Курасова Л.Г. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И СЕЛЕКЦИОННАЯ

На правах рукописи
Курасова Людмила Геннадиевна
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И СЕЛЕКЦИОННАЯ ОЦЕНКА
ФОРМЫ ЯЗЫЧКОВЫХ ЦВЕТКОВ У ПОДСОЛНЕЧНИКА
Специальность: 06.01.05 – селекция и семеноводство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Саратов-2009
2
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном
учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».
Научный руководитель:
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Лобачёв Юрий Викторович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук,
профессор Крупнов Василий Ананьевич
кандидат сельскохозяйственных наук,
доцент Старичкова Наталья Ивановна
Ведущая организация:
Федеральное государственное научное учреждение Российский научно-исследовательский и
проектно- технологический институт сорго и
кукурузы «Россорго»
Защита состоится «9» декабря 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.050.01 при Государственном научном учреждении «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока» Россельхозакадемии по адресу: 410010 г. Саратов, ул. Тулайкова, 7, зал заседаний.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Государственного научного учреждения «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока» Россельхозакадемии.
Автореферат разослан «__3__» ноября 2009 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета,
кандидат биологических наук
Сибикеева Ю.Е.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Подсолнечник (Helianthus annuus L.) в России является стратегической сельскохозяйственной культурой, из его семян получают
основное количество растительного масла. Также в производстве используют
сорта и гибриды кондитерского, силосного и декоративного назначения.
В настоящее время необходимы генетико-селекционные работы по поиску и оценке новых генетически детерминируемых маркеров у подсолнечника.
Использование в селекции и семеноводстве сортов и гетерозисных гибридов
генетических маркеров позволит повысить качество селекционной продукции и
снизит затраты на производство семян.
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» в
2006-2009 гг. Часть исследований выполнена по государственной теме ГНУ
НИИСХ Юго-Востока: 04.07.01.01 – «Создать материнские стерильные линии
подсолнечника с маркерными морфологическими признаками».
Цель и задачи исследования. Целью исследований являлись генетический контроль и селекционная оценка четырех нестандартных форм язычковых
цветков у подсолнечника.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1) изучение наследования четырех нестандартных форм язычковых цветков и
определение соответствующих им генотипов;
2) изучение аллельных отношений и взаимодействий генов fs, fm, ft, ftw;
3) изучение эффектов генов fs, fm, ft, ftw на морфологические и фенологические признаки растений, урожайность семян и ее компоненты, качество семян и
масла, устойчивость к заразихе и ложной мучнистой росе.
Методы исследования. В исследованиях в качестве ведущих использовали гибридологический и изогенный методы. Селекционную оценку почти
изогенных линий подсолнечника провели по методике ГНУ НИИСХ ЮгоВостока, устойчивость растений подсолнечника к заразихе – по модифицированному методу В.Ф. Кукина (1960), а к ложной мучнистой росе – по методу
Е.М. Долговой, З.К. Аладьиной и В.Н. Михайловой (1990). Статистическую обработку материала провели по методике Б.А. Доспехова (1985).
Научная новизна. Научная новизна исследований заключается в том, что
впервые изучено наследование четырех разных нестандартных форм язычковых цветков у подсолнечника и предложены соответствующие им генотипы.
Впервые определены аллельные отношения и взаимодействия генов fs, fm, ft,
ftw. Впервые определены эффекты генов fs, fm, ft, ftw, контролирующие проявление разных форм язычковых цветков, на селекционные и биологические признаки подсолнечника.
Практическая ценность работы. Изучены эффекты генов fs, fm, ft, ftw,
контролирующих проявление разных форм язычковых цветков, на хозяйственные и биологические признаки подсолнечника. Предложено использовать эти
гены в селекции подсолнечника для создания сортов, гибридов и родительских
линий гибридов, а также в семеноводстве подсолнечника. Рекомендованы доноры генов fs, fm, ft, ftw.
4
На защиту выносятся следующие основные положения:
1) наследование четырех разных форм язычковых цветков у подсолнечника;
2) аллельные отношения и взаимодействия генов fs, fm, ft, ftw;
3) эффекты генов fs, fm, ft, ftw на морфологические и фенологические признаки
растений, урожайность семян и ее компоненты, качество семян и масла, устойчивость к заразихе и ложной мучнистой росе.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований
внедрены в селекционный процесс в ГНУ НИИСХ Юго-Востока, а также используются в учебном процессе на кафедре растениеводства, селекции и генетики ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени
Н.И. Вавилова».
Доля участия соискателя в диссертационной работе. Соискатель принимал участие в планировании и проведении полевых и лабораторных экспериментов, анализе результатов исследований. Доля личного участия соискателя
составляет не менее 80%.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены или представлены на девяти научных форумах: Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ им.
