CC BY
36
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 3
УДК 635.965.288.4:631.52
ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ФРЕЗИИ ПРИ СОЗДАНИИ СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ
В.С. МОХНО, Е.В. БРАТУХИНА
Приведены данные по истории введения в культуру и селекции сортов фрезии. Представлены результаты создания во Всероссийском НИИ цветоводства и субтропических культур значительного гибридного фонда на основе межсортовых, межвидовых и разноплоидных скрещиваний с использованием разработанного метода культуры зародышей и семяпочек in vitro. Начаты работы по получению сортов горшечного типа. Рассмотрены биологические особенности исходных сортов и гибридных популяций фрезии, определена хозяйственная ценность ряда гибридов.
Ключевые слова: фрезия, развитие культуры, межсортовые скрещивания, константные гибридные популяции, питательные среды in vitro, гибриды, сорт.
Key words: freesia, development of culture, intervarietal crossings, conditions of growing, nutrient medium in vitro, hybrids, sort.
Фрезия (Freesia refracta Klatt, ареал происхождения — Южная Африка) в настоящее время относится к наиболее распространенным цветочным культурам защищенного грунта: в 1990-е годы она занимала третье место в мировом списке срезочной цветочной продукции и (несмотря на некоторое снижение площадей возделывания, особенно в России) на аукционе продаж в Аалсмеере по-прежнему входит в десятку пользующихся наибольшим спросом, очень ценится эстетами. Например, в Новой Зеландии это одна из ведущих культур по производству цветочной продукции и посадочного материала. Наряду с яркой насыщенной или нежной палевой окраской цветка фрезия, как и роза, привлекает тонким ароматом. В России культура фрезии с каждым годом становится все более популярной.
Freesia Eckl. ex Klatt относится к семейству Iridaceae, ранее ее принимали за луковичное цветочное растение, хотя не отвергали как клубнелуковичное (1). На открытие фрезии претендовали многие ученые, по-разному описывая это растение и относя его к разным родам — Gladiolus, Ixia, Sparaxis, Tritonia. В 1768 году Burman из Амстердама впервые подробно описал растение фрезии (тогда она значилась под названиями ^cia caryo-philaceae и Gladiolus corimbosus). Более выразительным было описание вида Freesia refracta в 1986 году австрийским ботаником и врачом, директором сада в Шеннбрунне N.F. von Facquin с изображением растения на рисунке, но называлось оно Gladiolus resupinatus (гладиолус перевернутый). Шведский натуралист и путешественник А. Sparmann (1747-1787) в 17721786 годах в Южной Африке собрал гербарий растений фрезии, которым позднее шведский ботаник C.P. Thunberg (1743-1828) дал название Gladiolus sparmanii. Английский ботаник J. Bellender Ker-Gawler из Кембриджа в 1816 году определил фрезию как Tritonia refracta. В 1827 году немецкий фармацевт и собиратель растений C.F. Ecklon (1795-1868) впервые описал растение как Freesia miniato-lateritia, сообщив об этом в Топографическом перечне коллекций растений, однако это описание не соответствовало традициям систематики и не получило распространения. Только в 1866 году врач, ботаник и педагог из Гамбурга F.W. Klatt (1825-1897) впервые представил фрезию под названием Freesia Eckl. ex Klatt, которое было положено в основу действующей номенклатуры, сохранив данное C.F. Ecklon название в честь друга — F.H. Th. Frees, врача из Киля. К этому роду относятся четыре вида: Freesia odorata, F. xanthospila, F. refracta и F. refracta var. alba.
Введение фрезии в культуру происходило в конце XIX века. Скре-
39
щивания между первоначально известными видовыми формами не давали значительного усовершенствования (кроме увеличения размера цветков, появления белой и золотисто-желтой окраски). В 1873 году доктор А. Роджио-нери — врач, ботаник, садовод-любитель — впервые в качестве исходных родительских форм использовал крупноцветковую желтую F. refracta var. leichtlinii (синоним F. leichtlinii) и F. sparmannii (синоним F. refracta var. alba) и получил промежуточные по сравнению с родительскими формы — достаточно устойчивые гибриды с крупными воронковидными желтыми цветками и оранжевым пятном в зеве.
