Зерновые: генетический потенциал, селекционное улучшение, агробиотехнологии. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Метод химического мутагенеза позволяет в относительно короткие сроки получить материал с новыми признаками и свойствами, в том числе совершенно новые мутации. Эффективность применения метода для создания селекционно ценных форм растений в различных почвенно-климатических условиях показана в работах ряда авторов. Целью настоящей работы было изучение влияния мутагена фосфемида в разной концентрации на агробиологические признаки гибридной формы и исходных сортов яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivun L.). Исходный материал был представлен пятью сортами отечественной (Скэнт 1, Скэнт 3, var. lutescens ) и иностранной (Cara, var. erythrospermum ; Hybrid, var. ferrugineum ; Лютесценс 70, var. lutescens ) селекции. Предварительное изучение сортов проводили в 2006-2008 годах. В 2009 году с использованием неполных диаллельных скрещиваний и принудительного опыления были получены гибридные комбинации с участием названных сортов. На двух сортах (Cara и Скэнт 3) и гибридной форме F4 (Cara ½ Скэнт 3) изучали эффективность применения химического мутагена фосфемида в концентрациях 0,002 и 0,01 %. Обработку проводили, помещая семена в растворы фосфемида в течение 3 ч. Контролем служили семена, выдержанные в дистиллированной воде. В лабораторных условиях определяли энергию прорастания семян и оценивали морфометрические параметры проростков, рассчитывали индексы ингибирования роста. В полевых условиях выращивали поколение М1.Весной 2014 года высевали по 25 семян в 4-кратной повторности отдельно для каждого варианта обработки мутагеном. Индивидуально от каждого растения М1 получали потомство М2. Устойчивость образцов к листовым грибным болезням (мучнистая роса, листовая ржавчина и пятнистости) оценивали на естественном инфекционном фоне в течение всего вегетационного периода (с появлением первых симптомов заболевания до усыхания листьев). Патоген идентифицировали в лабораторных условиях. Полученные результаты позволяют предположить, что применение фосфемида способствует расширению разнообразия исходного материала. В первом поколении (М1) наблюдался ингибирующий эффект фосфемида в отношении полевой всхожести семян и морфометрических параметров проростков (длина корней и побега), который зависел от концентрации мутагена. Наименьшую толерантность к действию фосфемида проростки проявили по числу зародышевых корней. Эффект стимуляции по сравнению с контролем наблюдался у гибридной комбинации Cara ½ Скэнт 3 по показателям энергии прорастания семян (на 5,9 %) в лабораторном опыте и биологической устойчивости растений в полевых условиях в течение вегетационного периода (на 14,0-80,0 %). Под влиянием мутагена происходило достоверное увеличение массы зерна с 1 м2 у гибрида (на 16,0 %) и снижение этого показателя у селекционных сортов Cara и Скэнт 3 (соответственно на 67,0 и 57,0 %). Высокая концентрация мутагена (0,01 %) снижала устойчивость сортов к мучнистой росе и бурой ржавчине. У гибридной формы восприимчивость к мучнистой росе уменьшалась, к бурой ржавчине - повышалась. В М2 оценивали фенотипические изменения по морфологическим признакам колоса, стебля, листьев (окраска, опушение, форма, размеры) и по биологическим свойствам (позднеспелые, раннеспелые, растения озимого типа); всего описано 12 типов. Растения с крупным колосом, прочной соломиной, низкорослые и карлики чаще встречались у гибрида (13,6-20,0 % от общего числа измененных форм). У исходных сортов в значительном количестве были обнаружены раннеспелые растения (16,4-24,2 %). Доля семей с измененными растениями у сортов была на 5,3 % меньше, чем у гибрида. Максимальное число изменений у сортов и гибрида обнаружено в вариантах с концентрацией мутагена 0,01 %. Таким образом, на сортах и внутривидовом гибриде яровой мягкой пшеницы показана эффективность применения мутагена фосфемида в концентрациях 0,002 и 0,01 % для получения форм с улучшенными признаками.