Н.И. Вавилова (Саратов, 2008-2009 гг.); Международная научно-практическая
конференция «Вавиловские чтения-2008» (Саратов, 2008 г.); Пятая и Шестая
Всероссийские дистанционные научно-практические конференции студентов,
аспирантов и молодых учёных «Современные проблемы устойчивого развития
агропромышленного комплекса России» (Ростовская обл., п. Персиановский,
2008-2009 гг.); Научно-практическая конференция «Зональные особенности
научного обеспечения сельскохозяйственного производства Юго-Востока России» (Саратов, 2009 г.); III Всероссийская научно-практическая конференция
«Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (Саратов, 2009 г.); Пятый съезд ВОГиС (Москва, 2009 г.); Международная научно-практическая конференция, посвященная 100-летию Краснокутской селекционно-опытной станции (Красный Кут, 2009 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных
работ, в том числе 2 научные статьи в рекомендуемом ВАК РФ издании.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав,
выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы. Работа изложена на 145 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 13 рисунками и 38 таблицами. Список литературы включает 225 работ, из которых
69 на иностранных языках.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении диссертационной работы раскрыты актуальность, новизна,
цель и задачи исследований, практическая ценность работы, основные положения, выносимые на защиту, доля личного участия соискателя.
5
ГЛАВА 1. БИОЛОГИЯ, ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ ПОДСОЛНЕЧНИКА (обзор литературы)
В главе рассмотрены вопросы биологии подсолнечника (Helianthus annuus L.) и его использования в различных областях народного хозяйства. Приведены основные направления, проблемы и достижения селекции сортов и гибридов подсолнечника. Проведен анализ отечественной и зарубежной литературы по генетическим исследованиям подсолнечника, в частности по форме
язычковых цветков.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Изучаемый материал
Для решения поставленных задач провели серию полевых, вегетационных
и лабораторных экспериментов с линией ЮВ-28Б со стандартной формой
язычковых цветков и созданных в генофоне линии ЮВ-28Б набором почти изогенных линий (ПИЛ) с нестандартной формой язычковых цветков (рис. 1).
Рис. 1. Линия-реципиент ЮВ-28Б со стандартной формой язычковых
цветков и ПИЛ с нестандартными формами язычковых цветков.
Для изучения наследования нестандартных форм язычковых цветков провели два эксперимента с совмещением гибридологического и изогенного анализов.
В первом эксперименте для получения F1 и F2 в качестве материнской
формы использовали набор ПИЛ, различающихся нестандартной формой язычковых цветков, а в качестве отцовской формы – линию-реципиент ЮВ-28Б со
стандартной формой язычковых цветков.
Во втором эксперименте для получения Fа в первом скрещивании в качестве материнской формы использовали мужскистерильную линию ЮВ-28А со
стандартной формой язычковых цветков, а во втором скрещивании – мужскистерильные F1, а в качестве отцовской формы – набор ПИЛ, различающихся нестандартной формой язычковых цветков.
6
Для изучения аллельных отношений генов fs, fm, ft, ftw провели скрещивания между собой ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков. Анализировали гибриды первого и второго поколений в сравнении с родительскими
формами.
В эксперименте по изучению эффектов генов fs, fm, ft, ftw на биологические и хозяйственно-ценные признаки в качестве объекта исследования использовали восемь ПИЛ подсолнечника, различающихся аллелями генов fs, ft, fm,
ftw, контролирующих разные вариации формы язычковых цветков, созданные
методом беккроссов Ю.В. Лобачевым и Е.А. Константиновой в генофоне самоопыленной линии ЮВ-28Б (табл. 1). В конкурсном сортоиспытании набора
ПИЛ стандартами служили сорт ВНИИМК 8883 улучшенный и фертильная реципиентная линия ЮВ-28Б.
Таблица 1
Изучаемые линии подсолнечника
Линия
ЮВ-28А st
ЮВ-28Б st
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-2 (сибы ПИЛ-1 fs)
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-4 (сибы ПИЛ-3 ft)
ПИЛ-5 fm
ПИЛ-6 (сибы ПИЛ-5 fm)
ПИЛ-7 ftw
ПИЛ-8 (сибы ПИЛ-7 ftw)
Язычковые цветки
стандартные
стандартные
короткие (short)
стандартные
трубкообразные (tubular)
стандартные
средние (middle)
стандартные
скрученные (twisted up)
стандартные
2.2. Методы исследований
В экспериментах по изучению наследования разных вариаций формы
язычковых цветков у подсолнечника, а также аллельных отношений генов провели генетический анализ, включающий создание и изучение гибридов F1, F2 и
Fа. Родительские формы и гибриды высевали вручную в мае 2006-2009 гг. на
полях ГНУ НИИСХ Юго-Востока. Анализ формы язычковых цветков проводили визуально в период цветения второй зоны корзинки. Для определения соответствия фактического расщепления популяции F2 и Fа теоретически ожидаемому расщеплению использовали критерий Пирсона (критерий χ2) (Доспехов
Б.А., 1985).
В экспериментах по изучению эффектов генов fs, ft, fm, ftw на биологические и хозяйственно-ценные признаки ПИЛ в течение трех лет высевали на полях ГНУ НИИСХ Юго-Востока в мае по черному пару по типу конкурсного
сортоиспытания на шестирядных делянках в 3-х кратной повторности с полной
рендомизацией вариантов. Норма высева – 40 тыс. растений на 1 га. Площадь
одной делянки составляла 19,11 м 2. Для анализа использовали растения с четырех средних рядков, два крайних рядка из учета исключались. В качестве стан-
7
дартов использовали сорт ВНИИМК 8883 улучшенный и фертильную реципиентную линию ЮВ-28Б.
