На правах рукописи

CОКОЛОВА

Диана Викторовна

СОЗДАНИЕ И ОЦЕНКА САМООПЫЛЕННЫХ ЛИНИЙ

РАЗДЕЛЬНОПЛОДНОЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ

(Beta vulgaris L. var. conditiva Alef.)

Специальность: 06.01.05 – Cелекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург – 2011 2 Диссертационная работа выполнена в Отделе генетических ресурсов овощных и бахчевых культур Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова в 2007 – 2010 гг.

Научный руководитель: Буренин доктор сельскохозяйственных наук, Валентин Иванович профессор

Официальные оппоненты: Киру доктор биологических наук Степан Димитрович кандидат сельскохозяйственных наук Дмитриева Ольга Михайловна Новгородский государственный университет Ведущее учреждение:

имени Я. Мудрого.

Защита диссертации состоится « 2 » ноября 2011 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 006.041.01 при Всероссийском научноисследовательском институте растениеводства им. Н.И. Вавилова по адресу:

190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 44; тел. 314-78-36; факс: (812) 571-87-28. E-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научноисследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова, с авторефератом на сайте института: http://vir.nw.ru

Автореферат размещен на сайте и разослан « 30 » сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Вера Алексеевна Гаврилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Столовая свекла (Beta vulgaris L. var. conditiva Alef.) – широко распространенная, ценная овощная культура, характеризующаяся высокой урожайностью, скороспелостью и длительной лежкостью. В России столовая свёкла занимает около 10% в структуре посевных площадей под овощными культурами. Технология выращивания столовой свеклы предусматривает обязательное прореживание всходов, что значительно повышает себестоимость продукции.

Выведение новых раздельноплодных сортов и гибридов столовой свеклы, наиболее полно отвечающих требованиям индустриальных технологий возделывания, является одним из путей повышения экономической эффективности ее производства. Раздельноплодный посевной материал свеклы позволяет полностью механизировать производство. Однако создание раздельноплодных сортов и гибридов свеклы осложнено не вполне ясным характером наследования этого признака и связано с необходимостью решения ряда вопросов, касающихся детерминации признака раздельноплодности, дальнейшим совершенствованием методов селекции.

В целом, для свеклы свойственно образовывать на соцветии соплодия – кластеры на одной цветоножке из 2-6 тесно сросшихся плодиков. Такие формы называются сростноплодными. Растения с отдельно-сидящими цветками (раздельноплодные) появляются в популяции свеклы крайне редко и представляют особый интерес для селекции.

В настоящее время для повышения урожайности и качества столовой свеклы считается перспективным возделывание не сортов-популяций, а раздельноплодных гетерозисных гибридов, отличающихся повышенной продуктивностью и выравненностью корнеплодов. Необходимым условием для получения гетерозисных гибридов у свеклы является наличие стабильных по признаку раздельноплодности самоопыленных линий. Однако до сих пор у столовой свеклы линий-доноров признака раздельноплодности не получено.

Работа по созданию таких линий затрудняется из-за ярко выраженной системы самонесовместимости у свеклы и негативного влияния инбредной депрессии.

Все это и обусловило актуальность нашего исследования.

Цель и задачи исследования:

Цель исследования – выделить из коллекции ВИР источники раздельноплодности столовой свеклы и изучить их морфолого-биологические характеристики.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Создать самоопыленные линии раздельноплодной столовой свеклы I1 и I2 поколения.

2. Изучить проявление признака раздельноплодности у выделенных источников и их линий.

3. Выделить линии столовой свеклы, характеризующиеся высокой раздельноплодностью в семенном потомстве и описать их морфологобиологические характеристики.

4. Оценить жизнеспособность зародышей у выделенных раздельноплодных линий с использованием метода мягколучевой рентгенодиагностики.

5. Проверить гипотезу о влиянии 5-азацитидина на проявление признака раздельноплодности у выделенных линий.

6. Выявить взаимосвязи между основными морфолого-биологическими признаками растений столовой свеклы и признаком раздельноплодности в разных поколениях инбридинга и при перекрестном опылении.

7. Создать раздельноплодный линейный материал, обладающий комплексом хозяйственно-ценных признаков.

Научная новизна работы.

Впервые проведено изучение 114 созданных нами раздельноплодных линий столовой свеклы по комплексу морфолого-биологических признаков.

Выявлено, что у созданных линий наблюдаются три варианта наследования признака раздельноплодности (всё потомство представлено сростноплодными растениями; часть растений имеет раздельноплодный фенотип, часть сростноплодный; все растения раздельноплодные).

Показано, что самоопыление раздельноплодных линий приводит к уменьшению массы 1000 плодов и всхожести семян, что объясняется повышением частоты семян с дегенерированными зародышами.

Впервые обнаружено, что растения самоопыленных линий столовой свеклы морфологического типа «дигиталис» отличаются повышенной частотой встречаемости раздельноплодных форм.

У созданных линий столовой свеклы выявлены существенные корреляции между отдельными хозяйственно-ценными признаками. Показано, что частота встречаемости раздельноплодных форм в потомстве полностью раздельноплодных растений значительно выше, чем в потомстве линий, имеющих единичные соплодия (1-3 шт. на 1000 плодов).

Впервые показано, что частота появления раздельноплодных растений столовой свеклы может быть повышена в результате гибридизации раздельноплодных линий между собой, а также обработкой их семян 5азацитидином.

Практическая ценность результатов исследований.

