Использование метода парных скрещиваний в селекции озимой ржи

переопыления . В этом случае известен генотип только материнского растения семьи , а генотип отцовских форм неизвестен , что исключает возможность их браковки . Поэтому более правильно было бы этот вариант отбора определить как наполовину индивидуальный и наполовину массовый . Такая половинчатость в принципе нежелательна , поскольку снижается результативность отбора (2).

Более эффективен в этом отношении семейный отбор по методу резервов ( половинок ). У ржи его впервые применил В . Лаубе в 1921 г в Германии (3). Как более совершенный вариант семейного отбора он позволяет более направленно управлять процессом опыления и получать улучшенную популяцию . Однако и в этом случае при свободном переопылении родословная отобранных потомств по отцовской линии контролируется лишь частично . Стремление к более полному контролю породило субвариант этого метода с изолированным размножением семей под изоляторами после проведения первого цикла отбора .

В последние годы широкое применение в селекции ржи получил метод , в котором объектом отбора служат не полусибсовые , а полносибсовые ( полносестринские ) семьи ( по нем . Vollgeschwisterfamilien или сокр . VGF). Впервые замену полусибсовых семей на полносибсовые применил Т . Вольский в Польше (1). При создании сорта Даньковске злоте он параллельно с отбором полусибсов применил парные скрещивания предварительно отобранных растений . В основу этого методического совершенства он положил концепцию Зенгбуша (4), предложившего во избежание инбридинга переопылять растения из разных семей . Суть данного метода состоит во взаимном переопылении двух самонесовместимых растений ( т . е . пары ) под пергаментным изолятором и последующем испытании полученного потомства по методу резервов . Схематично процедура такого селекционного процесса показана на рисунок 1.

Го д :

Селекционные питомники :

Объем работ :

1- й

2-й

3- й

4- й

5- й

Улучшенная

Новый цикл парных скрещиваний (~5000 пар)

популяция

Рисунок 1 – Схема селекции озимой ржи с использованием метода резервов и парных скрещиваний

В первый год закладывается питомник парных скрещиваний , где семена селектируемой популяции высеваются ленточным способом по схеме примерно 20 х 20 х 50 см . В период колошения в питомнике проводят парные скрещивания визуально лучших растений . На два растения , принадлежащие к разным семьям , перед цветением надевают пергаментный изолятор , под которым происходит их взаимное переопыление . Переопыляемые растения являются высоко самонесовместимыми , а потому имеют низкую степень самоопыления и высокий процент перекрестного опыления , т . е . образуют гибридные семена , что очень желательно для дальнейшей селекции . Потомство такого гибрида не разделяют в зависимости от того , какое растение было материнским , а какое отцовским . Поэтому семена от растений каждой пары смешивают , и они представляют собой как бы потомство одного растения . 16

Объем парных скрещиваний должен быть большим (~5000 пар ), с тем , чтобы обеспечить интенсивный ( на уровне 10-20%) отбор потомств в последующие годы . Убранные пары обмолачивают каждую в отдельности и отбирают те , у которых образовалось не менее 300 зерен .

На второй год закладывают сравнительное микроиспытание А - семей без повторений , со стандартом через несколько делянок . Для посева используют только часть (100-150) семян изучаемых семей , а оставшиеся сохраняют в резерве . По сути , данный прием представляет собой временную изоляцию полносибсовых потомств , позволяющую исключить худшие семьи от дальнейшего переопыления с лучшими . Для последующего посева используют только те семьи , которые при полевых испытаниях получили высокие оценки .

На третий год в условиях экранной ( стенки типа « шпанвенде ») или более строгой ( тканевой , пленочной ) изоляции высевают резервные семена только тех потомств , которые по результатам сравнительного испытания оказались лучшими . Происходит внутрисемейное переопыление , и полученных семян образуется достаточно для того , чтобы на четвертый год , сохранив резерв семян , можно было провести широкое экологическое испытание семей в 3-4 пунктах в 3- х повторениях с применением сеялочного посева и производственной нормой высева . По результатам экологического испытания отбирают примерно 40 лучших А ¹- семей и , используя резервы , проводят их переопыление . В итоге получают генетически улучшенную популяцию . Параллельно часть резервных семян отобранных семей используют для проведения второго цикла парных скрещиваний .