Бесплатно
Статья научная
На протяжении тысячелетий при культивировании пшеницы в суровых условиях Центральной Азии были созданы местные сорта, адаптированные к локальным почвенным и климатическим условиям. В прошлом основное производство пшеницы в Узбекистане было сосредоточено на богаре в предгорных и горных районах, где количество тепла и осадков соответствует минимальным условиям для устойчивого возделывания. Расширение площадей под интенсивными высокоурожайными сортами привело к уменьшению территорий, на которых высевают стародавние сорта. Эти сорта сохранялись лишь местными фермерами в отдаленных частях страны, где не проводилось широкого внедрения коммерческих сортов. Использование ценных генетических ресурсов местного происхождения исключительно важно для селекционных проектов. Цель настоящей работы - охарактеризовать стародавние сорта мягкой пшеницы Узбекистана по морфологическим и количественным признакам (высота растений, продуктивность) с учетом геоинформационных характеристик мест возделывания, а также провести анализ элементов структуры урожая. Объектами исследования служили стародавние местные сорта пшеницы Кзыл-бугдай, Ак-бугдай, Тюя-Тышь, безымянный местный сорт, а также сорт Сурхак, выведенный из популяции местного стародавнего сорта. Стародавние сорта отличаются от современных по морфологическим признакам (высота растений, длина и плотность колоса), по которым в этих регионах велся отбор. В результате экспедиционных исследований с использованием GPS-навигации была составлена карта распространения перечисленных сортов. Собранные образцы стародавних сортов возделывали в течение четырех сезонов. Для сравнения в качестве контроля использовали коммерческий сорт Краснодарская 99. Результаты биометрической оценки 15 исследованных линий стародавних сортов пшеницы (Кзыл-бугдай 2-6Т, Кзыл-бугдай 3-7Т, Кзыл-бугдай 9-4Т, Кзыл-бугдай 5-4Т, Кзыл-бугдай 11-4Т, Ак-бугдай 7-3Т, Сурхак 12-3Т, Ак-бугдай 8-2Т, Тюя-Тышь 10-4Т, Кзыл-бугдай 1-4Т, 13-8Т (без названия), 14-3Т (без названия), Ак-бугдай 16-5Т, Сурхак 15-6Т) показали достоверные различия по высоте стеблестоя между ними и контрольным сортом. Анализ средней урожайности у изученных стародавних сортов достоверных различий с контролем (коммерческий сорт Краснодарская 99) не выявил, однако две линии (Тюя-Тышь 10-4Т и Кзыл-бугдай 1-4Т) достоверно отличались от контрольного сорта. У девяти линий (Кзыл-бугдай 2-6Т, Кзыл-бугдай 3-7Т, Кзыл-бугдай 9-4Т, Кзыл-бугдай 5-4Т, Сурхак 12-3Т, Кзыл-бугдай 1-4Т, 14-3Т (без названия), Ак-бугдай 16-5Т, Сурхак 15-6Т) масса 1000 зерен оказалась выше, чем у контрольного сорта. У линий Кзыл-бугдай 9-4Т, Ак-бугдай 8-2Т, Ак-бугдай 16-5Т и 13-8Т (без названия) содержание клейковины в зерне статистически значимо превышало контрольный показатель у сорта Краснодарская 99, а остальные линии характеризовались средним содержанием клейковины.