Созданные линии столовой свеклы могут быть использованы в селекции культуры на раздельноплодность. Отбор растений морфологического типа «дигиталис» может быть использован для повышения частоты раздельноплодных форм. Метод мягколучевой рентгенодиагностики семян рекомендуется использовать для идентификации семян с дегенерированными зародышами и двусемяпочковостью плодов. На всех этапах селекционного процесса и при ведении семеноводства раздельноплодной столовой свеклы следует проводить строгую браковку семенных растений с примесью единичных соплодий и чередовать инбридинг, начиная с I1, со свободным переопылением раздельноплодных линий. Для практического использования рекомендованы самоопыленные линии столовой свеклы с высоким уровнем раздельноплодности и комплексом хозяйственно-ценных признаков.

Апробация диссертации. Материалы диссертации были доложены на конференции профессорско-преподавательского состава СПбГАУ (СанктПетербург, 2008), конференции "Роль Вавиловской коллекции генетических ресурсов растений в меняющемся мире" (Санкт-Петербург, 2010), конференции молодых ученых и аспирантов «Генетические ресурсы растений и селекция»

(Санкт-Петербург, 2010), научно-производственных совещаниях отдела генетических ресурсов овощных и бахчевых культур ВИР (г. С-Петербург, 2008, 2009, 2010 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ и каталог мировой коллекции ВИР: выпуск 791 «Характеристика образцов свеклы в связи с задачами селекции на адаптивность».

Структура и объем диссертации.

страницах, содержит 19 рисунков, 22 таблицы, 6 приложений. Состоит из введения, обзора литературы, четырех экспериментальных глав, выводов, практических рекомендаций и приложений. Список литературы включает наименований, в том числе 37 на иностранных языках.

УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа выполнена в 2007 – 2010 гг. в отделе генетических ресурсов овощных и бахчевых культур ГНЦ РФ Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства имени Н.И. Вавилова (ВИР) в условиях полевого (Пушкинский филиал ВИР – ПФ ВИР) и лабораторного опытов.

Исходным материалом послужили 23 линии столовой свеклы I0 со степенью раздельноплодности на растениях от 2 до 100%, выделенные А.А.

Кущом из 11 коллекционных образцов ВИР в 2004 году (Кущ, 2005).

Морфолого-биологические характеристики оценивали на материале, созданном методом инбридинга (в общей сложности: I1 – 78 линий, I2 – 31 линия, I0 - линий и линий со степенью раздельноплодности 99% - 6), топ-кроссных скрещиваний, поликросса, сибсовых скрещиваний и сортолинейной гибридизации. В качестве опылителя при топ-кроссных скрещиваниях и гибридизации использовали сорт Бордо односемянная (к-3151). Степень раздельноплодности и глубину инбредной депрессии сравнивали с сортом Валента (к-2050). В качестве стандарта использовали районированный сорт Бордо 237 (к-201).

Фенологические наблюдения и сравнение морфометрических признаков осуществляли по «Методическим указаниям ВИР по изучению и поддержанию в живом виде мировой коллекции корнеплодов» (1989). Агротехнические мероприятия выполнены в соответствии с требованиями, принятыми для Северо-Западной зоны.

Уровень плодности семенных растений оценивали визуально во время бутонизации до начала цветения. Определение завязываемости семян проводили через 30 суток после начала цветения или проведения скрещиваний по соотношению количества завязавшихся семян к общему числу бутонов (Слюсаренко, Бережко, 1976). Проведение парных скрещиваний и инцухтирование осуществляли путем изоляции семенных растений перед началом цветения под индивидуальными изоляторами. Массу 1000 плодов, энергию прорастания и всхожесть семян определяли в лаборатории длительного хранения семян ВИР по общепринятой методике. Для обработки семян использовали 0,50мМ раствор 5-азацитидина, предоставленный д-ром биол. наук С.И.Малецким, (СОАН РФ, г. Новосибирск). Рентгенологическое изучение полученных семян проводили с помощью передвижной рентгенодиагностической установки ПРДУ-02, российского производства;

режим: мощность – 18 кВ, сила тока 100 мкА, время экспозиции – 5 секунд, коэффициент увеличения – 3 (под руководством д-ра биол. наук М.В. Архипова, АФИ, г.Санкт-Петербург). Визуализацию полученного изображения проводили с помощью сканера Digora PCT (Финляндия). Экспериментальные данные статистически обрабатывали с помощью программы Excel пакета Microsoft Office и программного пакета Statistica 9.0 for Windows. Математическую обработку полученных данных провели методом корреляционного анализа;

соответствие между наблюдаемыми и ожидаемыми распределениями оценивали по критерию 2 (Доспехов, 1979). Оценку влияния обработки 5-азацитидином проводили с помощью статистического критерия G (Ульбах, 1963; Weber, 1986;

Sokal, Rohlf, 1995). Степень инбредной депрессии признаков () вычисляли по формуле: = 1-Ws/Wo, где: Ws - значение признака у самоопыленной линии, Wo – значение признака у растений исходного сорта (Husband, Schemske, 1996);

степень доминирования признаков (hp) у гибридов F1 по формуле Савченко (1984): hp = (F1 – Рр)/ Pmax – Pp; где: F1 - величина признака у гибрида F1; Рр – средняя величина признака у обоих родителей; Pmax – величина признака у лучшего родителя.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ПРИЗНАКА РАЗДЕЛЬНОПЛОДНОСТИ

У ИНЦУХТ-ЛИНИЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ I1 и I2 -ПОКОЛЕНИЙ

В результате сравнительного изучения самоопыленных линий столовой свеклы I1 и I2 -поколения инбридинга были получены данные об особенностях проявления признака раздельноплодности. Было установлено, что в потомствах линий встречалось 3 варианта наследования признака: 1 - все потомство представлено сростноплодными растениями; 2 - часть растений имеет раздельноплодный, часть сростноплодный фенотип; 3 - все растения раздельноплодные. Среди изученных нами линий 91% относится ко второй группе. Показано, что строгий отбор раздельноплодных форм столовой свеклы и их самоопыление приводит к увеличению степени раздельноплодности в среднем от I0 к I1 на 11,5%, от I1 к I2 на 27,2%.

