Характеристика крупноплодной популяции имидазолиноноустойчивого подсолнечника

Введение. Создание крупноплодных сортов подсолнечника кондитерского назначения, включая употребление семян в жареном виде, относится к актуальным селекционным направлениям.

В России при выращивании товарных семян этой культуры широко используется производственная система Cleаrfield (BASF), включающая в себя послевсхо-довую обработку растений гербицидоустойчивых гибридов высокоэффективными ALS-ингибиторами системного действия из группы имидазолинонов (Ев-ро-Лайтнинг). Однако использование этой технологии в производстве крупноплодного подсолнечника кондитерского направления в нашей стране невозможно из-за отсутствия гербицидоустойчивых сортов и гибридов межеумочного типа, отвечающих требованиям отечественной перерабатывающей промышленности.

Генетическим фундаментом производственной системы Cleаrfield является обнаружение гена устойчивости к имида-золинонам ( Imr ) в природной дикорастущей популяции, с последующей передачей его путем скрещиваний культурному подсолнечнику [1; 2]. Первые отечественные масличные гибриды подсолнечника Имидж и Арими, созданные во ВНИИМК и обладающие наследственной толерантностью к имидазолинонам, внесены в Госреестр селекционных достижений в 2014 г. [3].

Главная задача данной работы состояла в совмещении в одном генофонде сортовой популяции подсолнечника признаков крупноплодности межеумочного типа и устойчивости к имидазолинонам для выращивания по производственной системе Clearfield.

Материалы и методы. Исследования проводили в 2014–2017 гг. на центральной экспериментальной базе ВНИИМК, г. Краснодар. Использовали селекционную линию закрепитель стерильности ВК1-ими в качестве донора полудоми-нантного гена имидазолиноноустойчиво-сти Imr , а также крупноплодные сорта-популяции подсолнечника селекции ВНИИМК Орешек (раннеспелый) и Джинн (среднеспелый). Проводили ручной посев на селекционном питомнике при расстановке растений 70 × 30 см. Для получения мужски стерильных форм использовали аквакастрацию, проводя ежедневный смыв пыльцы обоеполых трубчатых цветков очередного круга цветения корзинки водой, с последующим нанесением пыльцы отцовской формы.

Количественную оценку степени повреждения растений гербицидом Евро-Лайтнинг (1 л/га) в ходе селекционной работы выполняли по 9-балльной шкале фитотоксичности через 7–10 дней после обработки отдельных растений с применением ранцевого опрыскивателя. Использовали следующую шкалу баллов: 0 – симптомы повреждения отсутствуют; 1, 2 и 3 – увеличение степени хлороза листьев и снижение высоты растения; 4, 5 и 6 – нарастание морфологических аномалий гофрированности листа; 7, 8 и 9 – нарастание некроза листьев до гибели растения [4; 5].

В случае выращивания растений в осенне-зимний период в камере фитотрона использовали фотопериод 16/8 ч день/ночь, светильники Фотос.4 с лампами ДРИ-2000-6, обеспечивающие освещенность 25 килолюкс. Доза Евро-Лайтнинга при обработке растений в условиях фитотрона составила 0,5 х (0,5 л/га).

Масличность семянок оценивали физическим методом с помощью ЯМР-анализатора АМВ-1006М. Лузжистость семянок определяли путём лущения навески в 5 г без предварительного запари- вания материала в кипятке, дальнейшего взвешивания лузги в двух повторностях с последующим расчётом среднего значения.

При статистической обработке данных руководствовались техникой построения вариационных рядов в изложении Г.Ф. Лакина [6], а также использовали пакет для статистической обработки данных программы Microsoft Excel 2010.

Результаты и обсуждение. Летом 2014 г. в полевых условиях проведено скрещивание пяти растений линии ВК1-ими ( Imr Imr ) в качестве материнской формы со смесью пыльцы 30 корзинок крупноплодного сорта Орешек ( imr imr ). Полученные гибридные семена F 1 посеяны в камере фитотрона, от которых восемь растений опылены смесью пыльцы с 32 корзинок крупноплодного сорта Орешек, сформировав семена поколения ВС 1 (табл. 1).

В полевых условиях 2015 г. растения ВС 1 обработаны гербицидом Евро-Лайтнинг, а выжившие гетерозиготы Imr imr опылены пыльцой с 50 корзинок крупноплодного сорта Джинн, продуцируя семена ВС 2 . В условиях камеры фитотрона 2015–2016 гг. проведено переопыление выживших после обработки гербицидом 28 гетерозиготных растений ВС 2 .

Таблица 1

Этапы селекционной работы по введению гена гербицидоустойчивости Imr в генофонд сортов крупноплодного подсолнечника, 2014–2017 гг.