В период вегетации растений проводили фенологические наблюдения:
определяли продолжительность межфазных периодов «всходы-цветение»,
«цветение-полная спелость», «всходы-полная спелость» (сутки). В период цветения второй зоны корзинки измеряли длину (см), ширину (см) и площадь (см2)
язычковых цветков. В фазу полной спелости измеряли высоту растений (см),
диаметр корзинки (см) по общепринятой методике. Урожай семян с делянки
пересчитывали на 1 га. В фазу полной спелости брали 20 растений для лабораторного анализа элементов структуры урожая. Количество семян с корзинки
(шт.) учитывали с помощью автоматического счетчика семян «АСС», массу семян с корзинки (г) и массу 1000 семян (г) определяли по ГОСТ 12042-80,
натурную массу (г/л) находили при помощи стандартной пурки.
Содержание масла в семенах у изучаемого материала определили при
помощи экспресс-анализатора АМВ-1002 (Аспиотис Е.Х., 1986), содержание
олеиновой кислоты в масле – рефрактометрическим методом (Малышева А.Г.,
Бородулина А.А., 1986; Харченко Л.Н., 1986).
Оценку стандартов и ПИЛ на наличие у семян панцирного слоя провели
методом запаривания семян (Семена сельскохозяйственных культур, 1991), на
устойчивость к заразихе – по модифицированному методу В.Ф. Кукина (1960),
на устойчивость к ложной мучнистой росе – по методу Е.М. Долговой, З.К.
Аладьиной и В.Н. Михайловой (1990).
Результаты всех экспериментов подвергали статистической обработке
методом однофакторного дисперсионного, корреляционного и регрессионного
анализов по Б.А. Доспехову (1985).
2.3. Условия проведения исследований
В разделе дана подробная характеристика погодно-климатических условий и почв Саратовской области и подекадная характеристика погодных условий вегетационных сезонов 2006-2008 гг. Разнообразно-типичные для Саратовской области погодные условия 2006-2008 гг. позволили объективно оценить
биологические и хозяйственно-ценные признаки у набора ПИЛ, различающихся по форме язычковых цветков.
ГЛАВА 3. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ФОРМЫ ЯЗЫЧКОВЫХ
ЦВЕТКОВ У ПОДСОЛНЕЧНИКА
3.1. Морфология язычковых цветков
Изучаемые ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков достоверно
отличались от линии ЮВ-28Б по морфологии язычковых цветков (рис. 2).
8
Рис. 2. Форма язычковых цветков у изучаемых линий:
1 – ЮВ-28Б st, 2 – ПИЛ-1 fs, 3 – ПИЛ-5 fm, 4 – ПИЛ-3 ft, 5 – ПИЛ-7 ftw.
Гены, контролирующие короткие, средние и трубкообразные язычковые
цветки, уменьшали длину язычковых цветков соответственно на 47,4, 21,3 и
58,5%, а ген, контролирующий скрученные язычковые цветки, увеличивал длину язычковых цветков на 8,6% (табл. 2, рис. 3).
Таблица 2
Морфометрические показатели язычковых цветков, 2008-2009 гг.
Линия
ЮВ-28Б st
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-5 fm
ПИЛ-7 ftw
Fфакт.
НСР05
Длина, см
Ширина, см
Площадь, см2
7,09
3,73
2,94
5,58
7,70
407,32*
0,26
1,94
1,65
1,06
1,92
1,68
94,22*
0,14
10,02
4,18
2,92
6,60
8,03
56,67*
1,08
Гены, контролирующие короткие, трубкообразные и скрученные язычковые цветки, уменьшали ширину язычковых цветков соответственно на 14,9,
45,4 и 7,4%, а ген, контролирующий средние язычковые цветки, достоверно не
влиял на ширину язычковых цветков. Гены, контролирующие короткие, средние и трубкообразные и скрученные язычковые цветки, уменьшали площадь
язычковых цветков соответственно на 58,3, 34,1, 70,9 и 19,9% (табл. 2).
9
10
0
8,6
-47,4
-58,5
-21,3
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-5 fm
-10
-20
-30
-40
-50
-60
ПИЛ-7 ftw
Рис. 3. Эффекты генов, контролирующих нестандартную форму язычковых цветков у ПИЛ, на длину язычковых цветков, %.
У подсолнечника длина, ширина и площадь язычковых цветков линейно
связаны между собой. Гены, контролирующие разную форму язычковых цветков, оказывают разное влияние на эти связи (рис. 4).
Рис. 4. Корреляционные плеяды у линии ЮВ-28Б и ПИЛ
с нестандартной формой язычковых цветков:
1 – длина язычкового цветка, 2 – ширина язычкового цветка, 3 – площадь язычкового цветка;
– r > + 0,7;
– r = + 0,3…0,7;
– r = 0;
– r = -0,3…0,7.
10
Для линии ЮВ-28Б и ее ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков установлены уравнения регрессии для трех пар показателей язычковых
цветков: длины и ширины, длины и площади, ширины и площади (табл. 3).
Таблица 3
Уравнения регрессии у изучаемых линии, 2008-2009 гг.
