Биологические основы селекции зерновых колосовых культур 06. 01. 05 Селекция и семеноводство
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
3.3 Биологический анализ в отборе перспективных линий пшеницы и ячменя с хозяйственно-ценными признаками 3.3.1 Высокомолекулярные субъединицы глютенина в оценке хлебопекарных показателей качества мягкой пшеницы Содержание белка, твердозерность, показатель седиментации, состав ВМСГ и, при необходимости, глиадинов являются биологическими тестами, используемыми на ранних этапах селекции пшеницы на качество зерна и муки при ограниченности биологического материала. Нами изучена взаимосвязь между этими и другими технологическими показателями на материале восточно-европейского регио-нального питомника и сортовом наборе мягкой пшеницы селекции КазНИИЗиР. Показано преимущество форм с определенными ВМСГ по таким технологическим показателям как твердозерность и седиментационный тест. Так, образцы с ВМСГ 2*, 1 (аллели “a” и”b” локуса Glu А1), 7+8, 7+9, 17+18, 14+15 (аллели “b”, “c”, “i”, “h” локуса Glu В1) и 5+10, 5+12 (аллели “d” и “нов.” локуса Glu D1) имели более высокие значения этих показателей. В группе образцов с указанными аллелями выявлена более тесная взаимосвязь между содержанием белка и показателем седиментации (варьирование от 0,56 до 0,63). По вкладу в оценку качества по глютенину “Glu 1 score” эти субъединицы высокоранжируются (от 2 до 3 баллов). Проявление уровня седиментации в зависимости от состава ВМСГ (рисунок 11) показало, что наиболь-
7 и 6+8, локуса Glu D1 – 2+10/2+12 характерно наименьшее значение показателя седиментации, что согласуется с их низким ранжированием по вкладу в качество, отмеченным ранее (Payne P.I., et.al., 1987). У носителей указанных аллелей твердозерность более тесно сопряжена с седиментационным тестом (r = 0,87-0,92). Носители аллели “d” локуса Glu В1, у которых в спектре ВМСГ присутствует пара субъединиц 6+8, характеризовались низким содержанием белка и клейковины. Рекомендуется оценку технологических свойств зерна и муки селекционных образцов пшеницы вести в пределах групп, предварительно дифференцированных по составу ВМСГ, с учетом сопряженности тех или иных показателей качества. 3.3.2 Белковые маркеры в создании перспективных линий озимой пшеницы с эффективными генами устойчивости к желтой ржавчине Известен ряд генов устойчивости к желтой ржавчине, эффективных в различных регионах Центральной Азии и Закавказья, в т.ч. и ген Yr15, имеющий происхождение от дикого сородича пшеницы Triticum dicoccoides Koern. и локализованный на коротком плече хромосомы 1В в 7сМ от центромеры (McIntosh RA et. al., 1996). Анализ показал, что изогенная линия сорта яровой мягкой пшеницы Aroona с геном Yr15 имела специфичную пару ВМСГ: 14+15 (рисунок 12, отмечены фигурной скобкой), контролируемых локусом Glu B1, который, как известно, находится на длинном плече хромо-сомы 1В и также тесно сцеплен с центромерой (Payne P.I. ey.al., 1982). С целью определения ценности специфичных субъединиц в маркировании устойчивости к желтой ржавчине, обусловленной присутствием гена Yr 15,    14+15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1-Aroona/Yr8; 2-Aroona/Yr17; 3-Aroona/Yr15; 4-Aroona; 5-Богарная 56 (стандарт); 6-Саратовская 29; 7-Avoset; 8-Avoset/Yr15; 9-Avoset /Yr8. Рисунок 12 -изогенные линии сортов яровой мягкой пшеницы Aroona и Avoset с генами устойчивости к желтой ржавчине из комбинаций озимых мягких пшениц Красноводопадская 210 х Aroona Yr15; и Стекловидная 24 х Aroona Yr15 были выделены и оценены по проростковой устойчивости линии F4 поколения. Значительная часть линий с вариантами субъединиц 14+15 оказались иммунными или устойчивыми к возбудителям желтой Таблица 13 – Сопряженность ВМСГ локуса GluB1 c устойчивостью к желтой ржавчине
ржавчины (таблица 13). На основе контролируемого переноса гена устойчивости к желтой ржавчине Yr15 нами cозданы 52 устойчивые и иммунные к возбудителям болезни гибридные линии мягкой пшеницы. По результатам полевых и лабораторных оценок из гибридной комбинации Стекловидная 24 х Aroona Yr15 выделена иммунная к желтой ржавчине линия №34, с благоприятным в отношении качества сочетанием высокомолекулярных субъединиц глютенина и перспективная по продуктивности (таблица 14). Выделенные линии переданы отделу зерновых колосовых культур КазНИИЗиР. Сорт озимой мягкой пшеницы Шарора, несущий Таблица 14 -Элементы продуктивности перспективных линий озимой мягкой пшеницы, устойчивых к ржавчинным болезням.
пшенично-ржаную транслокацию, был использован в качестве источника гена Yr9 в скрещивании с неустойчивым к ржавчине сортом Стекловидная 24. На основе маркирования гибридных линий блоком глиадина 1B3 созданы 2 имунные к желтой ржавчине перспективные линии, которые также проходят испытание в питомнике КСИ отдела зерновых колосовых культур. 3.3.3 Биологические тесты в селекции засухоустойчивых линий ячменя Путем скрещивания засухоустойчивых и скороспелых биотипов сорта Сауле и коллекционных образцов ячменя с высокоурожайными но неустойчивыми формами, были получены гибридные популяции, из которых выделено 355 высокоурожайных линий. По результатам тестирования на константность по спектру гордеина для дальнейшей селекционной проработки были отобраны гомозиготные линии, из числа которых проведен отбор урожайных гибридных линий со способностью к интенсивному накоплению свободного пролина при высокотемпературном и осмотическом стрессах. С 2005 в контрольном и конкурсном питомниках отдела зернофуражных культур и кукурузы КазНИИЗиР, в экологическом сортоиспытании находились 7 перспективных линий, из них линии № 25, 30 и 31 (таблица 15) выделились по результатам экологического испытания, линия 61/7 вошла в число перспективных сортообразцов и находится в настоящее время в питомнике конкурсного сортоиспытания отдела Таблица 15 -Биохимические показатели засухоустойчивости и скороспелости перспективных линий ячменя
Таблица 16 –Характеристика перспективной линии ячменя 61/7 питомника конкурсного сортоиспытания, 2007г.
Таблица 17- Этапы и виды биохимических тестов в селекции засухоустойчивых и скороспелых форм ячменя 
зернофуражных культур и кукурузы (таблица 16). Линия получена из гибридной комбинации, исходными формами для которой были: линия биотипа №5, скороспелого и жароустойчивого, и линия чувствительного к высокотем-пературному стрессу биотипа №2 сорта ярового ячменя Сауле. В таблице 17 приведен комплекс биохимических тестов, проявивших эффективность в селекции засухоустойчивых и скороспелых форм ячменя. В результате использования биохимических маркеров и тестов при оценке и подборе исходного материала, проработке селекционных линий, их экологического испытания, селекционерам для дальнейшего селекционного отбора переданы 233 гибридные линии, созданные с участием тестированных на жаро-засухо-устойчивость в лабораторных условиях исходных форм. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Установлено генетическое разнообразие коллекций генофонда Triticum aestivum L., идентифицировано наличие носителей 3-х аллелей (a, b и с) глютенинкодирующего локуса Glu А1 с преобладанием генотипов с «b» аллелью. По локусу Glu 1В в генофонде выявлены носители 9 аллелей (a, b, c, d, e, f, g, h, i), наиболее распространены носители аллелей “с”, и “b” (частота встречаемости 55,7% и 26,9% соответственно). Локус Glu D1 представлен в коллекциях 4-мя аллелями, из которых наиболее распространены “d” и “e” (встречаются с частотой 35,5% и 30,5%, соответственно). 20% образцов озимой пшеницы регионального питомника стран ЦАЗ и 19,9% Восточно-Европейского питомника имеют пшенично-ржаную транслокацию 1BL/ 1RS. Генетическое разнообразие (H) изученных коллекций варьирует от 0,28 у староместных сортов Западного Памира до 0,64 -коллекция образцов озимой пшеницы из США. Показано, что селекционерами Казахстана используется 62,5% имеющегося в генофонде разнообразия генотипов по составу ВМСГ, для селекции на высокую урожайность, устойчивость к болезням в последнее время привлекается материал с пшенично-ржаной транслокацией. 2. Генофонд Triticum durum также разнообразен по составу ВМСГ, контролируемых локусом Glu - A1. Наряду с аллелями «a,» и «с», наиболее распространенными в коллекциях, (59,8% и 23,5% соответственно), выявлены образцы с редкими вариантами высокомолекулярных субъединиц глютенина 1* и 2*. Последняя не идентична ВМСГ 2* мягкой пшеницы. По локусу Glu В1 твердой пшеницы выявлены носители 5 аллельных вариантов (d, b, e, f, h), ответственных за биосинтез субъединиц: 6+8; 7+8; 20; 13+16; 14+15, соответственно. Генотипы с субъединицами 7+8 наиболее распространены и составляют 59,1% в генофонде. На долю носителей субъединичной пары 6+8, сопряженной с высоким качеством макарон, приходится 14,8% образцов. Более 50% образцов коллекции характеризуется присутствием в составе глютенинов низкомолекулярных глютенинов НМГ-2, кодируемых локусом Glu-B3, более предпочтительных при отборе селекционного материала на качество. Из всего набора изученных сортообразцов наиболее высоким уровнем генетического разнообразия выделяется коллекционный фонд отдела зерновых культур КазНИИЗиР и коллекция яровой твердой пшеницы Шалкарской ОС (0,54), наименее выражен этот показатель у регионального питомника стран ЦАЗ (0,39). 