CC BY
30
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2011, № 5
Сомаклональная изменчивость в селекции
УДК 633.18:631.527:581.143.6
ОЦЕНКА И ОТБОР ЛИНИЙ С УЛУЧШЕННЫМИ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫМИ ПРИЗНАКАМИ В ПОПУЛЯЦИЯХ СОМАКЛОНОВ РИСА
В.А. КОВАЛЕВСКАЯ1, В.Н. ЗМЕЕВА2, С.С. ЛЫСАКОВСКАЯ1, Ю.Н. ЖУРАВЛЕВ2, Л.Д. СЕЛЕЦКАЯ2, А.В. ШУБИНА2, Т.И. МУЗАРОК2
В культуре ткани сортов риса дальневосточной селекции получали сомаклональные варианты, оценивали изменчивость признаков у регенерантов и отбирали селекционно-ценные образцы в популяциях сомаклонов. Выделены высокопродуктивные и карликовые линии, которые будут использованы как исходный материал в дальнейшем селекционном процессе.
Ключевые слова: селекция, рис, культура ткани in vitro, линия, сорт, сомаклональные варианты, сомаклональная изменчивость, продуктивность, короткостебельность.
Keywords: plant breeding, rice, in vitro tissue culture, line, cultivar, somaclonal variants, somaclonal variation, productivity, shot stem.
Дальневосточный регион — северная граница рисосеяния не только в нашей стране, но и в мире (1). Рисовые системы занимают здесь около 60 тыс. га. Регион характеризуется относительно благоприятными поч-венно-климатическими условиями и достаточной обеспеченностью водными ресурсами. Сумма эффективных температур за период вегетации в регионе составляет 2100-2500 °С, вероятность теплообеспеченности по годам достигает 80-100 %. Более чем полувековая практика рисосеяния в Приморском крае подтверждает, что эта культура может давать достаточно высокие и стабильные урожаи (до 60-70 ц/га). Однако продолжительность теплового периода и недостаток инсоляции ограничивают время вегетации растений риса и соответсвуют биологическим требованиям только скороспелых сортов с продолжительностью вегетации не более 112 сут (2, 3). Муссонный климат благоприятствует распространению в отдельные годы наиболее вредоносной болезни риса — пирикуляриоза (4).
Важнейшее направление селекции риса в Дальневосточной зоне — создание скороспелых сортов, адаптированных к местным условиям возделывания, сочетающих холодоустойчивость, стабильную продуктивность и высокие технологические качества зерна, устойчивость к полеганию и пирикуляриозу. Основные применяемые методы — межвидовая и внутривидовая гибридизация отдаленных эколого-географических форм с последующим отбором селекционно ценных генотипов (5). В последние годы для создания исходного материала используются биотехнологические подходы, в том числе получение сомаклональных вариантов (6-10).
Фенотипическое разнообразие растений, регенерировавших из соматических клеток в культуре in vitro, получило название сомаклональной изменчивости (11). Сомаклональные варианты, как правило, отличаются от растений исходного сорта по нескольким, в том числе агрономически ценным, признакам (например, по сроку выметывания, длине стебля, числу продуктивных побегов, числу колосков на главной метелке, массе зерна с растения, осыпаемости колосков) (12-14). При этом отклонения по отдельным показателям у растений-регенерантов могут происходить в направлении как улучшения, так и ухудшения. Большая часть измененных признаков воспроизводится в потомстве, что свидетельствует о возможности использовать со-маклональную изменчивость в селекции (12-14). Показано также, что эффективность селекционных программ многократно возрастает при совместном использовании классических и биотехнологических методов.
Цель настоящего исследования заключалась в получении сомакло-
нальных вариантов в культуре ткани сортов риса дальневосточной селекции, оценка изменчивости признаков у регенерантов и отбор селекционно ценныгх образцов в популяциях сомаклонов.
