CC BY
74
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010
А. В. Усатов1,
доктор биологических наук М. А. Тихонова1,
аспирантка В. А. Гаврилова2, доктор биологических наук В. Т. Рожкова3, научный сотрудник Н. В. Маркин1, кандидат биологических наук
:НИИ биологии Южного федерального университета 344090, Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194/1 тел. (863) 243-33-94, e-mail: usatova@mail. ru.
2ГНУ ГНЦ РФ ВНИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова, 19000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42
3ГНУ Кубанская опытная станция ВНИИР им. Н. И. Вавилова, ул. Центральная, 2, 352183, п. Ботаника, Гулькевический район, Краснодарский край
ПОЛУЧЕНИЕ ГЕТЕРОЗИСНЫХ ГИБРИДОВ НА ОСНОВЕ НОВЫХ ЦМС ЛИНИЙ ПОДСОЛНЕЧНИКА
Ключевые слова: подсолнечник (НеНаШкш), цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС), фенотип, гибридологический анализ, линии-аналоги
УДК 575.153:633.854.78
Введение. Главным направлением селекции подсолнечника (НеНаШкш апппш К) является получение гетерозисных гибридов [1, 2, 3, 4]. Для их промышленного производства используют материнские линии на основе цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) и отцовские формы, несущие гены-восстановители фертильности пыльцы (Л/) [5, 6].
В настоящее время в коммерческом производстве семян подсолнечника доминируют гете-розисные гибриды, полученные на основе ЦМС типа РЕТ1, открытой у межвидового гибрида Н. petiolaris х Н. аппыш П. Леклерком еще в 1966 г. [7]. Такое унифицированное использование ЦМС РЕТ1, безусловно, уменьшает генетическую изменчивость цитоплазмы этой масличной культуры, что может привести к негативным явлениям, например, массовым эпифитотиям. Аналогичный случай уже имел место при широкомасштабном поражении гельминтоспориозом гибридов кукурузы с техасским типом ЦМС, тогда как другие типы ЦМС оказались менее восприимчивы к этому заболеванию [8]. Следовательно, для создания новых систем ЦМС-Л/с целью увеличения генетического разнообразия и уменьшения опасной унификации семенного материала актуален поиск и внедрение в гетерозисную селекцию новых источников ЦМС и соответственно восстановителей фертильности пыль.цы [9, 10]. В связи с этим целью работы является изучение влияния нового типа ЦМС - (на основе цитоплазмы подсолнечника Н. rigidыs) на формирование хозяйственно полезных признаков у гибридов и их материнских форм. В качестве объекта сравнения использовали фертильный и стерильный на основе ЦМС РЕТ1 аналоги линий.
Материал и методы. Полевые исследования проводили на Кубанской опытной станции ВНИИР им. Н.И. Вавилова в 2007 и 2008 гг. Для анализа были отобраны две инбредные линии на основе ЦМС РЕТ1 селекции Всероссийского института растениеводства: ВИР 109 и ВИР 151 (15-го и
18-го поколения инцухта соответственно). Путем восьмикратного беккроссирования исходного образца со стерильной цитоплазмой на основе Н. с использованием пыльцы фертильных
аналогов ВИР 109 и ВИР 151 получены линии ЦМС КЮ0 [4]. Таким образом, материалом для исследования служили линии с одинаковым ядерным геномом и различными цитоплазмонами, каждая из которых была представлена тремя аналогами: один - с фертильной цитоплазмой и два других - со стерильными РЕТ1 и КЮ0 цитоплазмами. С целью изучения влияния ЦМС КЮ0 на формирование хозяйственно ценных признаков стерильные аналоги скрестили с 4-мя линиями-восстановителями фертильности пыльцы: ВИР 160, ВИР 365, ВИР 637 и 130, переданной из ШЯА (Франция). У родительских форм и гибридов измеряли продолжительность фенофаз, высоту растений, диаметр корзинки и массу 1000 семян. В таблицах представлены средние величины измерений не менее 30 растений для каждого опыта и стандартная ошибка. Для определения урожайности гибриды высевали в трех повторностях по 5 рядов, с расстоянием между рядами 70 см и между растениями в одном ряду 35 см. При подсчете урожая для гарантии равномерного воздействия факторов окружающей среды учитывали растения только трех средних рядов. Достоверность отличий определяли по ^критерию Стьюдента [13].
