Дипломная работа: Особенности селекции люпина

В последние годы для индуцирования мутаций широко используют химические мутагены: этиленимин, диэтилсульфат, нитрозометилмочевина, гидроксиламин и др., а также различные виды ионизирующих излучений. Метод искусственного мутагенеза у люпина перспективен тем, что позволяет значительно расширить спектр и увеличить частоту появления форм с измененной наследственной основой у этого сравнительно молодого культурного растения. Больше полезных мутаций отмечают при воздействии химическими мутагенами в сравнении физическими факторами (Солодюк, 1971). Их концентрации и экспозиции зависят от объекта (сортовых особенностей, сухие или набухшие семена, кормовые или горькие формы, разные виды люпина).

В наших исследованиях наиболее эффективным химическим мутагеном оказалась нитрозометилмочевины (НММ) в концентрации 0,8 мМоль. Сначала семена замачивали в воде в течение 8 часов, а затем в течение 3 часов содержали в растворе нитрозометилмочевины.

В опытах Г.А. Дебелого и А.В. Зекунова (1977) также установлена высокая мутагенная эффективность ННМ в сравнении с гамма-лучами и ЭИ. Наибольшая частота и широкий спектр (8 типов) мутации получены в концентрации НММ 0,015% у сорта Н-846. На сорте Немчиновский синий выделились по мутагенной эффективности две концентрации - 0,015 (12,5% мутантов, 11 типов мутаций) и 0,014 (10,1% мутантов и 12 типов мутаций). Изучавшиеся на двух сортах три концентрации ЭИ (0,01; 0,02; 0,034) оказались близкими по мутагенной эффективности.

Между контрастными сортами люпина наблюдались специфические различия. Так, у алкалоидного сорта Немчиновский синий был значительно шире спектр мутаций, для него были характерны рецессивные мутации по окраске цветка и семян, реже встречались мутации по размеру бобов и семян. У малоалкалоидного сорта Н-846 наиболее широкий спектр мутаций наблюдался по признакам, определяющим габитус и структуру стебля (карлики, компактные, штамбовые и др.). В равной мере выделены у обоих сортов мутанты с бобами, устойчивыми к растрескиванию и лучшей выполненостью. Позднеспелые мутанты выделены у обоих сортов, а скороспелые - лишь у сорта Немчиновский синий. У обоих сортов обнаружены мутации с измененным ритмом роста (мутанты быстрорастущие и медленнорастущие по сравнению с исходным сортом). У алкалоидного сорта выделены малоалкалоидные мутанты. У обоих сортов на естественном и искусственных инфекционных фонах отмечены мутанты, устойчивые к фузариозу.

По J.Hackbarth (1957b), мутанты подразделяются на восемь групп: 1) листового аппарата - эта группа включает хлорофильные мутанты, мутанты с изменением интенсивности окраски, антоциановой пигментации и размера листьев; 2) цветка - с измененной окраской цветка; 3) семян - с измененной формой, размером и окраской семян; 4) боба - с измененным размером боба (крупнобобовые, мелкобобовые), выполненностью, с различной степенью устойчивости к растрескиванию; 5) физиологические - позднеспелые и скороспелые, с измененным ритмом роста; 6) биохимические - с изменением по содержанию белка и алкалоидов; 7) устойчивости - к болезням и другим стрессовым факторам; 8) всего растения - мутанты высокорослые, карлики, и с измененным габитусом (компактные, без ветвей, штамбовые).

При использовании физических факторов (рентгеновского и гамма-излучения в дозах от 150 до 250 Гр) учитывают мощность дозы и биологические особенности признаков, по которым желательно найти мутантную форму (Коновалов и др., 1990). Измененные наследственно формы можно отбирать в течение ряда поколений, начиная с М2.