Линия
ЮВ-28Б st
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-5 fm
ПИЛ-7 ftw
Показатели язычковых цветков
длина-ширина
длина-площадь
ширина-площадь
y=0,318 + 0,229x
y=-0,361 + 0,537x
y=-0,193 + 0,429x
y=-0,479 + 0,431x
y=4,388 – 0,351x
y=-14,950 + 3,518x
y=-9,297 + 3,615x
y=-3,717 + 2,234x
y=-17,239 + 4,277x
y=17,049 – 1,173x
y=-6,028 + 8,260x
y=-5,512 + 5,901x
y=-0,692 + 3,304x
y=-8,389 + 7,796x
y=-3,288 + 6,726x
Таким образом, впервые установлено, что гены, контролирующие нестандартную форму язычковых цветков, оказывают разное по направлению и силе
влияние на длину, ширину и площадь язычковых цветков, а также разное по
направлению и силе влияние на связи между длиной и шириной, длиной и
площадью язычковых цветков у подсолнечника.
3.2. Наследование формы язычковых цветков
Для изучения наследования четырех разных нестандартных форм язычковых цветков провели два полевых эксперимента с использованием F1, F2, Fа, а
также родительских форм.
В первом эксперименте (2008-2009 гг.) во всех комбинациях скрещиваний у F1 наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, причем у всех
гибридных растений наблюдали только стандартную форму язычковых цветков. Анализ расщепления популяции F2 в 2008 г. показал, что фактическое расщепление по всем комбинациям соответствует теоретически ожидаемому 3:1,
характерному для моногенного типа наследования (2факт. < 2теор.) (табл. 4).
Таблица 4
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков, 2008 г.
Расщепление
Оценка
гипотезы
Комбинация
фактическое
теоретическое
3:1,
скрещивания
3(АА, Аа)
1(аа)
3(АА, Аа)
1(аа)
2факт.
ПИЛ-1 fs × ЮВ-28Б
37
12
36,75
12,25
0,01
ПИЛ-3 ft × ЮВ-28Б
41
13
40,5
13,5
0,03
ПИЛ-5 fm × ЮВ-28Б
44
14
43,5
14,5
0,02
ПИЛ-7 ftw × ЮВ-28Б
35
12
35,25
11,75
0,01
2
 теор. = 3,84
11
Анализ расщепления популяции F2 в 2009 г. показал, что по всем комбинациям скрещиваний фактическое расщепление гибридов также соответствует
теоретически ожидаемому 3:1, характерному для моногенного типа наследования (2факт. < 2теор.) (табл. 5).
Таблица 5
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков, 2009 г.
Комбинация
скрещивания
Расщепление
фактическое
теоретическое
3(АА, Аа)
ПИЛ-1 fs × ЮВ-28Б
ПИЛ-3 ft × ЮВ-28Б
ПИЛ-5 fm × ЮВ-28Б
ПИЛ-7 ftw × ЮВ-28Б
43
54
47
55
1(аа)
13
19
15
18
2
 теор. = 3,84
3(АА, Аа)
1(аа)
42
54,75
46,5
54,75
14
18,25
15,5
18,25
Оценка
гипотезы
3:1,
2факт.
0,10
0,04
0,02
0,01
Во втором эксперименте (2008 г.) во всех комбинациях скрещиваний у F1
наблюдали единообразие по форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только стандартной формы.
Анализ расщепления популяции Fа показал, что фактическое расщепление по всем комбинациям соответствует теоретически ожидаемому 1:1, характерному для моногенного типа наследования (2факт. < 2теор.) (табл. 6).
Таблица 6
Расщепление популяции Fа по форме язычковых цветков, 2008 г.
Комбинация
скрещивания
(ЮВ-28А × ПИЛ-1 fs) ×
ПИЛ-1 fs
(ЮВ-28А × ПИЛ-3 ft) ×
ПИЛ-3 ft
(ЮВ-28А × ПИЛ-5 fm) ×
ПИЛ-5 fm
(ЮВ-28А × ПИЛ-7 ftw) ×
ПИЛ-7 ftw
1(Аа)
1(аа)
1(Аа)
1(аа)
Оценка
гипотезы
1:1,
2факт.
21
19
20
20
0,10
18
19
18,5
18,5
0,03
19
22
21,5
21,5
0,03
20
21
20,5
20,5
0,02
Расщепление
фактическое
теоретическое
2теор. = 3,84
Из анализа F1, F2 и Fа следует, что фенотипическое проявление стандартной формы язычковых цветков контролируется доминантными аллелями генов,
а признаки короткой, средней, трубкообразной, скрученной формы язычковых
цветков контролируются рецессивными аллелями генов, обозначенных нами
соответственно как fs, fm, ft, ftw.
12
3.2. Аллельные отношения и взаимодействия генов fs, fm, ft, ftw
Для изучения аллельных отношений и взаимодействий генов fs, fm, ft, ftw
провели скрещивания между четырьмя ПИЛ, различающимися нестандартной
формой язычковых цветков. Анализ родительских форм, растений F1 и F2 провели в 2009 г.
В скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-3 ft у F1 наблюдали единообразие по
форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только
трубкообразной формы. В популяции F2 расщепление по форме язычковых
цветков происходило в отношении 3:1 на два фенотипических класса: трубкообразная и короткая форма язычковых цветков (табл. 7).
Таблица 7
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков
в скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-3 ft
Соотношение классов гибридов
Расщепление
3(а1а1, а1а2)
1(а2а2)
62
23
63,75
21,25
Фактическое
Теоретически
ожидаемое
Оценка
гипотезы
3:1,
2факт.