Фертильность пыльцы определяли ацетокарминовым методом [9, 12]. Жирно-кислотный состав масла из семян линий-аналогов определяли методом газо-жидкостной хроматографии согласно ГОСТ Р 51483-99. Получение метиловых эфиров жирных кислот проводили по ГОСТ Р 51486-99. Метиловые эфиры определяли на хроматографе «Кристалл» (модель 2000М) с ионизаци-онно-пламенным детектором и кварцевой капиллярной колонкой (длина 30 м, диаметр 0,32 мм), заполненной карбоваксом 20М, с нанесенной на него ортофосфорной кислотой. Температура колонки 230 °С, испарителя - 250 °С. Газ-носитель - азот. Скорость газа-носителя 50 см/сек. Идентификацию и количественное определение метиловых эфиров осуществляли при помощи аналитических стандартов. В таблице даны средние значения трех измерений для каждого варианта опыта.
Результаты и обсуждение. В таблице 1 приведены показатели продолжительности периода всходы-цветение и вегетационного периода, высоты растений, диаметра корзинки и массы 1000 семян трех аналогов линий ВИР 109 и ВИР 151.
По продолжительности вегетационного периода все аналоги линии ВИР 109 можно отнести к среднеспелым, а линии ВИР 151 - к раннеспелым. ЦМС растения на основе ЯЮ0 зацветали и созревали на 1-3 дня раньше фертильных и ЦМС РЕТ1 форм у обеих исследованных линий.
Растения линии ВИР 109 с цитоплазмой КЮ0 по высоте не отличались от фертильных и превосходили РЕТ1 аналог на 3,5 %. В свою очередь ЦМС РЕТ1 растения ВИР 109 были ниже фертильных на 2,8 %. Отмечено увеличение диаметра корзинки у линии ВИР 151 с ЦМС ЯЮ0 по сравнению с РЕТ1 формой на 11,4 %. В то же время растения ЦМС РЕТ1 уступали по размеру корзинок фертильному аналогу на 10,1 %.
Таблица 1 — Морфофизиологическая характеристика ЦМС линий и их фертильных аналогов _КОС ВИР, 2007-2008 гг.
Линия Период от всходов до цветения -созревания, дни Высота растений, см Диаметр корзинки, см Масса 1000 семян, г
ВИР 109 Ферт. 63/111 133,7±1,3 17,5±0,5 87,2±1,7
РЕТ1 63/111 130,0±1,4* 18,3±0,5 88,5±2,4
М00 62/108 134,7±2,2л 17,1±0,8 84,4±1,8
ВИР 151 Ферт. 61/103 129,8±2,3 13,8±0,3 68,2±0,7
РЕТ1 62/104 128,3±1,9 12,4±0,3* 73,2±1,7*
М00 59/102 132,4±1,5 14,0±0,4л 71,0±2,0*
* - достоверное отличие по сравнению с фертильной формой при Р < 0,05; л - достоверное отличие по сравнению с РЕТ1 аналогом при Р < 0,05
Отличия также выявлены по массе 1000 семян для стерильных аналогов линии ВИР 151 относительно фертильной формы: семянки ЦМС КЮ0 аналога крупнее на 4,1 %, а РЕТ1 - на 7,3 %.
