CC BY
47
УДК 633.854.78
потенциал коллекции вир для селекции крупноплодных сортов и гибридов подсолнечника
В.А. ГАВРИЛОВА1, доктор биологических наук, зав. отделом
В.Т. РОЖКОВА2, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Е.А. ПЕПЕЛЯЕВА3, аспирант Е.А. БРАЧ1, лаборант Е.О. МИГАЧЕВА1, лаборант
И.Н. АНИСИМОВА1, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник
Федеральный исследовательский центр Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова, ул. Б.Морская, 42-44, Санкт-Петербург, 19000, Россия
2Кубанская опытная станция ВИР, ул. Центральная, 2, п. Ботаника, Гулькевичский район, Краснодарский край, 352183, Россия
3Пермский государственный национальный иссле -довательский университет, ул. Букирева, 15, Пермь, 614990, Россия
E-mail: v.gavrilova@vir.nw.ru
Резюме. С целью выделения нового исходного материала для селекции сортов и гибридов кондитерского направления были изучены крупноплодные образцы подсолнечника различного происхождения (сорта, линии, местные образцы) по признакам масса 1000 семянок и степень выполненности, а также проведена оценка наличия генов восстановления фер-тильности пыльцы. По результатам трехлетних наблюдений (2008-2010 гг.) масса 1000 семян варьировала от 77 г у образца к-474 из Армении до 183 гу с.03002 из Китая. Выделены 15 образцов с массой 1000 семян больше 100 г, в том числе современные кондитерские сорта: Донской крупноплодный, Бородинский, СПК, Лакомка, Запорожский Кондитерский. Методом рентгенографии выявлено отсутствие прямой связи между размерами и выполненностью семянок. Выполненность семянок наиболее крупноплодных форм к-3586, 3516, 3619 (с площадью плода более 4,00 мм2) не превышала 50%. Наибольшей ее величиной (> 50%) отличались образцы к-1693, 1960, 1961, 2051, 3315, 3351, 3447, 3455, 3553, 3621. Результаты указывают на необходимость проведения скрещиваний между выявленными лучшими образцами по каждому из показателей с последующим отбором в первом и втором поколениях. В гибридизации могут быть использованы крупноплодные линии ЦМС ВИР 116, ВИР 151, ВИР 106с, отличающиеся хорошо выполненными семянками. У 26 образцов с помощью SCAR-маркеров идентифицирован ген Rf1, необходимый для восстановления фертильности пыльцы форм с ЦМС РЕТ1. Его наличие подтверждено результатами тест-скрещиваний. У 10 образцов присутствие маркера Y10, тесно сцепленного с геном Rf1 было характерно для более чем 60% проанализированных растений. Более половины исследованных растений сортов СПК, Донской крупноплодный и Бородинский также обладали маркером гена Rf1. Создан донор восстановления фертильности пыльцы - линия ВИР846, гомозиготная по гену Rf1, сочетающая признаки крупноплод-ности и хорошей выполненности семянок. Ключевые слова: крупноплодный подсолнечник, сорта, гибриды, исходный материал, выполненность семянок Для цитирования: Потенциал коллекции ВИР для селекции крупноплодн1хсортов и гибридов подсолнечника/В.А. Гаври-лова, В.Т. Рожкова, Е.А. Пепеляева, Е.А. Брач, Е.О. Мигачева, И.Н. Анисимова // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 7. С. 35-38.
С 30-х гг. прошлого столетия началось сокращение посевов крупноплодного грызового подсолнечника, а
к 1940 г. в нашей стране его перестали возделывать [1]. Основное внимание стали уделять выращиванию этой культуры на масло. В связи с этим сегодня кондитерская промышленность ощущает резкий дефицит сырья. Для кондитерских целей необходимы крупноплодные формы с массой 1000 семян 140150 г, с хорошей обрушиваемостью (легким обмолотом), пониженным содержанием масла и, соответственно, повышенным - белка. В 2014 г. из 400 сортов и гибридов подсолнечника, допущенных к возделыванию на территории Российской Федерации, только 15 были крупноплодными [2]. При этом в России все сорта (как масличные, так и кондитерские) имеют черную окраску семянок, тогда как в США, странах Западной Европы, Турции и Китае у крупноплодного подсолнечника она белая с серыми полосками [3]. В связи с этим необходим новый исходный материал для селекции крупноплодных сортов и гибридов подсолнечника.
