CC BY
23
ISSN 2412-608Х. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (169), 2017
УДК 633.854.78:631.523
ДВУТЕСТЕРНЫЙ МЕТОД В ИЗУЧЕНИИ ГЕНЕТИКИ ПРИЗНАКА КОЛИЧЕСТВО СЕМЯНОК С КОРЗИНКИ У МЕЖЛИНЕЙНЫХ ГИБРИДОВ ПОДСОЛНЕЧНИКА
В.В. Волгин,
доктор сельскохозяйственных наук А.Д. Обыдало,
младший научный сотрудник
ФГБНУ ВНИИМК
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. им. Филатова, д. 17 Тел.: (861) 254-29-29 E-mail: [email protected]
Для цитирования: Волгин В.В., Обыдало А.Д. Двутестерный метод в изучении генетики признака количество семянок с корзинки у межлинейных гибридов подсолнечника // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. - 2017. - Вып. 1 (169). - С. 26-30.
Ключевые слова: подсолнечник, линии, гибриды, наследование, количество семянок, эпистаз, доминирование, аддитивное взаимодействие генов.
Изучали наследование признака количества семянок с корзинки у межлинейных гибридов подсолнечника на ЦМС-основе. Опыты проводили в 2012-2014 гг. на полях центральной экспериментальной базы ФГБНУ ВНИИМК, г. Краснодар. Объектами исследования служили десять фер-тильных линий подсолнечника, тестерами - две ЦМС-формы (линия и простой гибрид на ЦМС-основе), отличающиеся низким и высоким проявлением изучаемого признака соответственно. В 2012 г. были выращены семена 20 гибридов изучаемых линий с двумя тестерами, и в 2013 и 2014 гг. эти гибриды и их родительские компоненты выращивались в полевых условиях на 4-рядных делянках площадью 24,5 м2 в 3-кратной повторности. На основании результатов двуте-стерного анализа родительских форм и их гибридов сделан вывод об отсутствии эпистаза в генетическом контроле признака количества семянок с корзинки. Основную роль в наследовании этого признака у межлинейных гибридов подсолнечника играют аддитивное взаимодействие генов 26
и доминирование. Для улучшения изученного нами селекционного материала подсолнечника, целесообразно использовать методы периодического отбора на ОКС, конвергентное улучшение и кумулятивную селекцию.
UDC 633.854.78:631.523
A double-tester method in studying of genetics of a trait seeds amount per a head in sunflower interline hybrids.
Volgin V.V., doctor of agriculture Obydalo АЛ., junior researcher
FGBNU VNIIMK
17, Filatova str., Krasnodar, 350038, Russia Те1: (861) 254-29-29 E-mail: [email protected]
Key words: sunflower, lines, hybrids, inheritance, oil content of seeds, epistasis, dominance, additive gen interaction.
Inheritance of a trait seeds amount per a head at sunflower interline CMS-hybrids was studied. Tests were conducted on fields of All-Russia research institute of oil crops, Krasnodar, in 2012-2014. The objects of the research were ten fertile sunflower lines, as testers were used two CMS-forms (line and a simple CMS-hybrid) which are differed with a low and high display of the studied trait, respectively. Seeds of 20 hybrids of the studied lines and two testers were produced in 2012; in 2013 and 2014 these hybrids and their parental lines were cultivated in fields, in four-row plots with a square 24.5 sq. m, in three repetitions. The results of the double-tester analysis of parental forms and their hybrids allowed concluding the absence of epistasis in a genetic control of the trait seeds amount per a head. An additive gen interaction and dominance play the main role in this trait inheritance in the interline sunflower hybrids. To improve the studied sunflower breeder seeds it is reasonable to use the methods of recurrent selection for a common combining ability, convergent improvement and cumulative breeding
Введение. Основными признаками, на которые ведется селекция подсолнечника, являются урожайность и масличность семянок. Урожайность семянок определяется рядом факторов: количеством семянок с корзинки, массой 1000 семянок, густотой стояния растений на площади посева, на которые, в свою очередь, влияют поч-
венные и погодные условия выращивания.