Колебания морфолого-биологических признаков между линиями поколения I1 были значительны (V= 12,3 – 77,4%) (табл. 1). Самые большие различия между линиями отмечены в завязываемости семян (от 10 до 73%, V=77,4%), что свидетельствует о различной реакции на самоопыление у растений; а также семенной продуктивности растений (от 1 до 46 г/раст.). У отдельных линий отмечена низкая завязываемость семян: 10 – 13% (линии 578/1, 574 и 578/2). У линий 576/1 и 583 завязываемость семян была 73 и 82% соответственно. Всхожесть полученных семян колебалась от 6 до 72%.

Корреляционной зависимости признака раздельноплодности с изученными показателями не выявлено. Масса 1000 плодов (в настоящей работе один плод столовой свеклы содержит одно семя) также не имела существенной корреляционной зависимости со всхожестью семян (r = 0,23).

Таблица 1. Сравнительные показатели самоопыленных линий I1 раздельноплодной столовой свеклы по признакам второго года вегетации и качеству полученных семян (ПФ ВИР, 2007 год).

По результатам оценки потомства линий поколения I2 (2009 г.) (табл. 2) среднее число выделенных раздельноплодных биотипов составило 47,2%, что на 27,2% больше, чем у предыдущего поколения I1. Проявление признака в зависимости от линии варьировало от 25 до 100%. По ряду признаков с углублением инбридинга их проявление стабилизировалось. К таким признакам относятся: плотность размещения цветков на побегах (снижение коэффициента вариации с 34,1 до 8,5%), завязываемость и масса 1000 плодов. Следует отметить, по сравнению с I1, снижение семенной продуктивности растений (с 25,4 г. до 4,6 г), всхожести (с 37,6% до 13,8%) и массы 1000 плодов (с 17,3 до 9,1%), что свидетельствует о нарастающей депрессии линейного материала. Линии №583 и 587 не завязали семян, что, повидимому, связано с ярко выраженной самонесовместимостью этих линий.

Таблица 2. Сравнительные показатели самоопыленных линий I2 раздельноплодной столовой свеклы по признакам второго года вегетации и качеству полученных семян (ПФ ВИР, 2009 год).

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА РЕНТГЕНОСКОПИИ ДЛЯ АНАЛИЗА КАЧЕСТВА

СЕМЯН РАЗДЕЛЬНОПЛОДНОЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ.

Лабораторный анализ качества семян полученных самоопыленных линий показал, что самые высокие показатели всхожести и энергии прорастания наблюдались в I0 (энергия прорастания 47,8%; всхожесть - 59,7%). В I1 и I2 эти показатели постепенно снизились (рис.1).

* Семена получены в 2006 году А.Михалевым Рисунок 1. Изменение завязываемости и показателей качества семян раздельноплодной столовой свеклы с углублением инбридинга (2006, 2008, 2010 гг.).

При этом средняя масса 1000 плодов изменялась незначительно и варьировала по годам от 10,4 г до 12,7 г. Вместе с тем, в каждом из поколений инбридинга наблюдались значительные колебания указанных выше показателей в зависимости от линии: от 0 до 92% по энергии прорастания, от 2 до 100% по всхожести семян и от 4,6 г до 52 г по массе 1000 плодов.

Для выяснения причин различий посевных качеств у визуально однородных плодов столовой свеклы было проведено рентгенографическое исследование полученного семенного материала у 58 самоопыленных линий трёх поколений инбридинга. Ко второму инбредному поколению число полноценно развитых семян по среднему показателю уменьшилось с 56 до 31% (табл.3).

Таблица 3. Результаты рентгенологического исследования семян самоопыленных инбридинга Вместе с тем, варьирование этого показателя у каждого поколения инбридинга было значительным. Основная причина различий по всхожести – значительное число семян с дегенерированным зародышем, количество которых увеличилось от 32 до 68%. С углублением инбридинга снизилось число «пустых» плодов, что, по-видимому, свидетельствует о постепенной элиминации самонесовместимых линий. К I2 остались лишь те линии, которые проявили склонность завязывать семена при строгой индивидуальной изоляции:

либо путем самоопыления, либо апомиктично, что отмечали в своих исследованиях Э.И.Ширяева (1988) и М.А.Богомолов (2005).

В семенном материале, полученном в 2007 и 2008 годах, выявлены линий, которые, будучи монокарпическими, давали в лабораторных условиях по два проростка. В отличие от стандартного цветка у подобных форм было изменено и количество элементов цветка: perigonium – 6, androceum – 6, gynoeceum – 6 (P6 A6 G6). У обычного цветка свеклы формула P5 A5 G (Зайковская, 1968. С.163). На полученной рентгенограмме видно четкое изображение двухсемяпочковых монокарпических плодов (рис. 2).

