СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИБРИДОВ F1 СОРГО Российский патент 2000 года по МПК A01H1/00 A01H1/04 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и биотехнологии, в частности селекции растений, и может быть применено для получения новых коммерческих гетерозисных гибридов F1 сорго.

Известен способ получения гибридов F1 сорго (Stephens J. С., Kuykendall J. H. , George D. W. Experimental production of hybrid sorghum seed with a three way cross // Agron. J., 1952. - V. 44. - P. 367-373). Согласно этому способу, для получения гибридов используют линию A, гетерозиготную по мутации мужской стерильности Day и расщепляющуюся на мужски-стерильные и мужски-фертильные растения в соотношении 1:1. Для размножения и воспроизводства линия A выращивается в изолированном блоке совместно с линией B, которая является источником пыльцы и не способна к восстановлению фертильности. Для гибридизации линия A выращивается в изолированном блоке совместно с линией C, являющейся восстановителем фертильности. При этом как на участке размножения, так и на участке гибридизации семена собирают только со стерильных растений линии A. На участке гибридизации семена от скрещивания A x B высевают совместно с линией C и получают таким образом тройные гибриды.

Недостатком этого известного аналога является необходимость анализа растений линии A в период цветения и маркирования стерильных растений, семена с которых следует убирать, что требует больших затрат ручного труда и делает данный способ экономически невыгодным.

Известен также способ получения гибридов F1 проса африканского (близкого сородича сорго) (Andrews D. J., Kiula B., Rajewski J. F. The use of protogyny to make hybrids in pearl millet // In: New Crops. - New York: Wiley & Sons, 1993. - P. 208-210). Согласно данному способу, для получения гибридов F1 материнскую форму, у которой формирование функционально активной женской генеративной сферы опережает развитие мужской генеративной сферы (явление протогинии), выращивают на участке гибридизации совместно с отцовской формой, дающей функционально активную пыльцу для опыления материнских растений и завязывания семян. Воспроизводство материнской формы осуществляют в изолированном посеве путем ее самоопыления.

Этот известный аналог применим, однако, только для проса африканского, для которого свойственно явление протогинии. У сорго же образцы с протогинией пока не выявлены.

Известен также другой способ получения гибридов F1 сельскохозяйственных растений, в частности цветной капусты (Ruffio-Schable V., Bellis Н., Herve Y. A dominant gene for male sterility in cauliflower (Brassica oleracea var. botrybis): phenotype expression, inheritance and use in F1 hybrid production // Euphytica, 1993. - V. 67. -P.9-17), заключающийся в отборе мужски-стерильных форм, выщепляющихся в потомстве растений, гетерозиготных по доминантной мутации мужской стерильности, их вегетативном размножении in vivo с помощью побегов, возникающих на корнях декапитированных растений, или in vitro из меристем, и высаживании рассадой в поле на участке гибридизации совместно с линией-опылителем.

Данный способ, однако, не может быть применен для сорго в связи с отсутствием доминантных ядерных мутаций мужской стерильности и возможностей для массового дешевого вегетативного размножения стерильных растений (из-за отсутствия техники для высаживания рассады, плохой приживаемости регенерантов, формирующихся в культуре in vltro, в условиях открытого грунта).

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения гибридов F1 сорго (Schertz K.F., Sotomayor-Rlos A., Torres-Cardona S. Cytoplasmic-nuclear male sterility - opportunities in breeding and genetics // In: Proc. Grain Sorg. Res. and Util. Conf., 1989. - V. 16. - P. 175-186). Согласно данному способу, в качестве материнской линии берут ту, стерильность которой обусловлена генетическими факторами, локализованными в цитоплазме и передающимися по материнской линии, а в качестве отцовской берут линию, содержащую доминантные гены-восстановители фертильности. Для осуществления прототипа поддерживают в чистоте три линии: стерильную линию с ЦМС (A-линию), ее фертильный аналог (B-линию), линию-восстановитель фертильности (R-линию). Для получения гибридов F1 материнскую стерильную линию высевают на изолированном участке рядом с отцовской линией-восстановителем фертильности для их переопыления (гибридизации) и получения гибридных семян. Для размножения материнской стерильной линии ее высевают на изолированном участке при чередовании с рядами линии-закрепителя - ее фертильного аналога, характеризующегося наличием фертильной цитоплазмы.