В результате использования искусственного мутагенеза получены селекционно-ценные формы люпина с детерминированным ветвлением, фасциированным стеблем, нерастрескивающимися бобами, низким содержанием алкалоидов, повышенным содержанием белка и масла, отличающиеся скороспелостью и термонейтральностью. Они явились исходным материалом для создания кормовых сортов люпина белого - Киевский мутант, Старт, Горизонт, Пищевой, Приморский, Днепр, Олешка; люпина узколистного - Ладный, Дикаф 14; люпина желтого - Житомирский, Юбилейный, Искорость и др.

Полиплоидия

Этот метод, дающий положительные результаты в селекции многих сельскохозяйственных культур, в практической селекционной работе с люпином пока не используется в связи со сложностями, возникающими из-за большого числа хромосом в клетках этой культуры. Однако в Польше oпубликована работа (Kazimierska, Kazimierski, 1969) по изучению биологических особенностей гаплоидов люпина желтого, которые были выявлены среди химерных диплоидных растений. Они, а также полученные из них дигаплоиды оказались менее жизнеспособными в сравнении с диплоидными формами, имели меньшую массу семян и продуктивность. В последующих исследованиях (Kazimierski, Kazimierska, 1992) выявлены гаплоидные и тетраплоидные формы у люпина белого. Наибольший теоретический и практический интерес представляют тетраплоиды (2n=4х=100). Хотя они имели в бобе меньшее количество семян в сравнении с диплоидными формами, масса семян у них оказалась в два и более раза выше. В результате по урожайности они не уступали обычным диплоидным формам. Меньшее количество семян в бобе у тетраплоидов авторы объясняют нарушениями в процессе мейоза. Приведенные эколого-географическое изучение и отборы позволили выделить наиболее продуктивные растения, которые предполагается использовать в селекции.

Естественные тетраплоиды иногда встречаются также среди дикорастущих люпинов из западного полушария - Lupinus perennis L. (Майсурян, Атабекова, 1974).

Оценка селекционного материала на инфекционных фонах и путем искусственного заражения

Люпин подвержен многочисленным заболеваниям, среди которых самые распространенные и вредоносные - фузариоз и антракноз. Болезни вызывают возбудители, относящиеся к разным видам родов Fusarium Lk. и Colletotrichum gloesporioides Penz. Их соотношение и состав неодинаковы в различных почвенно-климатических зонах. Сорта люпина, устойчивые к фузариозу и антракнозу в одних регионах, часто оказываются восприимчивыми в других. Оценка селекционных образцов люпина на устойчивость к фузариозу проводится на инфекционных фонах.

Методика создания инфекционных фонов к почвенным патогенам (фузариозы) основана на накоплении инфекции в почве (Гешеле, 1964; Корнейчук, 1985). Для испытания люпина приемлемы самые распространенные методы - двух-трехлетняя монокультура сильновосприимчивого сорта, внесение в почву измельченных частей пораженных растений, а также метод искусственного внесения в почву размноженных на питательной среде патогенов (Корнейчук, 1985). В качестве питательного субстрата могут служить зерна хлебных злаков, особенно овса и проса. Можно использовать и зерна других культур и их смеси. Реже применяют внесение в почву чистой культуры патогена, приготовленной на жидкой питательной среде (Овчинникова, Андрюхина, 1984).

В зависимости от конкретных задач, возможны разные подходы к изучению устойчивости люпина к фузариозу. Например, мировая коллекция люпинов ВИР, включающая более 50 видов как средиземноморского, так и американского происхождения, в 1971-1989 гг. получила первичную оценку по устойчивости на комплексном инфекционном фоне Новозыбковского филиала ВИУА (Киселев и др., 1988). Этот фон создавали, внося в почву измельченную массу больных фузариозом растений, собранных в разных зонах люпиносеяния, а также чистую культуру разных видов и штаммов возбудителя. На таком фоне возможно первоначальное испытание всех видов люпина.