Методика. Исходным материалом были сорта риса селекции Приморского НИИ сельского хозяйства, находящиеся в конкурсном сортоиспытании: Приморский 1222, Приморский 1461, Приморский 390, Приморский 1531 и Приморский 1193. Для получения каллуса зрелые зерновки риса очищали от цветковых чешуй, стерилизовали 0,2 % раствором диоцида, 3-5 раз промывали дистиллированной водой и оставляли для набухания в последней порции воды на 18 ч. Затем зерновки помещали в пробирки на поверхность агаризованной среды Мурасиге и Скуга (МС) (15) с 4,0 мг/л 2,4-дихлорфе-ноксиуксусной кислоты (2,4-Д). Образование каллуса происходило на тканях стерильного проростка. Полученную ткань пассировали 3 раза на среде идентичного состава, но с меньшим содержанием 2,4-Д (3,0 мг/л), после чего переносили на среды для регенерации, основой для которых служила среда МС. Один вариант среды не содержал фитогормонов (безгормональная среда), в три других в качестве индуктора морфогенеза добавляли 6-бензилами-нопурин (6-БАП) в количестве 2,0; 3,0 или 4,0 мг/л. Регенерировавшие из каллусной ткани растения-сомаклоны Р0 пересаживали в почву (вначале в стаканчики, затем — в большие сосуды) и выращивали в теплице до генеративной фазы. Урожай с каждого растения-регенеранта собирали отдельно. Потомство одного сомаклона Р0 давало начало линии. Первое семенное поколение, полученное из семян регенерантов Р0, выращивали в условиях вегетационной площадки в лизиметрах. Селекционную оценку выполняли в соответствии с методическими указаниями (16, 17). Определяли биометрические показатели: высоту растений, продуктивное кущение, длину главной метелки, число фертильных и стерильных колосков на главной метелке, массу зерна с главной метелки и с одного растения. Каждая линия сомакло-нов была представлена 30-70, исходный сорт (контроль) — 30 растениями.
Данные обрабатывали статистически методом дисперсионного анализа и с использованием критерия Фишера при уровне значимости 0,05 (18).
Результаты. Фенотипическое сходство и различие сомаклональных линий и растений исходных сортов оценивали, сравнивая средние величины по каждому из изучаемых хозяйственно ценных признаков. При сопоставлении этих показателей у исходного сорта Приморский 1222 и его сомаклональ-ных линий не было обнаружено достоверных различий по всем изученным признакам, за исключением числа стерильных колосков (в метелках у сома-клонов их оказалось значительно больше) (табл. 1). Линии генотипа Приморский 1461 достоверно уступали сорту по высоте растений (на 30 %), длине метелки, числу колосков и фертильных колосков, массе зерна. Различия по остальным признакам были недостоверны. Значения межлинейных средних большинства изучаемых признаков у сомаклональных линий генотипов Приморский 390, Приморский 1531 и Приморский 1193 также оказались ниже, чем у родительских сортов, однако достоверные различия наблюдались только у генотипа Приморский 390 по массе зерна с главной метелки, у генотипа Приморский 1531 — по числу колосков и фертильных колосков на главной метелке, а также массе зерна, у генотипа Приморский 1193 — по длине метелки.
Вмести с тем средние величины межлинейных коэффициентов вариации по изученным признакам, кроме стерильности, у сомаклональных вариантов четырех генотипов Приморский 1461, Приморский 1531, Приморский 1193 и Приморский 390 превышали (в некоторых случаях значительно) соответствующие показатели у исходных сортов. Только у линии генотипа Приморский 1222 этот показатель либо достоверно не отличался от такового у исходного сорта, либо был ниже.
1. Значения средних показателей и коэффициентов вариации (Су) по основным хозяйственно ценным признакам у исходных сортов риса и полученных из них сомаклональных линий в условиях вегетационной площадки (в лизиметрах)
Исходный сорт и выделенные из него сомакло-нальные линии Высота растений, см Главная метелка Кущение Масса зерна с растения, г