Формирование нескольких зародышей в одном зародышевом мешке у семян столовой свеклы теоретически можно объяснить явлением полиэмбрионии, которое является характерным признаком апомиксиса. Этот признак сопряжен с признаком раздельноплодности и контролируется доминантным геном, входящим в серию множественных аллелей локуса М-m, детерминирующего число цветков в соцветиях (Малецкий, Малецкая, Костыря, 1988).

Рисунок 2. Двухсемяпочковые монокарпические плоды (справа – одно из семян Дальнейшие скрещивания показали, что эти линии сохраняли способность к репродукции не только путем апомиксиса, но и опылением своей, близкородственной и чужеродной пыльцой. Во всех случаях опыление чужеродной пыльцой было предпочтительней и вызывало резкое увеличение завязываемости, продуктивности семенного растения (до 47,5 г/растения) и показателей качества семенного материала.

Линия 572/1, имеющая необычно высокую массу 1000 плодов ( грамма) и содержащая 40% двухсемяпочковых монокарпических плодов, оказалась полностью раздельноплодной и при дальнейшем самоопылении не дала расщепления по изучаемому признаку.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ПРИЗНАКОВ САМООПЫЛЕННЫХ ЛИНИЙ

СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ В ТЕЧЕНИЕ ПЕРВОГО ГОДА ВЕГЕТАЦИИ РАСТЕНИЙ

Анализ фенологических наблюдений выявил удлинение периода вегетации у самоопыленных линий раздельноплодной столовой свеклы на 10- дней. Характеристика раздельноплодных самоопыленных линий столовой свеклы I1 и I2–поколения инбридинга по признакам ассимиляционной поверхности (табл. 4) показала, что наиболее константным является число листьев на растении (V = 12,6 - 14,5%). Оно составило в среднем 19,7 штук у I линий и 19,2 – у I2 линий, что превышало количество листьев у исходного сорта Валента на 1–16%. С углублением инбридинга число листьев на растениях у линий изменялось незначительно. Так, у линии №587 число листьев составило в I1 поколении 21 шт., в I2 – 20 шт.; у линии №578-4 в I поколении 23,5 шт., в I2 – 23 шт.

Другие показатели листовой поверхности растений менее стабильны и варьировали значительно в зависимости от линии и длительности самоопыления. Площадь листовой поверхности у I1 линий в среднем была 1634,4 см и у I2 линий - 2236,9 см, что составило от стандарта 89% и 121% соответственно. Как показали расчеты, колебания этого показателя зависели, главным образом, от размеров листьев, то есть от площади листовых пластинок, так как число листьев менялось незначительно. Характерно, что в 2010 году у всех линий I2 возросла площадь одной листовой пластинки и листовой поверхности растения на 38-40%, что, вероятно, связано с влиянием погодных условий этого года. С увеличением площади листовой поверхности растения у 75% линий возросла масса одного корнеплода, что в некоторых случаях привело к получению переросших нестандартных корнеплодов (линии №№ 584, 572-1, 578-4). Исключение составили линии №№ 576-1, 597-2, 583 и 549, масса корнеплода у которых к I2 снизилась. Среди изученных образцов выделились линии с крупными листовыми пластинками - №№597-2, 540 и (117,8 – 210,4 см). Мелкие листовые пластинки имели линии №№574, 573, 578и 572-2 (45,6 – 97,1 см). Масса корнеплода исследуемых линий в I1 и I2 линий была на 14 -22% ниже сростноплодного стандарта. Линии №№572-2 и 572-1 во втором поколении инбридинга показали наибольшую продуктивность листовой поверхности (26,8 и 17,9 г/ 100см соответственно), что на 24-86% выше стандарта.

Таким образом, самоопыленные линии раздельноплодной столовой свеклы по сравнению со сростноплодным стандартом характеризовались:

удлинением периода вегетации на 10-12 дней, увеличением площади одной листовой пластинки ко второму поколению инбридинга на 38-40%, стабильно сохраняющемся от I0 к I2 количеством листьев на растении, понижением к I массы одного корнеплода у 71% линий.

Таблица 4. Характеристика раздельноплодных самоопыленных линий столовой свеклы по признакам ассимиляционной поверхности на первом году вегетации (ПФ ВИР, I1-2008, I2-2010 гг.) Результаты биохимических исследований показали, что отличительным признаком всех линий является пониженное содержание яблочной кислоты (0,35%) и повышенное содержание сахаров: моносахара - 1,46%, сахароза – 11,7%. Сумма сахаров составила в среднем 13,19%, что на 2,15% превысило стандарт. По содержанию сухого вещества, аскорбиновой кислоты и бетанина состав корнеплодов линий находился на уровне стандарта.

Выделены линии №№572-2 и 572-1, которые во втором поколении инбридинга показали наибольшую продуктивность листовой поверхности (26, и 17,9 г/ 100см соответственно) при уровне раздельноплодности 58 и 100%.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ПРИЗНАКОВ САМООПЫЛЕННЫХ ЛИНИЙ

СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ В ТЕЧЕНИЕ ВТОРОГО ГОДА ВЕГЕТАЦИИ РАСТЕНИЙ

Архитектоника семенного растения обуславливает различия в формировании семян, что приводит к различиям в урожае и качестве семян.

Исследования показали, что основная масса раздельноплодных семенных растений самоопыленных линий столовой свеклы по габитусу не отличалась от сростноцветковых форм и имела один из трех известных морфологических типов. Среди них преобладал промежуточный тип куста с несколькими соподчиненными побегами – второй тип (72,7%). Архитектоника раздельноплодных форм семенных растений являлась стабильным показателем, незначительно изменяющимся с углублением инбридинга и по годам исследований (табл. 5).