Недостатком прототипа является сложность этого способа в отношении семеноводства материнской стерильной линии.

Цель изобретения - упрощение семеноводства гетерозисных гибридов сорго.

Поставленная цель достигается тем, что, по предлагаемому способу получения гибридов F1 сорго, включающему предварительное размножение родительских форм на изолированных участках и последующее опыление на участке гибридизации растений материнской формы пыльцой растений отцовской формы-восстановителя фертильности, в качестве материнской формы используют форму с вариабельной экспрессией мужской фертильности, способную как к размножению в себе, так и дающую гибриды при наличии пыльцы других форм сорго, при этом размножение материнской формы осуществляют на изолированном участке при посеве только самой этой формы в отсутствии ее фертильного аналога, а в качестве отцовской используют форму, период цветения которой перекрывает период цветения материнской формы.

В качестве отцовской формы для гибридизации используют кустящуюся форму сорго, у которой период цветения перекрывает период цветения материнской формы.

Доказательства наличия "изобретательского уровня".

В науке и технике не обнаружено решений, обладающих совокупностью признаков, аналогичной предлагаемому. Не является очевидным использование в качестве материнского родителя для производства гибридов F1 формы с вариабельной экспрессией мужской фертильности, способной к авторепродукции в изолированном посеве; но дающей гибриды при опылении пыльцой других линий и сортов сорго, период цветение которых перекрывает период цветения материнской формы. Таким образом, предлагаемое решение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Берут форму с вариабельной экспрессией мужской фертильности, способную к самоопылению и перекрестному опылению. Для размножения и воспроизводства семена данной формы (материнского родителя гибрида F1) высевают на изолированном участке для внутрилинейного опыления без подсева ее фертильного аналога. После переопыления и созревания получают семена размноженной материнской формы.

Для гибридизации в качестве отцовской формы берут ту, период цветения которой перекрывает период цветения материнской формы. Семена материнской формы с вариабельной экспрессией мужской фертильности высевают на участке гибридизации рядами при чередовании с рядами отцовской формы. Семена, завязавшиеся на растениях материнской формы, убирают и используют для выращивания гибридов F1.

Примеры конкретного выполнения предлагаемого способа.

Пример 1. Для проверки эффективности предлагаемого способа в качестве материнской формы использовали сомаклональную линию АС-1, которая была получена на основе одного из регенерантов с частичной мужской фертильностью, полученного из каллуса от растения сорго с ЦМС (Elkonin L.A., Enaleeva N.K., Belyaeva E.V., Tsvetova M.I., Ishin A.G. Partially fertile line with apospory obtained from tissue culture of male sterile plant of sorghum // Annals of Botany, 1995. - V. 76. - P. 359-364). В момент цветения метелки данной линии выглядят как стерильные: большинство пыльников имеет мелкий сморщенный вид, даже через несколько дней после цветения под пергаментным изолятором рыльца остаются свежими. Цитологический анализ пыльцы, однако, показывал наличие небольшой доли фертильных пыльцевых зерен и впоследствии на нижней 1/2-1/3 части метелок происходило завязывание семян. Уровень автофертильности линии АС-1 в каждом году под изоляторами был достаточен для ее воспроизводства (табл. 1), при этом уровень фертильности последующих побегов оказывался, как правило, выше, нежели главного побега.

В качестве отцовских форм испытывали различные образцы зернового сорго (табл. 2). Переопыление материнских и отцовских форм производили вручную. Семена, завязавшиеся на опыленных метелках линии АС-1, высевали в 1995 г. на опытном поле.

Анализ потомства, полученного из семян, завязавшихся на опыленных метелках, показал, что при опылении линии АС-1 пыльцой различных линий и сортов сорго в поколении F1 в разных скрещиваниях наблюдалось до 80-100% гибридных растений (табл. 2).

Пример 2. Для получения гибридов F1 на основе свободного переопыления в качестве отцовской формы использовали линию КВВ-181, у которой благодаря интенсивному кущению образуется несколько пылящих побегов, цветение которых начинается раньше и заканчивается после окончания цветения материнской линии (АС-1).