Бесплатно
Динамика микробного сообщества типичного чернозема при биодеградации целлюлозы и соломы ячменя
Статья научная
Изучение процессов разложения целлюлозы - важное направление исследований для сельскохозяйственной науки, поскольку солома служит одним из самых доступных органических удобрений. Было проведено большое число работ, направленных на исследование биохимических механизмов разрушения целлюлозы, а также оценку таксономического разнообразия целлюлозолитических микроорганизмов. Однако состав микробного сообщества оценивался только с помощью методов, основанных на культивировании и, как следствие, обнаруживающих небольшую часть почвенного микробиома. С появлением методов секвенирования нового поколения (NGS) открылась возможность анализа сообщества микроорганизмов через обнаруженные в почве копии гена 16S рРНК. Основной задачей представленной работы была реализация комплексного подхода, сочетающего классические агрохимические методы оценки интенсивности процессов биоразложения с современными молекулярными методами (анализ почвенного метагенома 16S рРНК), для изучения динамики микробных сообществ, разлагающих два субстрата, содержащих целлюлозу, - солому и фильтровальную бумагу. С помощью метода высокопроизводительного секвенирования мы впервые показали, что при внесении в почву соломы наблюдаются более глубокие изменения структуры микробного сообщества, чем при внесении химически чистой целлюлозы. Модельный опыт проводили на типичном черноземе, отобранном в Воронежской области на залежных участках с глубины 2-15 см. В почву вносили химически чистую целлюлозу в виде сильно измельченной фильтровальной бумаги и измельченную солому ячменя из расчета 1 г на 100 г почвы. Анализы проводили в день внесения субстратов (0-е сут), а также на 7-е, 14-е, 21-е и 28-е сут. Оценивали выделение СО2, содержание нитратов, аммонийного азота, лабильного углерода, микробной биомассы. Таксономическую структуру микробиома определяли на основании анализа тотальной ДНК. В первые 7 сут эксперимента в варианте с соломой наблюдали прирост биомассы и связанную с этим активизацию дыхательных процессов. В опыте с целлюлозой значительного прироста биомассы не наблюдалось, а дыхание активизировалось с задержкой. Внесение целлюлозы и соломы снизило содержание нитратного азота в почве относительно контроля, причем в варианте с соломой показатель снизился в меньшей степени. В течение опыта были обнаружены таксоны, численность которых как увеличивалась ( Chthoniobacteraceae, Xanthomonadaceae, Chitinophagaceae ), так и уменьшалась ( Gaiellaceae ). Среди первых встречались классические целлюлозолитики ( Chitinophaga и представители семейств Streptosporangiaceae и Micromonosporaceae ) и бактерии, пока не замеченные в процессах биодеградации ( Chthoniobacter, Chitinophaga ). При разложении целлюлозы было обнаружено проявление гомеостаза сообщества - значимые изменения состава микроорганизмов на 14-е сут эксперимента с восстановлением до исходного состояния на 28-е сут. Полученные нами данные об изменениях микробиома при внесении сломы и химически чистой целлюлозы могут служить основой для построения предикативных моделей динамики микробиомов в процессе разложения органического вещества в зависимости от типа разлагаемого субстрата и физико-химических особенностей почвы.
Бесплатно
Статья научная
Молекулярные маркеры позволяют контролировать направленный перенос чужеродного генетического материала в геном пшеницы. Среди разнообразных молекулярных маркеров максимальным преимуществом для анализа отдаленных гибридов обладают PLUG (PCR-based landmark unique gene) благодаря способности амплифицироваться при анализе близкородственных видов и возможности за одну реакцию детектировать одновременно три генома в пределах одной гомеологичной группы. В качестве объекта нашего исследования использовалась коллекция из 41 образца, которые находятся на разных этапах селекционного процесса (РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева). Образцы получены в результате скрещивания мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) и пшеницы Тимофеева ( T. timopheevii Zhuk.) и продемонстрировали на естественном фоне устойчивость к бурой ржавчине и мучнистой росе. При анализе этой коллекции отдаленных гибридов нами впервые продемонстрированы возможности PLUG-маркеров для идентификации чужеродных интрогрессий в геном мягкой пшеницы со стороны T. timopheevii. Для того чтобы увеличить степень полиморфизма между образцами, продукты амплификации PLUG-маркеров дополнительно обрабатывали часторежущими эндонуклеазами рестрикции TaqI и HaeIII. Были обнаружены формы как с единичными, так и с множественными интрогрессиями, из последних особый интерес представляют образцы с интрогрессиями более чем в одной гомеологичной группе. Показана гетерогенность не только поздних поколений селекционных образцов, но также образцов из питомника предварительного сортоиспытания, что может быть связано со вторичной хазмогамией. В результате проведенных исследований отобрано 14 PLUG-маркеров для длинного и короткого плеча хромосом каждой гомеологичной группы, которые могут быть рекомендованы для детекции генетического материала T. timopheevii в отдаленных гибридах T. timopheevii ? T. aestivum. Обсуждаются преимущества PLUG-маркеров как инструмента мониторинга переноса чужеродного генетического материала в геном мягкой пшеницы.