Таблица 5. Характеристика семенных растений самоопыленных линий раздельноплодной столовой свеклы (ПФ ВИР) исследований растения, Высота выделенных раздельноплодных растений в 2007 – 2010 годах была 0,96 м (V=12,6-15,3). Основной урожай семян растения формировался на побегах первого и второго порядка ветвления, что близко к сростноплодным формам.

Отличительной особенностью инбредных линий столовой свеклы было появление морфологических аномалий на растениях. Среди семенных растений раздельноплодной свеклы нами были обнаружены формы с видоизмененными листьями, растения с дегенерированными цветками, из пестиков которых вырастали новые побеги с многочисленными мелкими листочками, а также аномальный тип семенника «дигиталис», характеризующийся ветвлением побегов только до второго порядка и крупными плодиками. При дальнейшем самоопылении семенные растения такого типа сохранили склонность к этому морфологическому видоизменению. Отмечена высокая частота встречаемости раздельноплодных форм у линий с аномальным типом семенного растения «дигиталис» (в том числе раздельноплодная линия 572/1).

Среди семенных растений были обнаружены массовые фасциации побегов. В 2007 году таким явлением характеризовались 85% растений, в 2008 и 2009 годах – 67 и 69% соответственно. Семена, которые завязывались на фасциированных побегах, созревали позднее остальных, что в целом снижало продуктивность семенного растения. При дальнейшем самоопылении фасциированных линий связи этой аномалий развития с признаком раздельноплодности не выявлено.

В процессе эксперимента выделены 3 линии, не проявившие склонности к аномальному развитию (№№ 549, 573 и 584).

Анализ фенологических наблюдений показал, что в сроках отрастания семенных растений отмечена значительная изменчивость между линиями.

Коэффициент вариации этого показателя (V) - 27,5%. Отмечена зависимость степени облиственности и скорости созревания семян. Сильно облиственные формы (13% от изученных линий) зацветали на 10-20 дней позже, и, соответственно, растягивалось созревание семян. Различия в наступлении остальных фенологических фаз между линиями незначительны (V 10%). По отношению к многосемянной форме инбредные линии №571, 583 и отличались более растянутым сроком созревания семян. Ряд линий (№№ 572/2, 578/4, 587, 589 и 597/2) по срокам начала созревания семян был близок к стандарту. Склонность раздельноплодных линий столовой свеклы на втором году вегетации к позднеспелости не подтвердилась, что положительно характеризует изученные линии, как компоненты для скрещивания со сростноплодными формами.

Таким образом, растения самоопыленных линий раздельноплодной столовой свеклы на втором году вегетации характеризовались преобладанием семенного куста промежуточного типа у 71-76% растений; совпадением у 75% линий сроков цветения и созревания семян со сростноплодным стандартом;

позднеспелостью сильнооблиственных форм, наличием аномалий в развитии, склонностью к фасциациям у 67-85% линий. В потомстве растений аномального морфологического типа «дигиталис» отмечена высокая частота встречаемости раздельноплодных форм.

5. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МОРФОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИХ

ПРИЗНАКОВ РАЗДЕЛЬНОПЛОДНЫХ ЛИНИЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ

Анализ корреляционных связей первого года вегетации столовой свеклы (табл. 6) показал, что масса одного корнеплода у самоопыленных линий имела положительную связь со всеми показателями ассимиляционной поверхности:

площадью одного листа, числом листьев на растении и, соответственно, площадью листовой поверхности растения. С углублением инбридинга эта взаимосвязь снизилась от сильной (r = +0,7–0,73) до средней (r = +0,35–0,39), что можно объяснить значительным влиянием на массу корнеплода инбредной депрессии, которая усилилась к I2.

Существенных взаимосвязей уровня раздельноплодности с изученными признаками не обнаружено. Можно отметить среднюю положительную связь уровня раздельноплодности с продуктивностью растений (r = +0,33;+0,52) и слабую, но стабильно отрицательную связь раздельноплодности с показателями листовой поверхности.

Таблица 6. Корреляционные связи у инцухт-линий раздельноплодной столовой свеклы на первом году вегетации растений (ПФ ВИР, I1 – 2008 год, I2 – 2010 год).

Масса корнеплода - площадь листовой поверхности растения +0,75** +0,37* Масса корнеплода - число листьев на растении Продуктивность листовой поверхности - число листьев на растении -0,73* - 0, Продуктивность листовой поверхности - площадь одного листа - 0,82** - 0, Продуктивность листовой поверхности - площадь листовой поверхности Уровень раздельноплодности - площадь листовой поверхности -0,18 -0, Уровень раздельноплодности - число листьев на растении -0,22 -0, Уровень раздельноплодности - продуктивность листовой поверхности Уровень раздельноплодности - масса корнеплода * различия достоверны при P>0,95 ** различия достоверны при Р>0,

6. ПРОЯВЛЕНИЕ ПРИЗНАКА РАЗДЕЛЬНОПЛОДНОСТИ У ИНЦУХТ-ЛИНИЙ

СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ И ЛИНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ЕДИНИЧНЫЕ СОПЛОДИЯ

Среди семенных растений встречались формы, имеющие помимо раздельных плодов, небольшую примесь соплодий, то есть не являющимися полностью раздельноплодными. Число таких соплодий исчислялось несколькими единицами (1-3) на 1000 плодов.