В коллекции подсолнечника ВИР имеются крупноплодные формы различного происхождения. Однако их генетический потенциал до сих пор не использован в создании исходного материала для селекции. Прежде всего, это объясняется недостаточной изученностью признака крупноплодности, трудностями его анализа, а также отсутствием информации о наличии генов восстановления фертильности (Rf) у образцов, перспективных для создания отцовских линий гибридов. В коллекции отсутствуют крупноплодные отцовские линии - восстановители фертильности пыльцы.
Цель исследования - поиск в коллекции ВИР сортов и гибридов крупноплодного подсолнечника, перспективных для использования в качестве исходного материала для селекции.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2008-2014 гг. в отделах генетических ресурсов масличных и прядильных культур и генетики, а также на Кубанской опытной станции ВИР. Материалом для исследований послужила признаковая коллекция, включающая 34 образца крупноплодного подсолнечника, отобранных среди 2230 коллекционных форм ВИР и не утративших в результате многолетнего поддержания и ряда пересевов интересующий признак, в ее состав вошли также очень длинноплод-ные образцы из Китая. Для определения массы 1000 семян исследуемые формы высевали в 2008-2010 гг. на Кубанской опытной станции ВИР в Краснодарском крае. Идентификацию наличия гена восстановления фертильности пыльцы (Rf1), необходимого для восстановления фертильности пыльцы форм с ЦМС РЕТ1, проводили на основе результатов тест-скрещиваний со стерильными линиями-тестерами, а также с помощью молекулярно-генетического анализа - по наличию SCAR-маркеров, тесно сцепленных с этим геном [4, 5]. Выполненность семянок оценивали с использованием метода рентгеноскопии [6, 7].
Статистическую обработку результатов исследований осуществляли с помощью программы Microsoft Excel 2010.
результаты и обсуждение. По итогам трехлетних наблюдений (табл. 1) удалось выделить 15 образцов
Таблица 1. Характеристика образцов крупноплодного подсолнечника по признаку масса 1000 семян
(2008-2010 гг.), г
№ в ката логе ВИР Название Происхождение Год Среднее
2008 2009 2010
474 Местный Армения 61 91 79 77±8,7
1589 Гяр-гяр Армения 131 95 110 112±10,4
1720 Местный Киргизия 85 91 95 90±2,9
1833 Местный Молдавия 96 87 81 88±4,3
1840 Местный Молдавия 96 86 66 82±8,8
1965 Местный Азербайджан 84 85 84±0,5
2006 Местный Приморский край 122 96 91 103±9,6
2007 Местный Приморский край 72 82 88 80±4,6
2044 Gris strie Франция 88 92 84 88±2,3
2215 Местный Тува 102 80 90 90±6,3
2336 Л-1558/4 Приморский край 94 88 91±3,0
2436 Местный Кемеровская обл. 91 85 102 92±4,9
2460 Местный Приморский край 91 82 87 86±2,6
2464 Местный Приморский край 96 53 78 75±12,4
2628 НА 288 США 103 107 104 104±1,2
2642 Стадион Болгария 101 103 97 100±1,7
2675 Местный Украина 92 83 71 82±6,0
2676 Местный Украина 89 76 86 83±3,9
2801 Местный Приморский край 94 69 69 77±8,3
2817 Местный Приморский край 105 89 69 87±10,4
2835 Местный Приморский край 75 79 112 88±11,7
2843 Местный Приморский край 96 100 89 95±3,2
2856 Местный Армения 63 78 70±7,5
2832 Местный Приморский край 112 82 97±15,0
2882 Местный Тамбовская обл. 83 76 76 78±2,3
3150 Местный Азербайджан 86 81 83±2,5
3147 Местный Азербайджан 82 115 78 91±11,7
3236 Местный Венгрия 80 89 67 78±6,3
3426 СПК Россия, ВНИИМК 113 114 118 115±1,5
3583 Местный Аргентина 138 100 95 111±13,5
3578 Местный Украина 107 92 100 99±4,3
3581 Местный Украина 97 106 106 103±3,0
3516 Запорожский конди- Украина 149 110 113 124±12,5
терский
3510 Донской крупноплод- 1-1 Ul M Россия, ВНИИМК 95 105 114 104±5,4
3573 П DI V\ Бородинский Россия 134 108 133 125±8,5
3526 Лакомка Россия, ВНИИМК 103 92 123 106±9
3586 Хейлундзянский Китай 152 135 132 139±6,2
3633 с.03002 Китай 247 171 133 183±33,5
3683 ВИР 846 США 171 140 138 149±10,6
подсолнечника с массой 1000 семян больше 100 г, в том числе современные кондитерские сорта Донской Крупноплодный (Донская станция ВНИИМК), Бородинский, СПК и Лакомка (ВНИИ масличных культур), а также Запорожский Кондитерский (Институт масличных культур НААН Украины). Высокие показатели признака отмечены у таких стародавних сортов, как Стадион (Болгария), Гяр-Гяр (Армения) и ряда местных образцов (результат экспедиционных сборов в Приморском крае и Аргентине). Наибольшая масса 1000 семян характерна для двух образцов из Китая и линии ВИР 846, созданной путем многократного инбридинга из образца, полученного из США. В ходе работы с этой линией в каждом поколении инбридинга проводили отбор по крупноплодности, отсутствию ветвления (одно-корзиночности) и наличию генов восстановления фертиль-ности пыльцы. Линия ВИР 846, образцы к-3586, к-3633 из Китая, к-2044 из Франции отличаются светлой окраской семянки с серыми полосками.
