Генетические коллекции, как инструмент для селекционно-генетических исследований (на примере культуры томата)

форм пестицидов на 15 культурах с общим количеством 1680 аналитических образцов. Результаты исследований показали, что после применения средств защиты растений остаточных количеств в урожае сельскохозяйственных культур, как правило, не обнаруживается. По результатам наших исследований за отчетный период остаточные количества пестицидов обнаруживались в 13 случаях. В единичных случаях обнаруживались остатки фунгицида флутриафол в зеленой массе люпина, биксафена, дифлюфеникана, протиоконазола и тебуконазола в зеленой массе ячменя, 2М-4Х в зерне гороха в количествах, не превышающих значения МДУ.

На основании результатов исследований можно считать наиболее критичными с точки зрения накопления остаточных количеств пестицидов овощные культуры (огурцы и томаты), для которых сроки сбора урожая после обработки составляют 3-10 дней. Ситуация с остатками усугубляется при использовании при их защите стойких пестицидов (омайт, ак-теллик), при использовании которых возможны случаи накопления остаточных количеств, в том числе с превышением значений МДУ.

Проблемы эффективной защиты растений, более чем другие сферы сельскохозяйственной деятельности, затрагивают экономическую, социальную и экологическую сферы жизни общества и поэтому требуют более оперативного и приоритетного решения.

В рамках информационного обеспечения защиты растений РУП «Институт защиты растений» в 2005-2010 гг. внедрено 16 технологий, опубликовано 54 книжных издания, 940 научных статей, издано 36 номеров журнала «Земляробства i ахова раслш»; по-

лучено 6 патентов, прочитано 737 лекций, на сайте МСХиП размещено 144 рекомендации, защищено 8 диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, шт. К наиболее интересным трудам, изданным за последние 5 лет, можно отнести: сборник научных трудов «Защита растений» (вып. 30-34); справочник по химическим средствам защиты растений, рекомендации по защите овощных культур от вредителей, болезней и сорняков, по защите плодовых и ягодных культур на приусадебных участках, монографию по вирусным болезням сельскохозяйственных культур, методические указания по проведению регистрационных испытаний гербицидов, фунгицидов, инсектицидов, биопрепаратов в посевах сельскохозяйственных культур в Республике Беларусь, работа по обоснованию мер борьбы с многолетней сорной растительностью в условиях Республики Беларусь. Работа в этом направлении будет продолжаться. На 20112015 гг. планируется ежегодно издавать не менее 2-х книжных изданий по вопросам защиты растений сельскохозяйственных культур (отдельно по каждой культуре); не менее 100 публикаций рекомендательного характера в различных СМИ; не менее 20 рекомендаций размещать на сайте МСХП (http://mshp.minsk.by/information/materials/zem/plant-protection/) и на официальном сайте института (http://izr.by/pages/oper). Будет проводиться учеба со специалистами служб защиты растений, специалистов хозяйств, организация совещаний по защите растений, дни поля в хозяйствах, консультации по сложным вопросам с выездом на место; обучение специалистов в институте, прием делегаций на опытном поле института.

Статья поступила в редакцию: 18.05.2014

Сорока С.В. - e-mail: belizr@tut.by

УДК 330.631

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КОЛЛЕКЦИИ, КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННО-

ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

GENETIC COLLECTION AS A TOOL FOR BREEDING AND GENETIC STUDIES

Бочарникова Н.И., доктор сельскохозяйственных наук

Bochrnikova N.I., doctor of agricultural Sciences

ГНУ Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур All-Russia Research Institute for Breeding and Seed vegetable crops

Проведены исследования по изучению коллекций мутаций растений, . Обоснованно использование при проведении научных исследований по генетике растений в качестве модельного объекта томата. Обосновано использование в селекционной работе генетических маркеров.

Conducted a study on the collection of mutations plants. Reasonably use in conducting research on the genetics of plants as a model system of tomato. Justified use in breeding genetic markers. Ключевые слова: генетические коллекции, селекция, генетика, растениеводство. Keywords: genetic collections, genetics, plant.

Широкое использование генофонда растений Н.И.Вавилов (1935) рассматривал как генетическую основу селекции. Важной и сложной задачей в использовании растительных ресурсов является создание генетических коллекций, идентифицированных доноров устойчивости растений к абиотическим и биотическим стрессорам. Однако до сих пор концепция и принципы организации таких коллекций, в частности у томатов, остаются в России недостаточно разработанными.

