Гаметоцидный эффект имидазолинонов у гербицидоустойчивого подсолнечника

В селекционной практике часто возникает необходимость передачи полезных генов от донора, обладающего селекционно-ценным признаком, к элитным линиям. Для этого используют систему возвратных (насыщающих) скрещиваний, в которой на каждом поколении беккроссов следует отбирать гетерозиготные растения и скрещивать их с рекуррентным родителем [1].

При этом для надежной гибридизации растений требуется предварительное получение материнских, т.е. мужски стерильных, но женски фертильных организмов, дающих гибридные семена при опылении пыльцой другого растения и не обладающих автофертильностью.

Одно из первых описаний надёжного способа получения материнских растений на основе ручной кастрации у культурного подсолнечника, являющегося однодомным растением с двуполыми протерандрическими трубчатыми цветками в корзинке, содержится в основополагающей работе Ф.А. Сацыперова [2]. Процедура заключается в том, что пыльники каждого цветка удаляются пинцетом в первый день его цветения с 6 до 8 часов утра с последующим нанесением пыльцы отцовского растения на рыльца пестиков кастрированных цветков.

Возможно также использование метода химической кастрации, согласно которому растения индивидуально опрыскивают водным раствором гиббереллина в фазе розетки, т.е. во время закладки генеративных органов корзинки при 6-8 парах листьев [3]. Полученные результаты в поиске эффективных гаметоцидов, однако указывают на сложность создания материнских растений с полной мужской стерильностью при отсутствии снижения женской фертильности обработанных растений [4].

В последние годы в селекции подсолнечника был достигнут существенный прогресс в создании имидазолиноно-устойчивых растений. В частности, от дикорастущего вида культурному подсолнечнику передан полудоминантный ген устойчивости Imr [5]. Проведённые нами исследования также подтвердили неполное доминирование этого гена [6], которое вызывает снижение жизнеспособности гетерозиготных растений после обработки однократной дозой гербицида, особенно при выращивании в условиях камер фитотрона [7].

Цель работы заключалась в усовершенствовании метода насыщающих скрещиваний в части получения мужски стерильных растений при создании ими-дазолиноноустойчивых аналогов селекционных линий подсолнечника.

Материал и методы . Опыты проводили в 2010-2011 гг. на центральной экспериментальной базе ВНИИМК, г. Краснодар.

В 2010 г. использовали гетерозиготные растения F 1 по гену имидазолиноноустой-чивости CLHA-Plus (BASF) от скрещиваний: ВК678 × BTI-M1, BTI-M1 × ВК680, BTI-M1 × ВА93, ВК508 × BTI-R1 и BTI-R1 × ВА325. В 2011 г. использовали гетерозиготные растения F 1 по гену имидазолино-ноустойчивости Imr от скрещиваний: ВА93 × imi-R17 и ВА93 × imi-R22.

Обработка растений гербицидом Евро-Лайтнинг проводилась с помощью ранцевого опрыскивателя в дозировке 1х (3 мл/л, 1 л/га, д.в. имазапир 15 г/л + имазамокс 33 г/л) на стадии развития 3-4 пар настоящих листьев (1-й срок), 5-6 пар (2-й срок) и 1012 пар или бутонизации (3-й срок).

Результаты и обсуждение. Растения F 1 всех пяти скрещиваний ВК678 × BTI-M1, BTI-M1 × ВК680, BTI-M1 × ВА93, ВК508 × BTI-R1 и BTI-R1 × ВА325 показали неполное доминирование признака гербицидоустойчивости после обработки Евро-Лайтнингом в фазе бутонизации. Это выразилось прежде всего в уменьшении высоты растений, в среднем на 52 см (рис. 1). Кроме того, во время цветения было обнаружено отсутствие или резкое снижение количества пыльцы в корзинках.

Измерение линейных размеров трубчатых цветков и их элементов позволило установить, наряду с редукцией пыльцы, достоверное снижение длины венчика, тычиночных нитей, пыльниковой трубки и околоплодника (табл. 1). Наиболее существенно уменьшилась длина тычиночных нитей с 4,0 до 1,4 мм, т.е. в 3 раза.

