А.Д. Бочковой, В.А. Камардин, О.В. Пивненко, ЭФФЕ
advertisement
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010 ___________________________________________ А.Д. Бочковой, доктор сельскохозяйственных наук В.А. Камардин, младший научный сотрудник О.В. Пивненко, научный сотрудник ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии Россия, г. Краснодар, ул. Филатова, 17 тел. (861) 254-23-33, факс (861) 254-27-80, e-mail:vniimk-center@mail. ru ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИЗОЛЯТОРОВ ПРИ РЕПРОДУЦИРОВАНИИ САМООПЫЛЕННЫХ ЛИНИЙ ПОДСОЛНЕЧНИКА В ЗВЕНЬЯХ ПЕРВИЧНОГО СЕМЕНОВОДСТВА Ключевые слова: подсолнечник, самоопыленные линии, первичное семеноводство, тип изоляторов УДК 631.531.02:633.854.78 Введение. Семеноводство гибридного подсолнечника на основе ЦМС предусматривает использование сложных генетических систем закрепления стерильности и восстановления фертильности пыльцы, а также контроль стабильности морфобиологических, биохимических показателей и устойчивости к патогенам. Энтомофильный тип опыления подсолнечника накладывает глубокий отпечаток на характер семеноводческой работы и создает существенные затруднения при репродуцировании селекционного материала. Система первичного семеноводства самоопыленных линий предполагает оценку и отбор лучших растений и семей в питомнике оценки потомств. Весь цикл работ при этом происходит при контролируемом опылении под изоляторами. Материал, из которого они изготовлены, должен отвечать определенным требованиям. С одной стороны, он должен быть непроницаемым для пыльцы подсолнечника, а с другой стороны, обеспечивать создание благоприятных условий в отношении влажности, воздухообмена, освещенности и температуры с целью сохранения жизнеспособности пыльцы изолированного растения и обеспечения благоприятных условий оплодотворения и налива семян. Помимо этого, изоляторы должны быть достаточно прочными, устойчивыми к ветровой нагрузке и повреждению птицами. Искусственную изоляцию подсолнечника применяют в селекционной практике давно. Обычно изоляторы представляют собой различного размера и формы пакеты или сумочки. Материалом для них могут служить пергаментная или полупергаментная бумага, а также тонкая белая ткань (тюль, батист, густая марля и т.д.). Для изоляции подсолнечника иногда изготавливают комбинированные изоляторы из марли и пергамента (Иванов А.П., Сизов И.А. [1]). Г.М. Попова [2] считает, что в условиях Средней Азии для изоляции корзинок подсолнечника лучше применять тканевые изоляторы, поскольку при высокой температуре воздуха под пергаментными изоляторами семена практически не завязываются. Как отмечает в своих исследованиях А.И. Плотников [3], матерчатые изоляторы, помимо того, что являются прочными, значительно меньше нарушают вентиляцию воздуха, в силу чего это менее отрицательно сказывается на завязываемости семянок. По сообщению В.Г. Вольфа [4], в работах по гибридизации подсолнечника на Харьковской государственной селекционной станции с 1936 года широко применяют пергаментные изоляторы. Данные опытов С.А. Розова [5] свидетельствуют об успешном использовании марлевых изоляторов в качестве преграды для проникновения насекомых и попадания чужеродной пыльцы. Следует отметить, что в работах перечисленных авторов не приводятся экспериментальные данные по сравнительной эффективности использования различных типов изоляторов и их влиянию на завязываемость семян при самоопылении и получении гибридных семян. В опытах E.D. Putt [6] установлено, что при самоопылении подсолнечника под бумажными изоляторами средняя завязываемость семян составила 46 штук на одно растение, а под изоляторами из хлопчатобумажной ткани она варьировала от 123 до 728 штук на одно растение (в среднем 425 штук на растение). В начальный период развития гетерозисной селекции подсолнечника вопрос повышения завязываемости семян при самоопылении подсолнечника стоял достаточно остро. Дело в том, что в качестве исходного материала на этом этапе использовались сорта-популяции, в силу своей генетической природы отличающиеся пониженной автофертильностью. Завязываемость семян под изоляторами при этом варьировала от полной стерильности до высокой фертильности [7, 8, 9, 10, 11]. Первые попытки применения самоопыления к подсолнечнику были сделаны в 1915 г. Е.