Линию АС-1 в 1996 г. высевали на опытном поле Поволжского НИИ животноводства и биотехнологии в с. Константиновка Саратовского района Саратовской области на двух изолированных участках: (1) для размножения путем свободного внутрилинейного переопыления (четыре пятиметровых ряда) и (2) для гибридизации с линией КВВ-181 (два пятиметровых ряда опылителя по краям и два пятиметровых ряда АС-1 в центре).

Семян, собранных с участка размножения линии АС-1, оказалось достаточно для закладки новых участков гибридизации и размножения.

Потомство, полученное из семян, собранных с участка гибридизации, анализировали в 1997 г. Гибридные растения, а также родительские формы и районированные стандарты выращивали в широкорядном посеве (междурядье - 0,7м) рэндомизированными блоками в двух повторениях с густотой 5-6 растений на 1 м. Каждый образец в блоке был представлен одним пятиметровым рядом.

Анализ показал, что потомство состоит из 81% гибридных растений и 19% материнских. Полученная гибридная популяция проявила значительный гетерозис по зерновой продуктивности, превзойдя современные районированные в регионе стандарты: гибрид F1 Орион (на 16%) и сорт Волжское-4 (на 41%) (табл. 3).

Таким образом, для получения гетерозисных гибридов по предлагаемому способу требуется поддержание в чистоте только двух линий: самой материнской (например, АС-1) и соответствующей отцовской линии (например, КВВ-181).

Согласно прототипу, для получения гетерозисных гибридов требуется размножение и поддержание в чистоте трех линий: стерильной линии (материнской формы гибрида), ее фертильного аналога и восстановителя фертильности (отцовской формы гибрида), при этом для размножения материнской формы необходимо делать комбинированный посев из чередующихся рядов стерильной линии и ее фертильного аналога. Т. е. для реализации прототипа требуются более сложный семеноводческий процесс, предусматривающий большие затраты посевных площадей, энергетических ресурсов, и главное - более высокую дисциплину труда и квалификацию персонала для предотвращения засорения стерильной линии семенами ее фертильного аналога. Предлагаемый способ значительно дешевле и проще в исполнении, чем прототип.

Следовательно, при использовании линий с вариабельной экспрессией мужской фертильности (типа АС-1) оказывается возможным принципиально новый способ получения гетерозисных гибридов сорго: не на основе использования линий с генной или цитоплазматической мужской стерильностью, для поддержания которых требуется достаточно сложный семеноводческий процесс, а на основе линии, способной к размножению в себе, но тем не менее дающей гибриды F1 при наличии пыльцы других линий и сортов. Приведенные выше данные показывают, что предлагаемый способ может использоваться на практике для получения гетерозисных гибридов сорго.

Изобретение предназначено для использования в области сельского хозяйства, в селекции, при получении новых коммерческих гетерозисных гибридов F1 сорго. Изобретение включает использование в качестве материнской формы с вариабельной экспрессией мужской фертильности, способной как к размножению в себе, так и дающую гибриды при наличии пыльцы других форм сорго, при этом размножение материнской формы осуществляют на изолированном участке при посеве только самой этой формы в отсутствии ее фертильного аналога, а в качестве отцовской используют форму, период цветения которой перекрывает период цветения материнской формы. В качестве материнской формы для гибридизации предлагается использовать, в частности, сомаклональную линию зернового сорго АС-1, а в качестве отцовской - линию КВВ-181 с интенсивным кущением, обеспечивающим длительный период цветения. Способ позволяет упростить семеноводство гетерозисных гибридов сорго. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения гибридов F1 сорго, включающий предварительное размножение родительских форм на изолированных участках и последующее опыление на участке гибридизации растений материнской формы пыльцой растений отцовской формы-восстановителя фертильности, отличающийся тем, что в качестве материнской формы используют форму с вариабельной экспрессией мужской фертильности, способную как к размножению в себе, так и дающую гибриды при наличии пыльцы других форм сорго, при этом размножение материнской формы осуществляют на изолированном участке при посеве только самой этой формы в отсутствии ее фертильного аналога, а в качестве отцовской используют форму, период цветения которой перекрывает период цветения материнской формы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отцовской формы для гибридизации используют кустящуюся форму сорго, у которой период цветения перекрывает период цветения материнской формы.