Изучение гибридных комбинаций кондитерского подсолнечника, полученных на основе оценок ОКС, методом диаллельного анализа и топкросса

Введение . Подсолнечник ( Helianthus annuus L.) – основная масличная культура нашей страны. На его долю приходится большая часть производимых и потребляемых в Российской Федерации растительных масел. Одним из перспективных направлений селекции подсолнечника в настоящее время является создание кондитерских сортов и гибридов подсолнечника. Семянки таких сортообразцов должны соответствовать следующим требованиям: масса 1000 штук не менее 80 г, хорошая обрушиваемость, высокий выход чистого ядра [1; 11].

Сорта-популяции кондитерского назначения селекции ВНИИМК (СПК, Лакомка и Орешек) занимают существенные площади в РФ: в 2012 г. 500 тыс. га, в 2013 г. – 700 тыс. га, в 2014 г. – около 1 млн га [15]. С 1999 г. в ФГБНУ ВНИИМК развернута селекционная программа по созданию гибридов подсолнечника кондитерского направления [12]. По мнению некоторых ученых, именно отбор на увеличение размера семянки сыграл основную роль в эволюции подсолнечника как культурного растения [17]. Селекция в этом направлении продолжается и в наше время, но уже в большей мере при созда- нии кондитерских и грызовых сортооб-разцов подсолнечника [1].

Традиционно по строению семянки подсолнечник делят на три группы: грызовой, масличный и межеумок [2]. Кондитерский подсолнечник в РФ, как правило, имеет межеумочный тип семянок, тогда как в других странах потребления кондитерского подсолнечника (Северная Африка, Ближний Восток и Китай) предпочтение отдается классическим грызовым формам [6; 12; 22; 23]. Для межеумка характерен средний размер семянки, промежуточный между грызовыми и масличными формами. По отношению к семянкам масличного типа для межеумка характерен больший размер ядра и массы 1000 семянок. Менее прочная и грубая лузга по сравнению с грызовыми формами, хорошо выраженная воздушная полость, пониженный показатель лузжистости по отношению к грызовому типу положительно влияет на процесс обрушивания семянок [10].

Необходимой предпосылкой для получения в перспективе высокоурожайных гибридов подсолнечника кондитерского типа является подбор родительских пар с высокой общей и специфической комбинационной способностью [9; 17]. Общая комбинационная способность (ОКС) – комбинационная способность самоопы-ленных линий или сортов, определяемая средней величиной гетерозиса во всех исследованных гибридных комбинациях с участием этих форм. ОКС оценивается на основе полных или неполных диаллель-ных скрещиваний, методов топкросса, поликросса или свободного опыления [7; 13]. То есть определение общей комбинационной способности является важной составной частью работы, помогающей выявить перспективные линии, которые могут дать высокоурожайные гибриды.

Целью нашей работы являлась оценка эффективности подбора родительских форм гибридов подсолнечника на основе определения ОКС и методом диаллельно-го анализа.

Материал и методы . Полевые опыты проводили на центральной экспериментальной базе (ЦЭБ) Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур им. В.С. Пустовойта (ВНИИМК) в 2009–2014 гг.

Исходным материалом для исследований служили линии (материнские – ВК-905 и ВД-354; отцовские – К-1, К-4, К-5) и гибриды подсолнечника селекции ВНИИМК, в качестве стандарта использовали сорт-популяцию Лакомка. Предшествующей подсолнечнику культурой в севообороте во все годы исследований была озимая пшеница, азотно-фосфорные удобрения вносились под предшественник. После уборки пшеницы проводили дисковое лущение на глубину 8–10 см, затем осуществляли осеннюю вспашку на глубину 25–27 см. Весной под предпосевную культивацию вносили гербицид. Посев семянок проводили селекционной кассетной сеялкой. В течение вегетации выполнили две междурядные культивации и ручную прополку посевов.

При испытании новых комбинаций гибридов подсолнечника применяли рен-домизированное размещение вариантов. Общая площадь делянки 25,2 м 2 , учетная – 12,6 м 2 , повторность опыта трехкратная. В течение вегетации проводили фенологические наблюдения и биометрические измерения. После уборки учитывали урожайность и осуществляли анализ семян на лузжистость, массу 1000 семянок и обрушиваемость [12; 14]. Масличность семянок определяли на ЯМР-анализаторе в отделе физических методов ВНИИМК. Для анализа полученных данных наследования признака масса 1000 семянок использовали метод диаллельного анализа [21].

Результаты и обсуждение . Для выявления перспективных кондитерских гибридов подсолнечника по признаку масса 1000 семянок провели скрещивания выделенных линий по схеме диаллельного анализа (табл. 1–4).