Однако, для более углубленного изучения фузариозоустойчивости образцов каждого вида люпина, целесообразно создание специального фона со специфичным для этого вида формами возбудителя. Так, в Украинском НИИ земледелия разработана методика создания инфекционного фона для оценки люпина желтого к фузариозному увяданию на основе выделенных в условиях Украины высоковирулентных штаммов (82, 66, 89, 90, 213) Fusarium oxysporum Schlecht. (Корнейчук, 1985). В НПО "Подмосковье" и НПО зернобобовых и крупяных культур с целью создания такого фона для люпина узколистного и белого выделяют изоляты с больных фузариозом растений, определяют их видовой состав и патогенность. Для закладки фона используют наиболее вирулентные из них (Дебелый и др., 1983; Ларионова, Овчинникова, 1987).

Важным направлением борьбы с фузариозом может быть создание сортов, обладающих групповой устойчивостью к разным видам и штаммам патогена. Как показали исследования (Курлович и др., 1990), для этого эффективно испытывать один и тот же исходный материал для селекции в контрастных условиях среды на разных фонах, уже созданных во многих селекционных учреждениях страны. Таким путем удалось выявить материал, устойчивый к фузариозу в разных регионах, а также изучить вариабильность признака устойчивости в зависимости от конкретных условий.

Значительные различия в поражении большинства сортов люпина в разных регионах люпиносеяния и на разных фонах обусловливают необходимость изучения качественного состава популяции возбудителя болезни в конкретных условиях, а также степень ее вирулентности. Обладая такой информацией, располагая данными об устойчивости материала к тому или иному составу патогенов, в перспективе будет возможно целенаправленно создавать устойчивые сорта для каждого региона, а при необходимости своевременно проводить сортосмену.

Организация разных инфекционных фузариозных фонов и методы оценки материала изложены в работах А.В. Хотяновича, Г.С. Муромцева (1975), Н.С. Корнейчука (1985), Л.И. Ларионовой, Б.С. Курловича (1990).

Что касается антракноза, то инфекция этого патогена передается в основном через семена и сохраняется в течение зимы на пораженных растительных остатках. Болезнь вызывает на листьях своеобразные пятна, которые на стеблях и бобах переходят в язвы. В местах поражения после дождя может выступать слизистая масса конидий. С брызгами дождя инокулюм распространяется и инфицирует соседние здоровые растения. В связи с этим, методика создания инфекционного фона к этому заболеванию несколько иная. Обычно тестируемые растения обрызгивают раствором, в котором содержатся в большом количестве наиболее вирулентные для данного региона штаммы патогена. Поскольку так же как и у фузариоза расовый и штаммовый состав возбудителей антракноза в разных местах не одинаков, поиск устойчивого материала следует вести в том самом месте, где ведется селекция культуры, используя для заражения наиболее вирулентные в местных условиях расы и штаммы. Подтверждением этому являются результаты испытания образцов люпина белого и желтого, привезенных нами из Бразилии, где имели место сильные эпифитотии этого заболевания, и на их фоне в Бразилии выделены устойчивые формы (Курлович и др., 1989). Однако их испытание в разных эколого-географических условиях стран СНГ при заражении местными штаммами и расами патогена в большинстве случаев не выявило у них высокой устойчивости к заболеванию.

Вирусная узколистность известна во всех районах люпиносеяния. На основании изучения биологических, морфологических, физиологических и других свойств вирусных изолятов в условиях, например, Украины (Курлович и др., 1989) выделены два штамма наиболее распространенного вируса желтой мозаики фасоли (ВЖМФ), различающиеся по степени вирулентности (слабо- и сильновирулентный). Также имело место распространение смешанной инфекции ВЖМФ и вируса огуречной мозаики (Cucumis virus 1, Smith.), но не столь распространенной, как инфекция, вызванная только ВЖМФ (Phaseolus virus 2, Smith.). В связи с этим изучение образцов на пораженность узколистностью и поиск источников обычно проводится в два этапа: на фоне естественного заражения (первичная оценка) и на фоне искусственного заражения ВЖМФ (основная оценка).