М. Плачек [11]. Эти работы показали, что подсолнечник, обычно относимый к облигатным перекрестноопылителям, которым свойственна самостерильность, при самоопылении может давать плодовитое потомство. Плодовитость у изолированных растений была чрезвычайно разнообразной: от полной стерильности до высокой фертильности в первых поколениях инцухта. Была также отмечена «резкая разница между высоким процентом бесплодия у изолированного потомства и таким же высоким процентом плодовитости у не изолированного» [8]. С развитием селекционных работ с гибридным подсолнечником и развертыванием широкомасштабных селекционных программ было начато использование разнообразных конструкций изоляторов со встроенными элементами для нанесения пыльцы на рыльца пестиков, так называемые полинезаторы. Процесс изготовления таких приспособлений был сложным, связанным с большими затратами труда и средств. В то же время это была необходимая ступень на пути перехода от использования самостерильного материала к созданию на его основе автофертильных форм. В последующем, на рубеже 80-х годов прошлого века использование изоляторов со встроенными полинезаторами было полностью прекращено в связи с появлением обширных коллекций автофертильных линий и исходного селекционного материала на их основе. Постепенно уменьшилось употребление и бумажных изоляторов, а в практике селекционно-семеноводческих работ с гибридным подсолнечником все большее распространение получили изоляторы из воздухопрони- цаемых материалов типа хлопчатобумажной и синтетической ткани, марли и капроновой сетки с различной плотностью расположения нитей [12] . В ходе этого процесса остался не выясненным вопрос о проницаемости новых материалов для пыльцы подсолнечника, а следовательно, и их надежности с точки зрения сохранения генетической чистоты селекционного материала при его репродуцировании. Изучение типов изоляторов, применяемых в первичном семеноводстве гибридного подсолнечника, таким образом, является актуальной задачей в связи с использованием новых материалов, а также генетически разнородных самоопыленных линий, отличающихся по своей реакции на условия внешней среды. Материал и методы. Исследования проводили в 2008-2009 гг. на ЦЭБ ВНИИМК (г. Краснодар). В качестве исходного материала использовали константные самоопыленные линии (фертильные формы) и их ЦМС-аналоги ВК 678, ВК 276 и ВК 680, имеющие различное происхождение и отличающиеся по продолжительности периода вегетации, высоте растений и другим селекционным признакам. В опыте изучали 4 типа изоляторов: из полупергаментной бумаги, хлопчатобумажной ткани, спанбонда и капроновой сетки (ГОСТ 4403-91). По каждому варианту изолировали по 15 растений перед началом цветения. Фертильные формы самоопыленных линий использовали для сопоставительного анализа завязываемости семянок при самоопылении под изоляторами различного типа, а ЦМС-аналоги – для изучения проницаемости различных материалов для пыльцы подсолнечника. По данным лаборатории иммунитета и электрофореза ВНИИМК, размер пыльцевых зерен у самоопыленных линий составлял 35-40 мкм, размер ячеек у капроновой сетки – 500-520 мкм. В спанбонде встречались отдельные ячейки с диаметром 60-70 мкм. Результаты и обсуждение. Представленные в таблице 1 данные показывают, что при самоопылении растений изученных линий подсолнечника под изоляторами из различных материалов наибольшее количество выполненных семянок отмечено на вариантах с использованием капроновой сетки. В зависимости от исходного материала оно варьировало от 223 у линии ВК 678 до 576 у линии ВК 680. Минимальное количество выполненных семянок оказалось под изоляторами из полупергаментной бумаги (от 12 у линии ВК 678 до 105 у линии ВК 680). Изоляторы из хлопчатобумажной ткани и спанбонда занимали промежуточное положение между этими крайними вариантами и обладали примерно равной эффективностью в отношении завязываемости семян. Отмеченная закономерность характерна для всех изученных самоопыленных линий. Таким образом, при определении их автофертильности можно сопоставлять данные, полученные с использованием любого из представленных типов изоляторов. По отношению к числу выполненных семянок при свободном цветении показатель автофертильности у изученных самоопыленных линий варьировал от 1,7 до 14,0 % при использовании изоляторов из полупергаментной бумаги, от 16,5 до 55,5 % – из хлопчатобумажной ткани, от 16,6 до 55,1 % – из спанбонда и от 29,2 до 76,8 % – из капроновой сетки (см. табл. 1). Самоопыленные линии ВК 678 и ВК 276 отличались пониженной автофертильностью (1,7-31,6 и 3,7-29,2 % соответственно в зависимости от типа изоляторов), а линия ВК 680 обладала повышенной завязываемостью семянок при самоопылении (14,0-76,8 %). Таблица 1 – Завязываемость семянок у самоопыленных линий подсолнечника при использовании различных типов изоляторов Краснодар, 2008-2009 гг. Материал для изготовления изоляторов Свободное опыление (контроль) Полупергамент Хлопчатобумажная ткань Спанбонд Капроновая сетка Количество выполненных семянок ВК 678 ВК 276 ВК 680 шт./раст. в % к шт./раст. в % к шт./раст. в % к контролю контролю контролю 707 ± 23 899 ± 39 750 ± 26 12 ± 6 157 ± 45 125 ± 44 223 ±45 1,7 22,2 17,7 31,6 33 ± 11 148 ± 26 149 ± 25 262 ± 48 3,7 16,5 16,6 29,2 105 ± 40 416 ± 61 413 ± 58 576 ± 83 14,0 55,5 55,1 76,8 