Селекции и первичного семеноводства кукурузы



Скачать 118.83 Kb.
Дата30.04.2016
Размер118.83 Kb.
Сельскохозяйственные науки УДК 631.527
Эффективность интродукции генетического материала теосинте в геном кукурузы при отборе на устойчивость к экстремальным факторам среды
Хатефов Эдуард Балилович,

кандидат биологических наук, заведующий лабораторией

селекции и первичного семеноводства кукурузы;

Кушхова Рита Сарабиевна,

научный сотрудник;

Хачидогов Азамат Валерьевич,

младший научный сотрудник.

ГНУ Кабардино-Балкарский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства Россельхозакадемии,

лаборатория селекции и первичного семеноводства кукурузы,

360022, г. Нальчик, ул. Мечникова 130-А

KBNIISH2007@yandex.ru

+ 7 (8662) 77-28-62
Чжао Няньли,

профессор, директор отдела международного сотрудничества;

Жанг Мин,

заведующий лабораторией селекции и семеноводства кукурузы.

Институт зерна Ляонинской академии сельскохозяйственных наук,
лаборатория селекции и семеноводства кукурузы,


г. Шэньян, ул. Дунлин, № 84,

huajunxin@yahoo.com.cn

86-24-3102-3765
Аннотация. В статье изучены тетраплоидные популяции кукурузы по признакам устойчивости к биотическим и абиотическим факторам среды. Дано описание характера действия генетического материала тетраплоидного теосинте, интродуцированного в геном тетраплоидной кукурузы, на устойчивость к экстремальным факторам среды.

Создана коллекция линий и популяций тетраплоидной кукурузы с широким генетическим полиморфизмом и высокой семенной плодовитостью початка для создания новых засухоустойчивых сортов и гибридов тетраплоидной кукурузы.
Ключевые слова: популяция, кукуруза, теосинте, тетраплоид,
интродукция, геном, селекционный отбор, устойчивость, биотические и абиотические факторы среды.

История пандемий происходивших в разное время на разных континентах показала, что наиболее эффективный способ борьбы с вредителями и болезнями - это выведение устойчивых, высокоиммунных сортов и гибридов кукурузы. Селекция генетических доноров - признаков устойчивости к вредителям и болезням является одной из актуальных задач современной селекции, а обнаружение и изучение таких доноров позволит избежать возможных эпифитотий и рисков снижения урожая (Хатефов 2001, Хатефов, Кагермазов, 2011). Основными вредителями и болезнями кукурузы возделываемой в Кабардино-Балкарии являются:

Ostrinia nubilalus Hbn-botus. – кукурузный мотылек

Heliothis obsolete Farb. – хлопковая совка

Ustilago zeae Beckm. – пузырчатая головня

Fusarium moniliforte Sheld. – фузариоз початка

Материал и методы.

Исследования проведены на 6 популяциях тетраплоидной кукурузы. Популяции различаются между собой по ширине генетического полиморфизма (узкий, средний, широкий) и наличия в геноме различных долей генома E. рerennis Hitck (2n=40x). Повторно проведена интрогрессия генетического материала теосинте Чалко в геном тетраплоидной кукурузы с последующим отбором многопочатковых генотипов. В качестве контроля (2n), были использованы гибрид Краснодарский 415 МВ.

Изучение поражаемости болезнями и повреждаемости вредителями проводилось на естественном фоне в отдельные годы высокой активности вредителей и болезней. К таковым относятся 2005г. (поражение болезнями) и 2010г. (повреждения вредителями) годы, когда отмечалась высокая активность вредителя по Южному Федеральному округу и Северо-Кавказскому региону.

Экспериментальная часть.

Исследования показали, что линии кукурузы с генетическим материалом теосинте Чалко имеют опушение стеблей и закрытые верхушки початков с плотными, жесткими обертками. Эти линии слабо поражались совкой, тогда как линии с выступающими над обертками початком и не опушенным стеблем поражались совкой гораздо сильнее.

Популяции тетраплоидной кукурузы относительно стандарта показали большую восприимчивость к болезням и повышенную устойчивость к вредителям (табл. 1). Возможно, что это связано с более плотной и жесткой тканью листьев и стебля тетраплоидной кукурузы, которое труднее прогрызается вредителями.

Таблица 1. Устойчивость популяций тетраплоидной кукурузы


к биотическим факторам среды

Популяции

Устойчивость к

ФП, %

± St

ПГ, %

± St

ХС, %

± St

СМ, %

± St

2005г.

2005г.

2010г.

2010г.

