СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМ ОВОЩНЫХ КОРНЕПЛОДНЫХ КУЛЬТУР Российский патент 2002 года по МПК A01H1/04 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и семеноводства и может быть использовано для ускорения и интенсификации селекционного процесса и получения новых высокоурожайных сортов. Одной из основных целей селекции корнеплодных культур является создание сортов с крупным корнеплодом и сортов с преимущественным развитием корнеплодов по сравнению с наземной частью растения.

Известно два основных направления в селекции корнеплодных культур: выведение сортов-популяций и получение гетерозисных гибридов. В основе их лежат два приема селекции - отбор и гибридизация. Они включают в себя этапы создания исходного материала, отбора исходных форм - растений с желательными признаками, испытания потомств, подбора перспективных пар для гибридизации.

Известен "Способ получения форм овощных корнеплодных культур" (1), основанный на выращивании растений и отборе перспективных форм с последующим получением от них семян. Предварительно семена проращиваются в полевых условиях и растения на стадии товарной спелости тестируются по целому комплексу хозяйственно ценных признаков, в том числе по размеру и массе корнеплода, массе надземных органов. Это способ, на основе которого создано большинство используемых в производстве сортов. Недостатками его являются отсутствие четко выраженного признака для успешного отбора, отсутствие константности признаков, мала надежность передачи выявленных признаков в потомстве. Это обусловлено тем, что анализируются признаки, проявление которых зависит от условий выращивания: образцы с высоким потенциалом могут случайно отбраковываться, а неперспективные формы сохраняться на нескольких этапах селекции и только после этого отбраковываться, т. е. трудно оценить у исходных форм потенциальные возможности, отвечающие за развитие корнеплодов. Отсутствие при отборе основных признаков с известным генетическим контролем приводит к нестабильности форм в течение многих поколений культивирования. К недостаткам этого способа относятся и значительные временные затраты, и значительные площади при отборе исходных форм. Кроме того, оценка проводится на стадии товарной спелости, т. е. у исследуемых образцов уже невозможно получение семян.

Известен наиболее перспективный аналог (прототип) "Способ получения форм овощных корнеплодных культур" (2), в котором целенаправленно получают формы редиса. Повышение урожайности достигается за счет суммарного эффекта доминирования или промежуточного наследования по нескольким элементарным структурным признакам: по длине и диаметру корнеплода. При этом способе расчленяют признак продуктивности на несколько элементарных признаков, что ускоряет селекционный процесс и повышает его эффективность. Однако и в этом случае сохраняются недостатки: необходимость анализа целого комплекса признаков, отсутствие константности признаков, мала надежность передачи выявленных признаков в потомстве, образцы с высоким потенциалом могут случайно отбраковываться. а неперспективные формы сохраняться на нескольких этапах селекции и только после этого отбраковываться, т. к. проявление признаков зависит от условий выращивания, трудно оценить у исходных форм потенциальные возможности, отвечающие за развитие корнеплодов. Сохраняются и такие недостатки, как значительные временные затраты и значительные площади при отборе исходных форм, а оценка проводится на стадии товарной спелости, т. е. у исследуемых образцов также невозможно получение семян. Дополнительным недостатком этого способа является то, что у инбредных линий, применяемых в селекционном процессе, наблюдается снижение их продуктивности, поэтому возникают затруднения при оценке их перспективности в качестве исходного материала (3).

Решаемой задачей данного изобретения является создание эффективного способа получения форм овощных корнеплодных культур с преимущественным развитием базальных органов растения (корнеплодов) с одновременным надежным отбором перспективных форм, четкостью выделения одного основного признака и первичным отбором по этому признаку, использованием генетически детерминированных признаков с известным генетическим контролем; с сокращением временных затрат и требуемых площадей, возможностью тестирования за короткий промежуток времени и на небольших площадях сотен образцов. Этот способ позволяет на основе специально подобранных условий отбирать растения с преимущественным развитием базальной части. Кроме того, методы культуры тканей позволяют клонировать отобранные генотипы, что также служит к ускорению селекционного процесса. Отобранные растения характеризуются крупным корнеплодом и преимущественным его развитием по сравнению с наземной частью.

Этот результат достигается тем, что получение форм овощных корнеплодных культур основывается на выращивании растений и отборе перспективных форм с последующим получением от них семян, и отличается тем, что экспланты растений помещают на среды с добавлением стимулятора развития базальной части в виде фитогормона цитокинина бензиламинопурина, минимальную концентрацию которого выбирают соответствующей появлению признака корнеплодоподобной структуры, а максимальную - предельно интенсивному развитию признака корнеплодоподобной структуры, и выращивают растения в стандартных условиях до появления контрастных различий по наличию корнеплодоподобной структуры у части экземпляров, затем выбирают перспективные экземпляры растений по признаку максимально развитой корнеплодоподобной структуры и выращивают их до получения семян.