0,19
2теор. = 3,84
Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели fs и ft принадлежат к
одному локусу, причем аллель ft доминирует над аллелем fs.
В скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-5 fm у F1 наблюдали единообразие по
форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только
стандартной формы. В популяции F2 расщепление по форме язычковых цветков
происходило в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные,
средние и короткие язычковые цветки (табл. 8).
Таблица 8
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков
в скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-5 fm
Соотношение классов гибридов
Расщепление
Фактическое
Теоретически
ожидаемое
9(А-В-)
3(А-bb)
4(ааВ-, aabb)
50
14
23
Оценка
гипотезы
9:3:4,
2факт.
0,42
48,9375
16,3125
2теор. = 5,99
21,75
13
Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели fs и fm принадлежат к
разным локусам, причем аллель fs взаимодействует с аллелем fm по типу рецессивного эпистаза (fs – эпистатичный аллель, fm – гипостатичный аллель).
В скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-7 ftw у F1 наблюдали единообразие по
форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только
стандартной формы. В популяции F2 расщепление по форме язычковых цветков
происходило в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартная форма; форма первого родителя; форма второго родителя; новая нестандартная форма, отличная от родительских форм (табл. 9).
Таблица 9
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков
в скрещивании ПИЛ-1 fs × ПИЛ-7 ftw
Соотношение классов гибридов
Расщепление
Фактическое
Теоретически
ожидаемое
9(А-В-)
3(А-bb)
3(ааВ-)
1(aabb)
52
16
18
6
Оценка
гипотезы
9:3:3:1,
2факт.
0,13
51,75
17,25
17,25
5,75
2теор. = 7,81
Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели fs и ftw принадлежат
к разным локусам, причем аллели fs и ftw взаимодействуют между собой по
комплементарному типу.
В скрещивании ПИЛ-3 ft × ПИЛ-5 fm у F1 наблюдали единообразие по
форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только
стандартной формы. В популяции F2 расщепление по форме язычковых цветков
происходило в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные,
средние и трубкообразные язычковые цветки (табл. 10).
Таблица 10
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков
в скрещивании ПИЛ-3 ft × ПИЛ-5 fm
Соотношение классов гибридов
Расщепление
Фактическое
Теоретически
ожидаемое
9(А-В-)
3(А-bb)
4(ааВ-, aabb)
49
15
24
Оценка
гипотезы
9:3:4,
2факт.
0,32
49,5
16,5
2теор. = 5,99
22
14
Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели ft и fm принадлежат к
разным локусам, причем аллель ft взаимодействует с аллелем fm по типу рецессивного эпистаза (ft – эпистатичный аллель, fm – гипостатичный аллель).
В скрещивании ПИЛ-3 ft × ПИЛ-7 ftw у F1 наблюдали единообразие по
форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только
стандартной формы. В популяции F2 расщепление по форме язычковых цветков
происходило в отношении 9:3:4 на три фенотипических класса: стандартные,
скрученные и трубкообразные язычковые цветки (табл. 11).
Таблица 11
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков
в скрещивании ПИЛ-3 ft × ПИЛ-7 ftw
Соотношение классов гибридов
Расщепление
Фактическое
Теоретически
ожидаемое
9(А-В-)
3(А-bb)
4(ааВ-, aabb)
51
18
25
52,875
17,625
23,5
Оценка
гипотезы
9:3:4,
2факт.
0,17
2теор. = 5,99
Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели ft и ftw принадлежат к
разным локусам, причем аллель ft взаимодействует с аллелем ftw по типу рецессивного эпистаза (ft – эпистатичный аллель, ftw – гипостатичный аллель).
В скрещивании ПИЛ-5 fm × ПИЛ-7 ftw у F1 наблюдали единообразие по
форме язычковых цветков, которые у всех гибридных растений были только
стандартной формы. В популяции F2 расщепление по форме язычковых цветков
происходило в отношении 9:3:3:1 на четыре фенотипических класса: стандартная форма; форма первого родителя; форма второго родителя; новая нестандартная форма, отличная от родительских форм (табл. 12).
Таблица 12
Расщепление популяции F2 по форме язычковых цветков
в скрещивании ПИЛ-5 fm × ПИЛ-7 ftw
Соотношение классов гибридов
Расщепление
Фактическое
Теоретически
ожидаемое
9(А-В-)
3(А-bb)
3(ааВ-)
1(aabb)
52
17
14
5
49,5
16,5
16,5
5,5
Оценка
гипотезы
9:3:3:1,
2факт.
0,56
2теор. = 7,81
Из анализа F1 и F2 следует, что рецессивные аллели fm и ftw принадлежат
к разным локусам и взаимодействуют между собой по комплементарному типу.
15
На основании проведенных исследований нами установлены генотипы
изучаемых линий (табл. 13).