Крупные коллекции мутантов по разным культурам созданы в таких странах как Болгария, Голландия, Германия, США, но эти «банки генов» не всегда имеют идентифицированные маркерные локусы, хотя именно наличие разнесенных по хромосомам генов, отвечающих за морфологические, адаптационные и хозяйственно ценные признаки, необходимы для исследований.

Существует несколько видов мутаций, среди них генные занимают особое место в эволюции организмов, так как по сравнению с другими видами мутаций (хромосомными и геномными) они обычно не приводят к значительным изменениям генного баланса. Генные мутации возникают как спонтанно, так и под действием мутагенных факторов. Считается, что частота спонтанных мутаций определяется как 10-6- 10-8.

Мутации как наследственные, передающие потомству изменения генотипа, могут выражаться фенотипически в изменении физиологических, морфологических, анатомических и других признаков.

Особую роль в эколого-генетических исследованиях играют так называемые модельные объекты. Модельным объектом обычно считают организмы, удовлетворяющие большинству требований экспериментатора при решении определенной генетической задачи, прежде всего обеспечивающие большую разрешающую способность анализа.

В практику генетических исследований введены многие модельные объекты, которые используются для решения различных генетических задач. Это дрозофила, кукуруза, арабидопсис и т.д.

При проведении научных исследований по генетике растений в качестве модельного объекта удобно использовать томат (Lycopersicon Tourn.), что обусловлено следующими факторами:

1. самоопылитель

2. пыльца сохраняется до 2-х лет

3. высокая продуктивность семян

4. насыщенная генетическая карта

5. число хромосом 2п=24

6. наличие полиплоидов, анеуплоидов, три-сомиков

7. наличие коллекции маркерных форм

8. возделывание (легкое) культуры

Наиболее интересными направлениями

использования индуцированных мутаций в генетике растений является - изучение генетической природы и структуры отдельных признаков; исследование метаболических систем; создание новых селекционных технологий базирующихся на достижениях в области частной генетики культуры.

Томат очень пластичное и легко размножаемое растение и выращивают его, как в открытом, так и в защищенном грунте. Для генетики томата большую информацию дали селекционеры и, наоборот, фундаментальные исследования по этой культуре способствовали значительным успехам селекции. Поэтому томат рассматривают в качестве модельного объекта в селекционно-генетических исследованиях растений, где в последнее время достигнут значительный прогресс в молекулярном маркировании генома.

В генетических исследованиях широко используются мутантные формы томата. Эта коллекция представляет интерес не только для фундаментальных исследований (картирование генома, изучение рекомбинационной изменчивости и т.д.), но и в практической селекции.

Маркерная коллекция томата. Первые 6 рецессивных мутаций у томата были получены при облучении семян радием (Lindstrom, Humphrey, 1932), следующие 43 мутации - рентгеновскими лучами (McArthur, 1934). Barton (1954) получил в F2 37% мутантных растений, обрабатывая пыльцу томата ультрафиолетовыми лучами. Большая работа по получению индуцированных мутантов была проведена Stubbe (1965, 1971). Им получено и проанализировано в общей сложности более 300 мутантов культурного томата и около 200 мутантов L. esculentum var. pimpinellifolium.

Широкое использование гибридизации и мутагенных факторов значительно увеличило число новых мутантов томата, что позволило создать полные карты групп сцепления генов по всем 12 хромосомам (Tanksley, Mutschler, 1989). На сегодня известно 1023 моногенных маркеров томата (Report TGC, 2008). Локализовано 323 гена в несущих их хромосомах; из этого числа 234 определены, а в отношении остальных 89 пока не проведены убедительные многоточечные тесты.

Коллекция мутантных форм составляет часть генофонда культуры томата. В ней собраны и поддерживаются маркерные формы, которые разбиты на

группы по проявлению маркерных признаков в онтогенезе.

Для селекционно-генетических исследований, особый интерес представляют маркеры, проявляющиеся на ранних стадиях онтогенеза и влияющие на признаки сеянцев (окраска гипокотиля, тип и окраска семядолей, форма первых листьев). Эти признаки уже видны на стадии семядолей или ко времени появления третьего настоящего листа.