Таким образом, вариант с использованием капроновой сетки для изготовления изоляторов выглядит наиболее привлекательным с точки зрения коэффициента размножения селекционного материала. Однако проверка разных типов изоляторов на проницаемость для пыльцы подсолнеч- ника показала, что полную гарантию сохранения генетической чистоты можно получить лишь при использовании изоляторов из полупергаментной бумаги (табл. 2). Таблица 2 – Проницаемость различных типов изоляторов для пыльцы подсолнечника при изоляции ЦМС-аналогов самоопыленных линий Краснодар, 2008-2009 гг. Материал для изготовления Показатели изоляторов Полупергамент Доля растений с выполненными Х/б ткань семянками, % Спанбонд Капроновая сетка Полупергамент Среднее количество выполненных Х/б ткань семянок, шт./раст. Спанбонд Капроновая сетка ЦМС ВК 678 0,0 54,0 36,3 100,0 0,0 2,3 ± 0,1 1,7 ± 0,1 20,0 ± 7,0 ЦМС ВК 276 0,0 23,0 33,1 89,8 0,0 3,6 ± 1,6 4,8 ± 2,6 5,8 ± 1,8 ЦМС ВК 680 0,0 46,6 50,0 96,6 0,0 2,5 ± 1,2 2,7 ± 0,8 16,5 ± 7,2 Результаты данного модельного опыта могут стать поводом для более тщательного подбора материала при изготовлении изоляторов, используемых в первичном семеноводстве самоопыленных линий подсолнечника. Следует отметить, что воспроизведенная ситуация никогда не встречается в практике селекционно-семеноводческих работ с гибридным подсолнечником, поскольку изоляция ЦМСаналогов всегда сопровождается нанесением пыльцы. Несмотря на это, изоляторы из капроновой сетки с диаметром отверстий большим, чем размеры пыльцевых зерен у подсолнечника, должны быть признаны однозначно ненадежными при репродуцировании селекционного материала в звеньях первичного семеноводства. Что касается таких материалов, как х/б ткань и спанбонд, то они могут и должны применяться в первичном семеноводстве самоопыленных линий подсолнечника, поскольку при изоляции ЦМС-аналогов линий без нанесения пыльцы на растениях завязываются единичные семянки. Выводы. 1. При репродуцировании самоопыленных линий подсолнечника ВК 678, ВК 276 и ВК 680 в звеньях первичного семеноводства минимальная завязываемость семянок отмечена при использовании изоляторов из полупергаментной бумаги (12-105 шт./раст.), максимальная – у изоляторов из капроновой сетки (105-576 шт./раст.). Изоляторы из хлопчатобумажной ткани и спанбонда занимали промежуточное положение между этими крайними вариантами и обладали примерно равной эффективностью в отношении завязываемости семян (148-416 и 125-413 шт./раст. соответственно). 2. Капроновая сетка с диаметром отверстий 500-520 мкм не является надежным препятствием для проникновения пыльцы подсолнечника и не должна использоваться при изготовлении изоляторов. 3. Отмечена различная реакция самоопыленных линий в отношении завязываемости семянок при самоопылении под изоляторами из различных материалов. Список литературы 1. Иванов, А.П. Селекция и семеноводство полевых культур / А.П. Иванов, И.А. Сизов. – М.: Сельхозгиз, 1951. – 165 с. 2. Попова, Г.М. Частная селекция полевых культур / Г.М. Попова. – М.: Сельхозгиз, 1951. – 133 с. 3. Плотников, А.И. Биология цветения подсолнечника / А.И. Плотников // Подсолнечник. – Краснодар: Крайиздат,1940. – С. 44-67. 4. Вольф, В.Г. Селекция и семеноводство подсолнечника / В.Г. Вольф // Работы по селекции и семеноводству. Харьковская госселекстанция. – Харьков, 1947. – С. 15-17. 5. Розов, С.А. Пчелоопыление подсолнечника / С.А. Розов. – М.: Огиз-Сельхозгиз, 1931. – 151 с. 6. Гундаев, А.И. К вопросу повышения процента завязывания семян при самоопылении у подсолнечника / А.И. Гундаев // Краткий отчет о научно-исследовательской работе ВНИИМК за 1957 год. – Краснодар: Советская Кубань, 1958. – С. 31-33. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010 ___________________________________________ 7. Плачек, Е.М. Формообразовательные процессы у подсолнечника под влиянием гибридизации и инцухта / Е.М. Плачек // Труды Всесоюзного съезда по генетике, селекции, семеноводству и племенному животноводству. – Л., 1929. – Т. 2. – С . 395-396. 8. Плачек, Е.М. Селекция перекрестноопыляющихся растений на основе инцухта / Е.М. Плачек // Социалистическая реконструкция сельского хозяйства – 1936. – № 12. – С. 98-103. 9. Ягодкин, И.Г. Применение метода инцухта и диаллельных скрещиваний в культуре подсолнечника / И.Г. Ягодкин // Селекция и семеноводство. – 1937. – № 1. – С. 21-27. 10. Щербак, С.Н. Шесть лет инцухта подсолнечника / С.Н. Щербак // Яровизация. – 1940. – Вып. 2 (29). – С. 47. 11. Морозов, В.К. Селекция подсолнечника в СССР / В.К. Морозов. – М.: Пищепромиздат, 1947. – 245 с. 12. Бятец, М.В. Влияние типов материала индивидуального изолятора растения на завязываемость семян и некоторые хозяйственно-ценные признаки линий подсолнечника / М.В. Бятец // Науч.-техн. бюл. ВНИИМК. – 2001. – Вып. 125. – С. 51-54.