Таблица 13
Фенотипы и генотипы изучаемых линий
Линия
Фенотип
(язычковые цветки)
Генотип
Изучаемый ген
ЮВ-28А st
стандартные
FtFtFmFmFtwFtw
-
ЮВ-28Б st
стандартные
FtFtFmFmFtwFtw
-
ПИЛ-1 fs
короткие
fsfsFmFmFtwFtw
fs
стандартные
FtFtFmFmFtwFtw
-
трубкообразные
ftftFmFmFtwFtw
ft
стандартные
FtFtFmFmFtwFtw
-
средние
FtFtfmfmFtwFtw
fm
ПИЛ-6
стандартные
FtFtFmFmFtwFtw
-
ПИЛ-7 ftw
скрученные
FtFtFmFmftwftw
ftw
ПИЛ-8
стандартные
FtFtFmFmFtwFtw
-
ПИЛ-2
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-4
ПИЛ-5 fm
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА НАБОРА ПОЧТИ ИЗОГЕННЫХ ЛИНИЙ С
РАЗНОЙ ФОРМОЙ ЯЗЫЧКОВЫХ ЦВЕТКОВ ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ И
ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫМ ПРИЗНАКАМ
4.1. Фенологические и морфологические признаки
В конкурсном сортоиспытании в 2006-2008 гг. по продолжительности
межфазных периодов «всходы-цветение», «цветение-полная спелость» и «всходы-полная спелость» ПИЛ с различной формой язычковых цветков ежегодно и
в среднем за три года существенно не различались между собой, альтернативными по форме язычковых цветков сибами и линией ЮВ-28Б.
По высоте растения и диаметру корзинки ПИЛ с различной формой язычковых цветков ежегодно и в среднем за три года также существенно не различались между собой, альтернативными по форме язычковых цветков сибами и
линией ЮВ-28Б.
У сорта ВНИИМК 8883 улучшенный по годам исследований и в среднем
за три года фенологические показатели были достоверно ниже, а морфологические показатели – достоверно выше, чем у ПИЛ, их сибов и линии ЮВ-28Б
(табл. 14).
16
Таблица 14
Фенологические и морфологические признаки, 2006-2008 гг.
Продолжительность периода, сутки
цветениевсходывсходыполная
полная
цветение
спелость
спелость
Сорт, линия
ВНИИМК 8883
улучшенный st
ЮВ-28Б st
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-2
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-4
ПИЛ-5 fm
ПИЛ-6
ПИЛ-7 ftw
ПИЛ-8
Fфакт.
НСР05
Высота
растения,
см
Диаметр
корзинки,
см
54,3
36,8
91,1
166,8
21,0
60,0
59,9
59,9
60,0
60,0
60,0
59,9
60,0
60,1
72,55*
0,6
45,1
45,1
45,1
45,1
45,0
45,0
45,0
45,0
45,0
88,80*
0,8
105,1
105,0
104,9
105,0
105,0
105,0
105,0
104,9
105,0
122,68*
1,1
90,7
90,8
91,0
91,0
90,9
91,7
90,8
91,1
90,9
318,26*
3,8
15,8
15,0
15,7
15,1
15,2
15,4
15,0
15,4
14,9
19,22*
1,2
Примечание. Здесь и далее * – Fфакт. ≥ Fтеор.
4.2. Урожайность семян и ее компоненты
Изучаемые линии достоверно не различались между собой по годам исследований и в среднем за три года по урожайности семян, количеству семян в
корзинке, массе семян с корзинки, массе 1000 семян. У сорта ВНИИМК 8883
улучшенный по годам исследований и в среднем за три года эти показатели были достоверно выше, чем у ПИЛ, их сибов и линии ЮВ-28Б (табл. 15).
Таблица 15
Урожайность семян и ее компоненты, 2006-2008 гг.
Сорт, линия
1
ВНИИМК 8883
улучшенный st
ЮВ-28Б st
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-2
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-4
2
Количество
семян в корзинке, шт.
3
3,09
1136,0
83,9
75,2
1,88
1,96
1,91
1,91
1,89
870,8
874,3
884,8
886,6
877,6
47,8
49,1
47,7
47,6
47,3
52,8
53,1
53,0
47,6
52,2
Урожайность
семян, т/га
Масса семян
с корзинки, г
Масса 1000
семян, г
4
5
17
Продолжение табл. 15
1
ПИЛ-5 fm
ПИЛ-6
ПИЛ-7 ftw
ПИЛ-8
Fфакт.
НСР05
2
1,90
1,90
1,89
1,88
9,72*
0,34
3
891,9
886,9
778,0
895,3
6,82*
97,2
4
48,0
47,3
47,1
46,9
15,97*
8,1
5
52,2
52,1
52,9
52,3
6,91*
8,0
4.3. Показатели качества семян и масла
ПИЛ достоверно не различались по годам исследований и в среднем за
2006-2008 гг. по содержанию масла в семенах, сбору масла с единицы площади,
содержанию олеиновой кислоты в масле, лузжистости и натурной массе семян.
Сорт ВНИИМК 8883 улучшенный не различался с ПИЛ, их сибами и линией
ЮВ-28Б по содержанию масла в семенах и натурной массе семян, но достоверно превосходил их по сбору масла с единицы площади. У сорта ВНИИМК 8883
улучшенный лузжистость семян достоверно была выше, а содержание олеиновой кислоты в масле достоверно было ниже, чем у ПИЛ, их сибов и линии ЮВ28Б (табл. 16).
Таблица 16
Показатели качества семян и масла, 2006-2008 гг.