Раннее проявление маркерных признаков характерных для фенотипа сеянцев, а также ограниченный вегетативный рост многих мутантов томата позволяет не только сократить период исследования, но и проводить опыты с большим числом растений на небольших площадях.

Большое внимание уделяется маркерам, идентифицируемым на стадии семени и сеянцев. Установление коррелятивных связей между признаком, проявляющимся на этой стадии, и другими хозяйственно ценными признаками, обнаружить которые удается только у взрослого растения, позволяет значительно ускорить селекционный процесс за счет отбора нужных генотипов на ранних стадиях. Например, ген hp (Thompson, 1961) контролирует сильную пигментацию, повышенное содержание хлорофилла, каротиноидов и аскорбиновой кислоты в плодах томата. Используя это, Kerr (1965) показал, что растения, несущие ген hp, в определенных экологических условиях среды различаются по розовой окраске гипокотиля проростка. Такая корреляция позволила исключить биохимические анализы и ускорить отбор нужных генотипов по фенотипу проростков.

Ценным материалом для генетиков и селекционеров являются маркеры, контролирующие синтез антоциана, т.к. большинство из них не оказывают плейотропного действия и могут быть идентифицированы в день появления всходов. Действие внешних факторов, особенно температуры, существенно влияет на количественное содержание антоциана у мутантов al, atv, a и других. По данным Rick (1956), высокая интенсивность света благоприятствует образованию у растений томата антоциановой окраски и появлению эпидермальных волосков. Stubbe (1963) показал, что отсутствие антоциана, полная или частичная недостаточность хлорофилла, может быть вызвана нарушением действия многих генов, влияющих на различных этапах формирования указанных признаков. Например, проявление моногенного признака cm может быть настолько сильно изменено под влиянием внешней и генотипической среды, что в одних случаях растения четко проявляют мутантный признак, в других не отличаются от нормальных растений.

Наряду с мутациями, идентифицируемыми на стадии сеянцев, выделяется группа генов, контролирующих рост. В эту категорию мутаций входят все изменения, которые появляются после стадии сеянцев и не влияют непосредственно на структуру цветков и плодов. Маркеры, контролирующие признаки на этой стадии, отвечают за проявление таких

характеристик, как окраска и форма листа, размер и форма куста, опушенность стебля и листьев, окраска сосудистой ткани корневой системы.

К мутантам, проявляющимся на стадии роста можно отнести и биохимические мутации, контролирующие синтез витаминов (ten, tl) и гормональных соединений (flc, ga). Гены, экспрессирующиеся на этой стадии, контролируют морфологические признаки растения. Наиболее частые отклонения связаны с признаками формы куста и листьев. Разнообразие по форме куста, в основном, связано с размером растения (d, dmp, dpy, sp, dmd), числом боковых побегов (ls), степенью разветвления (atn, bu, cg) и другие. Вариации формы листа проявляются в изменении размера листовой пластинки относительно ее длины, формы и степени перистости (Me, Cu, La, c, cm, bip, cb-2, ics).

Следующая группа маркеров характеризует стадию цветка и соцветия. Имеются мутантные формы с очень разветвленными (an, s, mult, mup, mux) или уменьшенными соцветиями (hg, di), которые нередко отличаются наличием листьев (fa, epa) и меньшим числом цветков (paf, bl, cjf, uf). К ним следует отнести большую группу стерильных мутаций. Проявление этого признака наблюдается на разных этапах развития цветка - окраска пыльника, размер и форма пыльника, отсутствие или небольшое количество пыльцы, стерильность пыльцы. Проявление маркера варьирует как от среды выращивания, так и от расположения кисти на растении.

В коллекции так же есть гены, контролирующие такие признаки, как время созревания, форма и окраска плода. Цветовая гамма окраски плода очень разнообразна: имеются образцы с различными оттенками красного, желтого, фиолетового цвета, а также формы с полосами на плодах (gs). Маркеры, контролирующие время созревания (rin, nor), представляют интерес для селекционеров.

Самая малочисленная группа в нашей коллекции - это мутанты, несущие гены, детерминирующие признаки на стадии семени. Эти гены контролируют бурую и коричневую окраску эндосперма семени (bs, bs-2).

