1716. Тюрина М.М., Красова Н.Г., Резвякова С.В., Савельев Н.Г., Джигадло Е.Н., Огольцова Т.П. Изучение зимостойкости сортов плодовых и ягодных растений в полевых и лабораторных условиях / Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. - Орел, 1999. - С. 59-69.
17. Якунина Н.И. Физиология растений. - М: Просвещение, 1980. - 303 с.
УДК 576.3:576.356.5:634.11:576.354.4:581.33
ЦИТОЭМБРИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕТРАПЛОИДНЫХ ФОРМ ЯБЛОНИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ
Горбачева Н.Г., к.с.-х.н.
ФГБНУ ВНИИСПК, Орел, Россия, porbacheva@.vniispk.ru Аннотация
В статье приводится цитоэмбриологическая характеристика развития мужского и женского гаметофита ряда тетраплоидных форм яблони, используемых в качестве исходных в селекции на полиплоидном уровне. Аномалии женского гаметофита в большинстве случаев не препятствуют осуществлению двойного оплодотворения, а лишь подчеркивают сортоспецифичность тетраплоидов. Процесс микроспорогенеза у изученных форм яблони завершается образованием большого количества морфологически нормальной пыльцы (от 49,9 - 30-47-88 до 90,9% - 20-9-27), что позволяет использовать эти формы в селекции в качестве отцовского родителя при получении триплоидных сеянцев. Этот вывод подтверждают данные анализа плоидности гибридного потомства, полученные с участием изученных тетраплоидов. Выход триплоидов в их гибридном потомстве составил от 59,2% до 85,1 %. Ключевые слова: яблоня, полиплоидия, тетраплоид, микроспорогенез, макроспорогенез
CYTOEMBRYOLOGICAL EVALUATION OF TETRAPLOID APPLE FORMS FOR BREEDING
Gorbacheva N.G., candidate of agricultural sciences
Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, Orel, Russia, gorbacheva@vniispk.ru Abstract
The cytoembryological characteristic of the development of male and female gametophyte of a series of tetraploid apple forms used as initial forms in breeding on a polyploidy level is given in this article. Anomalies of the female gametophyte in most cases do not prevent the implementation of double fertilization, but only emphasize the variety specificity of tetraploids. The microsporogenesis process in the studied apple forms ends with the formation of a large number of morphologically normal pollen, which allows the use of these forms in breeding as a paternal parent in obtaining triploid seedlings. This conclusion is confirmed by the data of ploidy analysis of hybrid offspring obtained with the participation of the studied tetraploids. The yield of triploids in their hybrid offspring ranged from 59,2% to 85,1%.
Key words: apple, polyploidy, tetraploid, microsporogenesis, microsporogenesis
Введение
Яблоня является перекрестноопыляющиеся культурой, поэтому состояние генеративной сферы непосредственным образом влияет на урожайность: аномалии, нередко наблюдаемые в процессе формирования мужского гаметофита, а также в строении семяпочек, зародышевых мешков непосредственным образом сказываются на развитии семян и плодов. Следовательно, изучение цитоэмбриологических характеристик отдельных сортов и форм, особенно при необходимости использования их в селекционной работе, является важной задачей.
Одним из наиболее перспективных методов адаптивной селекции яблони является использование полиплоидии для получения триплоидных сортов, которые, обладают комплексом хозяйственно-ценных признаков: более крупные плоды, более регулярное плодоношение, лучшая товарность и транспортабельность плодов, повышенная самоплодность, устойчивость к болезням. Такие сорта в значительной степени отвечают возрастающим требованиям рынка. (Седов, 2005, 2011). Чтобы обеспечить широкий спектр генетического разнообразия триплоидных гибридов необходимо располагать большим набором тетраплоидных форм - доноров диплоидных гамет. Изучение особенностей развития генеративных структур тетраплоидных форм и качество формируемых ими гамет, позволяет определить их ценность как исходных форм
для селекции на полиплоидном уровне. Учитывая сортоспецифические особенности генеративных структур у исходных форм, селекционер имеет возможность осознанно подойти к планированию селекционной работы: подбору исходных форм для скрещивания, планированию необходимого объема скрещиваний для получения достаточного количества гибридных растений нужной плоидности, к прогнозированию предполагаемых результатов.
Материалы и методика
Для изучения цитоэмбриологических характеристик были взяты пять тетраплоидных форм яблони: Мелба (4х), Спартан (4х) [черенки получены во ВНИИСПК из Японии (Fem Research Station) через ВИР им. Н.И. Вавилова], 2537-47 (4х) (SR0523 х Антоновка плоская), 30-47-88 (4х) [Либерти х 13-6-106 (сеянец сорта Суворовец)], 20-9-27 (4х) (Уэлси тетраплоидный х Антоновка обыкновенная) (получены во ВНИИСПК в процессе реализации программы по селекции яблони на полиплоидном уровне).