(http://lupin-rus.blogspot.com/2006/07/lupin-breeding.html)

В настоящее время наиболее перспективным направлением в селекционной работе является комплексный подход, основанный на применении знаний частной генетики как качественных так и количественных признаков, использовании в работе созданных или выделенных генетических доноров хозяйственно ценных признаков и моделей статической генетики и биометрии.

Это позволяет решать следующие задачи:

Ø  Изучать селекционную ценность отдельных генов, групп и созданных на их основе доноров с последующим использованием лучших из них в селекции.

Ø  Создавать трансгрессивные формы за счет вовлечения в селекционный процесс образцов, имеющих аллельные различия в контроле образцов. Трансгрессивные формы можно эффективно выявлять на основе разработанного в отделе зерновых бобовых культур ВИР эколого-географического подхода.

Ø  Создавать и выявлять исходный материал, обладающий групповой устойчивостью к разным видам, штаммам и расам патогенов за счет аккумуляции в создаваемых генотипах разных генов устойчивости, путем испытания исходного материала в контрастных условиях среды и подбором пар для скрещивания на основе эколого-географического подхода.

Ø  Изучать качественный состав популяции возбудителей болезней в конкретных условиях, а также степень их вирулентности, что позволит целенаправленно создавать устойчивые сорта для каждого региона и при необходимости своевременно проводить сортосмену.

Ø  Целенаправленно получать новые мутанты с применением скрининга и рекомбинации новых сложных ассоциаций генов.

Ценное свойство люпина – его способность благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями фиксировать атмосферный азот. За счет этого повышают плодородие почвы биологическим путем, экономят дорогостоящие минеральные удобрения, Выращивают экологически чистую продукцию и не загрязняют окружающую среду. В связи с изложенным селекция на высокую азотфиксирующую способность очень перспективна.

Основными направлениями селекции люпина на повышение симбиотической азотфиксации являются:

Ø  Подбор эффективных селекционных штаммов клубеньковых бактерий к уже созданным высокопродуктивным сортам люпина;

Ø  Создание высокопродуктивных сортов с высокой клубнеобразующей способностью, активнотью и эффективностью симбиотической азотфиксации при взаимодействии с соответствующими штаммами клубеньковых бактерий в условиях естественного низкого содержания или отсутствия в почве минерального азота;

Ø  Поиск комплементарных симбиозов, способных выбирать из почвы определенный и эффективный штамм бактерий;

Ø  Создание сортов, избегающих конкуренции со спонтанной микрофлорой (без применения препаратов);

Ø  Выведении сортов, образующих большое количество клубеньков с высокой активностью и эффективностью биологической азотфиксации при наличии в почве достаточного количества минерального азота, но не использующих его;

Ø  Нахождение образцов, которые на минеральном фоне обеспечивают положительный эффект при применении ризоторфина;

Ø  Создание эффективных комплементарных симбиозов макро- и микросимбионтов для разных селекционных задач.

Исключительно актуальная в настоящее время проблема селекции в отношении всех видов люпина – создание сортов, устойчивых к вирусным и грибным болезням, особенно фузариозу и антракнозу. Неудачи последних лет, приведшие к сокращению посевных площадей под люпином, связаны с этими заболеваниями.

Важной задачей для создания сортов однолетних видов является селекция на скороспелость и стабильную семенную продуктивность. Скороспелые сорта должны обладать рядом других положительных качеств. К ним прежде всего следует отнести быстрые темпы роста люпина, что позволит упростить борьбу с сорной растительностью. Признак нерастрескиваемости бобов должен быть придан всем новым сортам люпина узколистного. Кроме того, новые сорта этого вида должны обладать симподиальным типом ветвления.

Новое перспективное направление – создание форм и сортов с детерминантным типом роста стебля и детерминированным ветвлением.