При селекции сортов и гибридов масличного направления повышение содержания масла происходило главным образом благодаря снижению доли лузги в массе семян с 40-45% до 18-22% [1], а при отборах крупноплодного подсолнечника ее долю, наоборот, необходимо повышать, так как это обеспечивает хорошую обрушиваемость [1, 3]. Вместе с тем, важно учитывать выполненность семян, то есть крупные семянки должны иметь высокую заполненность (крупное ядро).
Анализ образцов масличного и кондитерского направления использования, различающихся по происхождению и размерам семянки, с применением рентгеноскопии наглядно продемонстрировал хорошую выполненность семянок масличного сорта Родник, к-3621 (см. рисунок, а) и недостаточную у крупноплодного образца из Китая, к-3586 (см. рисунок, б). При этом иностранный образец отличается не только более крупными семянками, но и более крупным ядром, чем сорт Родник.
Использование компьютерной программы для обработки рентгенографических снимков [7] позволило определить количественные показатели размеров и выполненности семянок изучаемых форм подсолнечника урожая 2011 г., выращенного на Кубанской опытной станции ВИР (табл. 2). Результаты этого эксперимента свидетельствуют о том, что между степенью выполненности и размером семянки у крупноплодных форм нет прямой связи, а также указывают на необходимость селекции по степени выполнености семянок. Самые крупные плоды (площадь более 4,00 мм2) отмечены у образцов к-3586, 3516, 3619, однако их выполненность не превышала 50%. Наибольшей ее величиной (> 50%) отличались образцы к-1693, 1960, 1961, 2051, 3315, 3351, 3447, 3455, 3553, 3621.
Очевидно, что необходимо проведение скрещиваний между выявленными лучшими образцами по
1**1*11 • МММ
мм • —
рисунок. Хорошо выполненные семянки сорта Родник (а) и образец к-3586 из Китая с недостаточной степенью выполненности (б).
каждому из показателей, а затем в первом и втором поколениях - отбор: визуальный - по крупноплод-ности и рентгеноскопический - по выполненности. К числу образцов, которые могут быть использованы для гибридизации, относятся также линии ЦМС ВИР 116, ВИР 151, ВИР 106с - они не крупноплодны, но отличаются хорошо выполненными семянками.
В результате анализа 34 образцов крупноплодного подсолнечника коллекции ВИР на наличие в маркера гена Rf1 (У10) для создания родительских форм гибрида кондитерского направления [5] у большинства исследованных сортов выявлено его присутствие в геноме (отсутствовал только у 8 образцов). У 10 образцов: к-3586, к-3633 (Китай); к-2676, Местный-2, Местный-9
Таблица 2. Характеристика образцов подсолнечника по размеру и выполненности семянки образцов урожая, 2011 г.