Основная трудность в реализации вышеприведенной схемы состоит в получении большого числа полносибсовых А - семей и изолированном размножении лучших из них . Однако затраты стоят того , так как селекционер получает возможность полностью контролировать генотип обоих родителей , что повышает эффективность отбора и ускоряет достижение целей селекции . В этом случае потомство двух взаимно переопыленных растений является последним вариантом сохранения нужных признаков , который может использовать селекционер , не прибегая к инбридингу .

Описанная выше процедура представляет собой отбор полных сибсов с применением изолированного размножения потомств . Обычно на практике этого приема селекционеры стараются избегать , чтобы не допустить инбридинга . В этом есть резон , однако есть и свои плюсы , особенно если учесть , что возникший инбридинг можно устранить и довести до нулевого уровня путем переопыления соответствующего количества семей . Выгода же состоит в том , что в случае изолированного размножения генетически ценные свойства материнского и отцовского родителей легко фиксируются и сохраняются , а от нежелательных можно избавиться путем последующей браковки плохих потомств . Естественно , переопыление в пределах семьи приводит к родственному скрещиванию , что неблагоприятно отражается на жизненности и урожайности популяции . Проблема усугубляется , если в селектируемую популяцию объединяется малое количество родоначальных семей . В этом случае возникает дополнительный инбридинг , который еще больше снижает продуктивность популяции . Концепция о необходимости сохранения максимальной гетерозиготности популяций ржи для достижения высокой продуктивности является общепризнанной . H.Nilsson (5), A.Muntzing (6), определили рожь как сильно чувствительную к инбридингу . Из селекционной практики также известно , что при проведении отбора не следует пренебрегать возможной депрессией от возникающего инбридинга в популяциях ржи (7, 8, 9).

Известно , что инбредная депрессия уменьшается , если число родителей возрастает . Однако в этом случае средняя продуктивность популяции возрастает только до определенного предела , затем этот рост прекращается . Объясняется это нивелирующим эффектом возрастающего числа родительских компонентов . Каждая новая родительская форма , добавленная к тем , которые уже отобраны , хотя и уменьшает потери , обусловленные инбредной депрессией , все же мало способствует увеличению продуктивности популяции из - за недостаточно высокого уровня ее комбинационной способности . Подтверждением тому служит тот факт , что с увеличением числа отбираемых семей закономерно снижается селекционный дифференциал , а селектируемая популяция приближается к исходному уровню .

Согласно Басбайсу , (10) инбридинг F в синтетических популяциях обратно пропорционален числу (n) переопыляемых родительских генотипов (F= 1/2n). Однако при использовании полусибсов и полных сибсов функциональная зависимость между F и n несколько видоизменяется , так как в этом случае число родителей определяется не только количеством переопыляемых семей , но и количеством генотипов внутри каждой семьи , коэффициент родства между которыми равен 0,25 в случае полусибсов и 0,50 в случае полных сибсов .

Последнее может вносить существенную поправку в уровень инбридинга популяции , поскольку при размножении семьи под изоляторами ее численность увеличивается . В этом случае вероятность внутрисемейного скрещивания родственных генотипов заметно возрастает , что влечет дополнительный уровень инбридинга .