Исследований, связанных с изучением наследования признака количество семянок с корзинки сравнительно немного [1].
Количество семянок с корзинки определяется числом трубчатых цветков, степенью автофертильности, аттрактив-ностью для опылителей и факторами окружающей среды во время цветения и опыления.
В опытах D. Skoric [2], R. Marincovic [3], A. El-Hosary et al. [4] и A. Taklewold et al. [5] количество семянок с корзинки оказывало положительное влияние на их урожайность. Однако в исследованиях A. Merrien et al. [6] такая закономерность не подтверждена.
В опытах N. Hladni et al. [7] эффект гетерозиса к средней величине родительских форм по числу семянок с корзинки находился в пределах 69,6-203,7 %, а к высокоурожайному родителю - 47,6183,3 %. N. Hladni [8] в своих исследованиях также выявила положительный гетерозис по изучаемому признаку во всех комбинациях гибридов F1 в течение двух лет.
M. Chaffart et al. [9] отметили, что число семянок с корзинки контролируется аддитивными и доминантными взаимодействиями генов. Противоположные результаты были получены A. Kovacik et al. [10], N. Rao et al. [11], R. Marinkovic [l2,3], A. Kumar et al. [13] и A. Goksoy et al. [14], которые установили, что неаддитивный компонент генетической вариан-сы вносит наибольший вклад в наследование признака числа семянок с корзинки. К аналогичному выводу пришла N. Hladni [8], которая это определила по соотношению эффектов ОКС/СКС в первом гибридном поколении.
Таким образом, полученные результаты имеют противоречивый характер, что, по-видимому, зависит от генотипа вовлеченных в гибридизацию родительских линий и в случае полигенного (аддитивного) наследования может также определяться условиями произрастания растений подсолнечника. Учитывая, что в последние годы во ВНИИМК созданы
новые линии подсолнечника, отличающиеся высокой комбинационной способностью по ряду хозяйственно-биологических признаков, целью наших исследований явилось изучение наследования количества семянок с корзинки у гибридов
с использованием таких линий.
Материалы и методы. Опыты проводили в 2012-2014 гг. на полях центральной экспериментальной базы ФГБНУ ВНИИМК, г. Краснодар.
В качестве тестеров использовались: стерильный аналог линии ВА 93 и стерильный простой гибрид на основе ЦМС Кубанский 93 в 2012 г. Опыление проводилось под изоляторами типа «рукав» пыльцой каждой из десяти отцовских линий: СЛ132310, СЛ133854, ВК654, СЛо516, СЛ132196, СЛ132272, СЛВ3870, СЛВ2286, СЛ132260 и СЛ132266. Все изученные нами отцовские линии обладают высокой или средней комбинационной способностью по признаку урожайности семянок. Среднее количество семянок у материнских линий ВА93 составляет 722 шт./корзинку, а у гибрида ЦМС Кубанский 93 -974 шт./корзинку.
В 2013 и 2014 гг. гибриды, полученные в 2012 г., и их родительские формы выращивались в полевых условиях на четырехрядных делянках площадью 24,5 м3 в трехкратной повторности, густота стояния растений составила 55-60 тыс. шт./га.
Количество семянок с корзинки определялось по общепринятой методике [15].
Достоверность различий между вариантами опыта (НСР05) вычисляли методом дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова [16].
Наследование признака количество семянок с корзинки определяли методом двутестерного анализа по методике, предложенной 1.Ь. Лик^й й а1. [17]. Этот метод в генетике количественных признаков позволяет сократить количество скрещиваний, равное и2, при диаллельном анализе до 2и.
Метод был проверен авторами на чистых линиях табака, которые предварительно испытывали классическим диал-лельным анализом. При сопоставлении результаты обоих методов оказались идентичными.
