Действие экзогенных стероидных гликозидов на проявление инбредной депрессии растений свеклы столовой в условиях защищенного грунта

Внастоящее время в Государственный реестр селекционных достижений включены 117 сортов и 24 гибрида свеклы столовой, из них 96 сортов и только четыре гибрида российской селекции [1]. В современной селекции предпочтение отдаётся гетерозисным гибридам свёклы столовой, созданным на основе цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС). Наличие стерильных линий исключает кастрацию цветков при гибридизации и позволяет получать наибольший выход гибридных семян [2, 3, 4]. На основе коллекционного материала различного происхождения и селекционных образцов лаборатории селекции и семеноводства столовых корнеплодов ВНИИССОК получен инбредный материал с различным проявлением цитоплазматической мужской стерильности [5, 6, 7, 8], разработаны критерии оценки степени ЦМС семенных растений свёклы столовой по фенотипу с учётом микрогаметофита [9].

Динамика современного рынка требует ускорения селекционного процесса и постоянного привлечения нового линейного материала для производства гибридов с комплексом хозяйственно ценных признаков. Проблемой при создании гетерозисных гибридов свеклы столовой как двулетней овощной культуры, является длительность получения гомозиготных ms- и mf-линий. Для ускорения создания линейного материала перспективно использование культуры штеклингов и защищенного грунта. Выращивание штеклингов в контролируемых условиях исключает приём прореживания всходов, что обеспечивает максимальный выход разнообразного маточного материала и получение инбредного потомства свёклы столовой при однолетнем цикле развития [10, 11, 12]. Однако, при использовании данного способа для получения исходных линий, важен характер взаимосвязи между проявлением признака ЦМС семенных растений и селекционно значимых признаков корнеплодов (штеклингов), что и явилось целью данных исследований.

Материалы и методы

Исследования проводили в 2012-2014 годах. Материал для исследований – инбред-ные потомства (I2-I5) свёклы столовой, полученные через культуру штеклингов, с использованием малообъемной технологии в защищенном грунте. Потомства получены на основе сортопопуляции Нежность и гибридных популяций иностранного происхождения.

В первом опыте штеклинги I2-3 выращивали в голландской остекленной теплице с июня по август в пластиковых сосудах объемом 150 мл. В каждом образце штеклинги убирали на яровизацию отдельными партиями по мере достижения диаметра головки корнеплода более 15 мм. Разница между сроками уборки составляла около 30 суток. В зависимости от срока уборки с преобладающим числом полученных штеклингов (>50% от общего числа в образце) изученные потомства характеризовали по признаку «скороспелость», выделяя следующие группы спелости: при I сроке – раннеспелые; при II сроке – среднеспелые; при III сроке уборки – позднеспелые.

Во втором опыте штеклинги I4-5 выращивали в условиях блочной пленочной теплицы в летнем обороте и уборку проводили единовременно в конце сентября при достижении диаметра головки более 15 мм у 80% растений. Биометрические параметры и массу штеклингов в обоих опытах определяли сразу после уборки.

Штеклинги каждого срока уборки яровизировали в течение двух месяцев при температуре 2-5°С и высаживали в пластиковые сосуды объемом 1 л (первый опыт) или в грунт (второй опыт). Семенные растения выращивали в голландской обогреваемой теплице при продолжительности светового периода 16 час (досветка лампами), и по мере зацветания изучали характер проявления признака ЦМС по маркерной окраске ms-пыльников визуально in vivo с параллельным контролем стерильности их пыльцы в условиях in vitro методом окрашивания дифкрасителем [13].

Оценку по признаку ЦМС проводили индивидуально по растениям в фазу массового цветения. Частоту встречаемости (долю) ЦМС-растений (Дms%) в инбредных потом-ствах выражали в процентах, от числа высаженных при каждом сроке уборки. Степень стерильности ms-растений (Сms%) определяли как процент стерильных цветков от общего числа цветков на растении, выделяя среди них полностью стерильные (ms) и частично стерильные (ч/ms) формы. Математическую обработку результатов проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [14] с помощью пакета Microsoft Exel.

Результаты и обсуждение

При создании стерильных линий свёклы столовой отбирают биотипы с высокой степенью проявления признака ЦМС, а при создании линий закрепителей стерильности и опылителей проводят отбор инбредных mf- растений, склонных к самофертильности. Отбором нужных биотипов на стадии штек-линга можно не только ускорить, но и повысить результативность селекционного процесса на этапе предбридинга.