Сравнительную оценку уровня инбридинга в популяциях ржи , полученных при отборе полусибсовых и полносибсовых потомств , мы произвели на основе уравнений , предложенных нами ранее (11). Полученные результаты представлены в таблице 1, а графически показаны на рисунке 2. Как видно , в обоих вариантах отбора при увеличении числа родоначальных семей уровень инбридинга популяций закономерно снижается , и только при переопылении 35-40 семей и более его величина составляет менее 1%. Особенность состоит в том , что в случае изолированного размножения полносибсовых семей уровень инбридинга синтезируемых популяций при одинаковом числе родительских компонентов в 2,22 раза выше , чем при отборе полусибсовых . Причем , это превышение сохраняется при любом количестве родоначальных семей . Если вместо изолированного размножения семей применить свободное их переопыление , то различие в уровне инбридинга между сравниваемыми вариантами будет ровно 2- кратным , что объясняется 2- кратной разницей в степени родства между полусибсами и полными сибсами . Добавочный инбридинг величиной в 0,22 раза обусловлен тем , что при синтезе улучшенной популяции в переопылении участвовали уже инбредные А ¹- семьи , у которых коэффициент инбридинга составил F=0,25 в результате изолированного размножения .

Таблица 1 – Коэффициент инбридинга (F) в популяциях ржи , полученных от переопыления различного числа полусибсовых и полносибсовых семей

Число переопы ляемых семей (n)	полусибсы		полные сибсы
	свободно переопы ленные	изолиро ванно размножен ные	свободно переопы ленные	изолиро ванно размножен ные
1	0,1250	0,1406	0,2500	0,3125
5	0,0250	0,0281	0,0500	0,0625
10	0,0125	0,0141	0,0250	0,0312
15	0,0083	0,0094	0,0167	0,0208
20	0,0062	0,0070	0,0125	0,0156
25	0,0050	0,0056	0,0100	0,0125
30	0,0042	0,0047	0,0083	0,0104
35	0,0036	0,0040	0,0071	0,0089
40	0,0031	0,0035	0,0062	0,0078
45	0,0028	0,0031	0,0056	0,0069
50	0,0025	0,0028	0,0050	0,0062

Рисунок 2 – Вероятный уровень инбридинга (F) в популяциях ржи при переопылении различного числа полусибсовых и полсибсовых семей

Ранее нами было показано (12), что при возрастании коэффициента инбридинга на 1% урожайность популяций ржи снижается на 1,2%. Если исходить из этой пропорции , то в случае отбора полусибсов в минимуме можно ограничиться переопылением 20 лучших А ¹- потомств , так как вероятный уровень инбридинга составит F=0,70%, а снижение урожайности от инбредной депрессии не превысит 0,84%. В случае парных скрещиваний растений и отбора изолированно 18

размноженных полносибсовых потомств аналогичный уровень инбридинга селектируемая популяция будет иметь при переопылении 40 А ¹- потомств (F=0,78%), т . е . при удвоенном их количестве . Мы полагаем , что это количество родительских компонентов можно считать как минимально допустимое при отборе полносибсовых потомств . Важно отметить , что при синтезе улучшенной популяции резервные семена лучших 40 А ¹- потомств не следует просто смешивать и свободно переопылять . Чтобы избежать дополнительного инбридинга и получить более выровненную популяцию , необходимо разделить отобранные потомства на две равные группы ( например , по четным и нечетным номерам ), затем семена в пределах группы смешать и высеять параллельно рядами для проведения межгрупповых парных скрещиваний .

Таблица 2 – Результаты отбора полусибсовых и полносибсовых А - потомств озимой ржи по методу резервов

Селектируе мые популяции	Год оцен ки	Полусибсовые потомства			Полносибсовые потомства
		о О Я 8 о О О m	о к cd а ю о н о	cd а о н о ^	о О Я S О О О m	о Cd ю о н о	cd о ю о ^
ГК -870/99	2005	472	55	11,6	704	169	24,0
П -12/92	2006	313	67	21,4	552	168	30,4
П -11/92	2007	370	58	15,7	1052	301	28,6
ГК -984/01	2008	332	53	16,0	537	118	22,0
Среднее :				16,2			26,3

Таблица 3 – Селекционная характеристика сорта озимой ржи Московская 12, полученного методом парных скрещиваний (2008)