Год	Условия	Этап работы	Полученные семена
2014	Поле	ВК1-ими × Орешек	F 1
2014– 2015	Фитотрон	F 1 × Орешек	BC 1
2015	Поле	BC 1 × Джинн	BC 2
2015– 2016	Фитотрон	Переопыление устойчивых BC 2	F 4
2016	Поле	Самоопыление устойчивых F 4	F 5 (I 1 F 4 )
2017	Поле	Переопыление устойчивых F 5	F 6

В 2016 г. в полевых условиях 911 растений F4 обработаны гербицидом Евро-Лайтнинг, при этом наблюдали фенотипическое варьирование по всем баллам фитотоксичности от 1 до 9, что отражало генотипическое расщепление по гену Imr (табл. 2). Полностью погибшие 9-балльные растения остановились в росте сразу после обработки на высоте 8,3 см. Лучшие по морфотипу 50 растений с баллами фитотоксичности от 1 до 3 были изолированы и самоопылены, дав семена следующего поколения F5 (I1F4). Для дальнейшей работы были отобраны 33 самоопыленные корзинки с семенами массой 1000 шт. не менее 80 г (крупно-плодность), числом семян не менее 100 шт./корзинку (автофертильность) и овально-удлиненной формы.

Таблица 2

Оценка расщепляющейся популяции F 4 по шкале фитотоксичности для ALS-ингибирующих гербицидов, поле 2016 г.

Балл фитотоксичности	Количество растений, шт.	Высота растения, см
1	31	31,4 ± 0,8
2	2	33,5 ± 8,5
3	22	30,3 ± 2,1
4	73	30,6 ± 0,8
5	59	27,0 ± 0,7
6	57	24,2 ± 0,8
7	157	17,2 ± 0,3
8	339	13,3 ± 0,2
9	171	8,3 ± 0,2
Всего	911	-

В 2017 г. на пространственно изолированном участке 0,2 га на 30-метровых двурядковых делянках посеяны 23 мая (поздний посев для временной изоляции) семена 33 самоопыленных семей (корзинок) F 5 . Шесть семей были элиминированы до цветения по разным причинам: одна показала расщепление по гербици-доустойчивости, одна – по хлорофилльной мутации, одна – по ветвлению и три – из-за плохих всходов. В оставшихся 27 семьях растения по высоте и диаметру корзинки были выровнены, коэффициент вариации не превышал 11 и 15 % соответственно.

Кроме того, на оставшихся делянках, показавших отсутствие расщепления по гербицидоустойчивости, т.е. являющихся гомозиготами по гену Imr, во время и после цветения проведена жесткая выбра- ковка по селекционно ценным признакам: устойчивости к сухой гнили корзинки, оптимальному габитусу растения и вы-ровненности по длине вегетационного периода. В результате получены семена F6 с отдельно убранных 164 корзинок, т.е. 5 % от исходного числа растений на участке, при их свободном переопылении в условиях пространственно-временной изоляции.

В лабораторных условиях из этих 164 корзинок выделены 43 по следующим критериям: число семян > 700 шт., масса 1000 семян > 100 г, длина семян > 12 мм, форма семян овально-удлиненная, мас-личность > 30 % и лузжистость < 46 %.

Средняя между испытуемыми образцами масличность семян составила 38,4 % с размахом варьирования от 30,3 до 46,5 %. Средний показатель лузжистости, в свою очередь, составил 33,3 при минимальном значении 24,0 и максимальном – 46,1 %.

Показатели масличности и лузжисто-сти у исследуемых образцов распределились в вариационных рядах на восемь классов. При этом классы распределения с 3-го по 6-й оказались с большим количеством частот. Их диапазон масличности составил от 34,0 до 43,9 % (рис. 1).

По оценке лузжистости наиболее частотным (в 16-ти случаях из 43-х) оказался 4-й класс, интервал которого был рассчитан как 32,5–35,8 % (рис. 2).

деления

Рисунок 2 – Гистограмма распределения частот по лузжистости семянок корзинок подсолнечника:

1-й класс – лузжистость 22,3–25,6 %;

2-й класс – 25,7–29,0 %; 3-й класс – 29,1–32,4 %; 4-й класс – 32,5–35,8 %; 5-й класс – 35,9–39,2 %; 6-й класс – 39,3–42,6 %; 7-й класс – 42,7–46,0 %;

8-й класс – 46,1–49,5 %

Рисунок 1 – Гистограмма распределения частот по масличности семянок корзинок подсолнечника, гомозиготных по гербицидоустойчивости:

1-й класс – масличность 29,0–31,4 %;

2-й класс – 31,5–33,9 %; 3-й класс – 34,0–36,4 %; 4-й класс – 36,5–38,9 %; 5-й класс – 39,0–41,4 %; 6-й класс – 41,5–43,9 %; 7-й класс – 44,0–46,4 %;

8-й класс – 46,5–49,0 %

На основе вышеуказанных данных семена 32 элитных корзинок с оптимальными для кондитерского подсолнечника показателями масличности и лузжистости были отобраны для посева и дальнейшего размножения на изолированном участке.

Выводы. Использование методов гибридизации, возвратных скрещиваний, самоопыления и группового переопыления позволило создать за четыре года и шесть поколений гомозиготную по гену имида-золиноноустойчивости Imr исходную популяцию крупноплодного подсолнечника для селекции кондитерских сортов межеумочного типа, пригодных для производственной системы Clearfield.