Бесплатно
Статья обзорная
В настоящее время на Азию и Европу приходятся самые высокие нормы расхода минеральных удобрений. Возникают серьезные проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, в том числе наблюдается подкисление почвы и воды, загрязнение поверхностных и подземных водных объектов, возрастает выброс парниковых газов. У риса, пшеницы и кукурузы коэффициент использования азота составляет 26-30 %, у овощных культур - менее 20 % (K. Vinod с соавт., 2012). Последние 50 лет селекция сортов ведется на фоне высоких доз минерального питания. Сорта, которые высокопродуктивны за счет внесения удобрений, как правило, менее эффективно их используют. Кроме того, урожайность таких сортов очень нестабильна, поскольку на нее в значительной мере влияют дозы удобрений, сроки их внесения, температура окружающей среды и другие факторы. В настоящей статье рассмотрены механизмы приспособления растений риса к низкому содержанию азота и фосфора и генотипические различия образцов по эффективности использования этих элементов. Отмечается различная реакция генотипов на дозы вносимого азота и фосфора, а также влияние источника элемента питания и взаимодействия генотип-среда на реакцию сортов. Сравнение генотипов риса показало 20-кратное различие в эффективности усвоения фосфора между крайними типами (M. Wissuwa с соавт., 2001). Все высокоэффективные генотипы - это стародавние сорта или эндемичные образцы. Питательные вещества в почве должны быть переведены в доступную для растений форму. Так, генотипические различия в эффективности использования фосфора у разных культур связаны с неодинаковой активностью фосфатаз. Фитиновая кислота - одно из веществ, способствующих переводу связанного фосфора в доступный (A.E. Ric-hardson с соавт., 2001). Ее образуют корни растений и микроорганизмы, поэтому свойство корней поддерживать выгодные микробные сообщества служит дополнительным адаптивным механизмом. Другие приспособления растений к низкому содержанию азота и фосфора могут быть связаны с увеличением поверхности корневой системы, интенсификацией поглощения элементов, повышением внутренней эффективности их использования, а также с биосинтезом и выделением корнями органических кислот, повышающих доступность элементов питания (H. Lambers с соавт., 2006). Под внутренней эффективностью в указанном случае понимается перераспределение поступающего элемента питания между генеративными и вегетативными органами, между листьями одного или разных побегов и т.д. Вариабельность по эффективности использования элементов минерального питания среди генотипов риса главным образом объясняется различиями в росте корневой системы, что увеличивает площадь питания растений. Вариабельность устойчивости к недостатку фосфора в большей степени связана с различиями генотипов риса по способности поглощать этот элемент, в то время как эффективность его использования оказывает незначительное влияние. Описаны молекулярные маркеры, которые сцеплены с QTL, определяющими эффективность минерального питания у риса, - RM 53, RM 25, RM 600, RM 242, RM 235, RM 247, RM 322, RM 13, RM 261, RM 19 (D. Wei с соавт., 2012; Y. Cho с соавт., 2007). У российских сортов риса выявлен полиморфизм для всех изученных маркеров QTL, определяющих эффективность поглощения элементов минерального питания (Ю.К. Гончарова с соавт., 2015), что позволяет вести маркерную селекцию по этому признаку и отбор сортов-доноров.
Бесплатно
Статья научная
В связи с глобальным потеплением и нарастающим удорожанием хлебопекарного и кормового зерна проблема наследственного повышения засухоустойчивости зерновых культур превращается в одну из главнейших задач обеспечения продовольственной безопасности человечества. На основе анализа сложной структуры свойства засухоустойчивости хлебных злаков (фенотипирования) показана ограниченность канонического геноцентрического подхода и подходов молекулярной генетики к решению задачи существенного наследственного повышения засухоустойчивости. Предложен приоритетный эпигенетический подход к наследственному повышению засухоустойчивости, основанный на теории эколого-генетической организации количественных признаков (ТЭГОКП), которая оперирует не признаками продуктивности, а с семью генетико-физиологическими системами (ГФС), повышающих урожаи: аттракции; микрораспределений аттрагированных пластических веществ между зернами и мякиной в колосе; адаптивности (засухо-, холодо-, морозо,- жаро-, солестойкости и т.