№ Название Происхождение Площадь плода, мм2 Выполнен-ность,%
1589 Гяр-Гяр Армения 3,473 40,30
1693 Местный Белоруссия 1,676 51,16
1833 Местный Молдавия 2,119 43,21
1840 Местный Молдавия 2,099 38,91
1892 Местный Узбекистан 2,270 42,72
1960 Армавирский 3497 ВНИИМЭК 1,705 61,00
1961 ВНИИМК 8883 ВНИИМЭК 2,111 59,83
2051 Передовик ВНИИМЭК 1,943 56,43
2460 Местный Приморский край 2,426 32,52
2464 Местный Приморский край 2,738 42,51
2520 ВИР 120 Кубанская ОС ИР 3,003 42,98
2642 Стадион Болгария 3,013 42,10
2817 Местный Приморский край 2,654 43,89
2818 Местный Приморский край 2,704 47,09
2835 Местный Приморский край 2,855 46,89
2836 Местный Приморский край 2,809 38,83
2843 Местный Приморский край 2,441 39,89
3426 Кондитерский ВНИИМК 3,226 49,08
3447 ВИР 106 Кубанская ОС ВИР 1,969 60,01
3455 ВИР 116 Кубанская ОС ВИР 2,181 53,19
3463 ВИР 151 Кубанская ОС ВИР 2,086 56,28
3516 Запорожский кондитерский УкрВНИИМК 4,026 39,78
3526 Лакомка ВНИИМК 2,969 40,99
3553 Мастер ВНИИМК 2,269 55,37
3578 Местный Украина 3,338 42,19
3583 Местный Аргентина 3,482 41,77
3619 Местный США 4,095 35,91
3586 Хейлундзянский 1 Китай 4,201 39,25
3621 Родник ВНИИМК 2,093 53,83
3633 03002 Китай 3,091 41,36
НСР(0,05) 0,306 2,57
(Украина); к-2801, к-2664, линия ВИР 846 (Россия); к-3578, к-3583 (Аргентина) маркер Y10 обнаружен более чем у 60% проанализированных растений. В сортах СПК, Донской крупноплодный и Бородинский маркер гена Rf1 обнаружен в геноме половины исследованных растений, в сорте Лакомка - у 4 из 12 растений, что особенно важно, так как эти сорта имеют ряд ценных качеств. Все они отличаются выровненностью по срокам созревания, а также устойчивостью к заразихе (Донской крупноплодный, Лакомка, Бородинский), ржавчине (Донской крупноплодный), ложной мучнистой росе (Донской крупноплодный, Лакомка), вер-тициллезу (Донской крупноплодный), подсолнечной огневке (Донской крупноплодный). Семена сорта СПК характеризуются повышенным содержанием белка и токоферолов.
Полученные результаты открывают возможности для создания отцовских линий - восстановителей фертильности пыльцы, а в будущем - гибрида кондитерского направления.
В 2014 г на основе кондитерского гибрида, полученного из Северной Дакоты (США), создан донор восстановления фертильности пыльцы - линия подсолнечника ВИР 846, гомозиготная по гену Rf1, сочетающая признаки крупноплодности (масса 1000 семян около 150 г, см. табл. 1), хорошей выполненности и
светло-полосатой окраски семянок, а также обладающая рецессивным типом ветвления. В скрещиваниях с линией ЦМС линия ВИР846 восстанавливает фертиль-ность пыльцы на 100%, что позволяет рекомендовать ее для использования в качестве отцовского родителя при создании гибридов крупноплодного подсолнечника.
Выводы. В результате проведенного исследования среди образцов коллекции ВИР выявлен новый исходный материал для селекции крупноплодных сортов и гибридов подсолнечника. Выделены 15 образцов с массой 1000 семян больше 100 г, в том числе современные кондитерские сорта Донской крупноплодный, Бородинский, СПК, Лакомка, Запорожский Кондитерский. Методом рентгенографии выявлено отсутствие прямой связи между размерами и выполненностью семянок. Применение рентгеноскопии позволяет анализировать размер семени, не вскрывая семянку с сохранением ее жизнеспособности, что существенно облегчает и ускоряет отбор исходного материала для селекции крупноплодного подсолнечника на повышение выполненности семянок. С использованием этого метода создан донор восстановления фертильности пыльцы - линия подсолнечника ВИР 846, гомозиготная по гену Rf1, сочетающая признаки крупноплодности, хорошей выполненности и светло-полосатой окраски семянок.
Литература.
1.Тихонов О.И., Бочкарев Н.И., Дьяков А.Б. Биология, селекция и возделывание подсолнечника. М.: Агропромиздат, 1991. С.127-129
2. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. М.: Минсельхоз России, 2015 С.80-95.