В Нидерландах, Великобритании, США, Франции, Калифорнии, Дании, Германии в течение длительного времени в скрещивание были включены F. armstrongii, F. refracta, F. refracta var. leichtlinii и F. sparmannii. В 1910 году на выставке, посвященной 70-летнему юбилею Союза растениеводов, был представлен новый гибридный материал с окраской цветка от лиловой, светло-фиолетовой, карминовой, красной, розовой до оранжевой, светло- и темно-желтой. Эти сеянцы (благодаря закреплению окраски через вегетативное размножение) стали первыми сортами.
Сорта многих селекционеров того времени были основаны на выдающейся новаторской работе E. Lutz (Германия). В 1936 году весь полученный им селекционный материал был передан в собственность фирмы «Konynenburg а-nd Mark» (Noordwijk, Нидерланды), вершиной работы которой стала знаменитая Суперфрезия.
Селекция фрезии развивалась очень быстро, поскольку гибридные сеянцы зацветали через год и их отличительные свойства были хорошо заметны. Исследованиями Lawrence в 1945 году (1) было установлено, что существующие формы фрезии представляют собой диплоиды (2n = 22), триплоиды (2n = 33) и тетраплоиды (2n = 44). Позднее Л.В. Соловьева (2) обнаружила, что число хромосом у диплоидов, триплоидов и тетраплоидов равно соответственно 20, 30 и 40. Тетраплоидные растения были получены в результате многолетней работы с диплоидами, впервые обратив на себя внимание крупными цветками и прочным стеблем. Когда и где появились тетраплоиды, до сих пор неизвестно. Эти формы оказались особенно устойчивыми к жаре, что способствовало быстрому распространению культуры.
В начале ХХ столетия основным способом размножения фрезии был семенной, после 1930 года получила распространение клубнелуковичная фрезия. На рубеже XIX-ХХ веков, когда начиналось возделывание фрезии, существовал только один ее сорт, к концу 1930-х годов их было два, в 1940-х — уже около 25, а к 1960-му году — до 57. В 1970-м году в Нидерландах, как и во всей Европе, сортимент фрезии был представлен следующими окрасками: желтые — 32 %, белые — 24 %, оранжевые и красные — 16 %, голубые — 12 %, остальные — 16 % (1). В его создании участвовали селекционеры J.A.M. Goeman из Великобритании, A. van der Berg, H. Carlee, M.F. van Rijnveld, W. Scheffers, M.C. van Staaveren и van Tubergen из Голландии. Выведенные в этот период сорта оставались довольно широко распространенными даже в последние десятилетия прошлого века: желтые — Wintergold, Golden Wawe, Aurora, Golden Melody, Fantasy, белые — Ballerina, Athene, голубые — Royal Blue, Blu Heaven, оранжево-красные — Pimpernele, Stockholm, Carmen. Сорт Athene — один из красивейших белых сортов — возделывается и в настоящее время.
Триплоидные и тетраплоидные сорта размножают в основном вегетативно, однако постоянное возделывание фрезии как клубнелуковичной культуры привело к значительному ухудшению качества растений из-за поражения вирусами, особенно вирусом мозаики фасоли. Оздоровление рас-
40
тений фрезии через тканевую культуру повышает качество продукции, но не заменяет технологию возделывания из клубнелуковиц. Так как возможность получения семенного потомства тетраплоидных сортов хорошо известна, в настоящее время довольно широко практикуется создание константных гибридных популяций определенной окраски: желтой, красно-розовой, синефиолетовой, белой. Сортовые особенности остаются решающими для хозяйственной ценности фрезии. Идеальными были бы сорта, удовлетворяющие всем производственным целям и пригодные для разных приемоа возделывания и воспроизводства генеративным и вегетативным способом.
В Россию фрезия была завезена из Голландии в начале 1970-х годов, однако ее выращивание достигло промышленных масштабов только к 1990-м годам. Именно в этот период активизируются исследования фрезии во Всероссийском НИИ цветоводства и субтропических культур (ВНИИ-ЦиСК, г. Сочи) (интродукция, сортоизучение, описание вредителей и болезней, разработка технологии возделывания и размножения культуры в условиях Черноморского побережья Краснодарского края) (3-5). В 1984 году начаты эксперименты по созданию сортов, более устойчивых к основным патогенам и стрессорам в условиях субтропиков России (6, 7).