В частном случае для редиса в качестве экспланта используют проросток, который помещают на среду со стимулятором развития базальной части, в качестве которого выбирают фитогормон цитокинин бензиламинопурин, минимальную концентрацию которого выбирают равной 0,1 мг/л, а максимальную - равной 10 мг/л. В частном случае для свеклы минимальную концентрацию цитокинина бензиламинопурина выбирают равной 3 мг/л, а максимальную - равной 12 мг/л.

ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ
ПРИМЕР 1. Получение форм редиса с крупным корнеплодом.

Растительный материал. Использовали инбредные линии и гибриды F1 и F2 редиса Raphanus sativus L.

Методы исследований. Растения выращивали в стерильных условиях на среде Мурасиге и Скуга (4) без фитогормонов. Стерильные проростки помещали на ту же среду с добавлением фитогормона цитокинина бензиламинопурина (БАП) в разных концентрациях. Через 3-4 недели тестировали растения по признаку образования корнеплодоподобной структуры (КС) на базальной части. Наличие признака оценивали в баллах: 0 - отсутствие КС; 1 - диаметр не более 0,5 см; 2 - диаметр 0,5-1 см; 3 - диаметр 1-1,5 см; 4 - диаметр 1,5-2 см; 5 - диаметр 2-2,5 см. Формы с размером КС 0-1 балл относили к КС-, а формы с КС 2-5 баллов - к КС+. В дальнейшем растения укореняли, высаживали в полевые условия и получали семена.

Для тестирования форм по хозяйственно важным признакам семена высаживали в поле и характеризовали на разных этапах онтогенеза. Количественные признаки (размер корнеплода и наземной части и др. ) определяли на стадии товарной спелости. Стандартом для сравнения служил районированный сорт редиса "Жара".

Результаты.

Первый этап - подбор концентрации цитокинина БАП достаточной для интенсивного проявления признака. Показана зависимость интенсивности проявления признака в зависимости от концентрации БАП. Контрастные различия сохраняются для большинства форм при использовании разных концентраций (табл. 1). Наиболее оптимальной явилась концентрация 2 мг/л. Выявлены контрастные межлинейные различия по способности формировать КС (табл. 2). Окраска корнеплодоподобной структуры во всех случаях соответствовала окраске корнеплода интактного растения (табл. 3).

Второй этап - проведение генетического анализа данного признака. Подтверждено экспериментом, что этот признак наследуется как доминантный и в ряде комбинаций наблюдается моногенный контроль признака способности формировать КС (табл. 3). Эти результаты подтверждают, что выявленная способность с легкостью передается потомкам, что является необходимым условием для использования этого признака в селекционном процессе. Теоретически ожидаемые величины приведены для гипотезы о моногенном контроле и рассчитывались с учетом пенетрантности признака. Всю статистическую обработку провели по стандартным методикам (5).

Третий этап - тестирование линий по хозяйственно ценным признакам (табл. 4). Полученные результаты свидетельствуют, что КС+ линии обладают более крупным корнеплодом относительно массы наземных органов.

В соответствии с этим для получения перспективных гибридов F1 на четвертом этапе протестированы гибриды F1 по сравнению со стандартным районированным для Северо-Западной зоны сортом "Жара" редиса (табл. 5). В связи со снятием инбредной дипрессии у гибридов наблюдается гетерозисный эффект. Его уровень у разных гибридных комбинаций различается. Наблюдается наименьший размер корнеплода (абсолютный и относительно размера надземной части) у гибридов между двумя линиями КС-, средний - у гибридов между КС-и КС+ линиями, а наибольший - между двумя КС+линиями. Кроме того, выявлены гибридные комбинации (9x4), размер корнеплода у которых значительно превышает размер у стандартного сорта, а соотношение массы корнеплода и надземной части намного превышает таковое у сорта. Это подтверждает эффективность настоящего изобретения по получению форм овощных корнеплодных культур.

ПРИМЕР 2. Получение форм свеклы с крупным корнеплодом.

Растительный материал. Использовали районированный для Северо-Западной зоны сорт свеклы (Beta vulgaris L. ) "Красный шар".

Методы исследований. Растения выращивали в стерильных условиях на среде Мурасиге и Скуга (4) без фитогормонов. Стерильные проростки помещали на ту же среду с добавлением фитогормона цитокинина бензиламинопурина (БАП) в разных концентрациях. Через 5 недель тестировали растения по признаку образования корнеплодоподобной структуры (КС) на базальной части. Наличие признака оценивали в баллах: 0 - отсутствие КС; 1 - диаметр не более 0,5 см; 2 - диаметр 0,5-1 см; 3 - диаметр 1-1,5 см; 4 - диаметр 1,5-2 см; 5 - диаметр 2-2,5 см. Формы с размером КС 0-1 балл относили к КС-, а формы с КС 2-5 баллов - к КС+.

Результаты.