п.); горизонтального иммунитета; «оплаты» сухой биомассой лимитирующего фактора почвенного питания (N,P,K…); толерантности к загущению фитоценоза; наследственной вариабельности продолжительности фаз онтогенеза. В представляемой статье рассматривается один из компонентов сложной ГФС - адаптивность, в частности засухоустойчивость. Показана необходимость фенотайпинга - расчленения сложного свойства засухоустойчивости, в формировании которой участвуют не менее 22 компонентных признаков. Это позволяет строить эколого-генетические портреты (ЭГП) родительских пар (гистограммы величин всех компонентов засухоустойчивости для каждого родителя) на стадии экспериментальных исследований в камерах искусственного климата для разных типов засухи и подбирать родительские пары с дополняющими друг друга элементами ЭГП. По полученному прогнозному ЭГП посредством математических моделей, отражающих вклады компонентных признаков в результирующую засухоустойчивость, можно определить те компоненты итоговой засухоустойчивости, которые в процессе управления подбором родительских пар и гибридизации приведут к оптимальной комбинации максимальных положительных аддитивных вкладов выбранных компонентов в результирующую засухоустойчивость нового сорта
Бесплатно
Оценка и отбор исходного материала для селекции солеустойчивых сортов риса в Республике Казахстан
Статья научная
Около 25 % всей поверхности суши представлены засоленными почвами, а в отдельных регионах Средней Азии, Закавказья, Украины и Казахстана - до 90 % всей орошаемой площади. Область рисосеяния Республики Казахстан также находится в зоне с повышенной засоленностью. Одна из проблем рисоводства Казахстана - ухудшения гумусного и мелиоративного состояния почв, усиление их вторичного засоления и деградации. В Кызылординской области загрязнение солевыми остатками поверхностных (до 3-5 г/л) и подземных (до 6-7 г/л) вод доходит до критической отметки. При этом по химическому составу преобладает сульфатно-хлоридно-нат-риевый тип засоления, который особо токсичен для сельскохозяйственных культур. Акдалинский и Каратальский массивы орошения в Алматинской области тоже находятся в пределах провинций сульфатно-содового и борного биогеохимического засоления почв. По данным Казахского НИИ рисоводства, в последние годы резко снизилась урожайность риса (с 50 до 35-48 ц/га) и качество производимой продукции (выход крупы - с 65 до 45-50 %). В этой связи селекция риса на солеустойчивость - важнейшая задача обеспечения продовольственной безопасности республики. Целью нашего исследования были оценка и отбор перспективного исходного материала для селекции риса на устойчивость к разным типам засоления. Объектом исследований служили сорта и сортообразцы (включая потомства гибридных комбинаций разных поколений) риса ( Oryza sativa L.) российской, казахстанской и филиппинской селекции (всего 34 генотипа). Для первоначальной оценки на стадии проростков был проведен лабораторный скрининг устойчивости к различным типам засоления: хлоридному, сульфатному и карбонатному. Солевой стресс оказывал негативное влияние на прирост общей биомассы проростков у исследованных образцов. Выявлено, что наиболее токсичен для растений риса карбонатный тип засоления; меньший эффект оказывали хлоридное и сульфатное. Гибрид F2 сорт Ханкайский 429 × коллекционный образец 4-09, а также сорта Маржан и Мадина накапливали наибольшую (в процентном соотношении) биомассу при всех трех типах засоления. Следовательно, указанные генотипы представляют ценность как исходный материал в схемах селекции на солеустойчивость. Молекулярный скрининг хромосомных участков ДНК, сцепленных с QTL солеустойчивости ( Saltol QTL), проводили с помощью ПЦР-анализа. Применяли микросателлитные маркеры RM 493 и AP 3206, тесно сцепленные с целевыми хромосомными регионами. Маркер RM 493 оказался наиболее информативным для ранжирования генетической плазмы риса по признаку солеустойчивости, выявляя полиморфизм между генотипами, контрастными по изучаемому признаку.
