Теплоустойчивость инбредных линий подсолнечника на разных этапах онтогенеза

ЛИТЕРАТУРА

1. Новоселова, А. С. Селекция и семеноводства клевера / А. С. Новоселова. - Москва: Агропромиздат, 1986. - 199 с.

2. Шлапунов, В. Н. Кормовые культуры зеленого конвейера / В. Н. Шлапунов, Т. Н. Лукашевич // Современные технологии производства растениеводческой продукции в Беларуси, Унитарное предприятие информационного вычислительного центра Министерства финансов Беларуси, 2005.- С. 266-270.

3. Бушуева, В. И. Генофонд клевера лугового и его применение в селекции сортов различных направлений использования / В. И. Бушуева // Вестник Белорус.гос. с.-х. акад. - 2006. - № 3. - С. 66-72.

4. Бушуева, В. И. Результаты селекции клевера лугового разных групп спелости / В. И. Бушуева // Земляробства1аховараслш. - 2008. - № 3. - С. 25-29.

5. Новоселова, А. С. Селекция и семеноводство многолетних трав / А. С. Новоселова. - М., 2005. - 375 с.

6. Экологическая селекция и семеноводство клевера лугового : результаты 25-летних исследований творческого объединения ТОС «Клевер». - М.:ООО «Эльф ИПР», 2012. - 287 с.

7. Мухина, Н. А. Клевер / Н. А. Мухина, З. И. Шестиперова; под ред. М. Ф. Андреевой. - Ленинград: Колос, 1978. -168 с.

8. Государственный реестр сортов и древесно-кустарниковых пород. / М-во сел. хоз-ва и продовольствия Респ. Беларусь, гос. инспекция по испытанию и охране сортов растений; отв. ред. В. А. Бейня. - Минск, 2015. - 277 с.

УДК 633.854.78 : 575

Е. Н. МАКЛЯК

ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ ИНБРЕДНЫХ ЛИНИЙ ПОДСОЛНЕЧНИКА НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА

Инбредные линии подсолнечника дифференцированы по Inbred lines of sunflower are differentiated according to

теплоустойчивости зародышей семянок и пыльцы в поле- thermostability of seed embryos and pollen in the field and la-

вых и лабораторных исследованиях 2011-2014 гг. Выделены boratory studies of 2011-2014. We have chosen samples with

образцы с высокой теплоустойчивостью, перспективные high heat resistance, promising for use in breeding. We have

для использования в селекции. Показана статистическая shown statistical data processing. We have tested working hy-

обработка данных. Проверена рабочая гипотеза о взаимо- pothesis about the relationship of heat-resistance sunflower

связи теплоустойчивости генотипов подсолнечника на genotypes on embryonic and generative stages of ontogenesis.

эмбриональном и генеративном этапах онтогенеза. Выде- The selected lines are proposed as qualifiers of heat-resistance

ленные линии предложены в качестве классификаторов of sunflower. We have determined the inheritance of character-

теплоустойчивости подсолнечника. Определено наследова- istics of high heat-resistance of pollen in the first and second

ние признака высокой теплоустойчивости пыльцы в первом generations of hybrid. и втором гибридных поколениях.

Введение

Многие сельскохозяйственные культуры повреждаются даже умеренно высокими температурами воздуха, если они воздействуют на растение в течение чувствительных фаз развития, например, во время цветения. Селекционный отбор, проведенный в это время, может быть очень эффективным, но в то же время возникают методические трудности в дифференциации селекционного материала по теплоустойчивости. Искусственно регулируемый отбор ценных генотипов в гаметофитной фазе жизненного цикла растения при условии установленного сцепления или экспрессии части генов споро-фитного генома в гаметофите (пыльца) и знании характера их наследования является одним из способов повышения результативности таких действий. Разработки в этом направлении будут способствовать успешному снижению потерь урожая от высоких температур.