Установлено, что фенотипическое проявление признака ЦМС на семенных растениях свёклы столовой, полученных через культуру штеклингов I1-I4, существенно не отличается от такового на растениях, выращенных в двулетнем цикле, и представлено всем разнообразием маркерной окраски пыльников [8, 10]. В количественном отношении признака ЦМС, инбредные потомства I1 сортовой популяции Нежность, по сравнению с по-томствами, полученными через двулетнюю культуру, характеризовались увеличением час-тоты встречаемости ЦМС-растений и степени их стерильности. При этом показано, что доля ms-растений в потомстве возрастает по мере увеличения средней массы штеклингов [15].

Известно, что масса штеклинга при единовременной уборке определяется рядом факторов, и в первую очередь, генетически детерминирована признаками инбредного растения: «крупноплодность» и «раннеспелость». Для анализа проявления данных признаков, штеклинги потомств I2-3, убирали в три срока, ориентируясь на величину головки, которая имела высокую степень корреляции с линейными размерами штеклинга. В среднем коэффициент корреляции с диаметром составил r=0,84, а с высотой – r=0,76.

Однако, как показали полученные данные, по диаметру головки не всегда можно прогнозировать массу штеклинга, которая

Рис. 1. Проявление признака ЦМС в инбредных потомствах I3 свёклы столовой в зависимости от срока уборки штеклингов:

ms – полностью стерильные растения; ч/ms – частично-стерильные растения

Таблица 1. Характеристика инбредных потомств I3 свёклы столовой по скороспелости и степени проявления признака ЦМС при разных сроках уборки штеклингов

№ инбредного потомства	Группа спелости	Срок уборки	Доля от общего числа штеклингов в образце, %	Распределение семенных растений по степени стерильности
				стерильные	частично-стерильные	фертильные
		I	57	88	13	0
274-1-2-3	раннеспелый	II	21	33	67	0
		III	21	100	0	0
		I	0	-	-	-
274-2-3-15	среднеспелый	II	100	0	33	67
		III	0	-	-	-
		I	20	0	100	0
274-5-5-2	среднеспелый	II	60	0	0	100
		III	20	0	0	100

274-5-6-1           позднеспелый                 II                      0                      -                       -                       -

III                       100                       0                        0                       100

является определяющим признаком скороспелости форм. По всей совокупности полученных штеклингов коэффициент корреляции между диаметром головки и массой штеклинга составил r=0,74, а в пределах индивидуальных потомств изменялся от 0,69 до 0,83. В целом масса штеклинга имела высокую вариабельность и изменялась при всех сроках уборки в пределах от 9 г до 110 г. Наибольшая средняя масса отмечена в первом сроке – 40 г, при этом половина полученных штеклингов имели массу более 50 г. Во втором и третьем сроках уборки она составляла 21 и 25 г соответственно, но большинство штеклингов (около 90%) относились к более мелким фракциям (до 50 г).

Анализ перспективных инбредных потомств сортопопуляции Нежность – источников ЦМС, потенциальных закрепителей стерильности и потомств, представляющих интерес как опылители с учетом комплекса хозяйственно ценных признаков корнеплодов, показал, что наибольшее число семенных растений с признаком ЦМС отмечено в группе штеклингов I срока уборки (около 70% от числа семенных растений в этой группе). При этом большинство выделенных биотипов характеризовались 100%-ой мужской стерильностью, доля которых составила 44% от общего числа (64% от числа ЦМС-растений). В группе штеклингов II срока уборки, преобладали фертильные семенные растения (более 65%), а в группе ЦМС-растений – ч/ms-формы (рис. 1).

В группе семенных растений III срока Дms составила 50%, с преобладанием ms-форм

(67% от числа ЦМС-растений). Однако, как показал анализ в рамках отдельных инбред-ных потомств, высокая доля ms-форм при этом сроке уборки обусловлена наличием штеклингов инбредного потомства №274-12-3 (источник ЦМС), которое в целом отнесено к группе раннеспелых потомств, поскольку доля штеклингов I срока уборки в структуре его популяции составила более 50% (табл. 1). Это потомство характеризовалось полным отсутствием mf-растений и самым высоким процентом полностью стерильных растений (78% от общего числа). В пределах среднеспелых инбредных потомств №274-2-3-15 и № 274-5-5-2, ms-растения присутствовали в группах штеклингов I и II сроков уборки. У позднеспелых инбредных потомств, как видно на примере №274-5-6-1, все полученные семенные растения были фертильными (табл. 1).