длина метелки, см число колосков, шт. число стерильных колосков, шт. число фертильных колосков, шт. масса зерна, г
X±tS | СУ, % X±tS | СУ, % X±tS 1 СУ, % X±tS | СУ, % X±tS | СУ, % X±tS СУ, % X±tS СУ, % X±tS СУ, %
Приморский 1222 77,9±7,0 9,0 14,5±2,1 14,6 78,1±14,0 18,0 5,9±3,3 56,2 73,3±15,0 20,4 2,3±0,5 23,5 1,5±0,5 35,1 3,0±0,9 29,7
9 линий 77,9±4,8 6,1 14,3±0,6 4,2 83,3±9,2 11,0 15,4±3,0 19,5 68,1±8,4 12,3 2,2±0,3 16,8 1,6±0,6 38,0 2,9±1,0 34,3
Приморский 1461 91,1±3,1 3,4 16,9±1,6 9,5 101,1±11,5 11,3 5,9±2,6 44,3 95,3±11,3 11,9 2,9±0,4 12,6 1,4±0,5 35,9 3,8±1,2 32,0
10 линий 63,6±8,5 13,4 11,6±1,5 12,7 56,2±14,0 24,9 9,3±3,3 35,7 46,9± 11,1 23,7 1,3±0,4 27,8 3,3±1,2 38,1 3,2± 1, 1 36,1
Приморский 390 55,5±3,7 6,6 11,1±0,7 6,3 54,5±8,0 14,6 6,5±3,5 53,5 47,7±6,5 13,7 1,4±0,2 12,1 1,0±0,0 0 1,4±0,2 12,1
8 линий 50,0±5,8 11,4 9,9±0,7 7,3 47,5±8,4 17,8 10,0±3,5 34,9 37,5±7,0 18,5 1,1±0,2 20,6 1,4±0,3 18,7 1,3±0,3 23,4
Приморский 1531 86,4±3,1 3,6 16,1±0,9 5,5 118,0± 12,5 10,5 12,8±6,2 48,6 105,9±10,2 9,7 2,6±0,4 15,3 1,2±0,4 35,1 2,8±0,4 15,8
7 линий 79,0±6,3 7,9 14,5±1,5 10,0 69,5±12,5 18,0 11,6±9,1 78,3 57,8±13,9 24,0 1,8±0,5 27,7 1,4±0,5 34,7 2,2±1,0 44,1
Приморский 1193 73,5±5,8 7,8 15,0±1,0 6,9 63,1±11,7 18,5 17,1±9,4 54,7 46,0±12,1 26,4 1,6±0,3 21,8 1,0±0,0 0 1,6±0,3 21,8
10 линий 66,0±8,8 13,4 11,6±1,1 9,6 39,7±11,7 29,4 8,0±3,9 48,5 31,8±9,9 31,0 1,0±0,3 27,7 1,2±0,2 15,6 1,1±0,3 25,6
3. Характеристика исходных сортов риса и полученных из них сомаклональных линий с улучшенными хозяйственно ценными признаками в условиях вегетационной площадки (в лизиметрах)
Исходный сорт и выделенные из него сомакло-нальные линии
Высота растений, см
X±tS | СУ, %
Главная метелка
длина метелки, см
X±tS | СУ, %
число колосков, шт.
X±tS | СУ, %
число стерильных колосков, шт.
X±tS | СУ, %
число фертильных колосков, шт._
Х±гБ
| СУ, %
масса зерна, г
X±tS | СУ, %
Кущение
X±tS | СУ, %
Масса зерна с растения, г
X±tS | СУ, %
Приморский 1222 линия № 113 линия № 121 Приморский 1461 линия № 181 линия № 188 Приморский 390 линия № 212 линия № 222 Приморский 1531 линия № 112
77,9±7,0 9,0 14,5±2,1 14,6 78,1±14,0 18,0 5,9±3,3 56,2 73,3±15,0 20,4 2,3±0,6 25,7 1,5±0,5 35,1 3,0±0,9 29,7
79,0±2,9 11,8 14,9±0,8 5,6 90,3±13,5 15,0 12,0±5,0 41,8 78,3±12,5 15,9 2,5±0,3 13,3 2,6±0,5 19,7 4,6±1,1 23,8
82,4±7,2 8,7 14,1±0,8 5,9 98,7±14,4 14,6 18,1±6,2 38,3 80,5±11,6 14,4 2,8±0,6 20,7 2,6±0,8 32,2 4,4±1,7 38,0
91,1±3,1 3,4 16,9±1,6 9,5 101,1±11,5 11,3 5,9±2,6 44,3 95,3±11,3 11,9 2,9±0,4 12,6 1,4±0,5 35,9 3,8±1,2 32,0
63,1±3,3 5,2 12,3±1,4 6,3 62,8±7,5 11,9 9,3±5,6 44,6 53,5±4,9 7,9 1,4±0,1 8,8 4,9±0,1 39,0 4,9±0,1 29,9
64,4±4,4 6,8 12,1±0,9 7,2 55,4±5,4 9,8 9,5±4,4 33,9 45,9±7,2 15,6 1,4±0,2 11,3 4,7±1,5 33,0 4,5±1,2 26,4
55,5±3,7 6,6 11,1±0,7 6,3 54,5±8,0 14,6 6,5±3,5 53,5 47,7±6,5 13,7 1,4±0,2 12,1 1,0±0,0 0 1,4±0,2 12,1
45,6±2,9 6,3 10,3±0,6 6,2 47,7±7,6 16,0 10,9±5,2 39,9 36,8±6,9 16,8 1,0±0,2 16,1 1,8±0,9 46,3 1,5±0,7 40,7
44,8±3,0 6,8 8,6±0,7 8,4 30,8±6,6 19,4 7,1±3,1 35,9 23,3±6,8 29,3 0,7±0,2 22,3 1,2±0,4 34,2 0,7±0,2 31,3
86,4±3,1 3,6 16,1±0,9 5,5 118,0± 12,5 10,5 12,8±6,2 48,6 105,9±10,2 9,7 2,6±0,4 15,3 1,2±0,4 35,1 2,8±0,4 15,8
83,5±5,5 6,6 15,8±0,9 5,7 72,2±11,7 16,2 5,8±2,8 48,5 66,3±10,3 15,6 2,1±0,3 16,4 2,4±0,9 37,1 4,0±1,5 36,5
чо
Наибольший диапазон изменчивости внутрилинейных коэффициентов вариации изучаемыж признаков у сомаклональныж вариантов быт характерен для продуктивного кущения, числа колосков и стерильныж колосков на главной метелке, массы зерна с одного растения, наименьший — для высоты растений и длины метелки (табл. 2). Размах колебаний внутрилинейныж коэффициентов вариации у сомаклонов оказался значительно шире, чем у ис-ходныж сортов. Аналогичные результаты получены другим автором в опыгтах с выращиванием сомаклонов ржи (9). Эти данные свидетельствуют о том, что сомаклональные варианты, имея широкий диапазон изменчивости фенотипов, могут быть источником исходного материала в селекции.
