Adaptive Fodder Production Adaptive Fodder Production Адаптивное кормопроизводство 2222-5366 43258 10.33814/AFP-2222-5366-2021-1-24-32 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ EXPERIMENTAL RESEARCH WORK ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ SEARCH OF FERTILITY REGULATORS FOR POLIMA TYPE CYTOPLASMIC MALE STERILITY OF SPRING RAPE (Brassica napus L.) AND ASSESSMENT OF THEIR QUALITY Поиск восстановителей фертильности для системы ЦМС типа Polima рапса ярового (Brassica napus L.) и оценка их качества Пастухов Игорь Олегович Pastukhov Igor Olegovych

кандидат сельскохозяйственных наук;

candidate of agricultural sciences;

 Карпачев Владимир Владимирович Karpachev Vladimir Vladimirovich

доктор сельскохозяйственных наук;

doctor of agricultural sciences;

 ФГБНУ ВНИИ рапса Липецк Россия All-Russian Scientific Research Institute of Rapeseed Lipetsk Russian Federation ФГБНУ ВНИИ рапса Россия FGBNU VNII rapeseed Russian Federation 2021 1 24 32 https://adaptagro.editorum.ru/en/nauka/article/43258/view

Одним из основных направлений в современной селекции ярового рапса является создание гетерозисных гибридов. Семеноводство большинства используемых в производстве гибридов F1 осуществляется на двух типах цитоплазматической мужской стерильности — Polima и Ogura. Во ВНИИ рапса созданы и оценены по основным селекционно-ценным признакам и биохимическим свойствам восстановители фертильности на стерильной цитоплазме. Цель работы заключалась в создании эффективных восстановителей, необходимых для получения высокопродуктивных гибридов на цитоплазме типа Polima. Материалом послужили 56 сортообразцов Brassica napus L., отобранных нами в 2013 г. Закладка опытов, наблюдения, учеты и анализы выполнялись с использованием методики полевого опыта, методики проведения полевых агротехнических опытов, методики статистической обработки данных. Исследования показали, что полученные восстановленные гибриды F1 превысили по отдельным элементам структуры урожая и продуктивности родительские формы и стандарты — сорта рапса Ратник и Риф. Выделены перспективные восстановители цитоплазматической мужской стерильности типа Polima, которые обеспечивали полное восстановление фертильности стерильных линий с ЦМС типа Polima. Практический интерес для создания гибридов на цитоплазме типа Polima представляет восстановитель LHR-1.

One of the prior directions in modern rapeseed breeding is making heterotic hybrids. Seed production of most hybrids F1 used in production are often carried out by two types of cytoplasmic male sterility, there are Polima and Ogura. At the All-Russian Rapeseed Research Institute, fertility restorers on sterile cytoplasm were made and estimated for the main valuable characteristics and biochemical properties. The purpose of the study was to create reducing agents necessary for obtaining highly productive hybrids on the Polima type cytoplasmic male sterility (CMS). The object of research was 56 varieties of Brassica napus L., which were chosen in 2013. The setting of experiments, observations, records and analyzes were carried out using the field plot technique, the methodology of field experiments, the method of statistical data processing. It is noted that hybrids F1 had more productivity than the parental forms and the standard (Ratnik and Rif). Promising reducing agents of cytoplasmic male sterility of the Polima type were identified, which ensured complete restoration of fertility in sterile lines with CMS of the Polima type. The reducing agent LHR-1 is of practical interest for the creation of hybrids on the Polima CMS.

 рапс яровой (Brassica napus L.) гетерозис цитоплазматическая мужская стерильность продуктивность качество семян winter rapeseed (Brassica napus L.) heterosis cytoplasmic male sterility productivity seed quality