Представляло интерес, влияет ли незначительная примесь соплодий на растении на проявление признака раздельноплодности в потомстве от самоопыления. В результате инбридинга полученных в 2007 году шести линий с единичными соплодиями в потомстве выделено от 8 до 39% полностью раздельноплодных растений (табл. 7). Этот же показатель у линий, не имеющих примеси соплодий, колебался от 31 до 100%.

Таблица 7. Раздельноплодность потомств линий столовой свеклы в зависимости от степени её проявления (ПФ ВИР, I1 – 2007 год, I2 – 2009 год).

Таким образом, даже небольшая (менее 0,1%) примесь на семенном растении соплодий снижает степень раздельноплодности в потомстве (на 27 – 85%), что свидетельствует об имеющихся у них генотипических различиях.

В течение первого года вегетации растений выявлено существенное фенотипическое отличие у самоопыленных линий с единичными соплодиями:

мелкие листовые пластинки и, соответственно, меньшая площадь листовой поверхности растения.

7. ЭКСПРЕССИЯ ПРИЗНАКА РАЗДЕЛЬНОПЛОДНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ

СЕМЯН ИНЦУХТ-ЛИНИЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ 5-АЗАЦИТИТИДИНОМ

Важным моментом в работе с раздельноплодной свеклой является поиск путей влияния на степень проявления этого признака. Для изменения уровня метилирования цитозина в молекулах ядерной ДНК нами был использован химический реагент (5-азацитидин), который ингибирует фермент метилтрансферазу, снижая метилирование ДНК (Сингер, 1998).

Среди необработанных линий выделили в среднем 57,9 % раздельноплодных биотипов, среди обработанных – 69,7% (табл. 8).

Статистический критерий G показал, что при обработке семян инцухт-линий столовой свеклы 5-азацитидином происходит статистически достоверное увеличение числа выделенных раздельноплодных форм.

Таким, образом, обработка семян раздельноплодных линий столовой свеклы 5-азацитидином вызывает достоверное повышение выраженности метилирования ДНК, по сравнению со сростноцветковыми формами.

Таблица 8. Влияние обработки 5-азацитидином на проявление признака раздельноплодности у самоопыленных линии столовой свеклы (ПФ ВИР, 2009 –

8. СРАВНИТЕЛЬНАЯ МОРФОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

РАЗДЕЛЬНОПЛОДНЫХ ИНЦУХТ-ЛИНИЙ (I2), ГИБРИДОВ И СИБСОВ.

Сильная депрессия затрудняет получение самоопыленных линий у свеклы. При повторном опылении значительная часть линий была потеряна. В процессе работы выпали 16 полностью самонесовместимых линий. Из исходной популяции осталась та часть, которая проявила в той или иной степени склонность к завязыванию семян от самоопыления. Были выделены линии, которые и при третьем самоопылении (I2) сохраняли высокую продуктивность семенного растения и качество семян. В 2009 году нами проведены, наряду с самоопылением, сибсовые скрещивания наиболее ценных раздельноплодных линий, а также их гибридизация с сортом Бордо односемянная. В случаях скрещивания наблюдали резкое повышение энергии прорастания семян, всхожести и продуктивности семенных растений (табл. 9).

Таблица 9. Завязываемость семян и их качество при самоопылении и гибридизации самоопыленных линий столовой свеклы, (ПФ ВИР, 2009 год).

*Бордо односемянная, к- завязываемости на 8,7% и значительное увеличение массы 1000 плодов (с 9,1 г.

до 16,7 г). При скрещивании этих же линий с сортом также наблюдалось повышение завязываемости семян до 25,6%.

В наших исследованиях использовались в качестве материнского компонента для скрещиваний 13 наиболее перспективных раздельноплодных инцухт-линий (I2). Отобранные линии характеризовались высоким уровнем раздельноплодности (58-100%) в сочетании с высоким качеством корнеплодов.

В качестве опылителя использовали районированный сорт «Бордо односемянная». У гибридов в варианте с линией №583-1 наблюдалась гибридная депрессия, а в варианте с линией 572-1-5 проявилось промежуточное наследование (табл. 10). Во всех остальных комбинациях был получен эффект сверхдоминирования, что составило 84,6% от изученных комбинаций. При этом отклонение по урожайности по сравнению с лучшей родительской формой было значительным у комбинаций с линиями 583-2 и 583-4 и составило +88,2% и +82,8% соответственно.

Выявлены значительные отличия по признакам ассимиляционной поверхности между раздельноплодными самоопыленными линиями столовой свеклы, гибридами и сибсами. Растения гибридов и сибсов более мелколистные.

Площадь листовой поверхности у них на 31-33% меньше стандарта и на 22-23% меньше, чем у самоопыленных линий. При этом продуктивность листьев на 24выше стандарта. Можно отметить выровенность корнеплодов по форме и массе у гибридных и сибсовых комбинаций.

Таблица 10. Проявление эффекта гетерозиса по урожайности корнеплодов Уровень раздельноплодности имел отрицательную корреляционную связь со всеми показателями ассимиляционной поверхности, как при самоопылении, так и при гибридизации (табл. 11). Причем, это было больше заметно у гибридов и сибсов. Так «уровень раздельноплодности - площадь листовой поверхности» у сибсов имел сильную отрицательную связь (r=-0,84), то есть с повышением степени раздельноплодности листья становились мельче и, соответственно, уменьшалась площадь листовой поверхности растений.