Бесплатно
Статья научная
Для получения высококачественной растительной продукции актуален поиск эффективных физических биостимуляторов, повышающих продуктивность сельскохозяйственных культур. Имеется множество работ, посвященных воздействию физических факторов (электрических и магнитных полей, ультрафиолетового, инфракрасного, лазерного облучения) на семенной материал, которое способствует повышению посевных свойств, усилению фотосинтетической активности, выживаемости и урожайности. Однако остается необходимость в более детальном изучении механизма энергетического воздействия на внутреннюю структуру семени, рост и развитие растений, а также выбора установок эффективных, простых по конструкции, невысокой стоимостью и высокой надежностью. В Федеральном научном агроинженерном центре ВИМ совместно с Казахским национальным аграрным университетом разработана система низкочастотного электромагнитного облучения, которая устанавливается непосредственно на технологические узлы комбайна и обрабатывает семена в процессе уборочных работ. Цель настоящего исследования - оценка влияния низкочастотного электромагнитного поля различной интенсивности и времени облучения на посевные качества семян и биометрические показатели растений яровой пшеницы. Объектом исследований были семена яровой пшеницы ( Triticum aestivum L.) сорта Омская 18, облученные в процессе комбайновой уборки полей в ТОО «Уланская МТС» (Республика Казахстан) в сентябре 2015 года. Обработку семян проводили с использованием системы, разработанной на базе магнитотерапевтического аппарата Алмаг-02, установленной на зерноуборочном комбайне Енисей 1200 НМ. Использовали следующие программы облучения семян: в потоке (динамический режим) при значениях магнитной индукция В = 6 мТл и частоте f = 10 Гц; в статическом режиме при 6 мТл, 3 или 16 Гц в течение 3; 6; 9 мин; в потоке при 6 мТл, 3 или 16 Гц. Облученные и отобранные из бункера необлученные семена (контроль) использовали в экспериментальных исследованиях. Энергию прорастания и всхожесть семян определяли в лабораторных условиях. Семена проращивали в термостате LP-113 («Labor Muszeripari Muvek Esztergom», Венгрия) в темноте в чашках Петри на фильтровальной бумаге. Для оценки роста и развития проростков и растений их высевали в фитотрон Vic-Terra («ФНАЦ ВИМ», Россия). Обработка семян низкочастотным электромагнитным полем в течение 9 мин в статическом режиме повышала энергию прорастания и всхожесть семян на 12-13 %. При облучении семян в потоке всхожесть оказалась ниже контрольных значений. Так, при 6 мТл, 10 Гц всхожесть у образцов уменьшилась на 4,3 % при проращивании в термостате и на 3,5 % - в фитотроне. Оказалось, что по массе и высоте полученных растений облученные образцы превосходили необлученные. При облучении семян в статическом режиме в течение 9 мин при 6 мТл, 3 и 16 Гц масса одного растения составила соответственно 0,56 и 0,59 г. Наименьшее значение массы одного растения (0,46 г) отмечали при обработке семян в потоке при 6 мТл, 16 Гц. После хранения облученных семян в лабораторных условиях в течение 3 и 7 мес показатели энергии прорастания и всхожести остались удовлетворительными. Лучший результат показали семена, обработанные в статическом режиме в течение 9 мин при 6 мТл, 3 и 16 Гц. Снижение посевных качеств семян по изученным параметрам не превысило 6 %, что указывает на сохранение эффекта магнитного поля.
Бесплатно
Статья научная
В западносибирском регионе России мягкая яровая пшеница - основная зерновая культура, занимающая больше 40 % посевных площадей. Расширение генетического разнообразия этой культуры и создание более продуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам среды сортов всегда было ключевой проблемой селекции. В качестве перспективного источника хозяйственно важных признаков можно рассматривать генофонд озимой мягкой пшеницы, которая характеризуется разнообразием по толерантности к абиотическим стрессовым факторам, продуктивной кустистости и урожайности. Несмотря на то, что интрогрессия генного пула озимых культур в яровые давно используется для повышения урожайности яровых сортов, в настоящее время мало доступной информации о проявлении других хозяйственно важных признаков в потомстве от скрещивания озимых и яровых культур. Однако такие результаты важны для оценки комбинационной способности сортов озимой и яровой пшеницы и отбора потенциально ценных образцов по комплексу признаков. При применении классических методов селекции для идентификации озимых и яровых генотипов в потомстве от скрещивания озимых и яровых родительских форм требуется большой объем выборки