Известно, что масло семян подсолнечника включает четыре основные кислоты: линолевую, олеиновую, стеариновую и пальмитиновую. В общем их процентное соотношение у исследованных линий-аналогов соответствует средним показателям, характерным для культурных форм подсолнечника [14, 15, 16]. Наиболее высокое содержание отмечено для линолевой кислоты - свыше 50 % у всех линий. Олеиновой кислоты содержится около 30 %, а пальмитиновой и стеариновой - от 4 до 6 %. Содержание насыщенных кислот (стеариновая, пальмитиновая, бегеновая, арахиновая, лигноцериновая) составляет в среднем 12,6 %. Среднее содержание мононенасыщенных жирных кислот (олеиновая, гондоиновая, пальмитолеиновая, эруковая) составляет 31,0 %, полиненасыщенных (линоленовая) - 56,5 %. При сравнении жирно-кислотного состава семян аналогов линий ВИР 109 и ВИР 151 наибольшие различия между фертильной и стерильными формами отмечены для ВИР 109, у которой стерильные и РЕТ1 аналоги превосходили фертильный по содержанию линолевой кислоты на 4,6 и 10,6 % соответственно (табл. 2). Содержание олеиновой кислоты в масле семян линии ВИР 109 РЕТ1, напротив, было на 7,3 % меньше фертильного аналога. Содержание насыщенных жирных кислот у фертильного аналога ВИР 109 составило 14,2 %, что превышает этот показатель у ЯЮ0 и РЕТ1 аналогов на 3,2 и 2,7 % соответственно. По содержанию мононенасыщенных жирных кислот фертильная ВИР 109 (33,7 %) также превосходила стерильные формы: МШ на 1,1 %, а РЕТ1 - на 7,7 %. Семена аналогов линии ВИР 151 по жирно-кислотному составу практически не различались.
Таблица 2 - Содержание некоторых жирных кислот в семенах линий-аналогов _КОС ВИР, 2008 г.
Жирная кислота ВИР 151 ВИР 109
Ферт. РЕТ1 RIG0 Ферт. РЕТ1 RIG0
Пальмитиновая 5,6 5,4 5,4 7,4 6,0 5,7
Пальмитолеиновая 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1
Стеариновая 5,9 5,9 5,7 5,4 4,2 4,0
Олеиновая 29,2 31,7 31,7 32,9 25,6 32,2
Линолевая 57,4 55,2 55,5 51,8 62,4 56,4
Арахиновая 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Гондоиновая 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Бегеновая 0,8 0,9 0,9 1,0 0,8 0,8
Эруковая 0,1 0,1 0,1 0,5 0,2 0,2
Лигноцериновая 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2
Таким образом, у двух исследованных линий различные типы стерильных цитоплазм оказали влияние на разные морфофизиологические признаки растений. Это является очередным подтверждением факта, что формирование фенотипа есть результат тонко скоординированного действия генов ядра и цитоплазмы. В основном количественные показатели у линий с ЦМС RIG0 не отличались от других аналогов или превосходили их, за исключением содержания линолевой кислоты в масле семян линии ВИР 109, у которой РЕТ1 аналог по этому показателю превзошел RIG0 и фертильную формы.
Сравнительный анализ 4-х линий-восстановителей фертильности пыльцы, результаты которого приведены в таблице 3, свидетельствует, что сроки цветения у изученных линий колеблются от 56 (ВИР 637) до 61 дня (ВИР 365) и созревания от 96 (RIL 130, ВИР 673) до 108 дней (ВИР 365) соответственно. В целом фазы цветения восстановителей и материнских стерильных форм совпадают по времени, что является необходимым фактором для эффективного опыления.
При изучении показателей габитуса отмечено, что наибольший диаметр корзинки (15,1±0,4 см) и высота растений (171,5±1,2 см) характерны для линии ВИР 365. Самой низкорослой оказалась линия ВИР 793 (93,9±1,4 см). Показатель массы 1000 семянок, отражающий размер семян у исследованных линий, находится в пределах от 27,6±0,6 г (линия RIL 130) до 45,8±0,9 г (линия ВИР 365).
Фертильность пыльцы всех исследованных восстановителей была более 80 %. Наибольшая фер-тильность (98,2±0,7 %) отмечена у линии ВИР 637, наименьшая - у линии ВИР 160 (82,3±5,5 %).