Сущность двутестерного метода сводится к следующему. Две тестерные линии L1 и L2 отбирают из совокупности анализируемых сортов. Тестеры желательно брать максимально контрастными по изучаемому признаку. Каждую линию (О скрещивают с двумя тестерами, при этом получают гибриды L1i и L2i. Анализ состоит из двух частей: 1) испытание на наличие эпистаза; 2) исследование на аддитивную и доминантную компоненты, если эпистаз отсутствует. Математическую обработку полученных цифровых данных проводили на основе компьютерной программы [18].
Результаты и обсуждение. В 2013 и 2014 гг. изучали проявление признака количество семянок с корзинки у 20-и межлинейных гибридов и их родительских компонентов: двух ЦМС форм (стерильная линия ВА 93 А со средним количеством семянок с корзинки 712 шт. и простой стерильный гибрид с более высоким показателем - 974 шт.) и 10-и фер-тильных линий. Результаты учетов количества семянок с корзинки в 2014 г. представлены в таблице 1.
Таблица 1
Количество семянок с корзинки у родительских линий и гибридов подсолнечника
г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.
Линия-опылитель Гибрид опылителя с тестером Среднее
ВА 93 Куб. 93 гибридов линии-опылителя
СЛ132310 980,7 1098 1039,33 501,00
СЛ133 8 5 4 921,7 1104 1012,83 492,00
ВК654 908,0 1147 1027,50 571,00
СЛ0516 945,7 1209 1077,33 654,00
СЛ 132196 1056,0 1208 1132,00 598,00
СЛ1322 72 943,7 1048 995,83 405,33
СЛ133 8 70 760,0 1037 898,50 470,00
СЛ132286 942,7 1165 1053,83 549,00
СЛ132260 982,7 1149 1065,83 578,00
СЛ132266 929,0 1151 1040,00 542,00
Данные дисперсионного анализа указывают на отсутствие эпистатического эффекта (табл. 2). Определение величин
^ 23173,486
эпистаза ¥ =-= 2,330, т.е. Fo5 факт
9943,797 ф .
(2,330) было значительно ниже F05 табл. (2,46). Следовательно, в данном опыте взаимодействие по типу эпистаза отсутствовало. 28
Таблица 2
Тест на эпистаз методом двутестерного анализа родительских линий подсолнечника по признаку количество семянок в корзинке
г. Краснодар ВНИИМК, 2013 г.
Сумма квадратов Степень свободы Средний квадрат Рфакт. Р05 табл.
Общее 390571,375 29 13467,978
Линии 208561,375 9 23173,486 2,330 2,460
Повторность 3021,667 2 1510,833
Ошибка 178988,344 18 9943,797
После проведения дисперсионного анализа сумм (Ьн + L2i) определили параметр доминирования Б = 25820,14 (табл. 3), при этом критерий F05 факт. (4,386) был выше F05 теор.(2,46), следовательно, присутствует аддитивное взаимодействие генов.
Таблица 3
Тест на аддитивность методом двуте-стерного анализа линий подсолнечника по признаку количество семянок в корзинке
г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.
Сумма квадратов Степень свободы Средний квадрат Рфакт. Р05 табл.
Общее 585303,313 29 20182,873
Линии 399111,281 9 44345,698 4,386 2,460
Повторность 4183,417 2 2091,708
Ошибка 182008,594 18 10111,589
Дисперсионный анализ разностей (Ьн -Ь^) позволил вычислить параметр доминирования Н1 = 3342,51 (табл. 4) и степень доминирования (4нГ/Ъ)*т = 0,360, т. е. в генетическом определении количество семянок с корзинки у гибридов подсолнечника весьма существенно.
Таблица 4
Тест на доминирование методом двуте-стерного анализа линий подсолнечника по признаку количество семянок в корзинке
В 2014 г. были получены аналогичные результаты. При этом эффект эпистаза
г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.
