CC BY
36
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур 2005, вып. 2 (133)
Е. В. Мошненко,
научный сотрудник ВНИИ масличных культур
ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМ СОИ С ПОНИЖЕННОЙ ФЕРТИЛЬНОСТЬЮ
УДК 633.853.52:575.113
Ежегодно, практически во всех соесеющих странах в промышленных посевах сои обнаруживается некоторое количество растений с признаками частичной или полной стерильности.
Посевы сои с массовым развитием растений, имеющих признаки пониженной фертильности, не обеспечивают достаточного урожая, затрудняют уборку, снижают выход кондиционных семян, в целом снижая рентабельность культуры, и, как следствие, её привлекательность для коллективных хозяйств и фермеров.
На таких растениях отмечается высокая осыпаемость цветков. Как правило, они отличаются почти полным отсутствием плодов со сформировавшимися семенами, иногда обилием мелких, бессемянных, утолщенных бобов. Аномальные плоды созревают намного позже, чем нормально развитые, или не созревают совсем. Слабофертильные растения также долго или совсем не созревают, формируют незначительное количество семян. Семена часто мелкие, иногда типичного для сорта размера. Окраска оболочки семян варьирует от зеленой, или в различной степени пигментированной, до типичной для сорта. В ряде случаев поверхность оболочки покрыта сетью микро- и макроразрывов (Зеленцов, Ахмади, 2001).
Не смотря на глобальность данного явления, до настоящего времени отсутствует единство мнений в понимании проблемы пониженной фертильности сои.
Ряд исследователей причиной снижения фертильности считают негативную реакцию растений на температурный стресс на стадии гаметогенеза (Summerfield et al, 1986). Другие исследователи (Зеленцов, 1992, 1995) обосновывают полустерильность растений сои реакцией на неблагоприятные условия среды, характеризующейся повышенным осыпанием генеративных органов на стадиях их развития от бутонизации до бобообразования.
Известны работы (Струнников, 1983; Струнникова, Струнников, 2003) свидетельствующие об использовании полустерильных форм растений, у которых полулеталь-ная мутация нейтрализована компенсирующим комплексом генов (ККГ), в селекции высокопродуктивных сортов и гибридов.
В некоторых случаях полустерильность сои квалифицировалась как симптом т.н. «неизвестной болезни» даже на фоне полного отсутствия патогена в тканях растений (Manandhar, 1989). Другие исследователи в тканях некоторых полустерильных растений сои обнаруживали неспецифичные для сои вирусы и микоплазмы табака, хлопчатника, что дало основание им предположить как вирусную, так и микоплазменную природу этого явления (Halliwell, 1981; Costa, Hooker, 1986; Demski, Kuhn, 1989).
В условиях Краснодарского края в промышленных посевах сои также ежегодно образуются растения с пониженной фертильностью (Мошненко, 2002; Зеленцов, Мошненко, 2002). Такие растения долго не созревают, что позволяет легко выделять их среди нормально созревших фертильных растений. Эта особенность и была нами положена в основу методики выделения и подсчета стерильных и полустерильных растений на семеноводческих посевах сои во ВНИИМК.
Материалы и методы. Учеты и исследования проводили на районированных и перспективных сортах сои селекции ВНИИМК в 2000-2005 гг. Отборы стерильных и полу-стерильных растений на каждом сорте проводили с площади 1 га в фазе полного созревания основной массы. Полустерильные растения с отдельными, нормально сформировавшимися бобами индивидуально обмолачивали вручную.
Подсчёт хромосом и оценку стабильности митоза проводили в апикальных частях корешков 25 проростков каждого сорта на световом бинокулярном микроскопе при увеличении х500-1000. Для приготовления и окрашивания временных давленых препаратов использовали стандартную методику (Паушева, 1988), адаптированную для сои.
Результаты и обсуждение. В период 2001-2003 гг. нами было выявлено и классифицировано 5 форм пониженной фертильности сои: субвитальный, широколистный, модификационный, хлорозный и карликовый. Было установлено, что наследование суб-витального типа полустерильности в потомстве растений сои с пониженной фертильностью составило 0,4-6,3 %. Признак пониженной фертильности широколистного типа наследовался в 23-38 % случаев. Потомство семян с растений с модификационным типом пониженной фертильности оказались полностью фертильными. Потомство семян хлорозного типа пониженной фертильности составил 0,04 %, а в потомстве карликовых растений - от 0,01 до 0,13 %. Результаты наших исследований подтверждают, что в целом, все обнаруженные формы пониженной фертильности, за исключением модификационно-го типа, оказались генетически детерминированными. Максимальным воспроизводством в потомстве отличался широколистный (полиплоидный) тип пониженной фертильности.
Цитогенетический анализ семян, собранных с растений широколистной формы позволил установить у них неодинаковое количество хромосом. Часть семян имела удвоенную (2п=80) плоидность. Другие были миксоплоидными 2п=40/80, в отдельных проростках обнаружены гетероплоидные наборы хромосом.