На наш взгляд, большую ценность представляет группа маркеров, контролирующих устойчивость растений к болезням. Эти образцы интересны для селекционеров тем, что устойчивость к болезням можно передать от культурной формы томата, а не от дикого вида, устойчивость которого сцеплена с рядом нежелательных для селекции признаков.

Важную роль в цитогенетических исследованиях играют многомаркерные формы томата, несущие два и более гена локализованных как в одной, так и в разных хромосомах. Проявление признаков у многомаркерных линий наблюдается на одной или нескольких стадиях развития, варьирует в зависимости от сочетания генов в образце. Идентифицированный мутантный генофонд дает возможность решать теоретические и практические задачи селекции.

Использование мутантов в практической селекции. Ведущая роль в системе высокопродуктивно-

го и стабильного овощеводства принадлежит адаптивному потенциалу культивируемых сортов. Самой сложной задачей при этом является сочетание в одном сорте высокой потенциальной продуктивности с устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды, т.е. объединение общей и специфической адаптивности.

Получение и использование мутантов является дополнительным методом в селекционных программах сельскохозяйственных культур.

В настоящее время моногенные мутации, все чаще используются в селекции в качестве новых источников зародышевой плазмы для генетического улучшения сортов томата. При создании сортов с небольшими компактными кустами, пригодными для механизированной уборки, используются мутации br, d, cpt и другие. Большое значение имеют мутантные гены j, j-2, j-2m, обусловливающие отрыв плода от плодоножки.

При создании компактных растений для теплиц используется синдром Baby Lea - генетически контролируемый комплекс совместно возникающих признаков.

В гибридном семеноводстве для создания материнских компонентов с мужской стерильностью используются мутации sl, ex, ps, ms, а также маркеры a, aw, ful, e, c, bs, позволяющие по фенотипическому проявлению различных аллелей контролировать чистоту гибридных семян.

В селекционных программах большое значение имеют мутантные гены, влияющие на процессы образования завязей у томата (ste, s, vms, sl, as, ps, fms, j). Осыпание цветков на первых кистях растений томата обусловливают низкие ночные температуры, в то же время растения с геном ft могут завязывать плоды и при ночной температуре 4,5о С (Kemp, 1966).

Такого рода подходы в использовании феноти-пически проявляющихся генов-маркеров при достаточно хорошо изученном мутантном генофонде томата, позволяют расширить область их применения в генетико -селекционных исследованиях.

Влияние условий выращивания на проявление маркерного признака. Известно, что проявление мутантного признака может в значительной степени варьировать и под влиянием условий выращивания. Это относится, прежде всего, к мутантам, отличающимся по степени проявления антоциановой окраски различных органов растения, недостатка

хлорофилла, модификации волосков, а также в некоторых случаях к мутантам, характеризующимся определенной окраской и формой плода, неравномерной пятнистостью и некрозом листьев.

В настоящее время уделяется большое внимание вопросу проявления мутантных признаков в изменяющихся условиях внешней среды (экологическая генетика), а также при разных сочетаниях генов (влияние генотипической среды). К сожалению, по этим вопросам данные для культуры томатов к настоящему времени весьма малочисленны.

Стабильность фенотипического выражения му-тантных признаков томата, выращенных в различных экологических условиях должна стать предметом тщательного изучения до широкого вовлечения мутантов в селекционно-генетические исследования.

Отметим влияние на фенотипическое проявление маркерного признака разной генотипической среды, которая изменяется в результате межвидовой гибридизации. Так аркеры (c, d, aw) в разной генотипической среде проявляли разную степень выраженности признака. Кроме того, возможно изменение фенотипического проявления маркеров в результате эпистатического действия генов.

Другим возможным ограничением использования мутантов может быть их фертильность. Например, для исследований по выяснению изменения степени генетической рекомбинации при межвидовых скрещиваниях при действии различных факторов внешней среды и других вопросов, требуется анализ большого числа растений в расщепляющихся популяциях. Внесение мутантом в гибрид летального фактора или ограничение воспроизводительных функций (низкая фертильность пыльцы, элиминация зигот, слабая всхожесть семян, гибель на стадии всходов и т.д.) уменьшает количество растений в потомстве, что приводит к существенным отклонениям от 3:1 для моногенных признаков в расщепляющихся популяциях F2.

