ПОИСК ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ ФЕРТИЛЬНОСТИ ДЛЯ СИСТЕМЫ ЦМС ТИПА POLIMA РАПСА ЯРОВОГО (BRASSICA NAPUS L.) И ОЦЕНКА ИХ КАЧЕСТВА
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
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.

Ключевые слова:
рапс яровой (Brassica napus L.), гетерозис, цитоплазматическая мужская стерильность, продуктивность, качество семян
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

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.EMcVetty. 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 скрещивания

Годы исследований

Среднее значение

2014

2015

2016

1

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-3

100

100

100

100

2

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-5

70

75

80

75

3

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-7

50

60

60

57

4

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-9

100

100

100

100

5

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-11

80

70

80

77

6

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-16

80

90

80

83

7

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-18

100

90

80

90

8

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-19

90

90

90

90

9

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-21

70

73

70

71

10

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-22

100

81

85

89

11

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) р-4), р-23

90

85

80

85

12

LHS-1 × (LHS-1 × Monty, р-13)

60

50

50

53

13

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-2

100

100

100

100

14

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-3

100

70

75

82

15

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-6

100

100

100

100

16

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-7

100

100

100

100

17

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-8

100

100

100

100

18

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-9

100

80

80

87

19

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-10

100

100

100

100

20

LHS-1 × ((LHR-1, ф.р.©ρ3) дел.), р-11

100

80

80

87

 

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.

 

Происхождение

Длина стебля, см

2017 г.

2018 г.

2019 г.

среднее

значение

1

LHS-1 × LHR-1, р-3

114,2

110,7

119,7

114,9 ± 4,5

2

LHS-1 × LHR-1, р-9

93,5

112,0

125,7

110,4 ± 16,2

3

LHS-1 × LHR-1, р-6

96,7

117,8

121,6

112,0 ± 13,4

4

LHS-1 × LHR-1, р-7

98,2

115,7

120,0

111,3 ± 11,5

5

LHS-1 × LHR-1, р-8

108,0

112,6

122,3

114,3 ± 7,3

6

LHS-1 × LHR-1, р-10

103,8

125,8

123,7

117,8 ± 12,1

7

Ратник, St

108,3

128,0

130,3

122,2 ± 12,1

8

Риф, St

104,3

120,6

128,7

117,9 ± 12,4

 

НСР05

12,3

10,0

7,9

10,1 ± 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, 20172019 гг.

 

Происхождение

Масса семян с растения, г

2017 г.

2018 г.

2019 г.

Среднее

значение

1

LHS-1 × LHR-1, р-3

1,48

5,97

3,04

3,50 ± 2,28

2

LHS-1 × LHR-1, р-9

1,35

4,20

1,50

2,35 ± 1,60

3

LHS-1 × LHR-1, р-6

1,28

3,97

1,31

2,19 ± 1,54

4

LHS-1 × LHR-1, р-7

1,67

2,91

3,00

2,53 ± 0,74

5

LHS-1 × LHR-1, р-8

1,34

3,35

2,93

2,54 ± 1,06

6

LHS-1 × LHR-1, р-10

1,13

2,03

1,63

1,60 ± 0,46

7

Ратник, St

0,76

1,71

1,11

1,19 ± 0,48

8

Риф, St

0,81

2,01

1,09

1,30 ± 0,63

 

НСР05

0,54

2,11

1,39

1,35 ± 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

 

Происхождение

Годы исследований

2017

2018

2019

среднее

значение

1

LHS-1 × LHR-1, р-3

4,14

3,98

2,60

3,57 ± 0,85

2

LHS-1 × LHR-1, р-9

4,27

4,17

2,86

3,77 ± 0,79

3

LHS-1 × LHR-1, р-6

4,23

4,13

2,71

3,69 ± 0,85

4

LHS-1 × LHR-1, р-7

4,47

4,38

2,53

3,79 ± 1,09

5

LHS-1 × LHR-1, р-8

4,39

4,22

2,89

3,83 ± 0,82

6

LHS-1 × LHR-1, р-10

4,55

4,05

2,63

3,74 ± 1,00

7

Ратник, St

4,35

4,09

2,78

3,74 ± 0,84

8

Риф, St

4,44

4,05

2,82

3,77 ± 0,84

 

НСР05

0,51

0,33

0,52

0,45 ± 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, %

 

Происхождение

Масличность, %

Белок, %

2017 г.

2018 г.

2019 г.

среднее значение

2017 г.

2018 г.

2019 г.