Сорт, линия
ВНИИМК 8883
улучшенный st
ЮВ-28Б st
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-2
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-4
ПИЛ-5 fm
ПИЛ-6
ПИЛ-7 ftw
ПИЛ-8
Fфакт.
НСР05
Содержание
масла
в семенах, %
Сбор
масла,
т/га
Содержание
олеиновой
кислоты
в масле, %
Лузжистость
семян, %
Натурная
масса
семян, г/л
49,0
1,59
27,1
24,6
364,6
50,2
50,3
50,1
50,2
50,0
50,0
50,0
50,2
50,0
0,79
NS
0,96
1,01
1,00
0,99
0,99
0,99
0,99
0,98
0,97
8,97*
0,18
30,4
30,4
30,1
30,3
30,4
30,4
30,3
30,4
30,4
18,37*
0,7
21,9
22,0
21,4
21,8
21,6
21,7
21,3
21,4
21,4
11,74*
0,8
400,0
404,3
397,2
401,6
403,4
402,0
360,2
400,4
398,8
1,60
NS
18
4.4. Устойчивость к паразитам и вредителям
В условиях Нижнего Поволжья подсолнечник поражается ложной мучнистой росой, вызываемой паразитом Plasmopara helianthi Novot., и растениемпаразитом заразихой (Orobanche cumana Wallr.). Семянки подсолнечника, не
имеющие панцирного слоя, повреждают гусеницы огневки подсолнечной (Homoeosoma nebulella Hb.).
Исследования показали, что ПИЛ, различающиеся по форме язычковых
цветков, и реципиентная линия ЮВ-28Б устойчивы к местным расам заразихи и
ложной мучнистой росы, а также имеют 100%-ю панцирность семянок, что
обеспечивает их полную устойчивость к огневке подсолнечной. Сорт ВНИИМК
8883 улучшенный поражался заразихой и ложной мучнистой росой на 15%, а
панцирность семянок у него составляла 86,3%, что не обеспечивает его полной
устойчивости к поражению огневкой подсолнечной (табл. 17).
Таблица 17
Устойчивость к заразихе, ложной мучнистой росе и панцирность семянок
Сорт, линия
ВНИИМК 8883
улучшенный st
ЮВ-28Б st
ПИЛ-1 fs
ПИЛ-2
ПИЛ-3 ft
ПИЛ-4
ПИЛ-5 fm
ПИЛ-6
ПИЛ-7 ftw
ПИЛ-8
Устойчивость
к заразихе, %
Устойчивость к ложной
мучнистой росе, %
Панцирность
семянок, %
85,0
85,0
86,3
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
ВЫВОДЫ
1. Изучен генетический контроль четырех нестандартных форм язычковых
цветков у подсолнечника. Установлено, что фенотипическое проявление
стандартной формы язычковых цветков контролируется доминантными аллелями генов, а признаки короткой, средней, трубкообразной, скрученной
формы язычковых цветков – рецессивными аллелями генов, обозначенных
нами соответственно как fs, fm, ft, ftw.
2. Тест на аллельность генов показал, что аллели fs и ft принадлежат к одному
локусу. Аллель ft доминирует над аллелем fs. Аллели fs, fm, ftw принадлежат к разным локусам, аналогично и аллели ft, fm, ftw принадлежат к разным локусам.
19
3. Установлены взаимодействия аллелей fs, fm, ft, ftw. Аллели fs и fm взаимодействуют между собой по типу рецессивного эпистаза (fs – эпистатичный
аллель, fm – гипостатичный аллель). Между аллелями ft и fm также установлено взаимодействие по типу рецессивного эпистаза (ft – эпистатичный аллель, fm – гипостатичный аллель). Взаимодействие по типу рецессивного
эпистаза установлено между аллелями ft и ftw (ft – эпистатичный аллель, ftw
– гипостатичный аллель). Аллели fm и ftw взаимодействуют между собой по
комплементарному типу. Также комплементарное взаимодействие установлено между аллелями fs и ftw.
4. Установлены генотипы изучаемых линий ЮВ-28А, ЮВ-28Б и ПИЛ со стандартной и нестандартной формой язычковых цветков.
5. Гены fs, fm, ft, ftw оказывают разное по направлению и силе влияние на
длину, ширину и площадь язычковых цветков. Гены fs, fm, ft уменьшают
длину язычковых цветков соответственно на 47,4, 21,3 и 58,5%, а ген ftw
увеличивает длину язычковых цветков на 8,6%. Гены fs, ft, ftw уменьшают
ширину язычковых цветков соответственно на 14,9, 45,4 и 7,4%, а ген fm достоверно не влияет на ширину язычковых цветков. Гены fs, fm, ft, ftw
уменьшают площадь язычковых цветков соответственно на 58,3, 34,1, 70,9 и
19,9%.
6. Гены fs, fm, ftw изменяют параметры корреляционных связей между длиной
и шириной, длиной и площадью язычковых цветков, а ген ft не влияет на эти
показатели. Гены fs, fm, ft, ftw не влияют на параметры корреляционных
связей между шириной и площадью язычковых цветков.
7. Для линии ЮВ-28Б и ее ПИЛ с нестандартной формой язычковых цветков
определены уравнения регрессии для трех пар показателей язычковых цветков: длины и ширины, длины и площади, ширины и площади.