Рисунок 1 – Высота гетерозиготных по гену CLHA-Plus растений подсолнечника после обработки Евро-Лайтнингом в фазе бутонизации:

1 – ВК678×BTI-M1; 2 – BTI-M1×ВК680;

3 – BTI-M1×ВА93; 4 – ВК508×BTI-R1;

5 – BTI-R1×ВА325

Таблица 1

Линейные размеры трубчатых цветков раcтений F 1 (ВК508×BTI-R1) после обработки Евро-Лайтнингом в фазе бутонизации

ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.

Длина, мм	Гербицид		Δ	НСР 05
	контроль	обработка
Цветок	21,7	14,4	7,3*	0,24
Околоплодник	8,5	5,5	3,0*	0,54
Венчик	7,9	6,1	1,8*	0,10
Тычиночные нити	4,0	1,4	2,6*	0,18
Пыльник	5,0	3,7	1,3*	0,16

Примечание: Δ – разность между показателями в контроле и опыте; * – различия достоверны, р˂0,05

Аналогичная закономерность наблюдалась в 2011 г. при изучении гетерозиготных растений F 1 по гену Imr в скрещиваниях ВА93 × imi-R17 и ВА93 × imi-R22 (рис. 2). При этом обработка Ев-ро-Лайтнингом гомозиготных растений линии imi-R17 во все три срока, а также гетерозигот в 1-й и 2-й сроки не вызывала нарушений в цветении корзинок.

Обработка гетерозиготных растений в фазе 3-4 и 5-6 пар листьев (1-й и 2-й сроки) несколько снизила завязываемость семян при свободном цветении, т.е. при неограниченном доступе чужой пыльцы и насекомых-опылителей, что, возможно, указывает на частичную женскую стерильность. С другой стороны, обработка Евро-Лайтнингом в фазе бутонизации (3-й срок) не только привела к отсутствию пыльцы, но и к снижению в 6 раз фертильности корзинок при их свободном цветении (табл. 2). Столь резкое уменьшение числа завязавшихся гибридных семянок может объясняться как снижением женской фертильности, так и потенциально репеллентным действием гербицида.

Рисунок 2 – Второй день цветения корзинок F 1 (ВА93 × imi-R22) после обработки растений Евро-Лайтнингом в фазе бутонизации: слева – контроль, справа – обработка

Таблица 2

Гаметоцидный эффект Евро-Лайтнинга (1х) после обработки растений F 1 в фазе бутонизации

ВНИИМК, Краснодар, 2011 г.

Фаза онтогенеза	Наличие пыльцы	Число семян с одной корзинки, шт.
		свободное цветение	само-опы-ле-ние	X ЛГ26
К (без обработки)	++	1592	30	-
3-4 пара листьев	++	1002	28	237
5-6 пара листьев	+	1258	9	26
Бутонизация	-	250	0	108
НСР 05		228	12	85

Важно, что обработка в фазе бутонизации не даёт возможности образовываться семенам при самоопылении под индивидуальными изоляторами, но позволяет получать гибридные семена при скрещивании, например с линией ЛГ26, в удовлетворительном для селекционно-гене- тической работы количестве – около 100 штук.

Заключение. Гомозиготные по генам имидазолиноноустойчивости CLHA-Plus или Imr растения не проявляют признаков угнетения роста или развития при обработке Евро-Лайтнингом в различные фазы онтогенеза в рекомендуемой однократной дозе (3 мл/л, что соответствует 1 л/га). Отсутствие доминантных аллелей любого из этих генов приводит во всех сроках обработки к гибели растений. Гетерозиготные генотипы по обоим генам показывают неполное доминирование устойчивости, т.е. растения выживают, но проявляют частичное снижение ряда биологических признаков.

Обработка гетерозиготных растений имидазолинонами в фазе закладки генеративных органов во время бутонизации (фаза звёздочки) позволяет получать мужски стерильные особи, которые могут быть использованы в качестве материнской формы при гибридизации. В данном случае гербицид проявляет гаметоцидную активность.