и длительный период культивирования растительного материала. Использование MAS-технологий и маркеров, сцепленных с целевыми локусами, позволяет значительно сократить время получения новых форм. В рамках программы по созданию новых селекционных линий мягкой пшеницы по генам устойчивости к бурой ржавчине была использована схема гибридизации, где материнскими формами служили сорта озимой пшеницы Филатовка и Бийская озимая, адаптированные к условиям западносибирского региона. Интрогрессивную яровую линию 5366-180 ( Triticum aestivum / T. timopheevii ) и яровой сорт мягкой пшеницы Тулайковская 10, содержащий генетический материал пырея Thinopyrum intermedium, использовали в качестве доноров эффективных генов устойчивости к бурой ржавчине LrTt2 и Lr6Ai#2. Целью данной работы была оценка разнообразия яровых форм мягкой пшеницы, полученных в результате такой схемы гибридизации, по хозяйственно важным признакам и анализ влияния генотипа на их проявление. Отбор потомства с озимым и яровым образом жизни проводили в поколении F2 с помощью аллель-специфичных маркеров генов VRN-1. Для идентификации генотипов, содержащих гены устойчивости к бурой ржавчине, использовали микросателлитный маркер Xbarc232 и праймеры МF2 / MR1r2 и MF2 / MR4, специфичные соответственно для фрагментов транслокаций T. timopheevii и Th. intermedium. В результате гибридизации озимых сортов с яровыми донорами получили 122 растения F2, из которых отобрали 30 гомозиготных яровых растений с различным аллельным составом генов VRN-1. Из них 12 растений согласно данным молекулярного маркирования содержали чужеродные транслокации с генами Lr. Для сравнительного анализа количественных признаков было использовано 6 потомков F2, которые имели такой же аллельный состав генов VRN-1, как у ярового родителя, но отличались наличием или отсутствием Lr генов. Семейства F3-4, полученные в результате самоопыления соответствующих растений F2, были изучены в течение двух полевых сезонов по следующим признакам: период всходы-колошение, продуктивная кустистость, число и масса зерна с колоса, масса 1000 зерен. Результаты оценки периода всходы-колошение показали, что при одинаковом аллельном составе генов VRN-1 наблюдается значительная разница во времени колошения между гибридами F3-4 и яровыми донорами. В зависимости от года проведения эксперимента различия составляли от 3 до 8 сут, при этом было установлено, что наличие чужеродного генетического материала не оказывает влияния на анализируемый признак. Анализ гибридов F3-4 по признакам продуктивности показал, что на выраженность большинства из них в основном влияют факторы внешней среды. Значительный вклад генотипа в фенотипическое проявление признаков число зерен с колоса и масса 1000 зерен выявлен у гибридного образца 70-12, содержащего транслокацию от Th. intermedium. В работе показана эффективность маркер-ориентированного отбора гомозиготных генотипов в малых выборках на ранних этапах селекции. Вариация по признакам, которая наблюдается в семействах F3-4, позволяет подобрать селекционные образцы с оптимальной выраженностью хозяйственно важных признаков для дальнейшего использования.
Бесплатно
Статья обзорная
Анализ современного состояния отечественного рынка хлебобулочной продукции, предпринятый в настоящем междисциплинарном исследовании, показывает, что объемы производства хлеба уменьшаются, а качество изделий ухудшается. Среди причин этого следует выделить низкие технологические характеристики муки, что негативно влияет на реологические свойства теста. На предприятиях для корректировки качества муки все чаще применяют химические улучшители. Они повышают технологичность процесса, но в то же время утрачивается традиционный вкус и изменяются свойства хлеба, что отрицательно сказывается на его потреблении. Альтернативный подход к решению проблемы - естественное улучшение исходных характеристик муки благодаря реализации генетического потенциала сортов мягкой пшеницы. В последние годы накоплены данные, которые позволили существенно продвинуться в понимании сложного взаимодействия систем и механизмов, лежащих в основе формирования свойств зерна и определяющих количество и качество производимой из него муки. Неотъемлемой компонентой здесь выступают экологические факторы, под влиянием которых модулируются физиологические и биохимические процессы и изменяется реализация генетической информации. В статье обобщены сведения об эффекте различных средовых факторов на технологические свойства муки и теста и описаны возможности IT-сопровождения селекционного процесса, облегчающие оценку количественных признаков и учет