Введение. Благодаря цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) и генетической регуляции восстановления фертильности, использование эффекта гетерозиса получило распространение в селекции сельскохозяйственных культур [1].Одно из наиболее перспективных направлений селекции рапса — это создание гетерозисных гибридов [2; 3]. Для использования гибридов в производстве обязательным является контролируемое опыление на основе мужской стерильности материнской формы и отцовской линии — восстановителя фертильности гибрида F1 [4].Цитоплазматическая мужская стерильность типа Polima восстанавливается одной парой доминантных генов Rf [5].Механизм данного типа стерильности заключается в отсутствии развития археспор или задержке их дифференциации, из-за чего пыльники стерильных растений являются мелкими, имеют стреловидную форму и белый цвет [6]. Во время развития пыльников и дифференциации археспор проявляется действие генов мужской стерильности.Материнская линия простого гибрида должна быть стерильной, а отцовская форма должна восстанавливать его фертильность [7].Целью наших исследований являлось создание эффективных восстановителей, необходимых для получения высокопродуктивных гибридов на цитоплазме типа Polima.Материалы и методы. Исследования проводились в 2012–2019 гг. в ФГБНУ «Всероссийский научно-иссле-довательский институт рапса» по поиску восстановителя фертильности ярового рапса. Поскольку все сорта рапса являлись закрепителями стерильности типа Polima, в качестве материала исследований были использованы 56 сортообразцов Brassica napus L., отобранные нами в 2013 г.В наших исследованиях восстановитель фертильности LHR-1 для цитоплазмы типа Polima ЦМС создан на основе источника генов Rf, любезно предоставленного канадским селекционером P.B.E. McVetty. При создании восстановителя фертильности у ярового рапса проблема заключалась в том, что источник генов восстановления являлся озимой формой с содержанием в масле эруковой кислоты 7,66%, а в семенах содержание глюкозинолатов составляло более 2,75% [8].Закладка опытов, наблюдения, учеты и анализы выполнялись с использованием методики полевого опыта [9], методики проведения полевых агротехнических опытов [10], методики статистической обработки данных [11].Результаты и обсуждение. С целью получения восстановителей фертильности на стерильной основе для ЦМС типа Polima проводили насыщающие скрещивания стерильной линии LHS-1 выделенными из гибридной комбинации линиями, несущими гены восстановления фертильности Rf.При дальнейшей оценке гибридов F1, среди расщепляющихся образцов стерильной линии LHS-1 с самоопыленными линиями восстановителя фертильности типа Polima, выделили линии, имеющие 100%-ую восстановительную способность и соответственно ген RfRf (табл. 1).  1. Восстановительная способность выделенных линий LHR-1 (тип Polima) по гену RfRf, % №Комбинация скрещиванияГоды исследованийСреднее значение2014201520161LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-31001001001002LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-5707580753LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-7506060574LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-91001001001005LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-11807080776LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-16809080837LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-181009080908LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-19909090909LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-217073707110LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-2210081858911LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-239085808512LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-13)6050505313LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-210010010010014LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-310070758215LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-610010010010016LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-710010010010017LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-810010010010018LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-910080808719LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-1010010010010020LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-11100808087 