2. Диапазон колебаний внутрилинейных коэффициентов вариации (Cv, %) основных хозяйственно ценныгх признаков у сомаклонов риса разныгх генотипов в условиях вегетационной площадки (в лизиметрах)
Генотип
Признак Приморский 1222 Приморский 1461 Приморский 390 Приморский 1531 Приморский 1193
Высота растений 3,6-9,7 5,0-6,9 5,2-11,7 5,6-11,9 4,6-9,3
Длина главной метелки 5,0-9,0 4,3-7,3 6,2-12,3 3,6-7,8 5,7-16,4
Число колосков на главной
метелке 8,9-24,3 8,9-17,4 13,3-29,0 8,7-16,7 11,4-22,6
Число стерильных колосков 30,0-59,2 26,8-44,6 29,3-46,1 23,7-78,0 24,2-56,5
Масса зерна с главной метелки 9,8-26,0 8,8-26,1 9,2-23,2 12,1-33,1 16,0-25,4
Масса зерна с растения 23,1-41,1 17,4-41,1 16,6-40,7 12,9-38,3 21,1-48,8
Кущение 19,7-48,9 22,2-39,0 31,9-46,3 22,8-43,2 1,0-44,3
Сравнение средних значений для каждого из хозяйственно ценныж признаков у исходных сортов и сомаклональных линий позволило отобрать среди них наиболее перспективные. Например, сомаклоны, полученные на основе генотипа Приморский 1222, достоверно не отличались от исходного сорта по межлинейным средним таких признаков, как продуктивное кущение и масса зерна с главной метелки (см. табл. 1). В то же время значительная внутрилинейная вариабельность этих признаков позволила выделить из девяти полученныгх линий две высокопродуктивные (№ 113 и № 121) с коэффициентами кущения 2,6 и продуктивностью растений соответственно 4,4 и 4,6 г, что значительно превышало показатели у исходного сорта (табл. 3).
Сомаклональные линии генотипа Приморский 1461 характеризовались невысоким средним значением продуктивности главной метелки (1,3 г), но более высоким, чем у исходного сорта, коэффициентом кущения (3,3 против 1,4). Из десяти сомаклональныж линий были выщелены1 две (№ 181, № 188) с более высокой по сравнению с родительским сортом продуктивностью: коэффициенты кущения соответственно 4,9 и 4,7, масса зерна с одного растения — соответственно 4,5 и 4,9 г.
Характерной особенностью сомаклональныж вариантов генотипа Приморский 390 быша их низкорослость. Значительная вариабильность позволила выделить карликовые сомаклональные линии (№ 212, № 222) с высотой растений 44-46 см, которые могут быть перспективным исходным материалом для селекции.
Из семи сомаклональныж линий генотипа Приморский 1531 выще-лена одна, превосходящая исходный сорт по массе зерна с одного растения в 1,5 раза вследствие низкой стерильности колосков в метелке, в то время как межлинейная средняя этого признака у сомаклональныж линий и средняя у исходного сорта достоверно не различались. Пределы колебаний числа стерильныж колосков у изучаемыж линий составили 3,9-28,6 шт.