Выявлена способность растений свеклы формировать корнеплодоподобныые структуры. Показана зависимость интенсивности проявления признака в зависимости от концентрации БАП. Минимальная концентрация для проявления признака корнеплодоподобной структуры для свеклы значительно превышала таковую для редиса (4 мг/л). Наиболее оптимальной явилась концентрация 8-10 мг/л, что также превышает таковую для редиса. Окраска корнеплодоподобной структуры во всех случаях соответствовала темно-вишневой окраске корнеплода интактного растения.

Таким образом, для изученных корнеплодных овощных культур обнаружено проявление признака корнеплодоподобной структуры на средах, содержащих фитогормон цитокинин БАП. Показано, что его проявление соответствует развитию крупного корнеплода у растений в полевых условиях.

В соответствии с законом гомологических рядов изменчивости Н. И. Вавилова существует сходная изменчивость по способности формировать корнеплодоподобную структуру и у других корнеплодных овощных культур. Очевидно, что при выведении овощных корнеплодных культур (редис, репа, брюква, свекла и др. ) были отобраны формы, способные к развитию базальной части. В дальнейшем многовековая селекция привела к созданию корнеплодных сельскохозяйственных культур. При выведении листовых овощных культур не требовалось наличия такой способности у исходных форм, поэтому они не обладают способностью к интенсивному развитию базальной части. Это нами подтверждено при анализе растений капусты - ни одно из проанализированных растений (78 образцов), ни на какой концентрации цитокинина (10 вариантов) не формировало корнеплодоподобные структуры. Это подтверждает, что нами выявлен признак, соответствующий развитию базальной части растения.

Как и любой количественный признак, размер корнеплода контролируется целой серией генов. Наш подход позволяет выявлять один из основных генов, отвечающих за формирование крупных корнеплодов у высших растений. В течение года, независимо от сезона, можно протестировать большое количество исходного материала и клонировать перспективные формы.

Предлагаемый способ, основанный на характеристике реакции растений на вещества, стимулирующие развитие базальной части, может быть успешно применен в селекции при отборе перспективных образцов при создании новых сортов растений и в семеноводстве при совершенствовании районированных сортов разных корнеплодных сельскохозяйственных культур.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Кириллова Г. А. , Нарсинха Дайял. Генетика редиса. //Сб. статей: Генетика культурных растений: зернобобовые, овощные, бахчевые. Под ред. Фадеевой Т. С. Л. : Агропромиздат, 1990, - с. 215-239.

2. Макарова Г. А. Прогноз результатов рекомбиногенеза по хозяйственно полезным признакам растений на базе оценки их изменчивости в регулируемых условиях. //Автореф. докт. дисс. - С. Петербург. - 1996. - 65 с.

3. Буренин В. И. , Шевцов И. А. Генетика свеклы //Сб. статей: Генетика культурных растений: зернобобовые, овощные, бахчевые. Под ред. Фадеевой Т. С. Л. : Агропромиздат, 1990, - с. 135-163.

4. Murashige Т. , Skoog F. A ravised medium for rapid and bio-assays with tobacco tissue culturees//Phisiol. Plant. - 1962. - V. 15. P. 473-479.

5. Терентьев П. В. , Ростова Н. С. , Практикум по биометрии. Л. , ЛГУ. - 1977. - 152 с.

Изобретение предназначено для использования в области сельского хозяйства в семеноводстве. Способ включает выращивание растений и отбор перспективных форм с последующим получением от них семян, при этом экспланты растений помещают на среду с добавлением стимулятора развития базальной части, в качестве которого выбирают фитогормон цитокинин бензиламинопурин, минимальную концентрацию которого выбирают соответствующей появлению признака корнеплодоподобной структуры, а максимальную - предельно интенсивному развитию признака корнеплодоподобной структуры, и выращивают растения в стандартных условиях до появления контрастных различий по наличию корнеплодоподобной структуры у части экземпляров, затем выбирают перспективные экземпляры растений по признаку максимально развитой корнеплодоподобной структуры и выращивают их до получения семян. Изобретение позволяет сократить затраты времени и площадей, при этом протестировать сотни образцов. 3 з. п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ получения форм овощных корнеплодных культур, основанный на выращивании растений и отборе перспективных форм с последующим получением от них семян, отличающийся тем, что экспланты растений помещают на среду с добавлением стимулятора развития базальной части, в качестве которого выбирают фитогормон цитокинин бензиламинопурин, минимальную концентрацию которого выбирают соответствующей появлению признака корнеплодоподобной структуры, а максимальную - предельно интенсивному развитию признака корнеплодоподобной структуры, и выращивают растения в стандартных условиях до появления контрастных различий по наличию корнеплодоподобной структуры у части экземпляров, затем выбирают перспективные экземпляры растений по признаку максимально развитой корнеплодоподобной структуры и выращивают их до получения семян. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве экспланта используют проросток. 3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для редиса минимальную концентрацию цитокинина бензиламинопурина выбирают равной 0,1 мг/л, а максимальную - равной 10 мг/л. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что для свеклы минимальную концентрацию цитокинина бензиламинопурина выбирают равной 3 мг/л, а максимальную - равной 12 мг/л.