н Он о О	cd "о н о о cd о Он ^	о >я о о к m	о к о о cd Он cd О m	g ю га г К я у cd 8 2 >>с	К го cd О cd 5	^ cd К Он го cd к	о е^ К К cd К О Ч О К
Валдай стандарт	68,6	95,0	152	4,8	32,5	709	112
Московская 12	72,5	98,4	147	5,5	32,1	708	187
± от стандарта	3,9*	3,4	5	0,7	-0,4	-1	75

* различие достоверно на 5% уровне значимости

В этом случае потомство полученных пар будет неинбредным , что очень важно для синтеза улучшенной популяции . Такой прием позволяет снять инбридинг , обусловленный изолированным размножением полносибсовых семей . Что касается потенциального инбридинга в синтезируемой популяции , то он будет полностью определяться числом полносибсовых потомств , только уже не изолированно размноженных , а свободно переопыленных .

Экспериментальную проверку эффективности отбора потомств от парных скрещиваний мы провели в 2005-2008 гг . На базе 4- х гибридных популяций был проведен отбор полусибсовых и полносибсовых потомств , полевое испытание которых проводилось в селекционном питомнике в один и тот же год ( таблица 2). Основной вывод из этого сравнения сводится к тому , что в количественном отношении отбор полносибсовых семей на 10% превосходит результаты , полученные при отборе полусибсов . О качестве отбираемых потомств можно судить по данным таблицы 3, где приведена селекционная характеристика сорта озимой ржи Московская 12, полученного методом парных скрещиваний . Как видно , при отборе полносибсовых потомств можно улучшить популяцию по урожайности , зимостойкости , короткостебельности , устойчивости к полеганию , а также сформировать хорошо выровненный стеблестой .

Эффективность отбора полносибсовых семей можно повысить , применив метод предварительного клонирования исходных растений , подлежащих взаимному переопылению . Идею использования клонов ржи в селекционных целях впервые высказал Велленсик (13), который продемонстрировал возможность вегетативного размножения растений ржи при весеннем посеве и предложил две схемы селекции ржи с применением этого метода . В дальнейшем он модифицировал метод резервов применительно к вегетативному потомству отобранных растений , определив его как метод вегетативных половинок (14).

В 1980- е годы в Германии метод клонирования получил дальнейшее методическое развитие (15). Суть его в том , что в 1- й год проводят клонирование исходных растений до 20 растений в клоне , затем все части клона случайно комбинируют по 2 от каждого исходного растения и проводят парные переопыления ( с помощью изоляторов или стенок « шпанвенде »). При использовании клонов степень перекрестного опыления достигает 100%, а от одной пары клонов можно получить достаточное количество семян для проведения полевых испытаний потомств в нескольких пунктах . Новый сорт создается примерно на базе 20 лучших потомств путем свободного их переопыления . Метод клонирования сокращает цикл селекции на 1 год , не требует изолированного размножения полносибсовых семей , но требует много ручного труда и дополнительных финансовых затрат . Зато по эффективности его можно приравнять к линейному отбору у самоопыляющихся культур . В последние годы этот комбинированный метод полностью заменил традиционный полусибсовый отбор по причине лучшей генетической дифференциации селектируемых популяций .

Особого внимания заслуживает применение метода парных скрещиваний в первичном семеноводстве сортов. Хотя возделываемый сорт ржи в процессе семеноводства не должен претерпевать существенных изменений, однако полностью избежать этого нельзя из- за перекрестной природы опыления. Поэтому граница между селекцией и семеноводством сорта у озимой ржи должна быть максимально стерта. Возделываемые сорта ржи должны находиться под постоянным контролем селекционеров. Если их оставить без селекционной опеки и не проводить поддерживающей селекции, то многие ценные свойства будут постепенно трансформироваться в худшую сторону. Отбор полносибсовых потомств по методу парных скрещиваний в этой ситуации позволяет эффективно решать многие проблемы сохранения идентичности сорта.