Сумма квадратов Степень свободы Средний квадрат Рфакт. Р05 табл.
Общее 340431,188 29 11739,006
Линии 95663,203 9 10629,245 0,803 2,460
Повторность 6556,198 2 3278,099
Ошибка 238211,813 18 13233,990
Примечание: параметр доминирования Н =
3342,51, степень доминирования ^Нг / О = 0,360
отсутствовал, т.к. Рфакт. = 1,342, что значительно ниже F05 табл. - 2,460. Дисперсионный анализ сумм (Li + L2i) позволил определить параметр доминирования D =16231,28, а также критерий Ефакт. = 3,872 при F05 табл. = 2,460, что свидетельствует о наличии аддитивного взаимодействия генов. После проведения дисперсионного анализа разностей (Lii - L2i) вычислили параметр доминирования H1 = 2958,47 и
степень доминирования у H/D = 0,424, т. е. в генетическом контроле признака количество семянок с корзинки влияние эффекта доминирования весьма существенно.
Учитывая результаты наших исследований, можно сделать заключение о целесообразности использования применительно к изученному селекционному материалу подсолнечника следующих методов селекции:
- периодический отбор на общую комбинационную способность (ОКС), предложенный Дж. Спрэгом [19], основанный на оценке селекционного материала по общей комбинационной способности. В теоретическом отношении он базируется на признании основной причины гетерозиса -гипотезы доминантных сцепленных факторов, обладающих аддитивным эффектом. Оценка на общую комбинационную способность при этой селекции предполагает использование в качестве тестеров относительно устойчивых гетерогенных популяций или многочисленных линий.
- конвергентное улучшение, предложенное F.D. Richey [20] для улучшения линий кукурузы, основанное на признании в качестве причины гетерозиса благоприятного действия доминантных сцепленных факторов. При этом методе путем беккроссов простого гибрида Ах Б на каждую из родительских линий получают новые самоопыленные линии А' и Б', каждая из которых несет ряд доминантных генов другой родительской линии. Таким образом достигается накопление благоприятных доминантных генов в каждой из родительских линий, вследствие чего должно воз-
расти проявление того или иного признака гибридов при одновременном снижении их гетерозиготности.
- метод кумулятивной селекции, предложенный F.D. Richey [21], как и периодический на ОКС и конвергентное улучшение, основан на признании гипотезы доминирования. При этом методе целью ставится накопление (кумуляция) благоприятных генов в линии путем скрещивания лучших по ОКС линий и отбора лучших комбинаций. Сначала производится скрещивание селектируемых линий с тестером или несколькими тестерами, если это линии, и на основе испытания на ОКС отбираются лучшие из них. В дальнейшем ставится цель, посредством скрещивания лучших по комбинационной способности линий и самоопыления полученных гибридов вывести относительно мощные линии, дающие высокопродуктивные гибриды.
Выводы. В наследовании признака количество семянок с корзинки у межлинейных гибридов подсолнечника на ЦМС-основе наличия эпистаза не обнаружено. В генетическом контроле этого признака основную роль играет аддитивное взаимодействие генов и доминирование. Для повышения уровня признака количество семянок с корзинки у изученных нами линий подсолнечника целесообразно использовать периодический отбор на ОКС, конвергентное улучшение и кумулятивную селекцию.
Список литературы
1. Skoric D., Gerald J. Seiler, Zhao Liu, Chao-Chien Jan, Jerry F. Miller, Laurence D. Charlet. Sunflower genetics and breeding. - Serbian Academy of Science and Arts, Branch in Novi Sad, 2012. - 520 p.
2. Skoric D. Correlation among the most important characters of sunflower in F1 generation // Proc. 6th Int. Sunfl. Conf. Bucharest, 22-24 July, 1974. - P. 271-283.