Кроме того, у гибридов отмечена положительная корреляционная зависимость между массой корнеплода и числом листьев на растении (r= +0,45), тогда как у сибсов отмечается отрицательная взаимосвязь между этими признаками (r= Следовательно, уменьшение общей площади листовой поверхности у гибридных комбинаций и у сибсов происходит по-разному: у гибридов – за счет уменьшения количества листьев на растении, а у сибсов – за счет уменьшения площади листовых пластинок. Выявленные различия свидетельствуют о разной реакции генотипов изученных материалов на самоопыление и гибридизацию.

Выявленные взаимосвязи могут использоваться при оценке комбинационной способности линий.

Таблица 11. Корреляционные связи у инцухт-линий, гибридов и сибсов раздельноплодной столовой свеклы на первом году вегетации растений Уровень раздельноплодности – площадь листовой пластинки -0,26 -0,31 -0,63* Уровень раздельноплодности – площадь листовой поверхности -0,27 -0,4 -0,84** Масса корнеплода – площадь листовой поверхности +0,37* +0,10 +0,21* * различия достоверны при P>0,95 ** различия достоверны при Р>0, В наших исследованиях пять линий I1 были свободно переопылены между собой. Обследование межлинейных гибридных семенных растений, выращенных из полученных семян, показало резкое повышение частоты раздельноплодных форм (с 8,5% до 60,8%). В то же время, при самоопылении этих же линий в среднем показатель раздельноплодности поднялся до 25-40%.

8. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

САМООПЫЛЕННЫХ ЛИНИЙ РАЗДЕЛЬНОПЛОДНОЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ

Урожайность корнеплодов у трех поколений инбридинга в среднем составила 12,4 кг/10м (10,8 – 13,9 кг/10м), что в среднем на 60,6-63,0% ниже стандарта (30,5 кг/10м (табл. 11). Наши данные подтверждают наблюдения других авторов о ярко выраженной депрессии у инбредных линий свеклы (Шевцов, 1983, Перетятько, 1986). Однако урожайность нескольких линий сохранялась на уровне стандарта или была выше его: №№ 578-3, 578-1 и 583 (30,0, 33,8 и 30,6 кг/10м).

Таблица 11. Характеристика хозяйственно-ценных признаков у раздельноплодных линий I0, I1 и I2-поколения инбридинга столовой свеклы на первом году вегетации (ПФ ВИР, I0 - 2005 год*, I1 – 2007 год, I2 – 2009 год).

* данные А. Михалева Отмечено, что средняя масса одного корнеплода к I2 снизилась до 128,9 г.

Отбор в каждом поколении самоопыления стандартных корнеплодов, округлой формы (индекс формы = 1), с маленькой (до 2 см.) шейкой, темно окрашенной мякотью и отсутствием ярко выраженных колец позволил получить к I выровненные по этим признакам корнеплоды. По качеству корнеплодов выделены линии №№ 597-2, 572-1, 540 и 578-4.

Доля стандартных корнеплодов составила 66,1%, что ниже стандарта на 10%. Основная причина снижения товарности у линий – значительное число мелких корнеплодов. У линий №№574, 573 и 549 «недогон» составил 21-27%.

Вероятно, появление мелких нестандартных корнеплодов связано с удлинением периода вегетации у раздельноплодных линий вследствие инцухт-депресии.

Отбор корнеплодов на устойчивость к болезням хранения (фомоз, парша, гнили) привел к снижению заболеваемости растений до 0,7%. Отсутствие поражения корнеплодов при хранении обнаружено у 50% изученных линий.

Показатель цветушности линий в 2007 году был на уровне сростноплодного стандарта. Отбор нецветушных биотипов позволил значительно снизить этот показатель.

Исходя из полученных данных, для продолжения селекции были отобраны наиболее урожайные линии №№ 578-3, 578-1 и 583, а также наиболее ценные по качеству корнеплодов линии №№ 597-2, 572-1, 540 и 578-4. Линия №306 выделена как источник устойчивости к болезням хранения растений и цветушности.

ВЫВОДЫ

1. В результате инбридинга созданы 114 раздельноплодных линий столовой свеклы. Наибольшей селекционной ценностью обладает линия 572-1, в потомстве которой все растения раздельноплодные.

2. В потомствах самоопыленных линий столовой свеклы встречали три варианта наследования признака раздельноплодности: 1 – все потомство представлено сростноплодными растениями; 2 – часть растений имеет раздельноплодный фенотип, часть сростноплодный; 3 – все растения раздельноплодные. Для 91% созданных линий характерен второй вариант наследования признака. Строгий отбор раздельноплодных форм и их самоопыление приводит к увеличению частоты раздельноплодных растений от I0 к I1 на 11,5%, от I1 к I2 – на 27,2%.

3. Три цикла самоопыления раздельноплодных линий привели к снижению всхожести семян (с 37,6% до 13,8%) и массы 1000 плодов ( с 17,3 до 9,1 г).

По результатам рентгенологического исследования количество полноценно развитых семян ко второму поколению инбридинга снизилось с 56 до 31%, количество семян с дегенерированным зародышем повысилось с 32 до 68%.

Идентифицированы 11 линий с высокой частотой раздельноплодности в потомстве с двусемяпочковыми плодами.