К настоящему времени в институте создан значительный гибридный фонд и накоплен фактический материал по биологическим особенностям исходных сортов и гибридных популяций, изучена хозяйственная ценность ряда гибридов. Первые четыре отечественных тетраплоидных сорта фрезии были переданы в Государственное сортоиспытание в 19971998 годах — Голубой Жемчуг, Георгий Победоносец, Солнечный Берег и Урусвати. Наиболее устойчивыми в условиях необогреваемых теплиц на юге Краснодарского края оказались сорта Георгий Победоносец и Урусва-ти (соответственно с цветком красной и белой окраски).
При создании современных сортов фрезии учитываются возрастающие требования к их декоративным и хозяйственным качествам. Из-за накопления вредителей, болезней и особенно вирусной инфекции при вегетативном размножении (что, как уже отмечалось, приводит к утрате декоративных качеств, снижению продуктивности и продолжительности жизни растений) для поддержания высокого экономического эффекта от возделывания фрезии требуется быстрое обновление сортимента — через каждые 7-8 лет. Поскольку вся мировая селекция в течение более 60 лет была направлена на совершенствование тетраплоидных сортов, существующий банк изменчивости признаков фрезии по сравнению с первоначальным несколько сократился.
Ранее мы показали, что диплоидные формы фрезии при выращивании в условиях защищенного грунта (необогреваемые теплицы) в зоне влажно-субтропического климата Черноморского побережья Краснодарского края обладают довольно высокой выносливостью к различным стрессорам (перепадам температур, водному дефициту, поражению грибными болезнями), при вегетативном воспроизводстве отдельные особи имеют очень высокий коэффициент размножения (до 10-12 клубнелуковиц-деток против 3-6 у тетраплоидов), но по силе роста и размеру цветков растения значительно уступают тетраплоидным. Мы полагали, что при включении диплоидных форм в селекционно-генетические программы удастся значительно обогатить генетическое разнообразие этой культуры.
Нами установлено, что при разноплоидных скрещиваниях фрезии эффективность гибридизации низкая. Однако известно, что преодолеть геномную несовместимость можно с помощью методов культуры зародышей и семяпочек in vitro. Проведенные в 1990-е годы исследования на культуре фрезии и разработанные Wang Li, Zou Mingqian и Wang Xiaoguang (8)
41
приемы, давшие практические результаты, остаются коммерческой тайной зарубежных фирм. В России подобные теоретические и практические исследования на культуре фрезии никогда не проводились.
С целью управления селекционным процессом при создании современных сортов фрезии по заданным признакам были разработаны теоретические основы и методические приемы получения исходного материала на основе межсортовых, межвидовых и разноплоидных скрещиваний с использованием культуры зародышей и семяпочек in vitro. Для установления критических этапов репродуктивного процесса при межвидовых и разноплоидных скрещиваниях, определения сроков изоляции семяпочек материнского растения, оценки эффективности питательных сред при культивировании семяпочек, изолированных на разных стадиях эмбриогенеза, а также для практического получения гибридов разной плоидности провели гибридизацию форм фрезии в 102 комбинациях. Скрещивания выполняли с конца марта до середины апреля, поскольку для генеративной фазы развития фрезии наиболее благоприятна температура 20-22 °С. Постоянные низкие температуры в период опыления отрицательно влияют на фертильность пыльцы, но временные понижения ночной температуры позитивны для завязывания семян.
В качестве родительских форм использовали тетраплоидные сорта зарубежной и отечественной селекции махрового и немахрового типа с белой, желтой, красной и синей окраской лепестков цветка (Александер, Анюта, Атене, Блоэмфонштейн, Блу Неви, Вашингтон, Винтер Гоулд, Голубой Жемчуг, Карин, Маркант, Нежность, Роз Мари, Серпрайз, Солнечный Берег), а также диплоидные формы с белой, коричневой, смородиново-красной окраской цветка (разновидности F. refracta var. alba и F. armstrongii). Семяпочки от материнского растения изолировали и вводили в культуру in vitro через
15-16, 20-24, 29-31 и 40 сут после опыления. Сравнили четыре варианта питательных сред с разным содержанием фитогормонов, сахарозы, полным и половинным набором макро- и микроэлементов по прописи Мурасиге и Скуга (МС). Образцы выдерживали в темноте при 25 °С до начала каллусо- и органогенеза, затем переносили на свет при температуре 20-22 °С.
Установлено, что оптимальной для введения в культуру и выращивания семяпочек in vitro оказалась среда МС модифицированная — с уменьшенным количеством макроэлементов при обогащении регуляторами роста НУК (нафтилуксусная кислота), ИУК (индолилуксусная кислота) и 3-4 % сахарозы. Наиболее ранний срок изоляции семяпочек — 29-31-е сут после опыления (выход укорененных регенерантов по комбинациям составлял 27-36 %).