взаимосвязи между генотипом, фенотипом и условиями внешней среды. Обсуждаются достижения в идентификации генетических факторов, влияющих на технологические свойства муки и теста, и источники полезных вариантов этих генов. Отмечено значение озимой мягкой пшеницы для повышения производства высококачественного зерна. Приведены результаты поиска доноров полезных генов среди стародавних сортов яровой мягкой пшеницы, в частности выделены сорта с высоким содержанием сырой клейковины (Тарская 2 - 43,8 %, Аленькая - 40,9 %) и высокой эластичностью теста. Уделено внимание использованию данных о влиянии генетических и средовых факторов на формирование технологических свойств муки и теста в селекции. Обоснована необходимость получения сортов с генетически детерминированной высокой силой муки как натурального улучшителя слабой муки взамен применяемых химических добавок. Эти меры важны для расширения как внутреннего зернового рынка, так и его экспортного потенциала.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время септориоз - одно из наиболее вредоносных и экономически значимых заболеваний пшеницы в зерносеющих регионах мира, особенно в странах с умеренным климатом. Потери от болезни в эпифитотийные годы могут достигать 30-40 %. В России септориоз занимает доминирующее положение в комплексе грибных болезней зерновых культур. В представленной работе мы впервые определили параметры частичной устойчивости у сортов пшеницы (род Triticum ) из коллекции Germplasm Resources Information Network (GRIN, США) c использованием стабильных штаммов возбудителей Septoria tritici и Stagonospora nodorum. Целью наших исследований был отбор сортов пшеницы с длительной устойчивостью к септориозу на основании результатов полевых и лабораторных опытов. В инфекционном питомнике в Центральном регионе России (Московская обл., 2009-2015 годы) на искусственном фоне заражения изучали динамику развития септориоза на сортах пшеницы из коллекции GRIN. Исследовали 2117 образцов из разных генетических групп - 20 диплоидных (2 n = 14), 409 тетраплоидных (2 n = 28), 1688 гексаплоидных (2 n = 42), а также 397 селекционных образцов от скрещивания Triticum aestivum с Aegilotriticum sp. Определяли площадь под кривой развития болезни, рассчитывали индекс устойчивости (ИУ). Для лабораторных исследований отбирали сорта, характеризующиеся замедленным развитием болезни в поле, то есть с высоким и средним ИУ. Растения таких сортов выращивали в камерах лаборатории искусственного климата до фазы полностью развернувшегося 3-го листа. Фрагменты листьев инокулировали изолятами S. tritici и St. nodorum, нанося каплю споровой суспензии. Сортообразцы делили на группы по продолжительности латентного периода и размеру инфекционных пятен. Среди гексаплоидных форм был отобран 191 образец T. aestivum subsp. aestivum с высоким индексом устойчивости к болезни и 1 - T. aestivum subsp. spelta ; среди тетраплоидной пшеницы 8 - T. turgidum subsp. durum, 2 - T. turgidum subsp. turgidum, 3 - T. turgidum subsp. dicoccon, 3 - T. timopheevii subsp. timopheevii ; среди диплоидной пшеницы 4 - T. monococcum subsp. aegilopoides. Идентифицировано 11 линий с замедленным развитием болезни, полученных от скрещивания T. aestivum с Aegilotriticum sp. Наибольшее число (34,5 %) устойчивых гексаплоидных сортов пшеницы выявили в Североамериканской эколого-географической группе у вида T. aestivum subsp. aestivum (77 сортообразцов из США и 18 - из Канады). Отобранные образцы тетраплоидной пшеницы T. turgidum subsp. durum были представлены сортами из Северной и Центральной Америки, виды T. turgidum subsp. turgidum, T. timopheevii subsp. timopheevii, T. tur-gidum subsp. dicoccon - образцами из Европы и Азии. Обнаружены образцы диплоидной пшеницы T. monococcum subsp. aegilopoides из Ирака и Венгрии с высоким индексом устойчивости к септориозу. Замедленным развитием болезни характеризовались также синтетические линии пшеницы из США и Мексики. Выявлены сорта пшеницы с частичной устойчивостью к болезни: 10 - к возбудителю S. tritici, 40 - к St. nodorum. Особый интерес для селекции сортов с длительной устойчивостью к септориозу представляют сортообразцы PI 494096 Tadinia, Cltr 17904 Owens, Cltr 15645 II-62-4 (США); VIR 63915 Flame (Великобритания); Cltr 14492 Azteca, PI 520555 Alondora ‘S’ (Мексика); PI 404115 Timson (Австралия); Cltr 11765 Chinese 166 (Германия); PI 422413 CNT 1 (Бразилия); PI 168724 Benvenuto, Cltr 15378 Piamontes, PI 344468 Piamontes Inta (Аргентина); PI 306551 ¹ 2944 (Румыния); PI 355706 ¹ 69Z5.715 (Азербайджан); PI 355560 SK 1B (Швейцария); PI 94743 ¹ 290 (Россия).
Бесплатно