Таким образом, линия ВИР 365 по высоте растений, диаметру корзинки и массе 1000 семян превышает все исследованные линии-восстановители. Очевидно, это связано с тем, что из 4-х проанализированных линий только у ВИР 365 отсутствует ветвление.
С целью изучения влияния различных типов ЦМС на формирование морфофизиологиче-ских и хозяйственных признаков у гибридов, полученных в результате скрещиваний ЦМС линий аналогов ВИР 109 и ВИР 151 с цитоплазмами РЕТ1 и с вышеописанными восстановителями (табл. 3), проведен сравнительный анализ по следующим показателям: продолжительность вегетационного периода, высота растений, диаметр корзинки и урожайность.
Таблица 3 — Морфофизиологические показатели линий-восстановителей
фертильности пыльцы _КОС ВИР, 2007-2008 гг.
Линия Период от всходов до цветения -созревания, дни Высота растений, см Диаметр корзинки, см Масса 1000 семян, г Фертиль- ность пыльцы, % Ветвление
RIL 130 58/96 121,0±0,9 9,4±0,2 27,6±0,6 97,9±0,3 Есть
ВИР 365 61/108 171,5±1,2 15,1±0,4 45,8±0,9 92,2±2,9 Нет
ВИР 637 56/96 103,4±0,9 10,1±0,2 31,6±0,6 98,2±0,7 Есть
ВИР 160 60/101 118,3±1,6 10,2±0,2 29,3±1,5 82,3±5,5 Есть
Таблица 4 — Хозяйственно ценные показатели гибридов подсолнечника
КОС ВИР, 2007-2008 гг.
Гибрид Период от всходов до цветения/ созревания, дни Урожайность семян, т/га Высота растений, см Диаметр корзинки, см
RIG0 РЕТ1 RIG0 РЕТ1 RIG0 РЕТ1 RIG0 РЕТ1
ВИР 109 х RIL 130 ВИР 109 х ВИР 365 ВИР 151 х ВИР 637 ВИР 151 х ВИР 160 54/95 57/101 55/94 55/94 54/95 57/101 55/94 55/94 3,31±0,03 3,72±0,06 3,47±0,08 3,37±0,05 3,40±0,05 3,68±0,03 3,32±0,08 3,10±0,05 179,1±2,9 187,1±1,4* 165,4±2,0 154,5±2,1 181,6±2,3 179,8±1,8 164,9±1,7 153,8±1,8 17,7±0,9 16,2±0,4* 18,2±0,5 15,9±0,6 19,8±0,8 18,2±0,6 17,4±0,5 16,4±0,5
* - достоверные отличия RIG0 по сравнению с РЕТ1 аналогом, при P < 0,05
Как видно из данных таблицы 4, гибрид ВИР 109 х ВИР 365 на основе ЦМС RIG0 отличается от своего аналога на основе РЕТ1 большей высотой растений (на 3,9 %) и меньшим диаметром корзинки (на 12,4 %). Другие гибриды-аналоги на основе двух разных типов ЦМС по показателям габитуса сходны. По срокам вегетации и урожайности гибриды с цитоплазмоном RIG0 не отличаются от своих РЕТ1 аналогов и относятся к категории раннеспелых. Наибольшая урожайность и высота растений среди изученных гибридных комбинаций отмечена у комбинаций ВИР 109 х ВИР 365 на основе обеих типов цитоплазм, однако у этих гибридов фаза цветения и полного созревания наступает на 2-3 и 6-7 дней соответственно позднее, чем у других гибридных растений.
Таким образом, гибриды на основе ЦМС RIG0 по исследованным хозяйственно ценным признакам практически не уступают аналогичным гибридам на основе ЦМС РЕТ1. Следовательно, материнские формы на основе ЦМС RIG0 наряду с классическим РЕТ1 можно рекомендовать для коммерческого производства семян подсолнечника.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (грант «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010)» № 2.1.1/4947).
Список литературы
1. Силкова, Т.А. Основные результаты селекции гибридного подсолнечника Helianthus an-nuus L. в республике Беларусь / Т.А Силкова, Н.С. Фомченко, О.Г. Давыденко // Молекулярная и прикладная генетика. - 2008. - Т. 8. - С. 52-57.