3. Пузиков А.Н., Суворова Ю.Н. Селекция на крупноплодность - новые возможности подсолнечника//Масличные культуры. 2013. вып.2 (155-156). С. 3-7
4. Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Тимофеева Г.И. Скрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле. Методические указания ВИР/под ред. Е.Е. Радченко. СПб: ВИР, 2010. 30 с.
5. Наличие гена Rf1 в сортах крупноплодного подсолнечника коллекции ВИР/ Е.А. Пепеляева, И.Н. Анисимова, В.А. Гав-рилова, В.Т. Рожкова, Л.В. Новоселова//Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. URL: http://www.science-education.ru/117-a13635 (дата обращения 06.05.2015).
6. Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб.: ГЭТУ, 2011. 160 с.
7. Рентгенография для селекции крупноплодного подсолнечника / В.А. Гаврилова, Е.А. Брач, П.Е. Белов, А.Ю. Гоязнов // Актуальные вопросы науки, технологии и производства. 2014. № 3. С.134-137.
POTENTIAL OF VIR COLLECTION OF SUNFLOWER FOR THE BREEDING OF LARGE-SEEDED VARIETIES AND HYBRIDS
V.A. Gavrilova1, V.T. Rozhkova2, E.A. Pepelyaeva3, E.A. Bratch1, E.O. Migacheva1, I.N. Anisimova1
'N.I. Vavilov Research Institute of Plant Industre, B. Morskaya, 42, 44, St. Petersburg, 190000, Russia;
2Kuban Experiment Station of the N.I. Vavilov Research Institute of Plant Industry, Tsentralnaya, 2, Botanika, Gulkevichskii raion, Krasnodatskii krai, 352183, Russia;
3Perm State National Research University, Bukirev, 15, Perm, 614990, Russia
Summary. In order to select new source material to breed confectionary sunflower varieties and hybrids the large-seeded samples of sunflower of different origin were studied on the thousand achene weight and plumpness, as well as the presence of fertility restorer genes was estimated. According to the three-year observations (2008-2010) the thousand achene weight varied from 77 g in K-474 from Armenia to 183 g in C.03002 from China. Fifteen samples with the thousand achene weight more than 100 g were selected, including modern confectionary varieties Donskoy Krupnoplodny, Borodinsky, SPK, Lakomka, Zaporozhsky Konditersky. The absence of direct correlation between the achene size and plumpness was demonstrated with the use of X-ray analysis. The plumpness of the most large-seeded forms K-3586, 3516, 3619 with seed area more than 4.00 mm2 did not exceed 50 %. Samples K-1693, 1960, 1961, 2051, 3315, 3351, 3447, 3455, 3553, 3621 had the highest achene plumpness (more than 50 %). The results indicate the necessity of hybridization between samples with the highest trait indices and subsequent selection in the first and second generation. The large-seeded CMS lines VIR116, VIR151, VIR106s characterized by good achene plumpness also can be involved in hybridization. The Rf1 gene which is necessary for restoration of pollen fertility of forms with CMS PET1 was identified in 26 samples with the use of SCAR markers. The presence of this gene was confirmed by the results of test crosses. The presence of Y10 marker tightly linked to the Rf1 gene was detected in more than 60 % of analyzed plants of 10 samples. More than the half of tested plants within the varieties SPK, Donskoy Krupnoplodny and Borodinsky also possessed the Rf1 gene marker. A donor of pollen fertility restoration, the line VIR846, which is homozygous by the Rf1 gene and combines large-seeded trait with good achene plumpness, has been developed. Key words: large-seeded sunflower, varieties, hybrids, source material, achene plumpness.
Author Details: V.A. Gavrilova, Dr. Sc. (Biol.), Head of Division (e-mail: v.gavrilova@vir.nw.ru); V.T Rozhkova, Cand. Sc. (Agr.), Leading Researcher; E.A. Pepelyaeva, Post-graduate student; E.A. Bratch, Assistant; E.O. Migacheva, Assistant; I.N. Anisimova, Dr. Sc. (Biol.), Leading Researcher.
For citation: Gavrilova V.A., Rozhkova V.T, Pepelyaeva E.A., Bratch E.A., Migacheva E.O., Anisimova I.N. Potential of VIR collection of sunflower for the breeding of large-seeded varieties and hybrids. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. V. 29. № 7. pp. 35-38 (In Russ).