Анализ источников

Считается, что подсолнечник не относится к числу растений, устойчивых к высоким и очень высоким температурам, хотя и обладает рядом приспособительных реакций, снижающих действие высоких температур (например, повышение интенсивности транспирации). Тем не менее, установлены различия между генотипами подсолнечника по устойчивости к повышенным (по сравнению с биологическим оптимумом) температурам на разных этапах онтогенеза: эмбриональном, ювенильном, се-нильном. Показано, что прогревание пыльцы гибридов подсолнечника существенно влияет на морфологические и фенологические показатели растений в F2. Связь между спорофитным и гаметофит-ным поколениями обнаружена по признаку холодоустойчивости подсолнечника. Нет сведений о связи между спорофитным и мужским гаметофитным поколениями подсолнечника по теплоустойчивости, а также о характере наследования теплоустойчивости пыльцы [1-7].

В задачи наших исследований входило: изучить взаимосвязь теплоустойчивости генотипов (ин-бредных линий) подсолнечника на эмбриональном (теплоустойчивость зародышей семянок) и гене-

ративном (теплоустойчивость пыльцевых зерен) этапах онтогенеза с целью изучения возможности отбора генотипов с генетически контролируемой устойчивостью к повышенной температуре при помощи прогревания пыльцы. Также нашей задачей было изучение наследования теплоустойчивости пыльцы для дальнейшего использования показателя в селекции гибридов.

Методы исследования

Исследования проведены на однокорзиночных линиях-закрепителях стерильности подсолнечника селекции Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН. Полевые испытания проводили в 2010-2014 гг. Погодные условия лет проведения испытаний различались по температурному режиму и режиму влагообеспечения. Условия 2010 года сложились как неблагоприятные для подсолнечника из-за аномально высоких температур воздуха (до 39,8 С) в период цветения и налива семян (июль-август), на фоне значительной почвенной и воздушной засухи. В целом за вегетационный период 2010 года (май-сентябрь) средняя температура воздуха составила 21,2 С (при среднемноголетней норме 18,5 С), количество осадков превысило норму на 22 % (за счет осадков, выпавших в мае и сентябре). В 2011 г. средняя температура воздуха превысила среднемноголетнюю норму на 1,4 С, количество осадков - на 16,1 %. За вегетационный период 2012 г. количество осадков составило 77,1 % от среднемноголетней нормы, а среднесуточная температура воздуха была 21,0 °С. За вегетационный период 2013 года количество осадков было на 13,6 % меньше среднемноголетней нормы, а среднесуточная температура воздуха была 19,9 С. В 2014 г. количество осадков превысило норму на 38,8 %, а среднесуточная температура воздуха составила 19,2 °С.

Пыльцу для анализа отбирали в утренние часы, когда растения обладали хорошим тургором, а после выхода пыльников прошло не более 1-1,5 часа, отбирали пыльники, расположенные в цветках второй-третьей зон цветения из четырех диаметрально противоположных частей корзинки. Пыльники извлекали из цветков при помощи пинцета и помещали в простерилизованные алюминиевые бюксы. Транспортировку бюксов с образцами от поля до лаборатории производили при помощи сумки с внутренним изолирующим слоем из фольги, на дно которой помещали кубики льда. Время от сбора пыльцы до доставки в лабораторию не превышало 1,5 ч. Струшивание пыльцы на предметное стекло проводили путем постукивания препаровальной иглой по пыльникам. Прогревание пыльцы и окрашивание образцов заканчивали не позже чем через 4 часа после сбора пыльцы. Для предотвращения заноса чужеродной пыльцы корзинки за 1-2 дня до цветения помещали в специальные изоляторы, изготовленные из спан-бонда. Перед этим удаляли язычковые цветки и листочки обвертки по краю корзинки. Испытания каждой линии проводили в трех повторностях, в каждой из которых оценивали не менее трех растений. Для определения жизнеспособности пыльцы предложены методы проращивания, связанные с трудоемкостью и значительной длительностью самой проверки [8]. Среда для проращивания пыльцы подсолнечника содержит экстракт пестиков, состав которого непостоянен и может в определенной степени «скорректировать» полученные результаты. Мы воспользовались методом П. Диакону [9], согласно которому о жизнеспособности пыльцы судят по наличию активных дыхательных ферментов дегидро-геназ. В случае, когда неважен очень точный процент прорастания или длина пыльцевых трубок, метод дает быструю и четкую дифференциацию селекционного материала и применим в разработанной нами методике прогревания пыльцы подсолнечника [10]. Теплоустойчивость зародышей семянок определяли по разработанной нами методике после индивидуального обмолота корзинок и прохождения семянками стадии покоя. Для этого при уборке в каждой повторности формировали среднюю пробу семянок корзинок растений, на которых проводили учет теплоустойчивости пыльцы. Теплоустойчивость пыльцы и зародышей семянок рассчитывали по формуле:

Т = О / К • 100%,

где Т - теплоустойчивость (пыльцы, зародышей семянок), %; О - доля жизнеспособных пыльцевых зерен (всхожих семянок) в опыте (после прогревания), %; К - доля жизнеспособных пыльцевых зерен (всхожих семянок) в контроле (до прогревания), %.

Жизнеспособными считали пыльцевые зерна ярко-красной окраски. Для распределения линий на группы теплоустойчивости пользовались шкалой: I группа - высокая теплоустойчивость - от 81 до 100 % жизнеспособных пыльцевых зерен (всхожих семянок); II - теплоустойчивость выше средней - от 61 до 80 %; III - средняя теплоустойчивость - от 41 до 60 %; IV - слабая теплоустойчивость - от 21 до 40 %; V группа - низкая теплоустойчивость - от 0 до 20 %. Вычисление стандартного отклонения от средней арифметической, двухфакторный дисперсионный анализ проводили по методике Б. А. Доспе-хова. Для изучения наследования теплоустойчивости пыльцы проведены скрещивания с использовани-

ем ручной кастрации корзинок. В 2010 г. скрещивали линии, контрастные по теплоустойчивости пыльцы: Х 400 Б (Р]) и Х 241 Б (Р2), в результате чего получили гибридные семена первого поколения F1. В 2011 г. индивидуальные корзинки растений F1 подвергли самоопылению (получены гибридные семена второго поколения F2). Анализ теплоустойчивости пыльцы с целью изучения наследования проводили в 2011 г. (Рь Р2, БО и в 2012 г. (Рь Р2, Ъ, Б2).

Основная часть

В 2012 г. проведены испытания теплоустойчивости зародышей семянок 30-ти линий подсолнечника - закрепителей стерильности. Из их числа для дальнейшей работы были отобраны линии с контрастными значениями теплоустойчивости (группа I или V) и, для сравнения, линия со средней теплоустойчивостью зародышей семянок (Х 1012 Б). Двухфакторным дисперсионным анализом всхожести семянок и жизнеспособности пыльцевых зерен (фактор А) до и после прогревания (фактор В) были установлены существенные различия между линиями подсолнечника, а также существенное влияние тепловой обработки на указанные показатели (табл. 1). Существенность взаимодействия АхВ указывает на специфичность реакции этих линий на тепловую обработку. Исходя из значений средних квадратов, на изменчивость жизнеспособности пыльцы и всхожести семянок в большей степени влияло наличие тепловой обработки, чем особенности самой линии.

Таблица 1. Двухфакторный дисперсионный анализ теплоустойчивости линий подсолнечника

Источник дисперсии 2012 г. 2013 г. 2014 г.

М8 I Бфак,. МЭ | Рф,„. М8 | Бфак,. 0,05 | 0,01

Теплоустойчивость семянок

Фактор А (линии) 2872,4 125,3 3603,4 311,1 2839.8 279.3 2,62 3,90

Фактор В (тепловая обработка) 24806,3 1082,5 19044,0 1644,1 17911,4 1383,7 4,26 7,82