Наши исследования показали, что частота встречаемости форм сои с пониженной фертильностью широколистного полиплоидного типа варьировала по сортам и годам исследований, но не превышала 0,1 % от общего количества растений сои в агрофитоценозе, что позволило предположить их ежегодное спонтанное образование.
С целью подтверждения установленного факта ежегодного образования растений с пониженной фертильностью на сое, был проведён специальный эксперимент. В период 2003-2004 гг. было проведено тщательное предуборочное удаление всех слабофертильных растений широколистной полиплоидной формы в семеноводческих посевах ряда сортов. Этот приём гарантировал отсутствие передачи пониженной фертильности по потомству. Однако в следующем поколении растения с пониженной фертильностью широколистной полиплоидной формы были обнаружены практически на всех анализируемых сортах (табл. 1).
Таблица 1 - Частота встречаемости в семеноводческих посевах сои вновь образовавшихся слабофертильных растений широколистной полиплоидной формы
____________________________________________________________ВНИИМК, 2004-2005 гг.
Вегетационный Частота встречаемости слабофертильных
Сорт период, растений на 1 га, %
дни 2004 г. 2005 г.
Лира 101 0,024 0,036
Ника 105 0,028 0,036
Дельта 111 0,022 0,024
Лань 118 0,038 0,010
Вилана 119 0,015 0,017
Рента 123 0,023 0,024
Среднее 0,025 0,024
Как следует из данных табл. 1, частота встречаемости вновь образовавшихся растений с пониженной фертильностью широколистной полиплоидной формы в семеноводческих посевах сои в 2004 г. варьировала по сортам от 0,015 % у сорта Вилана до 0,038 % у сорта Лань. Среднее количество слабофертильных растений в условиях 2004 г. составило 0,025 %. В 2005 г. встречаемость составила 0,010 % у сорта Лань и 0,036 % у сортов Ника и Лира. Среднее количество слабофертильных растений в этом году составило 0,024 %.
При исследовании потомства слабофертильных растений сои широколистного типа на 5 сортах были обнаружены растения, отличающиеся от исходной формы по ряду морфологических признаков (табл. 2).
Таблица 2 - Проявление признаков пониженной фертильности при пересеве
ВНИИМК, 2005 г.
Сорт Частота вновь проявившихся признаков пониженной фертильности, %
широколистная форма субвитальная форма карликовая форма
Рента 0,98 1,96 7,84
Дельта 0,00 26,73 0,00
Лань 0,00 5,95 0,00
Ника 4,76 0,00 4,76
Лира 0,00 5,00 0,00
Как следует из данных, представленных в табл. 2, частота вновь проявившихся признаков пониженной фертильности у широколистной полиплоидной формы не превышала 4,76 %. У сортов Дельта, Лань, Лира широколистные формы отсутствовали. Частота встречаемости субвитальной формы полустерильности варьировала от 1,96 % у сорта Рента до 26,73 % у сорта Дельта. У сорта Ника проявления субвитальной формы не отмечено. Карликовая форма была обнаружена только у сортов Рента (7,84 %) и Ника (4,76 %).
Особый интерес представляет субвитальный тип растений сои с пониженной фертильностью. Обычно такие растения обнаруживаются в посевах сортов Фора, Веста, ранее уже идентифицированных, как генотипы - носители субвитальной мутации и активного комплекса компенсирующих генов.
Было установлено, что доля субвитальных растений возрастает в неблагоприятные для сои годы, что позволило выдвинуть гипотезу о том, что ККГ более эффективно нейтрализует полулетальную мутацию в благоприятных условиях роста и развития растений. Следовательно, ухудшение условий внешней среды может привести к снижению эффективности ККГ и, как следствие, частичной пенетрантности скрытой мутации.
С целью проверки данной гипотезы, а также для выявления новых источников ККГ и создания новых сортов исследовали около 700 коллекционных сортообразцов в условиях эдафического стресса - на низинном участке поля с уплотненной нарушенной структурой почвы, обеспечивающем стрессовые условия, как в засушливые, так и во влажные годы. Параллельно резервы семян всех изучаемых сортообразцов высевались в оптимальных почвенных условиях. В качестве контроля использовали сорта сои, раннее идентифицированные как носители субвитальных форм полулетального и хлорозного типа - Фора и Т-245 соответственно.
Визуальная оценка образцов расположенных на участке с уплотнённой почвой позволила выделить 20 сортообразцов с выраженными субвитальными формами (табл. 3). Как следует из данных, представленных в табл. 3, частота проявления растений с пониженной фертильностью в оптимальных условиях у контрольных сортов составила: у сорта Фора - 0,96 %, у сорта Т-245 - 0,02 %. При этом в условиях эдафического стресса проявление признака пониженной фертильности у сорта Фора увеличилось до 28,57 %, а у сорта Т-245 - до 5,88 %.