4. На первом году вегетации растения потомств самоопыленных линий раздельноплодной столовой свеклы характеризуются следующими морфолого-биологическими признаками: удлинением периода вегетации на 10-12 дней, увеличением площади одной листовой пластинки ко второму поколению инбридинга на 38-40%, стабильно сохраняющимся от I0 к I количеством листьев на растении, снижением к I2 массы одного корнеплода у 71% линий. Созданные линии отличаются пониженным содержанием яблочной кислоты (0,35%) и повышенным содержанием сахаров: моносахара – 1,46%, сахароза – 11,7%.

5. Растения самоопыленных линий раздельноплодной столовой свеклы на втором году вегетации характеризуются следующими морфологобиологическими признаками: преобладанием семенных растений промежуточного типа у 71-76% растений; совпадением сроков цветения и созревания семян со сростноплодным стандартом у 75% линий;

позднеспелостью сильнооблиственных форм, наличием аномалий в развитии, склонностью к фасциациям у 67-85% линий. В потомстве растений морфологического типа «дигиталис» отмечена высокая частота встречаемости раздельноплодных форм.

6. Масса одного корнеплода у самоопыленных линий раздельноплодной столовой свеклы имеет положительную корреляционную связь с показателями ассимиляционной поверхности. С углублением инбридинга эта взаимосвязь снижается, что объясняется значительным влиянием на массу корнеплода инбредной депрессии.

7. В потомстве линий, имеющих единичные соплодия по сравнению с полностью раздельноплодными растениями, частота встречаемости раздельноплодных форм ниже на 27-85%.

8. Выявлено, что обработка семян раздельноплодных линий столовой свеклы 5азацитидином вызывает достоверное повышение выраженности признака раздельноплодности в потомстве.

9. Выявлено значительное повышение частоты раздельноплодных форм в потомстве от свободного переопыления между собой самоопыленных линий по сравнению со строгим самоопылением.

10. Опыление раздельноплодных линий столовой свеклы чужеродной пыльцой приводит к увеличению завязываемости семян, продуктивности семенного растения и показателей качества семян (всхожести, энергии прорастания, массы 1000 плодов).

11. Для 86,4% комбинаций опыления раздельноплодных линий с сортом «Бордо односемянная» выявлен эффект гетерозиса по урожайности корнеплодов (hp = +0,5 - +21,5). У комбинаций с линиями 583-2 и 583-4 повышение по урожайности составило +88,2% и +82,8% соответственно по сравнению с лучшей родительской формой.

12. В результате четырехлетних отборов созданы:

- наиболее урожайные линии №№ 578-3, 578-1 и 583, - наиболее ценные по качеству корнеплодов линии №№ 597-2, 572-1, 540,578-4.

- не склонные к аномальному развитию линии №№ 549, 573 и 584, - линии №№572-2 и 572-1 с наибольшей продуктивностью листовой поверхности (26,8 и 17,9 г/ 100см соответственно) при высоком уровне раздельноплодности (58 и 100% соответственно) в I2.

- устойчивая к цветушности и болезням хранения растений раздельноплодная линия №306;

- самостерильная линия №583-2 с комплексом хозяйственно-ценных признаков;

- линия №572/1 – источник признака раздельноплодности, обладающая комплексом хозяйственно-ценных признаков по первому и второму годам вегетации, а также высокой общей комбинационной способностью и наличием отличительных признаков: морфологического типа семенного растения «дигиталис» и многосемяпочковостью плодов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для повышения частоты возникновения раздельноплодных растений в потомстве самоопыленных линий столовой свеклы предлагается:

- отбор семенных растений морфологического типа «дигиталис»;

- обработка семян раздельноплодных линий раствором 5-азацитидина;

- чередовать инбридинг со свободным переопылением раздельноплодных линий между собой начиная с поколения I1;

- проводить строгую браковку семенных растений с примесью единичных соплодий.

2. Для идентификации раздельноплодных линий столовой свеклы предлагается использовать метод мягколучевой рентгенодиагностики.

3. Для повышения завязываемости семян и их качества рекомендуется опылять семенные растения раздельноплодных линий столовой свеклы близкородственной и чужеродной пыльцой.

4. Путем тестовых скрещиваний выявлены перспективные линии для продолжения работы по созданию раздельноплодных гибридов.

5. Для селекции столовой свеклы на раздельноплодность предлагается использовать созданные нами линии. Наибольший интерес представляет линия 572/1, являющаяся источником раздельноплодности и обладающая комплексом хозяйственно-ценных признаков.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Соколова Д.В. Особенности самоопыленных линий раздельноплодной столовой свеклы / Д.В.Соколова, Т.М.Пискунова // Сахарная свекла.

2. Соколова Д.В. Использование метода рентгеноскопии для анализа качества семян раздельноплодной столовой свеклы / М.В.Архипов, Т.И.Завьялова, Д.В.Соколова // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. 2009. №17. С. 14-17.

3. Соколова Д.В. Адаптивный потенциал генресурсов свеклы / В.И.Буренин, А.В.Емельянов, Д.В. Соколова // Сахарная свекла. 2009.

раздельноцветковости у инбредных линий столовой свеклы // Сахарная свекла. 2010. №10. С. 26-29.

5. Соколова Д.В. Каталог Мировой коллекции ВИР / В.И.Буренин, А.В.Емельянов, Т.М.Пискунова, О.В.Плющ, В.Е.Юдаева, Д.В.Соколова // Выпуск 791: «Характеристика образцов свеклы в связи с задачами селекции на адаптивность». 39 с.

6. Соколова Д.В. Проявление признака раздельноплодности у самоопыленных линий столовой свеклы // Генетические ресурсы растений и селекция. СПб. 2010. С.126-132.