Мейоз при микроспорогенезе изучали на временных давленых препаратах, приготовленных ацето-гематоксилиновым методом (Топильская и др., 1975). Состояние женского гаметофита изучали на постоянных препаратах, приготовленных в соответствии с классическими методами (Рыбин, 1967; Паушева, 1980).
Просмотр препаратов осуществляли на микроскопе Nikon 50i, с фотокамерой DS-Fi1.
Результаты и их обсуждение
Мейоз при микроспорогенезе. В ходе мейоза при микроспорогенезе у изученных тетраплоидных форм яблони на всех стадиях отмечены отклонения от нормы. Процент микроспороцитов с аномальными картинами деления варьирует от 7,2 до 51,3%, в зависимости от стадии мейоза и формы (таблица 1).
Таблица 1 - Характеристика мейоза при микроспорогенезе у тетраплоидных форм яблони
Стадии мейоза % нарушений
30-47-88 (4х) Спартан (4х) Мелба (4х) 20-9-27 (4х) 25-37-47 (4х)
Метафаза-I 38,7 24,4 38,5 22,0 17,5
Анафаза-I 44,1 32,9 40,7 36,1 34,1
Телофаза-I 19,9 11,6 16,0 8,0 9,1
Метафаза-II 51,3 29,0 38,3 33,1 22,5
Анафаза-II 32,5 24,2 47,1 28,8 22,5
Телофаза-II 27,7 14,2 17,9 7,7 8,7
Тетрады 46,4 28,0 30,7 7,2 10,9
У форм с более правильным ходом мейоза (25-37-47, 20-9-27) максимальное количество нарушений отмечено при первом гетеротипическом делении мейоза - на стадии анафаза-!, у тетраплоидов с более нарушенным ходом мейоза максимум нарушений приходится на второе - гомеотипическое деление: 30-47-88 - метафаза-11, Мелба (4х) -анафаза-11 (таблица 1).
Количество нарушений и разнообразие морфологических типов нарушений взаимосвязаны между собой. Чем более правильный процесс мейоза, тем меньше разнообразие аномалий в нем. Так форма 25-37-47 в большей степени отличается правильным микроспорогенезом и спектр нарушений у нее минимальный. Наоборот, у формы 30-47-88 наибольший процент нарушений в ходе мейоза и разнообразие морфологических типов нарушений самое большое (таблица 2).
Таблица 2 - Типы нарушений на разных стадиях мейоза при микроспорогенезе у тетраплоидных форм яблони
Стадия Тетраплоидная форма яблони
мейоза 30-47-88 Спартан (4х) Мелба (4х) 20-9-27 25-37-47
забегание,
Метафаза-I выбросы, диффузное распределение хромосом, микроверетено, комбинация из 2х типов забегание забегание, выбросы, комбинация из 2х типов забегание, выбросы, сверхчисленные веретена забегание, выбросы
отставание,
Анафаза-I отставание, выбросы, мост, сверхчисленные веретена, комбинация из 2х типов выбросы, мост, неравное распредел. хромосом по группам отставание, выбросы, мост отставание, выбросы, мост, комбинация из 2х типов отставание, мост
микроядра, неравные по величине ядра микроядра,
Телофаза-I микроядра микроспороцит крупнее обычного с 4 ядрами микроядра микроядра, мост
забегание,
выбросы,
сверхчисл. веретена,
Метафаза-II неравные веретена, деления асинхрон. деления, дегенерация хроматина, отсутствие хроматина, диффузное забегание, выбросы, сверхчисл. веретена, комбинация из 2х типов нарушений забегание, выбросы, сверхчисленные веретена, комбинация из 2х типов нарушений забегание, выбросы, сверхчисл. веретена, комбинация из 2х типов нарушений забегание, выбросы, комбинация из 2х типов нарушений
распределение
хроматина, комбинация из 2х
типов
отставание,
Анафаза-II отставание, выбросы, сверхчисл. веретена, мост, асинхрон. деления, комбинация из 2х типов нарушений отставание, выбросы, сверхчисл. веретена, мост, комбинац. из 2х типов выбросы, сверхчисл. веретена, асинхрон. деления, комбинац. из 2х типов нарушений, беспорядочное распредел. хроматина по микроспороциту отставание, выбросы, сверхчисл. веретена, мост, комбинац. из 2х типов нарушений отставание, сверхчисл. веретена, комбинац. из 2х типов нарушений
нарушений
сверхчисл. ядра, сверхчисл. сверхчисл. ядра, микроядра, комбинац. из 2х типов нарушений
микроядра, ядра, сверхчисл. ядра, сверхчисл. ядра,
Телофаза-II асинхрон. деления, дегенерация хроматина микроядра, сложное ядро микроядра микроядра, мост
Тетрады полиады полиады полиады полиады полиады
Наиболее характерными отклонениями являются преждевременное забегание отдельных хромосом (метафаза-1 и II), отставание, выбросы хромосом, наличие мостов (анафаза-1 и II), в телофазе-1 и II - присутствие микроядер и сверхчисленных ядер. У формы 20-9-27 на этой стадии наблюдали микроспороциты с одним ядром, а у сорта Мелба (4х) микроспороцит крупнее обычного с 4 ядрами (рисунок 1).