Таким образом, идентифицированный мутант-ный генофонд томата в настоящее время дает возможность решать важные теоретические и практические задачи селекции. Получение и использование мутантов является дополнительным методом в селекционных программах сельскохозяйственных культур.

Бочарникова Н.И. - e-mail: vniissok@mail.ru

Статья поступила в редакцию: 18.05.2014

УДК 633.16:631.879.3

ВЛИЯНИЕ ФИЛЬТРАТА СПИРТОВОЙ БАРДЫ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ НА ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ

INFLUENCE LEACHATE ALCOHOL STILLAGE ON YIELD AND GRAIN QUALITY OF SPRING BARLEY ON LEACHED CHERNOZEM

Гурин А.Г. - доктор сельскохозяйственных наук,

Gurin A.G., doctor of agricultural Sciences Резвякова С.В. - канд. сельскохозяйственных наук

Rezvyakova S.V. - candidat of agricultural Sciences Орловский государственный аграрный университет Oryol state agrarian university

В статье приводится научное и практическое обоснование использования отходов спиртового производства в растениеводстве. В результате исследований выявлены оптимальные дозы внесения фильтрата спиртовой барды и ее влияние на физиологические показатели, урожайность и качество зерна ярового ячменя.

In the article a scientific and practical substantiation of the usage of the waste alcohol production in plant growing. As a result of research revealed optimal dose of filtrate alcohol bards and their influence on physiological parameters, crop capacity and quality of spring barley grain.

Ключевые слова: яровой ячмень, фильтрат спиртовой барды, урожайность, хлорофилл, фотосинтез, качество зерна, чернозем выщелоченный.

Keywords: spring barley, the filtrate of alcohol stillage, harvest of grain, chlorophyll, photosynthesis, grain quality, leached chernozem

К настоящему времени проведено достаточно большое количество исследований по изучению роли минеральных удобрений в повышении урожая сельскохозяйственных культур. Данные исследователей показывают, что из общей прибавки урожая примерно 50 % её обеспечивается удобрениями, 25 % достоинством сорта и 25 % технологией возделывания. Однако при усиливающемся антропогенном воздействии на агросистемы возрастает интерес к альтернативным системам земледелия, основанным на внесении только органических удобрений. Главный довод при этом - возможность получения экологически безопасной продукции и защиты от загрязнения окружающей среды.

В настоящее время остро стоит проблема утилизации отходов производства, многие из которых содержат в своем составе ценные питательные вещества и могут быть использованы как альтернативные удобрения при выращивании сельскохозяйственных культур [1, 2, 3, 4]. Огромное количество отходов, содержащих ценные питательные вещества, образуются при производстве спирта. На спиртовом заводе средней мощности образуется в сутки до 350 м3 этого продукта. По обобщенным литературным данным спиртовая барда содержит 11,5 % сухого вещества; 0,3 % общего азота; 0,1 % фосфора; 0,08 % калия; 0,6 % золы; рН = 5,3. В 10 м3 спиртовой барды содержится 30 кг азота, 10 кг фосфора, 8 кг калия.

Проблема утилизации и переработки послеспиртовой барды появилась давно. Но лишь в современных условиях она приобрела такую

актуальность, что требования к ее переработке были включены в Федеральный закон от 22.11.1995 № 171-ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции» [1].

Проведенный аналитический обзор состояния изученности вопроса, показал, что крайне мало сведений по применению спиртовой барды в качестве альтернативного удобрения [5].

Цель исследований - выявить оптимальные дозы фильтрата спиртовой барды на посевах ярового ячменя.

Материалы и методика. Опыты заложены в Ливенском районе Орловской области на черноземе выщелоченном. Почва опытного участка по гранулометрическому составу тяжелосуглинистая на лессовидном суглинке. Содержание гумуса 5,58 % рН солевой вытяжки 5,7. Содержание подвижного фосфора 127 мг/кг, обменного калия 132 мг/кг. Сумма поглощенных оснований 34,76 мг-экв. на 100 г почвы. Степень насыщенности почвы основаниями 86,8-87,4 %. Чернозем выщелоченный сформировался под луговым разнотравьем лесостепной зоны, отношение Сг : Сф = 1,5-2,0.

Объектом исследования является яровой ячмень сорта Визит. Для достижения цели были заложены 2 опыта.

Опыт 1. Определение оптимальной дозы спиртовой барды при возделывании ярового ячменя.