St 1

100

-

100

-

100

-

100

-

I (без E. perennis)

89,5

-10,5

90,1

-9,9

96,9

-3,1

102,2

2,2

II (c E. perennis)

84,5

-15,5

99,1

-0,9

92,1

-7,9

102,0

2,0

А (узкий)

93,8

-6,2

92,8

-7,2

101,6

1,6

105,7

5,7

В (средний)

87,1

-12,9

104,4

4,4

93,5

-6,5

99,8

-0,2

С (широкий)

80,2

-19,8

86,7

-13,3

88,5

-11,5

100,8

0,8

ФП – Фузариоз початка; ПГ – Пузырчатая головня;
ХС – Хлопковая совка ; СМ -Стеблевой мотылек
По устойчивости к фузариозу початка выделены популяции № 2 и № 4, по устойчивости к пузырчатой головне № 3 и № 4, по устойчивости к хлопковой совке № 1 и № 2, к стеблевому мотыльку № 1, № 2, № 4, № 6. По признаку устойчивости к хлопковой совке группы I и II имеют равные значения. Популяции с различной широтой генетического полиморфизма показали повышенную устойчивость в группе В к пузырчатой головне, группы А к хлопковой совке и группы А и С к стеблевому мотыльку относительно стандарта. Устойчивость растений к абиотическим стрессам характеризует способность растительных организмов полноценно осуществлять свои основные жизненные функции в критических условиях внешней среды, а мера устойчивости («высокая», «слабая» и т.д.) отражает количественную сторону этой способности. Для возможной передачи линиям кукурузы признака устойчивости к стеблевому мотыльку были использованы образцы теосинте обладающие признаком опушенности стебля из коллекции ВИР. Всего из потомства гибрида между теосинте и кукурузой было выделено более 50 вариантов линий с различной степенью опушенности стебля (см. рис. 1).

Рис. 1. Опушенный стебель теосинте (слева); неопушенный стебель кукурузы (справа); среднеопушенный стебель высокоустойчивой к стеблевому мотыльку популяции кукурузы (в центре).


Опушение в основном проявляется в поздние сроки развития растения. В этот период наблюдается лёт второго и третьего поколений стеблевого мотылька. Поэтому важно создание генотипов способных проявлять этот признак в более ранние фазы развития.

Испытания на повреждаемость кукурузным мотыльком на естественном фоне показало также и различную степень восприимчивости к этому вредителю, поскольку развитие опушения на стебле проявляется у различных генотипов в различные периоды фенологических фаз, начиная с фазы выметывания до фазы восковой спелости. Из изученных в опыте линий было выделено 6 линий отличавшихся стабильной устойчивостью по годам исследований к стеблевому мотыльку (Хатефов, 2010). Наравне с устойчивостью к мотыльку генетический материал теосинте способствует проявлению признака многопочатковости у кукурузы, который имеет немаловажное значение при селекционном улучшении кукурузы (см. рис. 2).



Рис. 2. Влияние генетического материала теосинте на проявления признака многопочатковости популяций кукурузы.


Характерной особенностью многопочатковых популяций кукурузы с генетическим материалом теосинте является синхронное цветение всех ярусов початков на растении, тогда как в популяциях без теосинте початки на стебле цветут поочередно, начиная с верхнего. Такое цветение вызывает низкую озерненность нижних початков, поскольку они не успевают зацвести (выброс рылец) до окончания цветения мужского соцветия.

Исследования по селекционному улучшению кукурузы требует от селекционеров поиска новых форм кукурузы, способных формировать высокие урожай зерна за счет использования новых агроклиматических условий роста. При этом следует тщательно отбирать генотипы устойчивые к новым популяциям вредителей и возбудителям болезней кукурузы, которые неизбежно сопутствуют изменению климата. Для достижения этих целей достаточно эффективными являются использование традиционных методов селекции с привлечением селекционного материала обладающего широким полиморфизмом хозяйственно-ценных признаков.

На популяционном уровне биологической организации действует, как механизм адаптации растений к стрессам, процесс естественного отбора. Базой для его функционирования является внутрипопуляционная вариабельность уровня устойчивости. Известно, что размах варьирования всех параметров, характеризующих жизнеспособность растений, неуклонно возрастает в популяции по мере усиления стрессовой нагрузки, и сильнее у слабоустойчивых сортов, что также может использоваться в диагностических целях. Однако выше некоторого уровня напряженности, стресса наблюдается уже гибель части организмов в популяциях, а именно наименее устойчивых к стрессам (Удовенко, 1979; 1988). По мере дальнейшего усиления стресса возрастает скорость отбора устойчивых растений в популяции. Оценка устойчивости популяций тетраплоидной кукурузы к засухе осуществлялась в особо засушливый 2010 г., а к возвратным весенним холодам и полеганию в 2005 г. Полученные результаты показали абсолютное преимущество тетраплоидных популяций кукурузы перед диплоидным стандартом во всех вариантах (см. табл. 2). Из изученных популяций максимальное значение устойчивости к засухе имела популяция № 6, и близкие к ней значения популяции № 4 и № 5. по значению холодостойкости выделена популяция № 5, и близкая к ней по значению популяция № 6. Изучение устойчивости к полеганию и перестою в поле позволило выделить популяцию № 5 как максимально устойчивую.

