Повышение устойчивости ячменя к стрессовым биотическим и абиотическим факторам в сибири (генетико-биотехнологические аспекты) 03. 00. 16 экология 06. 01. 05 селекция и семеноводство
| Вид материала | Лекция |
- Антистрессовая технология возделывания сахарной свеклы, 16.48kb.
- Сравнительная оценка образцов ячменя на нейтральной и кислой почвах красноярского края, 527.14kb.
- Сселекция полевых культур, Уральский регион, пшеница озимая и яровая, ячмень, сорта,, 40.85kb.
- Селекция баклажана для аридной зоны нижнего поволжья 06. 01. 05 Селекция и семеноводство, 336.5kb.
- «Защитные полосы как фактор повышения экологической безопасности и здоровья населения, 242.98kb.
- Задачи селекции : повышение урожайности сортов культурных растений, увеличение продуктивности, 105.58kb.
- Лекция и семеноводство овощных культур». Направление «Садоводство», 54.42kb.
- Физическая культура и закаливание детей дошкольного возраста, 231.01kb.
- Сообщение на тему, 78.63kb.
- Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы, 49.1kb.
На правах рукописи
Зобова Наталья Васильевна
ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЯЧМЕНЯ К СТРЕССОВЫМ БИОТИЧЕСКИМ И АБИОТИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ В СИБИРИ
(ГЕНЕТИКО-БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)
03.00.16 – экология
06.01.05 – селекция и семеноводство
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Красноярск - 2009
Работа выполнена в ГНУ Красноярский научно-исследовательский институт сельского хозяйства СО Россельхозакадемии и ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»
Научный консультант доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Россельхозакадемии, заслуженный деятель науки РФ Сурин Николай Александрович
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент Россельхозакадемии Рутц Рейнгольд Иванович
доктор биологических наук, профессор Полонский Вадим Игоревич
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Тихончук Павел Викторович
Ведущая организация ГНУ Сибирский НИИ растениеводства и селекции СО Россельхозакадемии
Защита состоится 11 декабря 2009 г. в 9.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.01 при ФГОУ «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90
Телефон (факс) 8(391)227-86-52
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»
Автореферат разослан “___” _________ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д.Е. Полонская
Актуальность проблемы. Одним из эффективных приемов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является увеличение их адаптации к условиям произрастания. В связи с этим особой актуальностью отличаются исследования по разработке методов адаптивной селекции в растениеводстве, основанных на современных достижениях генетики и биотехнологии, позволяющих за короткие сроки значительно расширить диапазон изменчивости существующих генотипов и создать формы с новыми признаками и свойствами. По мнению ряда ученых (Конарев В.Г., 2001, 2002; Шевелуха В.С., 1995), культура изолированных тканей в сочетании с селективными средами дает возможность увеличить полиморфизм растений, в первую очередь, по адаптивным признакам. А выявление естественных генетических вариаций с помощью молекулярных маркеров позволяет учитывать и целенаправленно использовать в селекции внутривидовую и внутрисортовую изменчивость растений.
На территории Сибири наиболее скороспелой, продуктивной и широко распространенной зерновой культурой является ячмень (в Красноярском крае он занимает около 100-110 тыс. га посевных площадей). Зачастую он возделывается в неблагоприятных для других зерновых культур условиях (Гончаров П.Л., Гончаров Н.П., 1995; Сурин Н.А. и др., 1999, 2008), поэтому увеличение экологической пластичности ярового ячменя одно из важнейших направлений в селекции данной культуры.
Цель – разработать экологические подходы, основанные на повышении устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессовым факторам с использованием генетических и биотехнологических методов в сочетании с традиционными методами селекции и информационными технологиями, при создании адаптивных форм ярового ячменя.
Основные задачи:
1. Разработать технологию использования культуры изолированных тканей для оценки и создания адаптивных форм ярового ячменя.
2. Изучить меж- и внутрисортовой полиморфизм гордеинов на основе генетического мониторинга разнообразия ярового ячменя во времени и пространстве и оценить его роль в формировании адаптивных свойств и повышении хозяйственной ценности культуры.
3. Разработать методологический подход к созданию и использованию баз данных и информационно-поисковых систем для экологического обоснования подбора исходного материала в адаптивной селекции растений.
4. Дать рекомендации по использованию культуры in vitro и спектров гордеинов в адаптивной селекции ячменя.
Научная новизна. На основании комплексных исследований установлена высокая эффективность использования биотехнологических методов для отбора ярового ячменя по устойчивости к засолению и кислотности почв, к токсинам корневых гнилей. Выявлены взаимосвязи процессов пролиферации, органогенеза и регенерации при культивировании незрелых зародышей между близкородственными генотипами. Обоснован и методически апробирован способ отбора адаптивных форм ячменя на селективных средах в культуре изолированных тканей. Созданы линии растений-регенерантов, адаптивные свойства которых отмечены при агроэкологических полевых испытаниях.
Впервые проведена генетическая паспортизация по электрофоретическим спектрам гордеинов сортов и селекционных линий Сибири. Установлена агроэкологическая обусловленность распространения гордеинкодирующих локусов сибирского селекционного и сортового материала ярового ячменя генетических маркеров. Выявлены геногеографические особенности разнообразия, установлен его дрейф во времени и пространстве, сопряженность аллелей гордеинов с хозяйственно-ценными признаками и адаптивными свойствами ярового ячменя.
Созданы программа для ЭВМ «Sela» и база данных «Селекция растений», зарегистрированные в Роспатенте. Комплексный подход к экологическому мониторингу селекционного материала с использованием информационных технологий и ретроспективного анализа селекционных данных.
Защищаемые положения:
- эффективным способом оценки и создания адаптивных форм ярового ячменя, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессовым факторам, служит культура изолированных тканей растений и селективные среды;
- основой мониторинга генетического разнообразия ярового ячменя во времени и пространстве и формирование экологически обусловленных адаптивных свойств культуры является меж- и внутрисортовой полиморфизм гордеинов;
- базы данных и информационно-поисковые системы – путь формирования методологических, в том числе ретроспективных, подходов к ускорению адаптивной селекции растений.
Практическая значимость. Разработана и применяется в Красноярском НИИСХ технологии получения растений регенерантов в культуре каллусных тканей на селективных средах для получения стрессоустойчивых форм ячменя и пшеницы. При создании форм, устойчивых к корневым гнилям, к кислым и засоленным почвам Восточной Сибири, в качестве самостоятельного и исходного материала в селекционных программах используются созданные регенеранты ярового ячменя.
Для целей адаптивной селекции к экологическим стрессовым факторам предложены результаты мониторинга генетического разнообразия с использованием генетических маркеров, биотехнологических методов и информационных технологий. Полиморфизм локусов гордеинов и свойств устойчивости к экстремальным факторам селекционного и сортового материала использован в практической селекции и семеноводстве ярового ячменя.
ИПС «Sela» и база данных «Селекция растений» используются для хранения и последующей статистической обработки селекционных данных с целью отбора перспективных, адаптированных к местным экологическим факторам исходных форм ячменя. Программные разработки применяются при селекции других сельскохозяйственных культур.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации опубликованы в 102 работах, из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ – 12, 3 монографии и 2 свидетельства Роспатента. Основные положения диссертации представлены и обсуждены на совещаниях и конференциях, в том числе международных: «Управление генетической изменчивостью сельскохозяйственных растений» (Ялта, 1992); «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях» (Москва, 2001); «Гомеостаз и экстремальные состояния организма» (Красноярск, 2003); «АГРОИНФО» (Новосибирск, 2003, 2006); «Актуальные проблемы генетики и селекции растений» (Омск, 2005); «Биология клеток растений in vitro и биотехнология», (Звенигород, 2008); «Достижения науки и техники – развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2000); всероссийских: Генетико-селекционные школы (Новосибирск, 2000, 2002, 2004); «Генетические механизмы устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды» (Иркутск, 1991); «Аграрная наука на рубеже веков» (Красноярск, 2003); межрегиональных: «Сохранение биологического разнообразия Приенисейской Сибири» (Красноярск, 2000); на Президиуме СО РАСХН (Новосибирск, 2004); на научной сессии Общего годичного собрания СО Россельхозакадемии, 2009; на проблемных советах СО Россельхозакадемии: «Растениеводство, селекция, биотехнология и семеноводство сельскохозяйственных культур» (Барнаул, 2008) и других уровнях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов и практических рекомендаций. Работа изложена на 298 страницах машинописного текста, содержит 93 таблицы, 75 рисунков и 11 приложений, включающих 50 таблиц, 11 рисунков. Список литературы включает 750 наименований, в том числе 163 на иностранном языке.
Личный вклад автора. Формулировка идеи, планирование и координация экспериментов, получение и обработка первичных материалов, теоретический и статистико-математический анализ результатов, а также написание работы выполнены автором лично.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность доктору сельскохозяйственных наук, академику Россельхозакадемии Сурину Н.А., д.б.н., профессору Громовых Т.И., доцентам: к.с.-х.н., Шевцовой Л.Н., к.б.н. Конышевой Е.Н., к.б.н. Поздняковой О.В., защитившим кандидатские диссертации под его руководством; доценту к.б.н. Сорокатой Е.И., к.с.-х.н. Заболоцкому Е.В. и сотрудникам Красноярского НИИСХ Луговцовой С.Ю., Онуфриенок Т.В., Чуслину А.А., Ступко В.Ю.
Глава 1
ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АДАПТИВНОЙ СЕЛЕКЦИИ
Рассмотрена проблема адаптации в системе растение-среда, в основе которой лежит модификационная и генотипическая изменчивость растений. Решение этой проблемы связано с применением новых технологий, обеспечивающих экологическую безопасность и эффективную реализацию биоклиматического потенциала растений. Среди таких современных направлений приоритетное место занимают биотехнологические методы и электрофоретические исследования полиморфных белковых систем культуры ячменя. В связи с этим приведены характеристики биологических особенностей и хозяйственного значения, достижений и задач селекции ярового ячменя в Сибири.
Глава 2
ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ
2.1 Природно-климатическая характеристика районов исследования. Погодные условия в месте проведения опытов в период закладки большей части полевых исследований (1996-2008 гг.) были различны по годам, их полная характеристика приводится в тексте диссертации. Из 27-летнего периода полевых опытов, 16 лет были засушливыми и умеренно засушливыми, 6 – умеренно и недостаточно влажными годами, то есть основное время растения испытывали недостаток влаги.
Полевые исследования проведены в селекционном севообороте ОПХ «Минино» (Емельяновский район), на стационаре «Зареченский» (Тюхтетский район) Красноярского НИИСХ и в АО «Лазурное» (Козульский район) Красноярского края, а также на опытном участке Северо-Кулундинской СХОС Новосибирской области. Почвы ОПХ «Минино» представлены обыкновенными черноземами, мощными, среднегумусными, тяжелосуглинистыми по механическому составу. Реакция почвенного раствора близка к нейтральной (рН 7,5). На стационаре «Зареченский» почва опытного участка дерново-подзолистая. Содержание подвижного алюминия в кислых почвах Тюхтетского и Козульского районов низкое, рН почвенного раствора 4,4. Почва опытного участка Северо-Кулундинской СХОС – среднестолбчатые солонцы, полугидроморфные. Гранулометрический состав – среднесуглинистый. Реакция почвенного раствора близка к нейтральной – рН 7,3. Степень засоления – средняя, тип – сульфатно-хлоридный.
2.2. Объект исследования. Объектом исследования служили стародавние (58 форм) и современные (60) сорта ярового ячменя, их отдельные биотипы (20); образцы перспективных, забракованных и адаптивных линий селекционных питомников ярового ячменя (267); образцы ЭСИ и опорного пункта ВИР (155); регенеранты (47), полученные на селективных средах и размноженные в полевых условиях; образцы семеноводческих питомников; гибридные комбинации (470) и их потомки (более 7000), включенные в базу данных. Для сравнения параметров продуктивности использовали стандартные сорта: Красноярский 80 (Центральная лесостепь); солевыносливый сорт из Эквадора (С-15) и кислотоустойчивый сорт Джюгай.
2.3. Методы исследования. Электрофорез гордеинов проводили по методике А.А. Созинова и Ф.А. Попереля (1978) с модификациями. Электрофоретические спектры гордеинов идентифицировали по каталогу А.А. Поморцева (1985). В работе использовали методы и условия культивирования тканей in vitro по Р.Г. Бутенко [1989]. Эксплантами для индукции каллуса служили зародыши ячменя, питательную среду готовили по прописи Мурасиге-Скуга (Зобова, Конышева, 2007). Возбудителей корневых гнилей выделяли и идентифицировали по методикам Т. Ватанабе (1994) и Р.Е. Нельсона (1983). Метаболиты гнилей получали методом Дудка и др., (1982). Для лабораторной оценки кислото- и солеустойчивости исследуемых генотипов ярового ячменя использовали рулонный метод оценки проростков (Удовенко и др., 1976; Методические указания.., 1995). Оценку устойчивости к возбудителям корневых гнилей линий ячменя проводили методом листовой диагностики (Дудка и др., 1982). Белок в зерне, экстрактивность зерна ячменя определяли в лаборатории технологической оценки зерна Красноярского НИИСХ (Разумовский, Плеханова, 2005). Оценку полегания ярового ячменя в полевых условиях проводили на провокационном азотном и естественном фонах. Оценку образцов по устойчивости к пыльной головне проводили на искусственных инфекционных фонах, созданных вакуумным методом (Кривченко, 1960), в лаборатории иммунитета растений Красноярского НИИСХ. Уровень поражения корневой гнилью определяли визуально (Методические указания …, 1981).Полевые и лабораторные браковки и отборы образцов селекционных и семеноводческих питомников проводили селекционеры и семеноводы Красноярского НИИСХ стандартными методами. Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью кластерного, дисперсионного, корреляционного, факторного анализа (Плохинский, 1980, 1998; Лакин, 1980; Доспехов, 1979) при помощи пакетов Microsoft Excel 97 и Statistiсa 5.0 для Windows, Snedеcor (Сорокин, 2004). Достоверность различий оценивали по критерию Стьюдента (Лакин, 1980). Общая схема исследований представлена на рисунке 1.
Рис. 1 – Общая схема исследования
Глава 3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ В ПОВЫШЕНИИ ТОЛЕРАНТНОСТИ РАСТЕНИЙ К СТРЕССОВЫМ ФАКТОРАМ
Адаптация отражает все многообразие отношений растений и фитоценоза с окружающей средой. Критерием оценки экологической валентности растений является их устойчивость к неблагоприятным условиям – засухе, заморозкам, болезням, кислым и засоленным почвам и другим факторам. Снижения вредоносности засоленных и кислых почв для сельскохозяйственных культур можно добиться изменением свойств самих почв агрохимическими приемами и адаптацией к ним растений. Агрохимические пути преодоления почвенной кислотности не всегда эффективны и экологически оправданы.
3.1. Подбор условий и уровня селективных агентов для оценки и создания соле- и кислотоустойчивых форм ячменя в культуре in vitro. Культура изолированных тканей и клеток позволяет, включая стадию каллусных тканей, получать дедифференцированные клеточные популяции, отличающиеся большой генетической, физиологической и цитологической изменчивостью. Отбор из этих популяций на селективных средах клеточных линий, толерантных к стрессовым факторам, с последующей регенерацией из них растений способствует образованию сомаклональных вариантов с признаками, измененными в желаемую сторону. В работе подобраны необходимые параметры для создания регенерантов ячменя на селективных средах.
Уровень селектирующих агентов в среде, определяли на основе пределов устойчивости культурных растений к действию соответствующих факторов. Солеустойчивость растений лежит в пределах осмотического давления 0,3-1,8 мПа (Елисеева, 1987), что соответствует концентрации NaCl в среде произрастания 0,42-2,52%. При концентрации NaCl: 0,42% – растения и каллусные культуры начинают ощущать действие стрессового фактора, 1,68% – наблюдается сильное угнетение роста, не приводящее к полной гибели растений, 2,52% – не совместимо с жизнью. Низкий уровень регенерации растений при концентрации соли 1,68% не позволил использовать ее для отбора солеустойчивых форм, поэтому применяли концентрацию NaCl – 0,42%, при которой значимый стресс сочетался с хорошей пролиферацией каллуса и образованием регенерантов.
Поскольку токсичными для большинства растений оказываются ионы водорода при pH 3,0 (Блэк, 1973), а стандартная питательная среда имеет рН 5,8, то этот интервал рН проверяли на этапах пролиферации каллусов и регенерации растений. В дальнейших опытах использован двукратный отбор на указанных этапах при рН в соответствующих средах не более 4,0, когда стрессовость условий сочетается с сохранением образования регенерантов в селективных условиях.
Установлена зависимость процессов, протекающих в культуре изолированных тканей, от условий выращивания донорного растения (полевые и светокультура) и возраста вводимого в культуру экспланта (зрелые и незрелые зародыши), условий освещенности при культивировании каллусов. У молодых зародышей, взятых от растений, выращенных в светокультуре, пролиферация каллуса, процессы морфогенеза и регенерации растений протекает интенсивнее, чем в других случаях (Зобова, Конышева, 2007). Наблюдается пролонгированное действие условий освещенности на этапе индукции каллуса. На средах практически отсутствует морфогенез у каллусов, индуцированных в темноте, в отличие от каллусов, индуцированных на свету (Зобова, Луговцова, 2008). В технологии создания стрессоустойчивых регенерантов ячменя использованы незрелые зародыши, преимущественное выращивание донорных растений в условиях светокультуры и культивирование каллусов на свету.
3.2. Сравнение устойчивости к стрессовым эдафическим факторам сортов и линий ярового ячменя разного происхождения в культуре in vitro. Процессы, протекающие в культуре каллусных тканей, сильно зависят от генотипа введенного в культуру растения, что следует из оценки нескольких группы генотипов (табл. 1). Самой высокой эффективностью регенерации, в расчете на введенный эксплант, обладали селекционные линии пивоваренного направления, которые отличаются от других форм повышенной урожайностью. Следующее место заняли сорта местной селекции. Уровень их показателя регенерации минимум в два раза превышал все остальные группы образцов. Образцы, отобранные по солеустойчивости, занимали среднее положение. Уровень регенерационных процессов in vitro, по нашему мнению, положительно коррелирует с устойчивость растений к экстремальным факторам в естественных условиях, поскольку механизмы, обеспечивающие ее и саму возможность культивирования изолированных тканей, в значительной степени определяются потенциалом вегетативного размножения растений.
Таблица 1 – Эффективность получения регенерантов ячменя на селективных средах в культуре изолированных зародышей, 2000-2002 гг.
| Группы образцов | Кол-во образ-цов, шт | Кол-во эксплан-тов, шт | Регенеранты, полученные на разных средах, шт. | Образцы, выделившиеся по формированию регенерантов | |||
| Контроль | NaCl-0,42% | рН-4,0 | ∑ %* | ||||
| Сорта местной селекции | 4 | 370 | 9 | 12 | 12 | 33 8,9% | Красноярский 80, Кедр |
| Сорта инорайонной селекции | 11 | 750 | 3 | 12 | 13 | 28 3,7% | Ача, Адонис, Русь, Новосибирский 80 |
| Образцы, дифференцированные по солеустойчивости | 10 | 1232 | 18 | 13 | 27 | 58 4,7% | Pirkka, Ранний 1, К-14220 |
| Адаптивные линии КНИИСХ | 17 | 1355 | 22 | 22 | 18 | 62 4,6% | У-20-706, Д-51-6081, Е-19-6415, Е-18-6393, Д-28-5980 |
| Линии пивоваренного направления | 16 | 1130 | 44 | 31 | 60 | 135 11,9% | Е-30-6534, 2553h5, Г-84-5651, Д-89-6211 |
| Родительские формы регенерантов | 6 | 653 | 7 | 9 | 10 | 26 4,0% | Кедр, Т-136-368 |
| Линии регенерантов | 11 | 1092 | 5 | 6 | 10 | 21 1,9% | КР.3.2.-Кедр, КР.3.7(1)-Т-136-368, С.Р.3-ГДГ-28h-949 |
| Всего | 75 | 6582 | 108 | 105 | 150 | 363 | 22 |
* - % регенерации по отношению к количеству введенных в культуру эксплантов
Внутри групп исследованных образцов наблюдалось достоверное различие по индукции каллусогенеза и процессов регенерации (табл. 1). Среди отдельных форм, образовавших наибольшее количество регенерантов, выделились сорта Pirkka и Красноярский 80, селекционная линия Е-30-6534 (С-69-9083 х Ca46925) (рис. 2).
Для оценки устойчивости полученных и размноженных линий-регенерантов и сравнения их с исходными формами использованы лабораторные физиологические методы с применением рулонной технологии и стрессовых фонов. Установлено, что у родительских форм в опыте с высоким содержанием соли (1,68%) изменяются параметры роста корней (Р < 0,001) и побегов (Р < 0,05), а при рН (4,0) – общая масса растений и длина побегов (Р < 0,05). Напротив, у линий-регенерантов стрессовые факторы не вызывают значимых изменений роста по сравнению с контрольными величинами за исключением длины корней при засолении (Зобова, Конышева, 2007). Это свидетельствует о том, что линии регенерантов обладают большей толерантностью к стрессовым эдафическим факторам по сравнению с родительскими формами, и их отличия от контроля не существенны.
Таким образом, на материале ярового ячменя сибирской селекции разработан эффективный способ создания регенерантов ячменя на селективных средах с высокой концентрацией NaCl и низкой рН, определены уровни этих стрессоров. Высокая зависимость протекания процессов в культуре изолированных тканей от генотипа донорного растения и условий его выращивания показана при сравнении групп генотипов ярового ячменя разных направлений и мест селекции. Результативность проведенного в культуре изолированных тканей отбора стрессоустойчивых форм подтверждена при физиологической оценке регенерантов и их родительских форм по сравнению с сортами-стандартами. Итогом скрининга исследованных форм ярового ячменя на селективных средах in vitro по устойчивости к стрессовым эдафическим факторам явилось получение 363 растений-регенерантов, из них: 105 – со среды с высоким содержанием соли; 150 – с низким значением рН (табл. 1.).
 |
| Рис. 2 – Эффективность получения растений-регенерантов в культуре изолированных зародышей на селективных средах от отдельных сортов и линий |
Глава 4
ПОЛЕВАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНИЙ-РЕГЕНЕРАНТОВ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ, ПОЛУЧЕННЫХ НА СЕЛЕКТИВНЫХ СРЕДАХ, К СТРЕССОВЫМ ЭДАФИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ
4.1. Полевые испытания линий-регенерантов ячменя и их родительских форм на оптимальных и стрессовых почвенных фонах. Из широкого набора полученных на селективных средах регенерантов ряд генотипов сформировали перспективное потомство. Полевое размножение регенерантов совмещали с их оценкой в условиях, приближенных к оптимальным, в ОПХ "Минино". Для сравнения использовали стандартный для Красноярского края сорт Красноярский 80, солевыносливый сорт из Эквадора (С-15) и кислотоустойчивый сорт Джюгай. Из пяти линий солеустойчивых регенерантов в полевых условиях (1998-2000 гг.) выделились по продуктивности два: СР.4 – от дигаплоида ГДГ-28h-949 и СР.8 от адаптивной линии У-20-704. В период 2002-2004 гг. полевые испытания проходили регенеранты, полученные не только на засоленных, но и на кислых средах. Они отличались от исходных форм по высоте растений, уступали им по крупности зерна, при более высоких показателях сохранности растений к уборке. Другие отличия по среднемноголетним данным были незначительны.
При создании адаптивных форм важное значение имеет экологическое испытание сортов в различных пунктах региона, в том числе на пониженных агротехнических фонах. Результаты оценка регенерантов на кислых обедненных почвах стационара «Зареченский» свидетельствуют о сильном угнетении растений и их низкой продуктивности в экстремальных условиях выращивания (рис. 3).
 | |
| а | |
 | |
| б | |
| Рис. 3 – Полевая оценка показателей продуктивности ячменя на обедненных кислых почвах стационара «Зареченский», 1998, 2002 гг. | |
Урожайность на экстремальном фоне сильно зависит от количества сохранившихся растений (r = 0,72), их способности к кущению (r = 0,71) и числа зерен в колосе (r = 0,89). Сохранность растений к уборке падает минимум вдвое по сравнению с оптимальным фоном (Зобова и др., 2001). В этих условиях большинство (9 из 11) линий регенерантов превысили по продуктивной кустистости и урожайности стандарт и родительские формы, что является обнадеживающим свидетельством успешности проведенного в культуре in vitro отбора.
Сравнительные полевые испытания линий-регенерантов ярового ячменя и их родительских форм проведены параллельно в трех контрастных почвенно-климатических зонах: в Красноярском крае на оптимальном почвенном фоне – в ОПХ «Минино»; на кислом фоне – в АО «Лазурное» и в Новосибирской области на засоленном фоне – на Северо-Кулундинской СХОС.
На оптимальном фоне три регенеранта СР.14-С-15 (Эквадор), КР.3.7.(7)-Т-136-368 и СР.4-ГДГ-28h-949 превзошли по урожаю стандартный сорт, но уступили своим исходным формам. В тоже время регенерант СР.2-ГДГ-6h-949 сформировал урожайность на уровне контроля, но превысил по этому показателю свою родительскую форму. На засоленном фоне, кроме регенерантов от линии У-20-704, все исследуемые регенеранты по урожайности превышали сорт Красноярский 80 и образец С-15, а свою родительскую форму превысили два регенеранта от образца С-15 и два – от линии Т-136-368. Сильное угнетение исследуемых растений на кислых почвах выразилось в низкой продуктивности ячменя, и ни один образец не превысил по урожайности стандартный сорт. На этом фоне прослеживалась четкая зависимость урожайности от происхождения образцов. Дигаплоидные формы ГДГ-6h-949 и ГДГ-28h-949, а также их регенеранты имели близкую к стандарту продуктивность. Преимущество дигаплоидов может объясняться наличием в их родословной сорта Дина, устойчивого к кислотности почв, обусловленной ионами алюминия. На кислых почвах только урожайность регенеранта СР.1-У-95-1041 оказалась достоверно выше, чем у родительской формы (Заболоцкий, Зобова, 2005; Зобова и др., 2005). Почвенные условия оказывали различное влияние на параметры структуры урожая групп регенерантов с кислых и засоленных сред по сравнению со стандартом (рис. 4). На засоленных почвах сохранность растений к уборке и урожайность линий-регенерантов сформировались выше стандартного сорта Красноярский 80.
Таким образом, на засоленных почвах выделились регенеранты СР.51.1(7)-У-101-1113, КР.3.7.(1)-Т-136-368 и КР.3.2.Кедр; на кислых почвах – регенеранты СР.2-ГДГ-6h-949 и СР.3-ГДГ-28h-949; и регенерант СР.4-ГДГ-28h-949, обладающий комплексной устойчивостью к стрессовым эдафическим факторам. Поскольку полевая оценка проводилась на 6-7-м поколениях регенерантов от родительских форм С-15 (Эквадор) и У-95-1041, на 7-9-м – для остальных форм, то указанные отличия регенерантов от исходных форм сохранялись до шестого поколения и более.
Сомаклональными вариациями считали отличия регенерантов от исходных форм, достоверно наблюдаемые в течение нескольких лет и на разных почвенных фонах. Такие отличия имели 7 из 14 оцененных линий регенерантов (табл. 2).