При введении эксплантов в культуру in vitro в течение 2-3 нед происходило резкое изменение окраски семяпочек от почти бесцветной до оттенков ярко-красной и коричневой. Уже через 3 нед культивирования на свету часть семяпочек обычно давала регенеранты, которые через 2,5 мес достигали высоты 12-20 см. Отметим, что перенесение регенерантов фре-зии из пробирок в условия in vivo требует большой тщательности. Лучшей приживаемостью характеризовались регенеранты, достигшие стадии не более 1,5-2,0 развитых листочков длиной до 7-10 см.
В течение полугода адаптации in vivo регенеранты из семяпочек развивают мощную мочковатую корневую систему, на 2-й год дают 3-4 цветочных побега с полноценными соцветиями из 7-9 цветков. В конце вегетации от каждого адаптированного растения получили от 3 до 8 клубнелуковичек в зависимости от комбинации скрещивания.
Так как определение уровня плоидности у фрезии прямым подсчетом хромосом затруднено, мы использовали коррелятивный метод оценки
42
по числу хлоропластов в замыкающих клетках устьиц листьев (2). Для исследований отбирали 2-й от центра растущий лист (хлоропласты хорошо окрашивались и легко подсчитывались). Для контроля использовали растения сортов фрезии с известным уровнем плоидности — Кляйнрот (дипло-ид), Фантазия (триплоид), Нежность (тетраплоид). Пределы варьирования показателя у диплоидов составляли 8-12, у триплоидов — 15-18, у тетра-плоидов — 22-25 хлоропластов в обеих замыкающих клетках устьиц. Этот косвенный метод позволил выявлять триплоидные растения в 1-й год адаптации регенерантов, что значительно ускорило селекционный процесс. Среди полученных в условиях in vitro регенерантов обнаружили два триплоида (A-1v-3 и A-4v-1) и шесть диплоидов (A-2v-3, A-2v-4, A-3v-1, A-4v-3, А-5v-1 и A-5v-2), остальные гибридные растения оказались тетраплоидами.
Таким образом, при скрещивании тетраплоидных растений с диплоидными триплоидные формы очень редки (даже при использовании культуры семяпочек in vitro). В то же время в результате свободного переопыления диплоидных разновидностей с тетраплоидными формами было получено очень много диплоидных сеянцев с самой разнообразной окраской цветка, в том числе полностью отличной от исходной — кремовой, розовой, желтой, темно-красной, пурпурной, лиловой.
Кроме того, в гибридном потомстве от таких скрещиваний выделили сеянцы, которые по высоте не отличались от тетраплоидных растений, но имели мелкие, как у диплоидов, цветки. Они дают очень крупную клубнелуковицу, как у тетра- и триплоидов, однако по форме гнезда клубнелуковиц и числу деток это типичные диплоиды. Следовательно, направленное переопыление диплоидов тетраплоидами при свободном цветении создает предпосылки для появления совершенно новых признаков у культурных форм фрезии.
Сеянцы желтой семенной расы тетраплоидов, взятые в качестве материнского компонента, при опылении смесью пыльцы тетраплоидных и диплоидных форм дали расщепление в потомстве по окраске, размеру и форме цветков. Общим для растений всей полученной гибридной популяции (№ 163) были четкая яркая окраска цветков, высокий цветочный стебель и достаточное число боковых побегов, что может свидетельствовать о гетерозисном эффекте. Кроме того, хорошее завязывание семян в этой комбинации скрещивания можно объяснить активизацией генетического потенциала фрезии, так как после многолетней селекции константная семенная тетраплоидная популяция (желтая раса), вероятно, была близка к гомозиготному состоянию.
Также следует отметить гибридную популяцию № 86, полученную от опыления сорта Карин смесью пыльцы диплоидных форм. Полученные сеянцы уже при первом зацветании продемонстрировали достаточную однородность по мощности развития растений, размеру цветков и соцветий, характеризовались небольшой цветовой гаммой окрасок (оттенки синефиолетового и розово-красного цвета) и очень крупными клубнелуковицами. Определение хромосомных чисел ряда образцов этой комбинации выявило их триплоидность.
В популяции было отобрано более 10 высокодекоративных форм, из которых шесть (К-86-2, К-86-3, К-86-4, К-86-5, К-86-18 и О-86-1) наиболее перспективны.