2 Бочковой, А.Д. Урожайные свойства семян первого поколения гибридов подсолнечника различных лет репродуцирования / А.Д. Бочковой, П.И. Юрков // Масличные культуры. - 2007. - № 1, Т. 136. - С. 14-16.
3. Hladni, N. Heterosis for agronomically important traits in sunflower / N. Hladni, D. Skoric, M. KraljeviC-Balalic, Z. Sakac, V. Miklic // Helia. - 2007. - Vol. 30, № 47. - P. 191-198.
4. Гаврилова, В.А. Доноры восстановления фертильности пыльцы линий ЦМС подсолнечника для гетерозисной селекции / В.А. Гаврилова, В.Т. Рожкова // Идентифицированный генофонд растений и селекция / Под ред. Б.В. Ригина, Е.И. Гаевской. - С-Пб., 2005. - С. 377-389.
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010
5. Serieys, H. Identification, study and utilization in breeding programs of new CMS sources / H. Serieys // Helia. - 1996. - Vol. 19. - P. 144-160.
6. Venkanna, V. Identification of restorers and maintainers for different CMS sources in sunflower using new inbreds / V. Venkanna, D. Reddy Lokanadha, A.R.G. Ranganatha // Helia. - 2008. - Vol. 31, № 49. - P. 65-69.
7. Leclerq, P. Une sterilite cytoplasmique chez le tournesol / P. Leclerq // Ann. Amelior. Plant. -1969. - Vol. 19. - S. 99-106.
8. Levings, C.S. The Texas cytoplasm of maize: cytoplasmic male sterility and disease susceptibility / C.S. Levings // Science. - 1990. - Vol. 250. - № 4983. - P. 942-947.
9. Анисимова, И.Н. Молекулярные маркеры в идентификации генов восстановления фер-тильности пыльцы у подсолнечника / И.Н. Анисимова, В.А. Гаврилова, В.Т. Рожкова, Г.И. Тимофеева, М.А. Тихонова // Доклады Российской Академии сельскохозяйственных наук. - 2009. - № 6. - С. 6-9.
10. Маркин, Н.В. Scar-маркер гена rf1 подсолнечника у линий восстановителей фертильно-сти пыльцы растений с различными типами ЦМС / Н.В. Маркин, М.А. Тихонова, И.Н. Анисимова, В.Т. Рожкова, В.А. Гаврилова, А.В. Усатов // Масличные культуры. - 2009. - Вып. 2 (141). - С. 3-5.
11. Навашин, М.С. Методика цитологического исследования для селекционных целей / М.С. Навашин. - М.: Сельхозгиз, 1936. - 87 с.
12. Барыкина, Р.П. Справочник по ботанической микротехнике / Р.П. Барыкина, Т.Д. Веселова, А.Г. Девятов, Х.Х. Джалилова, Г.М. Ильина, Н.В. Чубатова. - М.: Ид-во Московского ун-та, 2004. - 312 с.
13. Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. - М: Практика, 1999. - 459 с.
14. Zimmerman, D.C. Fatty acid composition of sunflower (Helianthus annuus L.) oil as influenced by seed position / D.C. Zimmerman, G.N. Fick // J. of the American Oil Chemists Society. - 1973. - Vol. 50. - № 30. - P. 273-275.
15. Шпота, В.И. Качество масла и пути его улучшения в процессе селекции масличных культур / В.И. Шпота, Л.Н. Харченко // Селекция и семеноводство масличных культур: Сб. науч. работ ВНИИМК. - Краснодар, 1980. - С. 108-114.
16. Jasso de Rodriguez, D. Grain yield and fatty acid composition of sunflower seed for cultivars developed under dry land conditions / D. Jasso de Rodriguez, B.S. Phillips, R. Rodríguez-García, J.L. Angulo-Sánchez // Trends in new crops and new uses / Ed. J. Janick, A. Whipkey. - Alexandria, USA, 2002. - P. 139-142.