Исследуемые линии в основной массе являлись гетерозиготными по эффекту восстановления фертильности у рапса. К полуфертильным отнесены линии, в пыльниках цветков которых обнаружена фертильная и стерильная пыльца. У гибрида LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-13) в соцветиях сформировалось 47% стерильных и 53% фертильных цветков, а у гибрида LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-7 было сформировано 43% стерильных и 57% фертильных цветков. Гибриды LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-15; LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-1); LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-2); LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-3); LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-5); LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-6) имели только стерильные цветки. По итогам многолетних исследований установлено, что перспективные образцы LHS-1 × ((X-401, ф.р.©ρ3) р-4), р-3; LHS-1 × ((X-401, ф.р.©ρ3) р-4), р-9; LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-6; LHS-1 × ((X-401, ф.р.©ρ3) дел.), р-7; LHS-1 × ((X-401, ф.р.©ρ3) дел.), р-8; LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-10 при нормальных условиях роста и развития могут обеспечить высокую степень фертильности гибридов.Перспективные гибридные комбинации изучены по продуктивности в трех повторениях в сравнении с сортами-стандартами Ратник и Риф.Проведена агробиологическая оценка перспективных гибридных комбинаций, изучена структура урожая и качество семян.Установлено, что высота растений гибридов F1 варьировала от 93,5 см у LHS-1 × LHR-1, р-9 в 2017 г. до 125,8 см у LHS-1 × LHR-1, р-10 в 2018 г. (табл. 2).  2. Высота растений фертильных гибридов F1 рапса, 2017–2019 гг. №ПроисхождениеДлина стебля, см2017 г.2018 г.2019 г.среднее значение1LHS-1 × LHR-1, р-3114,2110,7119,7114,9 ± 4,52LHS-1 × LHR-1, р-993,5112,0125,7110,4 ± 16,23LHS-1 × LHR-1, р-696,7117,8121,6112,0 ± 13,44LHS-1 × LHR-1, р-798,2115,7120,0111,3 ± 11,55LHS-1 × LHR-1, р-8108,0112,6122,3114,3 ± 7,36LHS-1 × LHR-1, р-10103,8125,8123,7117,8 ± 12,17Ратник, St108,3128,0130,3122,2 ± 12,18Риф, St104,3120,6128,7117,9 ± 12,4 НСР0512,310,07,910,1 ± 2,2 По результатам исследования продуктивности растений наиболее ценными оказались гибриды: LHS-1 × LHR-1, р-3; LHS-1 × LHR-1, р-8, LHS-1 × LHR-1, р-7. По признаку «масса семян с одного растения» значения варьировались от 2,93 до 3,04 г, что достоверно превосходило стандарт (табл. 3).Продуктивность LHS-1 × LHR-1, р-10 была достоверно ниже других гибридов F1 и стандарта.  3. Продуктивность гибридов F1 ярового рапса, 2017–2019 гг. №ПроисхождениеМасса семян с растения, г2017 г.2018 г.2019 г.Среднее значение1LHS-1 × LHR-1, р-31,485,973,043,50 ± 2,282LHS-1 × LHR-1, р-91,354,201,502,35 ± 1,603LHS-1 × LHR-1, р-61,283,971,312,19 ± 1,544LHS-1 × LHR-1, р-71,672,913,002,53 ± 0,745LHS-1 × LHR-1, р-81,343,352,932,54 ± 1,066LHS-1 × LHR-1, р-101,132,031,631,60 ± 0,467Ратник, St0,761,711,111,19 ± 0,488Риф, St0,812,011,091,30 ± 0,63 НСР050,542,111,391,35 ± 0,79 Показатель «масса 1000 семян» у гибридов F1 рапса варьировал в пределах от 2,53 до 4,55 г, наиболее крупные семена были у гибридов F1 LHS-1 × LHR-1, р-7 и LHS-1 × LHR-1, р-8: их масса составила от 3,79 ± 1,09 до 3,83 ± 0,82 г (табл. 4).Более низкие показатели массы 1000 семян выявлены у гибрида F1 LHS-1 × LHR-1, р-3 – 3,57 ± 0,85 г.  4. Масса 1000 семян (г) у фертильных гибридов F1 рапса №ПроисхождениеГоды исследований201720182019 среднее значение1LHS-1 × LHR-1, р-34,143,982,603,57 ± 0,852LHS-1 × LHR-1, р-94,274,172,863,77 ± 0,793LHS-1 × LHR-1, р-64,234,132,713,69 ± 0,854LHS-1 × LHR-1, р-74,474,382,533,79 ± 1,095LHS-1 × LHR-1, р-84,394,222,893,83 ± 0,826LHS-1 × LHR-1, р-104,554,052,633,74 ± 1,007Ратник, St4,354,092,783,74 ± 0,848Риф, St4,444,052,823,77 ± 0,84 НСР050,510,330,520,45 ± 0,11 По содержанию масла в семенах все гибриды не имели достоверных различий (табл. 5). Самое низкое содержание масла в семенах в среднем за три года испытаний отмечено у гибридов LHS-1 × LHR-1, р-8 (36,9 ± 1,3%), LHS-1 × LHR-1, р-10 (36,9 ± 2,1%). Наиболее высокое содержание масла — у гибридов LHS-1 × LHR-1, р-3 (38,0 ± 1,9%), LHS-1 × LHR-1, р-7 (37,8 ± 1,5%).