарунок зацветали также в то же время – на 36 сутки в 2010 году и 37 сутки в 2011 году.

Период «всходы-цветение» связан с числом непродуктивных узлов и определяется группой спелости сорта, изменчивость этого признака внутри сортопопуляций незначительна – до 10%. Исключение составил лишь образец 17ПСИ, что указывает на возможность отбора в годы с анализирующим фоном форм с крайними значениями признака.

Продолжительность периода «цветение-техническая спелость» определяется физиологической способностью сорта формировать продуктивную часть в конкретных условиях выращивания. В данной группе образцов этот признак характеризовался, в основном, средней степенью изменчивости. В условиях 2010 года образцы по данному периоду имели вариабельность от незначительной (17ПСИ и Радар) до сильной (Дарунок). В 2011 году коэффициент изменчивости изучаемых образцов указывает на среднюю вариабельность данного признака у образцов 17ПСИ, Радар и Изумруд (13%; 13%; 18%) и незначительную – у остальных образцов. В среднем, наименьший период «цветение-техническая спелость» был у сорта Afilla (16 суток), наибольший – у сорта Альфа (20 суток).

Растения образцов более поздних групп спелости за счёт большей вегетативной массы формировали бобы и достигали технической спелости горошка несколько быстрее (2010 год – 14-15 суток; 2011 год – 17-19 суток), чем растения образцов ранних групп спелости (2010 год – 16-18 суток; 2011 год – 20-21 сутки) (табл.6).

Таблица 6 – Продолжительность периода «цветение–техническая спелость»

выделенных образцов гороха овощного, сутки селекционной работе, так как позволяет более целенаправленно проводить отбор и создавать сорта разных групп спелости, адаптированных к конкретным условиям (Singh, 1970).

В целом, погодные условия 2010 и 2011 года по-разному влияли на сроки прохождения фенологических фаз растений гороха овощного. Раннеспелые образцы достигали фазы массового цветения при сумме 374оС и 359оС, среднеспелые при 574оС и 598оС, соответственно, среднеспелый – Радар – 442оС и среднепоздний образец достиг фазы цветения при сумме 614оС (табл.7).

Таблица 7 – Сумма активных температур по фазам онтогенеза выделенных образцов гороха овощного, оС (2010, 2011 годы) Всходы-цветение Цветение–техническая Всходы-техническая Следует отметить репродукционную фазу («цветение-техническая спелость») у растений гороха овощного. Выделенным образцам ранних групп требовалась большая сумма активных температур до наступления технической спелости от фазы «цветение», чем образцам более поздних групп. Это связано как с физиологической особенностью образцов, так и с погодными условиями в период «цветение-техническая спелость». На «пик» высоких температур и засухи попадает период созревания зеленого горошка у среднеспелых групп. Поэтому, для ранних образцов (17ПСИ, Альфа), среднеспелого (Радар) и среднепозднего Дарунок, в среднем, требуется большая сумма активных температур (314-365оС), чем для образцов Afilla и Изумруд (276-284оС). Жаркие и засушливые условия 2010 года способствовали более раннему наступлению технической спелости, чем условия 2011 года. В результате сравнительного изучения образцов гороха овощного по наступлению фенологических фаз и прохождению периодов онтогенеза выявлена норма реакции выделенных образцов в условиях Московской области.

Длина стебля. Традиционный морфотип гороха имеет не лимитированный тип роста стебля. Такие растения полегают, ухудшаются условия для функционирования фотосинтетического аппарата, бобы созревают не одновременно и урожай снижается. Поэтому, практическая селекция гороха направлена на преодоление такой негативной, с точки зрения сельскохозяйственного производства, биологической особенности культуры, как индетерминантный тип роста стебля.

В зависимости от сорта и условий выращивания, длина стебля у гороха варьирует от 25см до 250-300см: низкий – ниже 51см (карликовые формы); полунизкий – 51-80см (полукарликовые формы), средний 81-150см, высокий – 151см (Макашева, 1979).

В настоящее время в Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию (2013год) большинство сортов гороха овощного имеет длину растений до одного метра. Это свидетельствует о том, что полукарликовые формы обеспечивают технологичность культуры и представляют интерес для возделывания в нашей стране.

В результате изучения изменчивости признака «длина стебля» было установлено, что в 2010 году данный признак у шести образцов оценивался как достаточно стабильный – изменчивость по образцам не превышала 12%. В следующем году различия по образцам были выражены сильнее и у большинства образцов в более влажных погодных условиях отмечено возрастание значений коэффициента вариации по высоте растений (на 2-7%). Не изменилась и осталась низкой (Cv