3. Marinkovic R. The mode of inheritance of seed yields and some yield components by crossbreeding different inbred lines of sunflower: PhD thesis. - University of Novi Sad. Faculty of Agriculture. Novi Sad, 1984. - P.17-19.
4. El-Hosory A., El-Ahmar B., El-Kasaby A.E. Association studies in sunflower // Helia. - 1999. - 22. - P. 561-567.
5. Taklewold A., Jayaramaiah H., Jagadeesh B.N. Correlations and path analysis physiomorphological characters of sunflower (Helianthus annuus L.) as related to breeding method // Helia. - 2000. - 23 (32) - P. 105114.
6. Merrien A., Blanchet R., Gelfi N., Rellier J.P. and Rollier M. Pathways of yield elaboration in sunflower under various water stresses // Proc. of 10th Intern. Sunfl. Conf. Surfers Paradise, Australia, March 14-18, 1982. - Vol. 1. -P. 11-14.
7. Hladni N., Skoric D., Kraljevic-Balalic M. Components of phenotypic variability for seed yield per plant of sunflower // Conference Proceeding from 43th Counseling on production, Budva. - 2002. - 43. - P. 31-36.
8. Hladni N. Combining abilities and mode of inheritance of yield and yield components in sunflower (Helian-thus annuus L.): PhD thesis. - University of Novi Sad. Faculty of Agriculture. Novi Sad, 2007. - P. 1-104.
9. 9. Ghafart M., Farrokhi E. Principal component analysis as reflector of combining abilities // Proc. of 17th Intern. Sunfl. Conf., Cordoba, Spain, June 8-12, 2008. - Vol. 2. - P. 499-504
10. Kovacik A., Skaloud V. Sunflower genetics and its application in sunflower selection // Genetica a slechteni. - 1971. - 7. - P. 59-66.
11. Rao N.M., Singh B. Inheritance of some quantitative characters in sunflower (Helianthus annuus L.) // Pak. J. Res. - 1977. - 2. - P. 144-146.
12. Marincovic R. Inheritance of leaf area in the F1 generation and components of genetic variability // Archives of agricultural sciences. - 1980. - 41 (143). - P. 385-392.
13. Kumar A.A., Ganesh M., Janila P. Combining ability analysis for yield contributing characters in sunflower (Helianthus annuus L.) // Ann. Agric. Res. -1998. - 19. - P. 437-440.
14. Goksoy A.T., Turkec A., Turan Z.M. Heterosis and combining ability in sunflower (Helianthus annuus L.) // Indian J. Agric. Sci. - 2000. - 70 (8). - 525 p.
15. Лукомец ВМ., Тишков Н.М., Баранов В.Ф., Пи-вень В.Т., Уго Торро Корреа, Шуляк И.И. Методика проведения полевых агротехнических опытов с масличными культурами. - Краснодар, 2010. - 327 с.
16. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. -М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
17. Jinks J.L., Perkins J.M., Breese E.L. A general method of detecting additive, dominance and epistatic variation for metrical traits. II Application to inbred lines // Heredity. - 1969. - Vol. 24. - P. 45-57.
18. Сорокин О.Д. Пакет программ BIOGEN. -[Электронный ресурс]. - URL: odssoft.narod.ru.
19. Спрэг Дж. Ранние испытания и периодический отбор // Гибридная кукуруза. - М.: Иностранная литература, 1955. - C. 262-283.
20. Richey F.D. The convergent improvement of selected lines of corn // Amer. Nature. - 1927. - 61. - P. 430-449.
21. Richey F.D. Isolating better foundation inbred for use in corn hybrids // Genetics. - 1945. - 30. - P. 455471.
References
1. Skoric D., Gerald Seiler, Zhao Liu, Chao-Chien Jan, Jerry F. Miller, Laurence D. Charlet. Sunflower genetics and breeding. - Serbian Academy of Science and Arts, Branch in Novi Sad, 2012. - 520 p.