Таким образом, особенностью популяций полученныгх сомаклонов быш широкий диапазон колебаний как межлинейныгх, так и внутрилинейных коэффициентов вариации хозяйственно ценных признаков, что позволило выделить высокопродуктивные и карликовые линии для дальней-
шего вовлечения в селекционный процесс. Выполненное нами исследование показало целесообразность использования сомаклональных вариантов как источника исходного материала в селекции риса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Н е у н ы л о в Б.А., К р и в о л а п о в И.Е. Проблемы рисосеяния на Дальнем Востоке. Тр. Дальневосточной рисовой опытной станции (Владивосток), 1970, 1: 3-22.
2. Ч а й к а А.К., К о в а л е в с к а я В.А. Состояние и перспективы развития рисоводства на Дальнем Востоке. Рисоводство, 2008, 13: 3-6.
3. К о в а л е в с к а я В.А. Интродукция новых сортов риса на Дальнем Востоке. Вест. РАСХН, 2010, 3: 39-41.
4. К о в а л е в с к а я В.А. Пирикуляриоз риса в Приморском крае. В сб.: Селекция, семеноводство и технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Приморье. Новосибирск, 1990: 69-72.
5. К о в а л е в с к а я В.А. Селекция риса в Дальневосточной зоне рисосеяния. Достижения науки и техники АПК, 2008, 6: 8-10.
6. Б у т е н к о Р.Г. Технология in vitro в сельском хозяйстве. С.-х. биол., 1983, 5: 3-7.
7. К у ч е р е н к о Л.А. Индуцированный морфогенез в культуре тканей риса и его использование для создания исходного селекционного материала. В сб.: Культура клеток растений и биотехнология. М., 1986: 211-213.
8. E v a n s D.A. Somaclonal variation — its genetics basis and breeding applications. Trends Genet., 1989, 5(2): 46-50.
9. R a k o c z y - T r o j a n o w s k a M. The effects of growth regulators on somaclonal variation in rye (Secale cereale L.) and selection of somaclonal variants with increased agronomic traits. Cell. Mol. Biol. Lett., 2002, 7(4): 1111-1120.
10. A r u n B., J o s h i A.K., C h a n d R., S i n g h B.D. Wheat somaclonal variants showing earliness, improved spot blotch resistance and higher yield. Euphytica, 2003, 132(3): 235-241.
11. L a r k i n P.J., S c o w c r o f t W.R. Somaclonal variation — a novel source of variability from cell cultures for plant improvement. Theor. Appl. Genet., 1981, 60(4): 197-214.
12. S u n Z.X., Z h a o C.Z., Z h e n g K.L., Q i X.F., F u Y.P. Somaclonal genetics of rice, Oryza sativa L. Theor. Appl. Genet., 1983, 67(1): 67-73.
13. 3 м е е в а В.Н., Ж у р а в л е в Ю.Н., П и с е ц к а я Н.Ф., Б а х м у т Н.А. Сомаклональные варианты риса дальневосточных сортов. Изв. СО АН СССР, сер. биол. наук, 1989, 1: 12-17.
14. Ж у р а в л е в Ю.Н., 3 м е е в а В.Н. Использование методов биотехнологии в селекции риса в Приморском крае. В сб.: Научное обеспечение АПК Дальнего Востока. Новосибирск, 1995: 132-136.
15. M u r a s h i g e T., S k o o g F.A. A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant., 1962, 15(3): 474-497.
16. С м е т а н и н А.П., Д з ю б а В.Н., А п р о д А.И. Методики опытных работ по селекции, семеноводству, семеноведению и контролю за качеством семян риса. Краснодар, 1972.
17. Л я х о в к и н Л.Г. Методические указания по изучению мировой коллекции риса и классификатор рода Oryza L. Л., 1982.
18. Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1968: 213-320.
1ГНУ Приморский НИИ сельского хозяйства Поступила в редакцию
Россельхозакадемии, 27 августа 2009 года
692539 Приморский край, Уссурийский р-н, пос. Тимирязевский, ул. Воложенина, 30, e-mail: [email protected];
2Биолого-почвенный институт ДВО РАН,
690022 г. Владивосток, пр-т 100 лет Владивостоку, 159, e-mail: [email protected]
ESTIMATION AND SELECTION OF LINES WITH IMPROVED ECONOMIC IMPORTANT DETERMINANTS IN POPULATIONS OF RICE SOMACLONES
V.A. Kovalevskaya1, V.N. Zmeeva2, S.S. Lysakovskaya1, Yu.N. Zhuravlev2, L.D. Seletskaya2, A.V. Shubina2, T.I. Muzarok2
S u m m a r y
In tissue culture of rice varieties of Far Eastern selection the authors isolated the somaclonal variants, estimated the variability of determinants in regenerants and selected economic important variants in population of somaclones. The high productive and dwarf lines were isolated, which can be used as initial material in subsequent selection process.