АхВ (взаимодействие факторов) 2684,6 117,1 2444,3 211,0 2148,0 165,9 2,62 3,90

Теплоустойчивость пыльцы

Фактор А (линии) - - 3533,1 647,5 3283,1 291,0 2,62 3,90

Фактор В (тепловая обработка) - - 16656,8 3052,8 17080,0 1513,4 4,26 7,82

АхВ (взаимодействие факторов) - - 1014,6 186,1 1171,8 103,8 2,62 3,90

Для проверки рабочей гипотезы о взаимосвязи теплоустойчивости генотипов подсолнечника на эмбриональном и генеративном этапах онтогенеза в 2013-2014 гг. проведены испытания теплоустойчивости пыльцы и зародышей семянок этих линий. В ходе испытаний пять линий показали стабильную по трем годам группу устойчивости зародышей семянок. Значения стандартных отклонений, превышающие средние признаков, получены в результате относительно большого разброса наблюдений с низкими абсолютными значениями признаков. Все значения находились в пределах одной группы теплоустойчивости. К I группе теплоустойчивости отнесены линии Х 225 Б и Х 751 Б, к V группе - линии Х 88 Б, Х 400 Б и Х 1010 Б, а теплоустойчивость линии Х 1012 Б изменялась от «средней» до «выше средней» (табл. 2). Для линий с высокой и низкой теплоустойчивостью установлено совпадение групп теплоустойчивости зародышей семянок и пыльцы. Для линии Х 1012 Б такой зависимости не выявлено.

Таблица 2. Теплоустойчивость линий подсолнечника, %

Линия Год испытания Всхожих семянок, % Жизнеспособных пыльцевых зерен, % Теплоустойчивость

зародышей семянок пыльцы

до прогревания после прогревания до прогревания после прогревания

Т, % группа Т, % группа

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Х 225 Б 2012 96,7±2,89 93,3±2,89 - - 96,6±2,97 I - -

2013 95,0±5,00 90,0±5,00 88,0±3,80 71,3±3,57 94,8±5,01 I 81,1±3,13 I

2014 86,7±2,89 80,0±5,00 85,5±3,28 74,3±5,05 92,4±6,61 I 87,0±4,50 I

Х 751 Б 2012 86,7±7,64 83,3±10,41 - - 96,0±3,51 I - -

2013 88,3±2,83 85,0±0,00 91,9±2,59 65,3±6,49 96,3±3,21 I 71,1±6,41 II

2014 84,0±1,73 79,3±1,15 83,1±5,79 78,4±5,82 94,5±2,91 I 94,3±0,51 I

Х 88 Б 2012 95,0±5,00 5,0±5,00 - - 5,1±5,00 V - -

2013 88,3±2,89 1,7±2,89 60,7±2,27 0,0±0,00 1,9±3,21 V 0,0±0,00 V

2014 88,3±2,83 0,0±0,00 56,6±7,88 0,0±0,00 0,0±0,00 V 0,0±0,00 V

Х 400 Б 2012 91,7±2,89 0,0±0,00 71,8±4,08 6,4±1,68 0,0±0,00 V 0,0±0,00 V

2013 77,3±6,81 0,0±0,00 74,3±5,24 1,4±2,27 0,0±0,00 V 2,0±0,69 V

2014 68,3±7,64 8,3±5,77 68,7±2,63 3,6±3,56 7.4±0.86 V 5,3±1,49 V

Х1010 Б 2012 85,0±0,00 0,0±0,00 - - 0,0±0,00 V - -

2013 83,0±1,73 0,0±0,00 69,6±10,37 4,4±6,06 0,0±0,00 V 6,4±1,57 V

2014 84,0±1,73 0,0±0,00 67,3±8,49 1,0±1,50 0,0±0,00 V 1,5±0,08 V

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Х1012 Б 2012 86,7±2,89 45,0±5,00 - - 51,9±4,35 III - -

2013 87,3±2,52 66,7±2,89 87,2±3,42 71,1±3,60 76,4±4,12 II 81,6±4,54 I

2014 87,3±2,52 63,3±2,89 81,0±6,71 23,3±4,53 72,5±2,08 II 28,8±2,18 IV

НСР05 по фактору А 2012 5,78 - - -

2013 4,10 2,82 - -

2014 4,34 4,05 - -

НСР05 по фактору В 2012 3,65 - - -

2013 2,60 1,78 - -

2014 2,43 2,56 - -

Ранее нами было установлено, что теплоустойчивость зародышей семянок подсолнечника отображает уровень устойчивости взрослых растений. Изученные линии предложены в качестве классификаторов устойчивости к повышенным температурам. Для сравнения с образцами разных групп спелости, линии изначально были подобраны с учетом продолжительности вегетационного периода. По классификации, принятой в Институте растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН, изученные линии распределились по продолжительности вегетационного периода таким образом: Х 225 Б (высокая устойчивость) - скороспелая; Х 88 Б (низкая устойчивость) - ранняя; Х 751 Б (высокая устойчивость) и Х 1010 Б (низкая устойчивость) - среднеранние. Данные о теплоустойчивости пыльцы в поколениях Рь Р2, и F2 отображены на рисунке. В нерасщепляющихся популяциях (Р1, Р2, количество оцененных растений варьировало от 9 до 21. В расщепляющейся популяции ^2) оценивали 64 растения. Отмечено превышение значения признака в первом гибридом поколении (69,6±3,45 % в 2011 г., 66,2±4,87 % в 2012 г.) над средним значением его родителей (47,2±1,93 % в 2011 г., 44,1±1,99 % в 2012 г.). Гипотетический гетерозис по теплоустойчивости пыльцы равнялся 48,6 % в 2011 г. и 50,1 % в 2012 г., что позволяет предположить доминирование высокой теплоустойчивости.

Рис. Средние, минимальные и максимальные значения теплоустойчивости пыльцы подсолнечника в поколениях Р1, Р2, Е1 и Г2, 2011-2012 гг.

Среднее значение признака в F2 в 2012 г. (40,2±35,4 %) находилось на уровне среднего значения родителей. Максимальное значение признака в F2 на уровне лучшего родителя (84,6 %) доказывает возможность отбора генотипов с высокой теплоустойчивостью пыльцы. Коэффициент наследуемости Н2 теплоустойчивости пыльцы равнялся 99 % при подстановке в формулу значений признака родителей, полученных в 2011 году, и 100 % при подстановке в формулу значений признака родителей, полученных в 2012 году (поскольку о2Р1 = 0).

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что изученные инбредные линии подсолнечника достоверно различались по реакции зародышей семянок и пыльцевых зерен на температурную обработку, что указывает на возможность использования данных признаков как показателей теплоустойчивости генотипов подсолнечника. Показано четкое совпадение групп теплоустойчивости зародышей семянок и пыльцы в случае граничного проявления этих признаков (для 1-ой и У-ой групп). Предложены в качестве классификаторов теплоустойчивости подсолнечника линии с различной продолжительностью вегетационного периода. На примере комбинации скрещиваний линий с контрастной теплоустойчивостью пыльцы (1-У группы) установлено доминирование высокой теплоустойчивости в первом гибридом поколении и возможность селекционного отбора генотипов с высокой теплоустойчивостью в последующих поколениях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Подсолнечник / Под ред. В. С. Пустовойта. - М. : Колос, 1975. - С. 122.

2. Nel, A. The response of germinating sunflower seed to heat tolerance induction / A. Nel // South African Journal of Plant and Soil. - 1998. - Vol. 15, No. 2. - P. 90.

3. Handling sunflower (Helianthus annuus L.) populations under heat stress / T. Kalyar [et. al] // Archives of Agronomy and Soil Science. - 2014. - Vol. 60, No. 5. - P. 655-672.

4. Rawson, H. M. Effects of temperature on leaf expansion in sunflower / H. M. Rawson,J. H. Hindmarsh // Funct. Plant Biol.

- 1982. - Vol. 9. - P. 209-219.

5. Ploschuk, E. L.Capitulum position in sunflower affects grain temperature and duration of grain filling / E. L Ploschuk,

A. J. Hall // Field Crops Res. - 1995. - Vol. 44.- P. 111-117.

6. Гасенко, Н. В. Изменение структуры спорофитного потомства за счет прогревания пыльцы у межвидовых гибридов подсолнечника / Н. В. Гасенко, А. И. Сорока, В. А. Лях // Науково-техн. бюл. 1ОК УААН. - Зат^жжя,1998. - Вип. 3. -С. 14-19.

7. Гасенко, Н. В. Отбор холодоустойчивых генотипов на стадии зрелой пыльцы у подсолнечника / Н. В. Гасенко,

B. А. Лях // Науково-техн. бюл. 1ОК УААН. - Запорiжжя,1997. - Вип. 2. - С. 1-4.

8. Keshava Murthy, M. N. Development of suitable germination medium for trinucleate pollen grains; an illustration with sunflower / M.N. Keshava Murthy,Y. A. Nanja Reddy, K. Virupaksshappa // J. Oilseeds Res. - 1994. - Vol. 11, No. 2. - P. 304-307.

9. Диакону, П. Определение жизнеспособности пыльцы полевых культур с применением трифенилтетразолия хлорида/ П. Диакону // Селекция и семеноводство. - 1962. - № 3. - С. 68-69.

10. Пат. на корисну модель 13504 Споаб оцшки лшш соняшнику за теплостшюстю зршого пилку / К. М. Макляк, Л. Л. Юшюна, О. Ю. Деребiзова; 1н-т рослинництва iм. В. Я. Юр'ева НААН. - № 60538; заявл. 15.11.2010; опубл. 25.06.2011.

- Бюл. № 12.

11. Патент на корисну модель 71295. Споиб оцшки шбредних лшш соняшнику за теплостшюстю зародюв насшня / К. М. Макляк, I. В. Токар, В. В. Кириченко; 1н-т рослинництва iм. В. Я. Юр'ева НААН. - № 2011 15318; заявл. 26.12.11 ; опубл. 10.07.12. - Бюл. № 13.

12. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) : учеб.для студентов высш. с.-х. учеб. заведений по агроном. специальностям / Б. А. Доспехов. - М., 1985. - 351 с.

13. Ригер, Р. Генетический и цитологический словарь / Р. Ригер, А. Михаэлис. - Москва: Колос, 1967. - 318 с.

14. Бороевич, С. Принципы и методы селекции растений / С. Бороевич. - Москва:Колос, 1984. - С. 70.

УДК 633.11:581.8

С. В. ЛАЗАРЕВИЧ

НЕТИПИЧНЫЕ ПРОВОДЯЩИЕ ПУЧКИ СТЕБЛЯ В ПОЛИПЛОИДНОМ РЯДУ ПШЕНИЦЫ.

Сообщение II. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВСТРЕЧАЕМОСТИ НЕТИПИЧНЫХ

ПРОВОДЯЩИХ ПУЧКОВ

Проводящая система стебля пшеницы характеризуется Conducting system of the stem of wheat is characterized by

высокой степенью упорядоченности, которая проявляется в a high degree of order, which manifests itself in the structure of

однотипной конструкции проводящих пучков и их симмет- the same type of vascular bundles and their symmetrical ar-

ричном расположении в междоузлиях. Обнаружены нети- rangement in the interstices. We have detected atypical bundles

пичные пучки с отклонениями в строении и топографии. Их with deviations in the structure and topography. Their occur-

встречаемость зависит от набора хромосом, генома, видо- rence depends on a set of chromosomes, genomes, species char-

вых особенностей растений и метамерной принадлежности acteristics of plants and metameric character of the studied

изучаемого междоузлия. Анализ встречаемости таких пуч- interstices. Analysis of the occurrence of such bundles deepens

ков углубляет представления об анатомии растений и мо- the understanding of the anatomy of plants and can be used in

жет быть использован в селекции пшеницы. wheat breeding.

Введение

Проводящие пучки являются основным структурным и функциональным компонентом центрального цилиндра стебля пшеницы. Они связывают корневую систему с ассимилирующими вегетативными органами и соцветием, обеспечивают реализацию трофической, транспирационной, регулятор-ной и механической функций растения. Развитие проводящих пучков, как основных элементов проводящей системы, влияет на продуктивность растений и их адаптацию к условиям произрастания. В анатомических исследованиях, проведенных в полиплоидном ряду пшеницы, нами были выявлены отклонения в строении и расположении проводящих пучков [1, 2, 3].

Целью данной работы явилось выявление роли уровня плоидности, генома и междоузлия на встречаемость нетипичных проводящих пучков в стеблях пшеницы.

Анализ источников

Растения рода Triticum L., являясь представителями семейства мятликовые (Poaceae) из класса однодольные (Liliopsida, Monocotyledoneae), характеризуются первичным анатомическим строением