среднее значение

1

LHS-1 × LHR-1, р-3

38,2

36,0

39,8

38,0 ± 1,9

27,31

28,02

24,70

26,7 ± 1,7

2

LHS-1 × LHR-1, р-9

38,1

37,2

37,7

37,7 ± 0,5

26,20

29,02

26,09

27,1 ± 1,7

3

LHS-1 × LHR-1, р-6

38,6

36,5

36,6

37,2 ± 1,2

26,06

27,72

26,16

26,6 ± 0,9

4

LHS-1 × LHR-1, р-7

39,3

36,2

37,8

37,8 ± 1,5

25,77

28,29

27,17

27,1 ± 1,3

5

LHS-1 × LHR-1, р-8

38,4

36,1

36,1

36,9 ± 1,3

26,68

28,49

27,59

27,6 ± 0,3

6

LHS-1 × LHR-1, р-10

39,1

35,0

36,4

36,9 ± 2,1

26,42

29,64

25,23

27,1 ± 2,3

7

Ратник, St

38,1

37,1

37,4

37,5 ± 0,5

27,45

28,96

26,68

28,0 ± 1,2

8

Риф, St

38,4

37,1

36,8

37,4 ± 0,9

26,18

28,71

26,53

27,1 ± 1,4

 

НСР05

1,87

1,64

1,66

1,72 ± 0,1

1,60

1,17

2,08

1,7 ± 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, %

 

Происхождение

Олеиновая кислота, %

Эруковая кислота, %

2017 г.

2018 г.

2019 г.

среднее значение

2017 г.

2018 г.

2019 г.

среднее значение

1

LHS-1 × LHR-1, р-3

64,0

60,5

58,4

61,0 ± 2,8

0,25

0,28

0,45

0,33 ± 0,11

2

LHS-1 × LHR-1, р-9

63,9

59,8

58,2

60,6 ± 2,9

0,26

0,11

0,33

0,23 ± 0,11

3

LHS-1 × LHR-1, р-6

66,0

65,6

60,4

64,0 ± 3,1

0,14

0,07

0,35

0,19 ± 0,14

4

LHS-1 × LHR-1, р-7

65,0

62,4

61,2

62,8 ± 1,9

0,15

0,15

0,23

0,18 ± 0,05

5

LHS-1 × LHR-1, р-8

66,8

63,7

58,7

63,1 ± 2,1

0,11

0,09

0,44

0,21 ± 0,19

6

LHS-1 × LHR-1, р-10

66,1

61,7

60,2

62,7 ± 3,0

0,13

0,20

0,36

0,23 ± 0,11

7

Ратник, St

65,2

62,5

57,8

61,8 ± 3,7

0,10

0,00

0,32

0,14 ± 0,16

8

Риф, St

65,1

60,9

56,8

60,9 ± 4,1

0,11

0,23

0,45

0,26 ± 0,17

 

НСР05

2,40

2,79

1,78

2,32 ± 0,5

0,21

0,13

0,14

0,16 ± 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

 

Происхождение

Годы исследований

2017

2018

2019

среднее значение

1

LHS-1 × LHR-1, р-3

22,1

19,2

25,3

22,2 ± 3,0

2

LHS-1 × LHR-1, р-9

17,2

16,0

22,0

18,4 ± 3,1

3

LHS-1 × LHR-1, р-6

17,7

21,4

23,6

20,9 ± 2,9

4

LHS-1 × LHR-1, р-7

20,6

21,6

22,7

21,7 ± 1,0

5

LHS-1 × LHR-1, р-8

20,9

20,6

22,7

21,4 ± 1,1

6

LHS-1 × LHR-1, р-10

18,9

22,4

21,4

20,9 ± 1,8

7

Ратник, St

16,0

14,3

20,4

16,9 ± 3,1

8

Риф, St

21,1

22,4

21,8

21,7 ± 0,6

 

НСР05

0,18

0,18

4,18

1,51 ± 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.

Список литературы

1. Боос Г.В., Бадина Г.В., Буренин В.И. Гетерозис овощных культур. - Л. : Агропромиздат, 1990. - 223 с.

2. 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.

3. Birchler J.A., Yao H., Chudalay S. et al. Heterosis // Plant Cell. - 2010. - Vol. 22, - P. 2105-2112.

4. 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.

5. Yang G., Fu T. The inheritance of Polima cytoplasmic male sterility in Brassica napus L. // Plant Breed. - 1990. - Vol. 104. - P. 121-124.

6. Bartkowiak-Broda I. CMS polima // Proc. 9th Intern. Rapeseed Congr. - 1995. - V. 1. - P. 22-28.

7. 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.

8. Карпачев В.В. Рапс яровой. Основы селекции : монография / ГНУ ВНИПТИ рапса. - Липецк, 2008. - 236 с.

9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М. : Агропромиздат, 1985. - 416 с.

10. 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.

11. Вольф В.Г. Статистическая обработка опытных данных. - М. : Колос, 1966. - 253 с.

12. 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.

13. 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.

Войти или Создать
* Забыли пароль?