2. Skoric D. Correlation among the most important characters of sunflower in F1 generation // Proc. of 6th Intern. Sunfl. Conf., Bucharest, 22-24 July, 1974. - P. 271-283.
3. Marinkovic R. The mode of inheritance of seed yields and some yield components by crossbreeding
different inbred lines of sunflower: PhD thesis. - University of Novi Sad. Faculty of Agriculture. Novi Sad, 1984. - P.17-19.
4. El-Hosory A., El-Ahmar B., El-Kasaby A.E. Association studies in sunflower // Helia. - 1999. - 22. - P. 561-567.
5. Taklewold A., Jayaramaiah H., Jagadeesh B.N. Correlations and path analysis physiomorphological characters of sunflower (Helianthus annuus L.) as related to breeding method // Helia. - 2000. - 23 (32) - P. 105114.
6. Merrien A., Blanchet R., Gelfi N., Rellier J.P. and Rollier M. Pathways of yield elaboration in sunflower under various water stresses // Proc. of 10th Intern. Sunfl. Conf., Surfers Paradise, Australia, March 14-18, 1982. - Vol. 1. - P. 11-14.
7. Hladni N., Skoric D., Kraljevic-Balalic M. Components of phenotypic variability for seed yield per plant of sunflower // Conference Proceeding from 43th Counseling on production, Budva. - 2002. - 43. - P. 31-36.
8. Hladni N. Combining abilities and mode of inheritance of yield and yield components in sunflower (Heli-anthus annuus L.): PhD thesis. - University of Novi Sad. Faculty of Agriculture. Novi Sad, 2007. - P. 1-104.
9. Ghaffart M., Farrokhi E. Principal component analysis as reflector of combining abilities // Proc. of 17 th Intern. Sunfl. Conf., Cordoba, Spain, June 8-12, 2008. - Vol. 2. - P. 499-504.
10. Kovacik A., Skaloud V. Sunflower genetics and its application in sunflower selection // Genetica a slechteni. - 1971. - 7. - P. 59-66.
11. Rao N.M., Singh B. Inheritance of some quantitative characters in sunflower (Helianthus annuus L.) // Pak. J. Res. - 1977. - 2. - P. 144-146.
12. Marincovic R. Inheritance of leaf area in the F1 generation and components of genetic variability // Archives of agricultural sciences. - 1980. - 41 (143). - P. 385-392.
13. Kumar A.A., Ganesh M., Janila P. Combining ability analysis for yield contributing characters in sunflower (Helianthus annuus L.) // Ann. Agric. Res. -1998. - 19. - P. 437-440.
14. Goksoy A.T., Turkec A., Turan Z.M. Heterosis and combining ability in sunflower (Helianthus annuus L.) // Indian J. Agric. Sci. - 2000. - 70 (8). - 525 p.
15. Lukomets V.M., Tishkov N.M., Baranov V.F., Piven' V.T., Ugo Torro Korrea, Shulyak I.I. Metodika provedeniya polevykh agrotekhnicheskikh opytov s maslichnymi kul'turami. - Krasnodar, 2010. - 327 s.
16. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta. - M.: Agropromizdat, 1985. - 351 s.
17. Jinks J.L., Perkins J.M., Breese E.L. A general method of detecting additive, dominance and epistatic variation for metrical traits. II Application to inbred lines // Heredity. - 1969. - Vol. 24. - P. 45-57.
18. Sorokin O.D. Paket programm BIOGEN. - [El-ektronnyy resurs]. - URL: odssoft.narod.ru.
19. Spreg Dzh. Rannie ispytaniya i periodicheskiy otbor // Gibridnaya kukuruza. - M.: Inostrannaya literatura, 1955. - C. 262-283.
20. Richey F.D. The convergent improvement of selected lines of corn // Amer. Nature. - 1927. - 61. - P. 430-449.
21. Richey F.D. Isolating better foundation inbred for use in corn hybrids // Genetics. - 1945. - 30. - P. 455-471.