8. Гены fs, fm, ft, ftw не оказывают достоверного влияния на продолжительность межфазных периодов «всходы-цветение», «цветение-полная спелость»
и «всходы-полная спелость», высоту растения и диаметр корзинки, урожайность семян и ее компоненты (количество семян в корзинке, масса семян с
корзинки, масса 1000 семян), качество семян (натурная масса семян, лузжистость семян, содержание масла в семенах, сбор масла с единицы площади)
и масла (содержание олеиновой кислоты в масле), устойчивость подсолнечника к ложной мучнистой росе и заразихе.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Использовать гены fs, ft, fm, ftw, контролирующие нестандартную форму
язычковых цветков, в селекции и семеноводстве сортов и гибридов подсолнечника.
20
2. Использовать в качестве доноров генов fs, ft, fm, ftw линии ПИЛ-1 fs,
ПИЛ-3 ft, ПИЛ-5 fm и ПИЛ-7 ftw в селекции сортов и гибридов подсолнечника, а также в биологических экспериментах, проводимых на подсолнечнике.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Курасова, Л.Г. Селекционная ценность формы язычковых цветков у подсолнечника / Л.Г. Курасова, Ю.В. Лобачёв // Вестник Саратовского агроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2009, № 3. – С. 20-22.
2. Курасова, Л.Г. Генетический контроль формы язычковых цветков у подсолнечника / Л.Г. Курасова, Ю.В. Лобачёв // Вестник Саратовского агроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2009, № 7. – С. 19-21.
Публикации в прочих изданиях:
3. Курасова, Л.Г. Селекционная оценка почти изогенных линий подсолнечника, различающихся формой язычковых цветков / Л.Г. Курасова, Ю.В. Лобачёв, Е.А.Константинова // Современные проблемы устойчивого развития агропромышленного комплекса России. Материалы пятой Всероссийской дистанционной науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. –
Пос. Персиановский: ДонГАУ, 2008. – С. 21.
4. Курасова, Л.Г. Исходный материал для селекции подсолнечника с разной
формой язычковых цветков / Л.Г. Курасова, Ю.В. Лобачёв, В.М. Лекарев,
Е.А. Константинова // Вавиловские чтения – 2008: Материалы Международной науч.-практ. конф. – Саратов: Научная книга, 2008. Ч. 1. – С. 28-29.
5. Курасова, Л.Г. Фенологические и морфологические признаки у линий подсолнечника с разной формой язычковых цветков / Л.Г. Курасова // Вавиловские чтения – 2008: Материалы Международной науч.-практ. конф. – Саратов: Научная книга, 2008. Ч. 3. – С. 121-122.
6. Лобачёв, Ю.В. Использование морфологических признаков в селекции и семеноводстве подсолнечника / Ю.В. Лобачёв, Л.Г. Курасова, Е.К. Барнашова,
Е.А. Константинова, С.П. Кудряшов, А.В. Коваленко // Вавиловские чтения
– 2008: Материалы Международной науч.-практ. конф. – Саратов: Научная
книга, 2008. Ч. 3. – С. 145.
7. Курасова, Л.Г. Биологические и хозяйственно-ценные признаки у линий
подсолнечника с нестандартной формой язычковых цветков / Л.Г. Курасова,
Ю.В. Лобачёв // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения.
Сб. науч. ст. Вып. 11. Саратов: СГУ, 2009. – С. 12-14.
8. Лобачёв, Ю.В. Использование морфологических маркеров в селекции и семеноводстве подсолнечника / Ю.В. Лобачёв, В.М. Лекарев, Л.Г. Курасова //
Зональные особенности научного обеспечения сельскохозяйственного про-
21
изводства (материалы региональной науч.-практ. конф. 25-27 февраля 2009
г., г. Саратов). Саратов: ГНУ НИИСХ Юго-Востока, 2009. Ч. 1. – С. 190-193.
9. Курасова, Л.Г. Использование маркерных признаков в селекции и семеноводстве подсолнечника / Л.Г. Курасова, Ю.В. Лобачёв, А.Ю. Буенков, В.М.
Лекарев // Аграрная наука в ХХI веке: проблемы и перспективы. Материалы
III Всероссийской науч.-практ. конф. – Саратов: 2009. – С. 205-206.
10.Лобачев, Ю.В. Селекционно-генетическая оценка формы язычковых цветков
у подсолнечника / Ю.В. Лобачев, Л.Г. Курасова // Съезд генетиков и селекционеров, посвященный 200-летию со дня рождения Чарльза Дарвина. V
съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Ч. 1. М., 2009. – С.
268.
11.Лобачев, Ю.В. Влияние генов fs, fm, ft, ftw на морфологию язычковых цветков подсолнечника (Helianthus annuus L.) / Ю.В. Лобачев, Л.Г. Курасова,
В.М. Лекарев, Е.А. Константинова // Аграрный вестник Юго-Востока, № 2. –
С. 15-18.
22
Подписано в печать 28.10.2009. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.
Гарнитура Times New Roman. Печать RISO. Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз.
Заказ № 107.
Отпечатано с готового оригинал-макета
Центр полиграфических и копировальных услуг
Предприниматель Серман Ю.Б. Свидетельство № 3117
410600, Саратов, ул. Московская, д.152, офис 19, тел. 26-18-19, 51-16-28