Таблица 2. Устойчивость популяций тетраплоидной кукурузы


к абиотическим факторам среды

Популяция

Устойчивость

К засухе,

%


± St

К холоду

%


± St

К полеганию

%


± St

2010 г.

2005 г.

2005 г.

St

100

-

100

-

100

-

I (без E. perennis)

115,4

15,4

138,4

38,4

108,6

8,6

II (c E. perennis)

123,8

23,8

136,0

36,0

108,4

8,4

А (узкий)

112,6

12,6

131,6

31,6

105,4

5,4

В (средний)

122,2

22,2

128,2

28,2

107,7

7,7

С (широкий)

124,0

24,0

151,7

51,7

112,4

12,4

Возможно, что морфобиологические особенности тетраплоидной кукурузы (мощная корневая система, толстые стебель, лист, стержень початка) способны накапливать и удерживать больше влаги, чем растения диплоидной кукурузы, что в свою очередь способствует ее повышенной засухоустойчивости (см. рис. 3, 4). Повышенная концентрация сахаров в клеточном соке проростков тетраплоидной кукурузы способствует устойчивости к кратковременным заморозкам на начальных этапах органогенеза (см. рис. 5), а утолщение стенок сосудов и плотность тканей стебля способствует устойчивости к полеганию и перестою на корню в поле (см. рис. 6, 7).



Рис. 3. Делянки тетраплоидной (слева) и диплоидной (справа) кукурузы


в фазу выхода в трубку на засушливом фоне.

Рис. 4. Делянки тетраплоидной (слева) и диплоидной (справа) кукурузы


в фазу полной спелости на засушливом фоне.

Р
ис. 5. Всходы тетраплоидной (слева) и диплоидной (справа) кукурузы


после возвратных весенних заморозков.

Р
ис. 6. Делянка тетраплоидной кукурузы при перестое на корню в поле.

Рис. 7. Делянка диплоидной кукурузы при перестое на корню в поле.

Выводы.


Популяции тетраплоидной кукурузы и их рекомбинанты с высокой
семенной продуктивностью различаются по признакам: урожаю зерна и зеленой массы, энергетической емкости зерна, химическому составу и качеству зерна (белок, масло, сахар), устойчивости к грибам Ustilago zeae Beckm,
Fusarium moniliforte Sheld, вредителям Heliothis obsolete Farb., Ostrinia nubilalus Hbn., к засухе и весенним заморозкам, полеганию. Создана коллекция засухоустойчивых инбредных линий и популяций тетраплоидной кукурузы с широким генетическим полиморфизмом и высокой семенной плодовитостью початка, которая является ценным исходным материалом для создания новых засухоустойчивых сортов и гибридов тетраплоидной кукурузы.
Литература

  1. Удовенко Г.В. Общие требования к методам и принципам диагностики устойчивости растений к стрессам // Диагностика растений к стрессовым воздействиям, Л. 1988. С. 5-10.

  2. Удовенко Г.В. Физиологические механизмы адаптации растений к различным экстремальным условиям // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. Т. 64. Вып. 3. 1979. С. 5-22.

  3. Хатефов Э.Б. Расширение генетической основы зародышевой плазмы кукурузы, как один из путей повышения ее продуктивности./ Э.Б. Хатефов// Тезисы докладов III Международной конференции «Биологическое разнообразие Кавказа». Нальчик. 2001. С. 168-170.

  4. Хатефов Э.Б. Использование генетической плазмы теосинте при селекции кукурузы на устойчивость к Ostrinia nubilalus hbh. – botus (Pyralis)/Э.Б. Хатефов //В сб. Материалы межд. научно-практ. конф. «Биологическая защита растений, как основа экологическая и фитосанитарной стабилизации агроэкосистем», Краснодар. 2010. С. 668-670.

  5. Хатефов Э.Б. Основные направления селекции тетраплоидной кукурузы в Кабардино-Балкарии./Э.Б. Хатефов, А.М. Кагермазов - «Полиграфсервис и Т» - Нальчик, 2010, 242 с.




База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал