Еколого-генетичні аспекти селекції озимої пшениці в умовах лісостепу України - Автореферат

Тому виробництво зерна озимої пшениці у великій мірі варіює по роках, а в окремі роки (1997, 2000, 2003) його виробництво скорочується у декілька разів, в основному, через слабку зимостійкість більшості сортів та їх недостатню стійкість до інших абіотичних і біотичних чинників середовища. Створення сортів озимої пшениці інтенсивного типу, адаптованих до варіювання умов зони Лісостепу України, вимагає нових специфічних підходів до розробки методів селекції цієї культури. Теоретична і практична частина роботи з планування і проведення наукових досліджень зі створення сортів озимої пшениці для конкретних екологічних умов Лівобережного Лісостепу України базується на наукових досягненнях і практикних результатах провідних селекційних установ України, країн зарубіжжя, провідних селекціонерів: А. А. Метою досліджень було теоретично обґрунтувати і практично реалізувати селекційну програму створення для умов Лівобережного Лісостепу України інтенсивних, напівінтенсивних сортів озимої пшениці, а також розробити нові методи добору з використанням непрямих, маркерних ознак і індексів на основі кореляційно-регресійного та кластерного аналізів, а також ідентифікувати селекційний матеріал за спектром запасних білків гліадинів, глютенінів та молекулярних маркерів ДНК. провести аналіз селекційних ліній озимої пшениці: по якості зерна; поліморфізму глютенінів та гліадинів; внутрішньосортовій мінливості і міжсортовому поліморфізму ДНК озимої пшениці з використанням оцінки фрагментів ДНК, фланкованих мікросателітами (ISSR-ПЦР) та із використанням ПДАФ (AFLP) маркерів;Виявлені наступні закономірності: - індекс атракції (AI) показав тісну або середню генетичну кореляцію з числом зерен у колосі, що вказує на його основний внесок у продуктивність колоса, починаючи з ранніх етапів органогенезу рослини пшениці; Mic та SPI тісно корелювали з масою 1000 зерен за рахунок експресії генного комплексу Mic на кінцевих етапах формування продуктивності колоса. При групуванні рослин F2 за висотою у групи низькорослих рослин, порівняно з групою високорослих, коефіцієнт кореляції між висотою та індексами (HI, AI, Mic, Mx) збільшився в 5-6 разів, а при розщепленні виникали рекомбінанти з позитивною або негативною трансгресією за висотою рослини. Встановлено, що парні генетичні кореляції ознак продуктивності колоса (маса зерна, число зерен із колоса і маса 1000 зерен) з урожаєм селекційних ліній озимої пшениці не відображають фактичних звязків ознак і є нестабільними за роками та строками сівби через крайню мінливість ознаки - кількість колосів на 1 м2 (ККМ) серед ліній пшениці через їх відмінності, в основному, за зимостійкістю. Обидва типи коефіцієнтів кореляції зростали при посиленні впливу лімітуючих чинників середовища і послаблювалися в комфортних умовах для росту і розвитку рослин озимої пшениці. На основі проведеного кореляційно-регресійного аналізу при вивченні мінливості ознаки маса стебла (М5) й індексу лінійна щільність колоса (ЛЩК), а також генетичного звязку їх із продуктивністю, вперше в селекційній практиці було запропоновано використовувати М5 і ЛЩК як групуючі ознаки в кластерному аналізі.

1. Розроблені і впроваджені в селекційний процес нові напрямки селекції озимої пшениці (1994-2005рр.) зі створення сортів інтенсивного та напівінтенсивного типів із підвищеними адаптивними властивостями, зимостійкістю, високою якістю зерна і врожайністю для різного рівня ґрунтового живлення та екологічних умов Лісостепу України. В результаті теоретичних досліджень та реалізації розробленої селекційної програми створені й внесені до Державного реєстру сорти озимої мякої пшениці Левада, Диканька, а Манжелія та Фора проходять Державне сортовипробування; створений також перспективний селекційний матеріал. Сорти, в силу їх високих адаптивних та якісних властивостей, широко використовуються у виробництві Полтавської та інших областей України.

2. Доведена ефективність добору, з використанням кореляційно-регресійного аналізу, при групуванні рослин та селекційних ліній за величиною одного з компонентів кореляції та проведений пошук індексів із високим рівнем успадковуваності та тісною кореляцією з продуктивністю. Встановлено, що найбільше підвищення селекційного диференціалу (Sd) за продуктивністю забезпечує добір рослин та ліній за максимальною величиною одного з зазначених індексів: полтавський (PI), збиральний (HI) та атракції (AI) в поєднанні із індексом мікророзподілів (Mic) або продуктивного потенціалу (SPI). Виявлені наступні закономірності: - індекс атракції (AI) показав тісну або середню генетичну кореляцію з числом зерен у колосі, що вказує на його основний внесок у продуктивність колоса, починаючи з ранніх етапів органогенезу рослини пшениці; Mic та SPI тісно корелювали з масою 1000 зерен за рахунок експресії генного комплексу Mic на кінцевих етапах формування продуктивності колоса.

3. Виявлена значна мінливість кореляцій в залежності від генотипу, його гомо- або гетерозиготності. При групуванні рослин F2 за висотою у групи низькорослих рослин, порівняно з групою високорослих, коефіцієнт кореляції між висотою та індексами (HI, AI, Mic, Mx) збільшився в 5-6 разів, а при розщепленні виникали рекомбінанти з позитивною або негативною трансгресією за висотою рослини.

4. За результатами кореляційного, статистичного, кластерного аналізів та наступних сортовипробувань визначені параметри ряду ознак стебла інтенсивного сорту озимої пшениці для оптимальних умов середовища: висота - 80-85 см, кількість міжвузлів - 4,4-5,0; мінімальна довжина верхнього колосоносного міжвузля -35-38; маса стебла -1,5-1,8 г.

5. Встановлено, що парні генетичні кореляції ознак продуктивності колоса (маса зерна, число зерен із колоса і маса 1000 зерен) з урожаєм селекційних ліній озимої пшениці не відображають фактичних звязків ознак і є нестабільними за роками та строками сівби через крайню мінливість ознаки - кількість колосів на 1 м2 (ККМ) серед ліній пшениці через їх відмінності, в основному, за зимостійкістю. Вирівнювання кореляційних звязків між урожаєм і ознаками колоса за ККМ (парціальні кореляції) дало можливість виявити тісні, в більшості випадків, генетичні кореляції ознак колоса з урожаєм зерна. Обидва типи коефіцієнтів кореляції зростали при посиленні впливу лімітуючих чинників середовища і послаблювалися в комфортних умовах для росту і розвитку рослин озимої пшениці.

6. На основі проведеного кореляційно-регресійного аналізу при вивченні мінливості ознаки маса стебла (М5) й індексу лінійна щільність колоса (ЛЩК), а також генетичного звязку їх із продуктивністю, вперше в селекційній практиці було запропоновано використовувати М5 і ЛЩК як групуючі ознаки в кластерному аналізі. У результаті кластеризації були виділені групи високоурожайних ліній із поліпшеними характеристиками ознак колоса і низькими показниками ознак вегетативної частини рослини, що розташовувалися на дендрограмах на близьких відстанях один від одного. Встановлено, що на розподіл ліній за кластерами і групами впливали їх відмінності за адаптивною нормою реакції на строки сівби, на підставі чого селекційні лінії були розподілені на 3 класи: слабо- (високий гомеостаз), середньо- (середній гомеостаз) і сильнореагуючі (слабий гомеостаз). Із використанням кластерного аналізу отримані достовірні й позитивні результати з ідентифікації кращих ліній за комплексом господарсько корисних ознак, а також запропонований селекційно-технологічний цикл аналізу популяції F2, що розщеплюється, який дозволяє відбирати від 4 до 22 % кращих за господарсько корисними ознаками рослин, звільняючись при цьому від неперспективних, і надалі працювати з незначними обємами матеріалу, надаючи перевагу гомеостазу, адаптивним властивостям і якості зерна. Доведена можливість використання кластерного аналізу, при групуванні за М5 і ЛЩК, для підвищення ефективності рекурентних індивідуальних доборів високопродуктивних генотипів усередині селекційних ліній, яким характерні часткові гетерозиготність і гетерогенність.

7. Розроблений та впроваджений у селекційну програму з озимої пшениці метод штучної затримки часу відновлення весняної вегетації (4В) для: виявлення рівня мінливості кількісних ознак та індексів при лімітуючих умовах середовища; добору зимостійких генотипів; непрямої оцінки селекційного матеріалу за тривалістю періоду яровизації.

8. Визначена доля мінливості ознаки тривалість вегетаційного періоду (ТВП) залежно від генотипу і року вирощування та встановлені кореляційні взаємозвязки тривалості вегетаційного (ВП) і міжфазних періодів з урожайністю: так, мінливість періодів від 4В до колосіння та від 4В до дозрівання на 78…84 % залежить від умов року і лише на 16…22 % - від генотипічних особливостей сортозразка; мінливість періоду колосіння-дозрівання на 57 % залежить від генотипу і лише на 43 % - від року вирощування.

9. Проведений аналіз сортів, селекційних ліній за основними параметрами якості зерна; сформовані групи, які відповідають вимогам 1, 2 і 3 класів. Встановлена значна різниця за вмістом білка, яка варіювала в комфортні для вегетації озимої пшениці роки: від 9,77 % до 15,41 % при середньому ВБ = 3,28 %, а в несприятливі для формування білка роки, відповідно, від 10,8 до 13,6 при середньому ВБ = 12,52 %. Вміст білка достатньо тісно корелював із вмістом клейковини, слабо негативно, але достовірно (r = - .30) - з числом падіння і не мало достовірних кореляційних звязків з ІДК. Врожайність селекційних ліній слабо, але негативно корелювала із вмістом білка і вмістом клейковини й позитивно - з ІДК.

10. У результаті електрофоретичного аналізу сортів і сортозразків озимої пшениці полтавської селекції з поліморфізму глютенінів встановлена наявність у локусах: Glu 1A алелей 1 або 2*, Glu 1B алелей 7 8, або 7 9, Glu 1D алелі 5 10, а в аналізі гліадинів по 6 локусам було зафіксовано, що селекційні лінії 5, 31, 43, 61 (усі 4 з комбінації схрещування Леля Ч Донецька 46), 40 (добір із с. Левада), 72 (добір із с. Українка полтавська), 76 (л. 100/92 Ч Коломак 3) мало відрізнялися між собою за гліадиновими спектрами і мали достатньо високий генетично обумовлений потенціал якості та високий для умов Лісостепу України рівень морозостійкості. Якість у цих ліній маркерують блоки 1A4, 1B1, 1D4, а морозостійкість 6А3. Лінії 77 і 90 несуть у геномі житню транслокацію, яка маркірується блоком 1В3, що позитивно позначається на врожайності і стійкості до біотичних та абіотичних чинників середовища, але може негативно впливати на якість зерна. Лінія 114 (добір із с. Левада) несе блок 1D5, який маркірує відмінні хлібопекарські якості зразка.

11. Аналіз внутрішньосортової мінливості ДНК озимої пшениці з використанням оцінки фрагментів ДНК, фланкованих мікросателітами (ISSR-ПЦР) показав, що дві досліджені лінії - 258 і 259 сорту озимої пшениці Левада - є генетично гомогенними і не мають відмінностей алельних варіантів із 23 локусів, які кодують 16 різних біохімічних систем, а також із полілокусних спектрів фрагментів ДНК, фланкованих мікросателітними локусами (GTG)7A і (TG)9A. Аналіз міжсортового поліморфізму ДНК озимої пшениці в рамках оцінки фрагментів ДНК із використанням ПДАФ (AFLP) маркерів і по вивченості 28 електрофореграм фрагментів ДНК за 4 зразками (с. Левада, с. Фора, с. Манжелія і л. 21) вказав, що між ними є значні відмінності за розміром, висотою і площею піків, що вказує на значний міжсортовий поліморфізм.

12. На підставі теоретичних та методичних розробок запропонована модель інтенсивного сорту озимої пшениці для умов Лісостепу України, що містить понад 30 показників; параметри генеративних, вегетативних частин рослини та найважливих індексів; рівень зимостійкості; чутливості до фотоперіоду та вимоги до тривалості яровизації; основні показники продуктивності; якості зерна та інші. Викладена господарсько-біологічна характеристика сортів озимої пшениці селекції ПДАА - Левада, Диканька, Фора, Манжелія, - створених із використанням наших методичних розробок. Описані шляхи виведення інтенсивного сорту озимої пшениці Левада з використанням методів оцінки зимостійкості, потенціалу врожайності через непрямі ознаки та індекси; показана можливість застосування вищевикладених селекційно-технологічних розробок у практичній селекції.

1. Тищенко В. Н., Чекалин Н.М. Генетические основы адаптивной селекции озимой пшеницы. // Монография.- Полтава. -2005.-243 с.

Статті в наукових виданнях

2. Москаленко В.І., Чекалін М. М., Тищенко В.М. Результати і основні напрямки селекційної роботи лабораторії селекції озимої пшениці Полтавського державного сільськогосподарського інституту // Вісник Полтавського державного сільськогосподарського інституту. - Полтава, 2000.- №6.- С. 23-24.

3. Чекалин Н. М., Тищенко В.Н. Оригинальный способ оценки селекционного материала озимой пшеницы на зимостойкость // Управління онтогенезом рослин: Зб.наук.пр. - Полтава: „Верстка”, 2001. - Вип. 2. - С. 57-59.

4. Тищенко В. Н., Чекалин Н. М., Москаленко В.И. Эколого-генетический подход к оценке зимостойкости озимой пшеницы в условиях Полтавщины // Зерновые и кормовые культуры России: Сб. науч. тр. - Зерноград, 2002. - С. 253-255.

5. Тищенко В.Н. Влияние сроков посева на изменчивость хозяйственно-полезных признаков у гибридных линий (F5) озимой пшеницы // Вісник Полтавської державної аграрної академії.- Полтава, 2002. - № 4. - С. 5-8.

6. Тищенко В. Н., Зюков М. Е., Чекалин Н.М. Корреляционные связи длины верхнего междоузлия с другими признаками и индексами у озимой пшеницы // Вісник аграрної науки причорноморя. - Миколаїв, 2003. - Спецвипуск 3 (23). - С. 228-233.

7. Тищенко В. Н., Чекалин Н.М. Генотипические и экологические корреляции высоты растения с другими признаками и индексами у гибридов, сортов и линий озимой пшеницы // Вісник Полтавської державної аграрної академії.- Полтава, 2003. - №3-4. - С. 4-7.

8. Тищенко В. Н., Чекалин Н. М., Зюков М.Е. Изменчивость генетических корреляций между количеством междоузлий и другими признаками и индексами у гибридных линий озимой пшеницы // Вісник Полтавської державної аграрної академії.- Полтава, 2003. - №5. - С. 80-85.

9. Тищенко В. Н., Чекалин Н.М. Изменчивость генетических и средовых корреляций между продуктивностью и различными индексами у гибридных линий и сортов озимой пшеницы // Збірник наукових праць Уманського державного аграрного університету (Спецвипуск). Біологічні науки і проблеми рослинництва. -Умань, 2003. - С.410-414.

10. Тищенко В. Н., Чекалин Н. М., Зюков М.Е. Использование кластерного анализа для идентификации и отбора высокопродуктивных генотипов озимой пшеницы на ранних этапах селекции//Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр., Т. 2. - Київ: Аграрна наука. - 2004.- C. 270-278.

11. Тищенко В.Н. Эффективность использования нового селекционного индекса в селекции озимой пшеницы // Фактори експериментальної еволюції організмів. Зб. наук. пр., Т. 2.- Київ: Аграрна наука, 2004.- С. 266-270.

12. Чекалин Н. М., Тищенко В. Н., Зюков М.Е. Простые и частные коэффициенты генетической корреляции между урожаем и признаками продуктивности колоса у линий и сортов озимой пшеницы // Зб. наук. пр. Селекційно-генетичного інституту.- Одеса, 2004.- № 6(46). - С. 103-110.

13. Тищенко В.М. Звязок агрономічних ознак з продуктивністю колоса озимої пшениці на ранніх етапах селекції // Збірник наукових праць селекційно-генетичного інституту. - Одеса, 2004.- № 6 (46). - С. 111-123.

14. Чекалін М. М., Тищенко В.М. Господарсько-біологічна характеристика сорту озимої пшениці Левада селекції Полтавської державної аграрної академії // Вісник Полтавської державної аграрної академії. - Полтава, 2004.- №3. - С.69-71.

15. Тищенко В.М. Використання непрямих ознак і індексів в селекції озимої пшениці на підвищення виходу зерна // Таврійський науковий вісник. - Херсон, 2004.- № 33.- С. 99-110.

16. Чекалін М. М., Тищенко В. М. Мінливість кількісних ознак і генетичних кореляцій між ними в селекційних лініях озимої пшениці під час групування за індексом атракціі // Таврійський науковий вісник. - Херсон, 2004.- № 34.- С.102-108.

17. Тищенко В.М. Кластерний аналіз, як метод індивідуального добору високопродуктивних рослин озимої пшениці в F2. //Селекція і насінництво. -Харків, 2005. - № 89. - С.125-137.

18. Тищенко В. Н., Чекалин Н.М. Характеристика селекционных индексов у линий озимой пшеницы по коэффициентам детерминации, вариации и генетическим корреляциям с продуктивностью // Вісник Полтавської державної аграрної академії.- Полтава, 2005. - №1.- С.10-16.

19.Тищенко В.Н. Направление селекции озимой пшеницы на улучшение технологических свойств зерна // Вісник Полтавської державної аграрної академії. - Полтава, 2005. - №2. - С.29-36.

20. Тищенко В.Н. Продолжительность вегетационного и межфазных периодов и их корреляции с урожайностью в зависимости от условий года и генотипа озимой мягкой пшеницы // Вісник Полтавської державної аграрної академіїї. - Полтава, 2005. -№ 3. - 97-102.

21. Тищенко В. Н., Чекалин Н. М., Панченко И. А., Усова З.В. Глиадины зерна как маркеры хозяйственно полезных признаков у озимой пшеницы // Таврійський науковий вісник. - Херсон, 2005.-№ 38.- С.68-78.

22. Тищенко В.Н. Изменчивость количественных признакою и индексов у различных генотипов озимой пшеницы в зависимости от времени возобновления весенней вегетации // Таврійський науковий вісник. - Херсон, 2005.-№ 40.- С.64-76.

23. Тищенко В.Н. Новий метод отбора у озимой пшеницы на основе кластерного анализа//Наукові праці Полтавської державної аграрної академії.-Том4(23).Сільськогосподарські науки.- Полтава,2005.- С.67-74.

Авторські свідотства

24. Тищенко В. М., Москаленко В.І., Чекалін М.М. Свідоцтво №05134 про авторство на сорт озимої пшениці Левада. Міністерство аграрної політики України. Державна служба з охорони прав на сорти рослин. Київ. 2004.

25. Тищенко В. М., Лавринець Г. С., Марчук Н. С., Москаленко В.І., Шамшева Н.М. Свідоцтво №05133 про авторство на сорт озимої пшениці Диканька. Міністерство аграрної політики України. Державна служба з охорони прав на сорти рослин. Київ. 2004.

Размещено на .ru