Содержание масла в семенах варьировало от 35,0% у гибрида LHS-1 × LHR-1, р-10 в 2018 г. до 39,8% у гибрида LHS-1 × LHR-1, р-3 в 2019 г. 5. Биохимическая характеристика семян гибридов F1 рапса, % №ПроисхождениеМасличность, %Белок, %2017 г.2018 г.2019 г.среднее значение2017 г.2018 г.2019 г.среднее значение1LHS-1 × LHR-1, р-338,236,039,838,0 ± 1,927,3128,0224,7026,7 ± 1,72LHS-1 × LHR-1, р-938,137,237,737,7 ± 0,526,2029,0226,0927,1 ± 1,73LHS-1 × LHR-1, р-638,636,536,637,2 ± 1,226,0627,7226,1626,6 ± 0,94LHS-1 × LHR-1, р-739,336,237,837,8 ± 1,525,7728,2927,1727,1 ± 1,35LHS-1 × LHR-1, р-838,436,136,136,9 ± 1,326,6828,4927,5927,6 ± 0,36LHS-1 × LHR-1, р-1039,135,036,436,9 ± 2,126,4229,6425,2327,1 ± 2,37Ратник, St38,137,137,437,5 ± 0,527,4528,9626,6828,0 ± 1,28Риф, St38,437,136,837,4 ± 0,926,1828,7126,5327,1 ± 1,4 НСР051,871,641,661,72 ± 0,11,601,172,081,7 ± 0,4 По содержанию белка в семенах гибридов рапса не имелось достоверных различий, этот показатель варьировал в пределах от 25,77% у LHS-1 × LHR-1, р-7 в 2018 г. до 29,02% у LHS-1 × LHR-1, р-9 также в 2018 г.Одним из наиболее важных показателей, которые характеризуют качество рапсового масла, является содержание олеиновой кислоты — мононенасыщенной жирной кислоты (Омега 9) [12].Достоверно высокое содержание олеиновой кислоты в масле отмечено у LHS-1 × LHR-1, р-6 и составляет 64,0 ± 3,1% (табл. 6). Все остальные гибриды имели содержание олеиновой кислоты на уровне стандарта. 6. Содержание отдельных жирных кислот в семенах гибридов F1, % №ПроисхождениеОлеиновая кислота, %Эруковая кислота, %2017 г.2018 г.2019 г.среднее значение2017 г. 2018 г.2019 г.среднее значение1LHS-1 × LHR-1, р-364,060,558,461,0 ± 2,80,250,280,450,33 ± 0,112LHS-1 × LHR-1, р-963,959,858,260,6 ± 2,90,260,110,330,23 ± 0,113LHS-1 × LHR-1, р-666,065,660,464,0 ± 3,10,140,070,350,19 ± 0,144LHS-1 × LHR-1, р-765,062,461,262,8 ± 1,90,150,150,230,18 ± 0,055LHS-1 × LHR-1, р-866,863,758,763,1 ± 2,10,110,090,440,21 ± 0,196LHS-1 × LHR-1, р-1066,161,760,262,7 ± 3,00,130,200,360,23 ± 0,117Ратник, St65,262,557,861,8 ± 3,70,100,000,320,14 ± 0,168Риф, St65,160,956,860,9 ± 4,10,110,230,450,26 ± 0,17 НСР052,402,791,782,32 ± 0,50,210,130,140,16 ± 0,04 Содержание эруковой кислоты в семенах гибридов F1 во все годы испытаний не превышало допустимых показателей. Самое высокое содержание отмечено у LHS-1 × LHR-1, р-3 (0,45%) в 2019 г., самое низкое — у LHS-1 × LHR-1, р-8 (0,11%) в 2017 г. и LHS-1 × LHR-1, р-9 (0,11%) в 2018 г.Питательная ценность рапсового жмыха и шрота ограничивается содержащимися в них серосодержащими соединениями — глюкозинолатами. Во время гидролиза, под действием фермента мирозиназы, они распадаются на изотиоцианаты, тиоцианаты, оксазолидинтионы, которые негативно влияют на щитовидную железу животных, и нитрилы, являющиеся токсичными [13].Гибриды F1 имели равное или достоверно более высокое содержание глюкозинолатов в семенах (16,04–25,27 мкмоль/г) в сравнении со стандартом Ратник и равное с Риф (табл. 7).  7. Содержание глюкозинолатов в семенах гибридов F1, мкмоль/г №ПроисхождениеГоды исследований201720182019среднее значение1LHS-1 × LHR-1, р-322,119,225,322,2 ± 3,02LHS-1 × LHR-1, р-917,216,022,018,4 ± 3,13LHS-1 × LHR-1, р-617,721,423,620,9 ± 2,94LHS-1 × LHR-1, р-720,621,622,721,7 ± 1,05LHS-1 × LHR-1, р-820,920,622,721,4 ± 1,16LHS-1 × LHR-1, р-1018,922,421,420,9 ± 1,87Ратник, St16,014,320,416,9 ± 3,18Риф, St21,122,421,821,7 ± 0,6 НСР050,180,184,181,51 ± 2,3 У LHS-1 × LHR-1, р-3 отмечено максимальное количество глюкозинолатов в семенах (25,27 мкмоль/г). У LHS-1 × LHR-1, р-9 — минимальное их количество (16,0 мкмоль/г).Заключение. В результате проведенных исследований выделены перспективные восстановители цитоплазматической мужской стерильности типа Polima: LHR-1, р-3; LHR-1, р-7; LHR-1, р-8. Они обеспечивали полное восстановление фертильности стерильных линий с ЦМС типа Polima.Отдельные элементы структуры урожая гибридов рапса F1 с выделенными восстановителями фертильности, в том числе масса семян с одного растения, превысили показания родительских форм и стандартов. Восстановитель фертильности ЦМС типа Polima LHR-1 представляет практический интерес в селекции рапса для создания фертильных гибридов F1 на этом типе цитоплазмы.

Боос Г.В., Бадина Г.В., Буренин В.И. Гетерозис овощных культур. - Л. : Агропромиздат, 1990. - 223 с. Boos G.V., Badina G.V., Burenin V.I. Geterozis ovoschnyh kul'tur. - L. : Agropromizdat, 1990. - 223 s. Кильчевский А.В. Генетические основы селекции растений. В 4 т. - Т. 1. Общая генетика растений / науч. ред. А.В. Кильчевский, Л.В. Хотылева. - Минск : Белорусская наука, 2008. - 551 с. Kil'chevskiy A.V. Geneticheskie osnovy selekcii rasteniy. V 4 t. - T. 1. Obschaya genetika rasteniy / nauch. red. A.V. Kil'chevskiy, L.V. Hotyleva. - Minsk : Belorusskaya nauka, 2008. - 551 s. Birchler J.A., Yao H., Chudalay S. et al. Heterosis // Plant Cell. - 2010. - Vol. 22, - P. 2105-2112. Birchler J.A., Yao H., Chudalay S. et al. Heterosis // Plant Cell. - 2010. - Vol. 22, - P. 2105-2112. Карпачев В.В., Пастухов И.О. Оценка нового материала для гетерозисной селекции ярового рапса, созданного на основе двух систем ЦМС // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. - 2017. - № 3. - С. 31-36. Karpachev V.V., Pastuhov I.O. Ocenka novogo materiala dlya geterozisnoy selekcii yarovogo rapsa, sozdannogo na osnove dvuh sistem CMS // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - № 3. - S. 31-36. Yang G., Fu T. The inheritance of Polima cytoplasmic male sterility in Brassica napus L. // Plant Breed. - 1990. - Vol. 104. - P. 121-124. Yang G., Fu T. The inheritance of Polima cytoplasmic male sterility in Brassica napus L. // Plant Breed. - 1990. - Vol. 104. - P. 121-124. Bartkowiak-Broda I. CMS polima // Proc. 9th Intern. Rapeseed Congr. - 1995. - V. 1. - P. 22-28. Bartkowiak-Broda I. CMS polima // Proc. 9th Intern. Rapeseed Congr. - 1995. - V. 1. - P. 22-28. Wei W.L., Wang H.Z., Liu G.H. Cytological and molecular characterization of a new cytoplasmic male sterility in rapeseed // Plant Breeding. - Aug 2009. - Vol. 128. - Issue 4. - Pp. 426-428. Wei W.L., Wang H.Z., Liu G.H. Cytological and molecular characterization of a new cytoplasmic male sterility in rapeseed // Plant Breeding. - Aug 2009. - Vol. 128. - Issue 4. - Pp. 426-428. Карпачев В.В. Рапс яровой. Основы селекции : монография / ГНУ ВНИПТИ рапса. - Липецк, 2008. - 236 с. Karpachev V.V. Raps yarovoy. Osnovy selekcii : monografiya / GNU VNIPTI rapsa. - Lipeck, 2008. - 236 s. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М. : Агропромиздат, 1985. - 416 с. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy). - M. : Agropromizdat, 1985. - 416 s. Методика проведения полевых агротехнических опытов с масличными культурами / В.М. Лукомец, Н.М. Тишков, В.Ф. Баранов и др. - Краснодар : РИА «АлВи-дизайн», 2010. - 327 с. Metodika provedeniya polevyh agrotehnicheskih opytov s maslichnymi kul'turami / V.M. Lukomec, N.M. Tishkov, V.F. Baranov i dr. - Krasnodar : RIA «AlVi-dizayn», 2010. - 327 s. Вольф В.Г. Статистическая обработка опытных данных. - М. : Колос, 1966. - 253 с. Vol'f V.G. Statisticheskaya obrabotka opytnyh dannyh. - M. : Kolos, 1966. - 253 s. Пастухов И.О. Селекционно-генетические принципы создания гетерозисных гибридов рапса ярового (Brassica napus L.) в ЦЧР : дис. … канд. с.-х. наук. - Рамонь, 2018. - 135 с. Pastuhov I.O. Selekcionno-geneticheskie principy sozdaniya geterozisnyh gibridov rapsa yarovogo (Brassica napus L.) v CChR : dis. … kand. s.-h. nauk. - Ramon', 2018. - 135 s. Parnell A., Craig E.A., Draper S.P. Changes in the glucosinolate content of seed of winter oilseed rape varieties in successive generations // J. Nation. Instit. Agric. Bot. - 1983. - V. 16, № 2. - Pp. 207-212. Parnell A., Craig E.A., Draper S.P. Changes in the glucosinolate content of seed of winter oilseed rape varieties in successive generations // J. Nation. Instit. Agric. Bot. - 1983. - V. 16, № 2. - Pp. 207-212.