д е ж з
Рисунок 1 - Особенности микроспорогенезана у тетраплоидных форм
а - метафаза-I, забегание (Спартан, 4х); б - анафаза-I, отставание хромосом, (Спартан 4х); в - телофаза-I, одно ядро, (20-9-27); г - телофаза-I, крупный микроспороцит с 4 ядрами (Мелба, 4х); д - метафаза-II, два типа нарушений в одном микроспороците (Мелба, 4х); е - анафаза-II, мост, (Мелба, 4х); к - телофаза-II, сверхчисленные ядра (Мелба,4х); з - пыльца (30-47-88)
На завершающей стадии мейоза отмечено значительное количество правильных тетрад. И весь процесс микроспорогенеза у изученных форм яблони завершается образованием большого количества морфологически
нормальной пыльцы (от 49,9 - 30-47-88 до 90,9% - 20-9-27), что позволяет использовать эти формы в селекции в качестве отцовского родителя при получении триплоидных сеянцев. Этот вывод подтверждают данные анализа плоидности гибридного потомства, полученные с участием изученных тетраплоидов. Выход триплоидов в их гибридном потомстве составил от 59,2% до 85,1 % (таблица 3).
Таблица 3 - Плоидность сеянцев яблони от итервалентных скрещиваний
Название гибридной семьи Тип скрещивания Кол-во изученных сеянцев, шт. В том числе
диплоиды, шт./% триплоиды шт./%
Антоновка обыкновенная х 30-47-88 2х х 4х 120 49/40,8 71/59,2
Краса Свердловска х 30-47-88 2х х 4х 77 13/16,9 64/83,1
Желанное х Мелба (4х) 2х х 4х 90 23/25,6 67/74,4
29-34-135 х Спартан (4х) 2х х 4х 67 10/14,9 57/85,1
23-14-122 х 25-37-47 2х х 4х 65 10/15,4 55/84,6
Макроспорогенез и формирование зародышевого мешка. Изучение эмбриональных структур женской генеративной сферы тетраплоидных форм яблони (30-47-88, 25-37-47, Мелба (4х)) показало, что схема развития женского гаметофита у них примерно одинакова. Весной формируются анатропные с овальным нуцеллусом и двумя интегументами семяпочки, в нуцеллусе закладывается материнская клетка макроспор, в дальнейшем развивается тетрада, а затем зародышевый мешок.
Некоторые нарушения в период формирования зародышевого мешка наблюдали у всех тетраплоидов яблони: наличие дополнительных тетрад (рисунок 1а), дифференциация всех клеток яйцевого аппарата или антипод по типу синергид (рисунок 1б, в), присутствие сверхчисленных ядер в зародышевом мешке (рисунок 1г). Единожды отмечали развитие дополнительных зародышевых мешков.
¿У"
^ ♦ • * ч
НК ь •
б
Т/;
<• А *
V.
г
Рисунок 2 - Особенности формирования женского гаметофита
а - две тетрады в одной семяпочке, Мелба (4х); б - дифференциация клеток яйцевого аппарата по типу синергид, Мелба (4х); в - дифференциация антипод по типу синергид, Мелба (4х); г - пять ядер в халазальном конце зародышевого мешка, 30-47-88
Минимальный уровень аномальных зародышевых мешков (21,9%) и семяпочек (2,9%) отмечен у формы 25-3747. У сорта Мелба (4х) процент зародышевых мешков с отклонениями чуть больше (26%), аномальных семяпочек отмечено не было. Наибольшее количество отклонений у формы 30-47-88 - 27,8% аномальных зародышевых мешков и 21,5% аномальных семяпочек (сложные семяпочки, сидячие семяпочки, семяпочки с одним интегументом, семяпочки с длинными интегументами). Количество нормальных зародышевых мешков составляет более 70%.