В связи с высокой вариабельностью массы штеклингов (Cv > 50%) во всех сроках уборки, проводили анализ взаимосвязи данного признака со степенью проявления мужской стерильности семенных растений. Тесной взаимосвязи не выявлено (r=0,4), но показано, что средняя масса штеклингов полностью стерильных и частично-стерильных растений почти одинакова (26 и 25 г соответственно), тогда как средняя масса штеклингов mf-растений существенно ниже и составляла 17 г. При этом важно отметить, что наибольший разброс по массе штеклин-гов отмечен в группе ms-форм – от 12 до 43 г, а фертильные биотипы характеризовались низкой вариабельностью данного признака – от 13 до 25 г (рис. 2А). Аналогичная закономерность выявлена в группах штеклингов разных сроков уборки. Наибольшую среднюю массу штеклингов имели растения с признаком ЦМС, независимо от срока уборки (рис. 2 Б).

При этом, большинство штеклингов первого срока уборки, относящихся к средней и крупной фракции, в дальнейшем характеризовались как полностью стерильные биотипы. Во II и III сроках уборки штеклинги ms-растений относились к средней фракции. Штеклинги фертильных форм, напротив, в большинстве относились к мелкой фракции, кроме штеклингов второго срока уборки, где фертильные биотипы присутствовали и в средней фракции (рис.3).

Во втором опыте, при одновременной уборке штеклингов (табл.2), анализ семенных растений показал сходные закономерности: во всех инбредных потомствах полностью стерильные биотипы характеризовались в среднем большей массой (от 33 до 73 г), по сравнению с фертильными (от 9 до 30 г). То есть, не зависимо от срока уборки и условий выращивания, вероятность отбора ценных ms-форм выше в группе скороспелых растений с большей массой штеклинга. Для создания перспективных mf-линий с высокой закрепляющей способностью, наоборот, целесообразно вести отбор штеклингов более мелкой фракции среди среднеспелых и позднеспелых инбредных потомств.

Диаметр головки в данном случае изменялся в более широких пределах, чем при разных сроках уборки (от 7 до 47 мм).

Рис. 2 Средняя масса штеклингов, различных по стерильности семенных растений: А – вся совокупность; Б – в зависимости от сроков уборки

Рис.3. Распределение штеклингов с различным проявлением ЦМС по фракциям в раз-

Большим размером головки (в среднем 28 мм) характеризовались штеклинги потомства 274-1-2-3, которое является источником ценных ms-форм. Наименьшие показатели по данному признаку (в среднем 17 мм) имели штеклин-ги инбредного потомства 274-5-5-2, в котором были выделены перспективные mf-формы с высокой закрепляющей способностью.

ных сроках уборки

• <20 г – мелкая фракция

21-40 – средняя фракция

• >41 г – крупная фракция

Заключение

Использование культуры штеклингов при создании исходного материала для селекции на гетерозис свёклы столовой дает возможность получать растения с различной степенью мужской стерильности за один год. Одним из критериев косвенного отбора ms-форм в инбредных потомствах может являться скороспелость растений (штеклингов), которая определяет их большую массу к моменту уборки. Для поиска перспективных mf-форм целесообразно проводить отбор среди штеклингов средней и мелкой фракции. Срок уборки штеклингов определяется размером головки. Для инбред-ных потомств сортопопуляций с цилиндрической формой корнеплода – это диаметр головки не менее 15мм у 80% растений. В результате использования данного подхода, получен перспективный линейный материал свеклы столовой для селекции на гетерозис на основе ЦМС.

Таблица 2. Масса штеклингов в группах семенных растений I4-5 с различной степенью проявления признака ЦМС (при единовременной уборке штеклингов)

Масса штеклинга, г

Селекционный номер	Инбредное поколение	ms – растения		ч/ms – растения		mf – растения
		-x	min-max	-x	min-max	-x	min-max
	I4	33	23-53	14	12-31	-	-
274-1-2-3	I5	50	50-110	47	10-100	-	-
	I4	-	-	38	25-50	19	11-27
274-2-3-15	I5	73	30-150	65	15-120	30	20-40
	I4	-	-	-	-	12	10-14
274-5-6-1	I5	37	10-80	25	-	25	-
	I4	-	-	41	-	9	8-10
274-5-5-2	I5	-	-	21	6-20	15	5-20