Частота проявлений пониженной фертильности у выделенных сортов в условиях эдафического стресса варьировала от 4,16 % у сорта L-63 до 22,72 % у сорта OS-87-4. Аналогичная реакция на условия эдафического стресса была обнаружена и у коллекционного образца, принадлежащего к другому виду сои - Glycine gracilis Skvortz., достигшего максимального в опыте значения - 22,20 %. Причём растения с пониженной фертильностью в оптимальных почвенных условиях у выделенных сортов отсутствовали.
Таблица 3 - Частота проявления субвитальных растений в условиях эдафического стресса
ВНИИМК, 2005 г.
Частота проявления признака скрытой
Сорт субвитальности, %
оптимальные условия эдафический стресс
Т-245(контроль) 0,02 5,88
Фора (контроль) 0,96 28,57
OS-87-4 0,00 22,72
Л-87-2418 0,00 22,22
к-5683 (G. gracilis) 0,00 22,20
Stine 2252 0,00 20,85
Приморская 93 0,00 20,00
Холодостойкая линия 4 0,00 20,00
Stine 1570 0,00 20,00
Е-шен-доу 0,00 19,50
Д-2861 0,00 18,18
Т-208 0,00 17,64
К- 002 0,00 16,60
8520 0,00 14,28
Stine 1386 0,00 12,50
Л-828 0,00 9,09
Волна 0,00 7,89
Приморская 56 0,00 7,14
Куйбышевская 77 0,00 6,45
Дива 0,00 5,26
L-63 0,00 4,16
Дунайка х Higo musume 0,00 2,50
Полученные данные подтверждают нашу гипотезу о возможности использования участков полей с уплотнённой, нарушенной структурой почвы, как эдафических стрессоров для выделения форм сои с наличием в их геноме комплекса компенсирующих генов, нейтрализующих субвитальную мутацию. У всех выделенных сортов будет исследована стабильность митоза на стадии анафазы. Сорта сои с повышенной аномальностью митоза и имеющие пониженную фертильность будут включены в скрещивания для создания новых сортов сои в рамках концепции ККГ.
Литература
1. Зеленцов С. В. Биологический метод преодоления водонепроницаемости семенной оболочки // Науч.-техн. бюл. ВИР. - 1992. - Вып. 223. - С. 40-44.
2. Зеленцов С. В. Формирование посевных качеств семян сои в зависимости от биологических особенностей растений и условий внешней среды // Автореф. на соиск. уч. ст. канд. с.-х. наук. - Краснодар, 1995 . - 24 с.
3. Зеленцов С. В., Ахмади М. Р. Исследование причин образования аномально развитых бобов сои на севере Ирана // Электронный журнал «Исследовано в России», 55, 602-608, 2002. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/055pdf
4. Зеленцов С. В., Мошненко Е. В. Явление естественной полиплоидизации у культурной сои G. мax (L.) Merrill // Научн.-техн. бюл. ВНИИ масл. кул. - Краснодар, 2002. - Вып. 127. - С. 3-6.
5. Мошненко Е. В. Частота встречаемости естественных полиплоидов у культурной сои в условиях Краснодарского края // Mатериалы 4 регион. Науч.-практ. конф. молодых уч. «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», 28-29 ноября. -Краснодар, 2002 . - С. 46-47.
6. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений. - M.: Агропромиздат, 1988. - С. 53-117.
7. Струнников В. А. Новая гипотеза гетерозиса: ее научное и практическое значение // Вестн. с.-х. науки. - 1983. - № 1(316). - С. 34-40.
8. Струнников В. А., Струнникова Л. В. Гетерозис можно закрепить в потомстве. // Природа. - 2003. - № 1. - С. 3-7.
9. Costa A. S., Hooker W. J. Tomato spotted wilt virus // Compendium of soybean diseases / ed. by Backman P. A. - APS Press. - uSa. - 1989. - P. 87-89.
10. Demski J. W., Demski J. W., Kuhn C. W. Tobacco ringspot viru // Compendium of soybean diseases / ed. by Backman P. A. - APS Press. - USA. - 1989. - P - 57-59.
11. Halliwell R. S. Terminal stunt // Compendium of soybean diseases /ed. by Backman P.A. - APS Press. - USA. - 1989. - P - 59.
12. Manandhar J. B. Diseases of unknown or uncertain causes // Compendium of soybean diseases /ed. by Backman P. A. - APS Press. - USA. - 1989. - P. 84.
13. SummerfieldR. J., Shanmungasundaram, E. T. Roberts, Hardley P. Soybean adaptation to photo-thermal environment and implications for screening germplasm // Soybean in tropical and subtropical cropping systems. - AVRDC, Taiwan-China. - 1986. - P. 333-352.