Перечисленные аномалии женского гаметофита в большинстве случаев не препятствуют осуществлению двойного оплодотворения, а лишь подчеркивают их сортоспецифичность. Таким образом, данные, полученные при изучении женской генеративной структуры у изученных тетраплоидных форм яблони (Мелба (4х), 25-37-47, 30-4788), позволяют сделать вывод о пригодности их для использования в гетероплоидных скрещиваниях в качестве материнских форм. Однако препятствием для использования в качестве матери формы 30-47-88 является высокая самоплодность этой формы. При опылении некастрированных цветков тетраплоидной формы 30-47-88 диплоидным сортом Краса Свердловска 94,1% сеянцев имеют тетраплоидный набор хромосом и только 5,9% - триплоидный. Чтобы увеличить выход триплоидных сеянцев в комбинациях скрещивания, где материнским родителем является самоплодная тетраплоидная форма 30-47-88, необходимо производить кастрацию цветков.
Выводы
На основании полученных данных рекомендуется использовать в селекции яблони на полиплоидном уровне для получения триплоидных генотипов в качестве опылителя тетраплоидные сорта и формы яблони Спартан (4х), Мелба (4х), 30-47-88, 20-9-27, 25-37-47; в качестве материнского родителя - 30-47-88, 25-37-47, Мелба (4х). Учитывая высокую самоплодность 30-47-88 при использовании ее в качестве материнского компонента необходимо производить кастрацию цветков.
Литература
1. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений // М.: Колос, 1980. - 304 с.
2. Рыбин В.А. Цитологический метод в селекции плодовых - М.: Колос, 1967. - 216 с.
3. Седов Е.Н. Селекция и новые сорта яблони. - Орел: ВНИИСПК, 2011. - 624 с.
4. Седов Е.Н., Седышева Г.А., Серова З.М. Новые иммунные // Приусадебное хозяйство. - 2005. - № 12
5. Топильская Л.А., Лучникова С.В., Чувашина Н.П. Изучение соматических и мейотичеоких смородины на ацето-гематоксилиновых давленых препаратах // Бюллетень ЦГЛ им. И.В. Мичурина, 1975 - С. 58-61.
. - С. 46-47.
хромосом . - Вып. 22.
УДК 634.722:631.527.5 (571.1)
МЕЖВИДОВАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ В СЕЛЕКЦИИ КРАСНЫХ СМОРОДИН В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Горбунов А.Б., к.б.н.
Недовесова Т.А., ст. лаборант_
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, Новосибирск, Россия, e-mail: gab 2002ru@ngs.ru
Аннотация
Оценка по морфологическим и биохимическим признакам гибридов красной смородины, созданных в ЦСБС на основе скрещивания отборных форм с. тёмно-пурпуровой со с. обыкновенной, свидетельствует о перспективности межвидовой гибридизации в селекции красной смородины в Западной Сибири. Полученные гибриды характеризуются хорошей урожайностью, крупными и вкусными ягодами, высоким содержанием в плодах биологически активных веществ.
Ключевые слова: смородина, селекция, гибриды, отборная форма
INTERSPECIFIC HYBRIDIZATION IN RED CURRANT BREEDING IN WESTERN SIBERIA
Gorbunov A.B., candidate of biological sciences Nedovesova T.A., senior laboratory assistant
Central Siberian Botanical Garden of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (CSBG SB RAS), Novosibirsk, Russia, e-mail: gab 2002ru@ngs.ru
Abstract
Abstract. Evaluation by morphological and biochemical characteristics of hybrids of red currant, created in the CSBG on the basis of crossing the selections of Ribes atropurpureum C.A. Meyer with R. vulgare Lam., testifyes about promising of interspecific hybridization in breeding of red currant in Western Siberia. Received hybrids are characterized by good yield, large and tasty berries, high content of biologically active substances in the fruits.
Key words: red currant, breeding, hybrids, selection, Ribes atropurpureum, R. vulgare
Введение
Из дикорастущих в Сибири красных смородин для интродукции и селекции наибольший интерес по комплексу признаков представляют смородина тёмно-пурпуровая - Ribes atropurpureum C.A.Meyer, с. щетинистая - R. hispidulum (Jancz.) Pojark. и их естественные межвидовые гибриды (Горбунов, 2013).
Известен лишь один районированный в Сибири сорт Обской закат, в создании которого принимала участие с. темно-пурпуровая (Данилина, 2005).