Среди сеянцев от 102 комбинаций межсортовых, межвидовых и разноплоидных скрещиваний мы отобрали 85 высокодекоративных гибридных форм. В течение 2004-2008 годов 13 из них в качестве новых отечественных сортов (Анюта, Валентина, Ирина, Карамель, Марс, Мечта, Нежность, Праздничная, Пурпурная, Чайка, Элизабет, Юнона и Юбилей-
43
ная) включены в Государственный реестр селекционных достижений РФ, в 2008 году в государственное сортоиспытание передано три новых сорта селекции ВНИИЦиСК — Валерия, Золушка, Лада.
С появлением моды и увеличением спроса на горшечные культуры (в том числе такие популярные, как фрезия) актуальным стало выведение сортов горшечного типа. Эти растения должны обладать комплексом дополнительных признаков по сравнению с выращиваемыми для срезки в защищенном грунте: компактностью растения, невысоким, прочным, плотным цветоносом с 3-4 боковыми побегами, не требующими подпорок, яркой и чистой окраской цветков. Для горшечной культуры можно использовать полученные нами сорт Урусвати, гибрид О-10-14 и диплоидные гибридные популяции №№ 120, 122 и 126. С целью создания новых сортов планируется более широкое вовлечение в скрещивания ди-плоидов, а также совершенствование технологии для круглогодичного получения цветущих растений.
Итак, культивары, созданные нами на основе межсортовых прямых и обратных скрещиваний интродуцированных и отечественных тетраплоид-ных исходных сортов, а также с использованием диплоидных форм Freesia armstrogii и F. refracta var. alba, достаточно устойчивы к патогенам и стрессорам в условиях юга Краснодарского края и могут успешно применяться при длительном возделывания как клубнелуковичная культура.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. R u p p r e c h t H. Die Freesia. Berlin. VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag, 1988: 133.
2. С о л о в ь е в а Л.В., С м е я н о в А.Б. О числе хромосом в роде Freesia Klatt. Генетика, 1991, 27(4): 753-757.
3. В а к у л а В.С. Продуктивность и сроки цветения фреезии в зависимости от температурных режимов предпосадочного хранения клубнелуковиц. В сб.: Промышленное цветоводство на юге СССР. Сочи, 1979, вып. 26: 22-33.
4. С т а р о д у б ц е в а Т.И., Г у т и е в О.Г. Вирусные болезни фреезии. В сб.: Промышленное выращивание цветочных культур. Сочи, 1983, вып. 30: 105-107.
5. Ш к о л ь н а я З.П., Б а д я ш и н а Р.В. Интродукция и сортоизучение фреезии в условиях субтропической зоны Черноморского побережья. В сб: Промышленное цветоводство на юге СССР. Луковичные культуры. Сочи, 1979, вып. 26: 16-22.
6. М о х н о В.С., С м е я н о в А.Б. Выращивание фреезии из семян. В сб.: Цветочные, субтропические и плодовые культуры на юге России. Сочи, 1994, вып. 38: 104-108.
7. П а р ш и к о в В.К. Биохимия окраски цветов гвоздики ремонтантной, тюльпана и фреезии гибридной. В сб.: Промышленное выращивание цветочных культур. Сочи, 1983, вып. 30: 112-120.
8. Li W., M i n g q i a n Z., X i a o g u a n g W. Tissue culture of embryo and regeneration of plant in Freesia refracta Klatt. Acta Hortic. Sinica, 1996, 23(3): 281-283.
ГНУ Всероссийский НИИ цветоводства и Поступила в редакцию
субтропических культур Россельхозакадемии, 24 февраля 2009 года
354002 г. Сочи, ул. Яна Фабрициуса, 2/28, e-mail: Oksana191962@rambler.ru
ON APPROACHES TO REALISATION OF FREESIA GENETIC POTENCE IN CREATION OF MORDEN BREEDS
V.S. Mokhno, E.V. Bratukhina S u m m a r y
Data are represented on history of introduction and selection of freesia and creation of freesia hybrids in All-Russian Scientific-Research Institute for Floriculture and Subtropical Cultures. The fund of hybrids was obtained by intervarietal, interspecial crossing, by crossing forms with different ploidy and using the embryoculture and seedbud culture in vitro. The biological characteristics of initial varieties and hybrid populations are represented and economic value of hybrids is estimated.
44