 |  |  |
 |  | |
| Рис. 4 – Параметры основных элементов структуры урожая линий-регенерантов с кислых и засоленных сред: а – оптимальные почвы; б – засоленные почвы; в – кислые почвы, 2004-2005г. (1- количество растений с делянки, шт.; 2- озерненность колоса; 3 - масса 1000 зерен, г; 4 - урожайность, г/м2). | ||
Таблица 2 – Характеристика многолетних отличий линий-регенерантов ячменя от своих исходных форм
| Регенеранты | Нейтральные почвы | Засоленные почвы | Кислые почвы | |
| СР.2-ГДГ-6h-949 | Меньшая высота растений | |||
| СР.3-ГДГ-28h-949 | Большая сохранность растений | |||
| СР.1-У-95-1041 | Большая сохранность растений | |||
| | | Большая урожайность | ||
| СР. (13)-С-15 | Большая высота растений | |||
| | Большая урожайность | | ||
| СР. (14)-С-15 | Большая сохранность растений | |||
| Большая высота растений | | |||
| | Большая урожайность | | ||
| КР.3.7(7)-Т-136-368 | Большая масса 1000 зерен | |||
| Большая высота растений | | |||
| КР.3.2.-Кедр | Меньшая высота растений | |||
| Меньшая продуктивность | ||||
4.5. Итоги сортоиспытания наиболее перспективных линий-регенерантов на оптимальных почвах селекционного севооборота ОПХ «Минино». Полевые исследования (2004-2008 гг.) лучших линий-регенерантов ярового ячменя и их родительских форм проведены в лаборатории селекции ячменя Красноярского НИИСХ по типу предварительного и конкурсного сортоиспытания, а также в питомнике «базовых» линий (табл. 3). Отдельные регенеранты превысили урожайность стандартного сорта интенсивного типа Красноярский 80 на 20-28%, что свидетельствует о приобретении им повышенного уровня адаптивности. Вегетационный период у ряда регенерантов сокращался по сравнению с родительскими формами и стандартом (табл. 3 и 4). Достоверно меньшим вегетационным периодом по сравнению с родительскими формами обладали линии СР.2-ГДГ-6h-949, СР.4-ГДГ-28h-949 и КР.3.2.Кедр.
Таблица 3 – Урожайность и вегетационный период линий-регенерантов от стандарта в ПСИ (2004, 2005, 2006), в КСИ (2005, 2006), в питомнике «базовых» линий (2007, 2008), ОПХ «Минино»
| Генотип | Урожайность, % к стандарту (st) | Вегетационный период, дн. (± к st) | ||||
| 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | ||
| CP.2-ГДГ-6h-949 | 84 | | | 128* | | -4 |
| CP.3-ГДГ-28h-949 | 79 | 124* | 105 | | | -11 |
| CP.4-ГДГ-28h-949 | 81 | 131* | 105 | | | -11 |
| СР.13-С-15 | 94 | | | | 113* | |
| СР.14-С-15 | 94 | 117* | 100 | | 109 | |
| КР.63-Л-6-4246 | 116* | 98 | | | | -1 |
| СР.1-У-95-1041 | 112* | 91 | | | | +3 |
| СР.2-У-95-1041 | | | | | 120* | |
| СР.51-У-101-1113 | 110 | | | | | -2 |
| СР.55.1(8)–У-104-1139 | | | 91 | | | -11 |
| Т.51-У-96-1050 | | | 105 | | | -11 |
| КР.3.7(1)-Т-136-368 | 87 | | | 127* | | -2 |
| СР.8-У-20-704 | 92 | | | | 120* | |
* - достоверные отличия от стандарта
Ряд признаков сомаклональной изменчивости регенерантов, касающихся изменения высоты растений по сравнению с родительскими формами, более высокого потенциала вегетативного размножения, усилил адаптивные возможности новых форм ячменя, созданных на селективных средах in vitro. Даже на оптимальных фонах произрастания созданные линии регенерантов вполне конкурентноспособны по отношению к селекционному материалу, полученному в результате традиционного селекционного отбора, по таким признакам как вегетационный период и продуктивность.
Таблица 4 – Регенеранты, выделившиеся по отдельным хозяйственно-ценным признакам в предварительном и конкурсном сортоиспытании
| Регенеранты, выделившиеся | ||
| - повышенной продуктивностью | - повышенной кустистостью | - укороченным вегетационным периодом |
| CP.3-ГДГ-28h-949 | СР.4- ГДГ 28h-949 | СР.4- ГДГ 28h-949 |
| CP.4-ГДГ-28h-949 | СР.3-ГДГ-28h-949 | СР.3-ГДГ-28h-949 |
| КР.63-Л-6-4246 | | КР.63-Л-6-4246 |
| | КР.3.7(1)-Т-136-368 | КР.3.7(1)-Т-136-368 |
| СР.13-С-15 | КР3.7.(7)-Т-136-368 | СР.55.1(9)–У-104-1139 |
| СР.14-С-15 | СР.10-У-20-704 | CP.2-ГДГ-6h-949 |
| СР.1-У-95-1041 | СР51.1(7)-У-101-1113 | Т.51-У-96-1050 |
| | СР.8-У-20-704 | КР.3.2.Кедр |