3. Выявлены новые, редкие высокомолекулярные субъединицы глютенина, эффективные для отбора ценных форм мягкой пшеницы: “a”, “b”, “c” и “d”; субъединичные пары глютенинов 5**+12; 0+ 9 мягкой пшеницы, установлен их генетический контроль и сопряженность с показателями урожайности и качества. Получены ценные гибридные популяции и выделены линии для расширения генетической основы донорного материала с целью создания новых сортов пшеницы. 4. Разработан каталог, включающий 30 вариантов блоков компонентов гордеина локуса HrdA, 36 вариантов блоков компонентов гордеина локуса Hrd В, 13 вариантов блоков компонентов гордеина локуса HrdF, которые кроме нумерации варианта аллели содержат информацию по ОЭП составляющих их компонентов в пределах -, - и - белковых зон. Каталог позволяет вести запись белковых формул двумя способами: с указанием вариантов блоков компонентов гордеина и по позициям компонентов в пределах субфракций. На его основе составлены гордеиновые формулы 757 образцов генофонда ячменя, документированные в нашем изданном труде «Каталог генофонда ячменя по спектру гордеина» (Булатова К.М, Сариев Б.С., 2007 г.). 5. В генофонде ячменя выявлены носители 29 аллелей локуса Hrd A , с частотой встречаемости от 36,9% до 0,1%, 33 аллелей локуса Hrd B, с варьированием от 22,2% до 0,1% и 12 аллелей локуса Hrd F, частота которых колеблется от 20,9% до 0,1% . Генетическое разнообразие коллекций варьирует от 0,52 до 0,88. Значительная часть генофонда ячменя (24,1%) полиморфна по гордеинкодирующим локусам, в том числе по всем 3 гордеинкодирующим локусам - 12,9% , по 2ум - 7,0% - и 4,2% - по 1 локусу. Выявлено 3 варианта ВМСГ ячменя: D1, D2 и D3. Наиболее распространены субъединицы D1 и D2, тогда как субъединица D 3 выявлена лишь в единичных образцах Сирийского происхождения. 6. Установлена неспецифическая, характерная для всех генотипов ячменя реакция на высокую температуру, дефицит влаги, совместное действие стрессовых факторов различной интенсивности и длительности воздействия, проявляющаяся в повы-шении уровня свободной аминокислоты – пролина. У жаростойких форм наблюдается более интенсивное накопление осмопротектора в проростках и стабильность относительной активности катодной изопероксидазы С100. На основании этих закономерностей подана заявка на получение патента РК «Способ двухступенчатой оценки жаростойкости зерновых», № гос. Регистрации 2007/0593.1. 7.Определен биохимический состав зерна скороспелых образцов ячменя и характер утилизации гордеина при прорастании. Установлено, что эндосперм скороспелых форм характеризуется высоким уровнем свободного пролина, обеспечивающим опережающее развитие генотипа. При этом наблюдается замедленный и более продолжительный распад запасных белков в прорастающем зерне скороспелых генотипов. 8.Определено преимущество образцов мягкой пшеницы с ВМСГ 2*, 1 (аллели “a” и”b” локуса Glu А1), 7+8, 7+9, 17+18, 14+15 (аллели “b”, “c”, “i”, “h” локуса Glu В1) и 5+10, 5**+12 (аллели “d” и “нов.” локуса Glu D1) по показателям зерна и муки: твердозерность и седиментационный тест. В группе образцов с указанными аллелями выявлена более тесная взаимосвязь между содержанием белка и показателем седиментации (варьирование от 0,56 до 0,63). У образцов с «null» аллелью локуса Glu A1, ВМСГ 7 и 6+8 локуса Glu B1 и 2+10; 2+12 локуса Glu D1 значение показателя седиментации варьирует от 29,5 до 41,1 мл. У носителей указанных аллелей твердозерность тесно сопряжена с седиментационным тестом (r от 0,87 до 0,92). 9. В селекции пшеницы на устойчивость к желтой ржавчине установлена специфичность ВМСГ изогенной линии сорта Aroona с эффективным в регионе ЦАЗ геном Yr15 и пшенично-ржаная транслокация сорта озимой пшеницы Шарора, маркированная блоком глиадина 1В3. На основании этого созданы высокоустойчивые к патогену перспективные линии мягкой пшеницы. 10. Выделены по продуктивности, длине вегетационного периода, жароустойчивости, и способности к длительному хранению в генофонде 34 линии 9 биотипов ячменя, которые использованы в создании ценных форм. 11. Разработаны новые подходы в проведении биологических анализов исходного и селекционного материала зерновых колосовых культур. Созданы и переданы на Госсортоиспытание в соавторстве, 2 сорта озимой мягкой и 1 сорт яровой твердой пшеницы. В старших звеньях селекционного процесса проходят испытание 4 перспективные линии ячменя, 3 устойчивые к желтой ржавчине линии озимой мягкой пшеницы. Созданы 233 жаро-засухоустойчивые линии ячменя, среди них линия 61/7, превысившая по урожайности на 9ц/га или 23% стандартный сорт Арна, 52 линии мягкой пшеницы с генами расоспецифической устойчивости к желтой ржавчине (Yr9 и Yr15), 45 линий пшеницы F3-F4 поколения с редкими аллелями глютенинкодирующих локусов. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