Основные направления в селекции люпина узколистного следующие:

Создание скороспелых сортов интенсивного типа, с высокой и стабильной урожайностью семян до 2,5-4,0 и зеленой массы 35,0-50,0 т/га, с высоким содержанием белка в семенах (до 35%) и зеленой массе (17-20%), с нерастрескивающимися бобами, устойчивых к грибным и вирусным заболеваниям, к заморозкам до -10 градусов Цельсия и кратковременной засухе. (Курлович Б.С., ВИР, 1995г.)

Ценный исходный материал

В диком состоянии в настоящее время люпин произрастает в странах по всему периметру средиземного моря и в северо-восточной части Африки. (Купцов Н. С., Такунов И. П. 2006).

Наиболее распространенными и изученными, представляющими перспективу как исходный материал при селекции, являются следующие виды: L. Luteus L. 2n=52 (Желтый); L. Rothmaleri Klinr. 2n=52 (Ротмалара); L. albus 2n=50 (Белый); L. vavilovi Atab Et. Maiss. 2n=50 (Вавилова); L. Angostifolius L. 2n=40 (Узколистный); L. linifolius Roth 2n=40 (Льнолистный); L. Opsianthus Atab. Et Maiss. 2n=40 (Поздноцветущий); L. Pilosus L. 2n=40 (Волосистый); L. digitatus Forsk. 2n=40 (Пальчатый); L. hirsutus L. 2n=24 (Мохнатый); L. mutabilis Sweet. 2n=48 (Изменчивый) и др.

При селекции любого культурного растения весьма важно использовать подходящий исходный материал. От этого зависит значительная доля успеха в селекционной работе.

Несмотря на то, что селекция узколистного люпина очень молода (начало было положено в конце сороковых годов), её результативность значительна. Селекционным путём достигнуты скороспелость, неполегаемость, высокая и стабильная продуктивность (урожай семян и вегетативной массы), малоалкалоидность и другие хозяйственно ценные признаки культуры. Для продвижения северных границ ареала узколистного люпина необходимы более скороспелые сорта – с продолжительностью периода вегетации 85..95 дней. Создание таких сортов возможно на основе измененного морфотипа растений – с генетическим блокированием бокового ветвления. Исследованиями НИИСХ ЦР НЗ установлено, что формы с ограниченным ветвлением центрального побега (эпигональное) или боковых побегов I порядка (детерминантные) имеют несомненное преимущество по скороспелости и семенной продуктивности в зонах с коротким вегетационным периодом и невысокой (менее 1900ºС) суммой положительных температур.

Впервые такой принципиально новый морфобиологический тип растений люпина узколистного описан Г.А. Дебелым и А.В. Зекуновым. Курлович изучал характер наследования детерминантности ветвления и установил, что у одних образцов этот признак контролируется рецессивными аллелями двух генов (deb 1, deb 2), у других доминантными аллелями двух других генов (Deb 3 и Deb 4). При этом во всех случаях происходит неаллельное взаимодействие генов, на характер которого оказывает модифицирующее влияние окружающая среда. Установлено, что гибридизация детерминантов с формами обычного ветвления позволяет получить ценные рекомбинаты для создания ультраскороспелых сортов зернофуражного использования. Селекция узколистного люпина в данном направлении успешно развивается в Австралии и Белоруссии. В России созданы и в Государственный реестр селекционных достижений два детерминантных сорта Ладный и Дикаф 14 .

В ранних комбинациях скрещиваний чаще использовали сорта Москвского селекцентра Ладный, Дикаф 14 и сортообразец селекции Белорусского НИИ земледелия и кормов Ланадекс 1.

Сорт Ладный – индуцированный мутант ценного в селекционном отношении сорта Немчиновский 846, обладающего высокой комбинационной способностью. Детерминация его ветвления контролируется рецессивными генами deb 1, deb 2.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10