Таблица 1

Результаты диаллельного анализа линий и гибридов по признаку масса 1000 семянок подсолнечника г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2009 г.

Линия	m	m	ы	Ч ^		>	S	1 >	> 1
ВК-905	75,0	75,6	107,5	1 0 0,4	92,1	212,78	104,91	317 , 68	-107,87
ВД-354	75,6	68,5	72,5	74,3	8 8,4	56,30	-15,91	40 , 40	-72,21
К-1	107,5	72,5	95,2	9 9,2	103,2	186,52	27,03	213 , 55	-159,49
К-4	1 0 0,4	74,3	99,2	73,2	96,3	1 8 8,13	76,41	264 , 54	-111,72
К-5	92,1	8 8,4	103,2	96,3	71,3	142,56	83,19	225 , 75	-59,37

Для изучения признака масса 1000 семянок подсолнечника нами были использованы следующие параметры:

• •    Wr + Vr – при аддитивности внутри локуса и отсутствии эпистаза Wr и Vr константны. Стабильность параметра Wr + Vr является мерой преобладания аддитивной дисперсии.

• •    Wr – Vr – константность этой разности говорит о том, что генетика признака в наборе изучаемого селекционного материала соответствует аддитивно - доми нантной модели Хеймана. Это будет означать, что в изучаемой популяции нет эпистаза, но может быть обнаружено доминирование и сверхдоминирование.

• •    r [(Wr + Vr)i; xi] – характеризует корреляцию между средними значениями родителей и суммой Wr + Vr.

У материнских линий ВД-354 и ВК - 905 масса 1000 семянок в опыте составила 68,5 и 75,0 г соответственно. Среди отцовских многокорзиночных линий крупными семенами выделилась линия К -1 (95,2 г). Максимальная масса 1000 семянок в опыте была получена в комбинации ВК-905 × К-1 (107,5 г).

Анализ полученных данных показал, что линия регрессии на графике (рис. 1) отклоняется от угла 45о вниз, это указывает на комплементарный эпистаз – отбор на увеличение признака будет эффективен в течение длительного времени. О наличии эпистаза свидетельствует явное отклонение от константы суммы Vr + Wr по строкам таблицы (табл. 1). Линия регрессии проходит ниже начала координат, что свидетельствует о наличии сверхдоминирования.

Корреляция между средними значениями родителей и суммой Wr + Vr высокая, что говорит о направленности доминирования.

Положение точек родительских линий относительно параболы показывает, что наибольшая концентрация доминантных генов, влияющих на признак масса 1 00 0 семянок, отмечена у линии ВД-354, а рецессивных – у линии ВК-905. В то же время ограничивающая парабола проходит достаточно далеко от точки линии ВК - 905, и дальнейший отбор в направлении увеличения признака будет эффективным.

Рисунок 1 – Анализ графических данных признака масса 1000 семянок подсолнеч- ника методом Хеймана (г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2009 г.)

В 2010 г. были получены аналогичные данные (табл. 2).

Таблица 2

Результаты диаллельного анализа линий и гибридов по признаку масса 1000 семянок подсолнечника г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2010 г.

Линия	m	m	ы			>	S	+ >	>
ВК -905	76 ,5	75,6	104,7	1 12,0	90,7	268,03	57, 1 1	325,15	-210,92
ВД -354	75 ,6	63,2	98,0	9 9,0	78,7	236,56	83,60	320,16	-152,96
К -1	104 ,7	98,0	85,3	93,2	103,2	62,50	-34,19	28,31	-9 6 ,68
К -4	112 ,0	99,0	93,2	71,1	78,3	2 66 ,69	23,97	290,66	-242,71
К -5	90 ,7	78,7	103,2	78,3	70,2	1 6 6,08	90,18	256,26	-75,89

Минимальная масса 1000 семянок в 2010 г. была у ветвистых линий кондитерского подсолнечника К-4 и К - 5 (71,1 и 70,2 г соответственно), у линии ВД -354 этот показатель оказался несколько выше (63,2 г), а максимальной массой 1000 семянок в опыте отмечена комбинация ВК-905 х К-4 (112,0 г).

Как и в 2009 г., линия регрессии на графике (рис. 2) отклоняется от угла 45о вниз, причем еще в большей степени, и также проходит ниже начала координат.

Рисунок 2 - График Хеймана для признака масса 1000 семянок у линий подсолнечника (г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2010 г.)

Для подтверждения полученных данных опыт повторили в 2011 г. Результаты приведены в таблице 3. Минимальные значения признака наблюдались у линий К-4, К-5 и ВД-354, максимальные - у гибридов ВК-905 × К-4, К-1 × К - 5 и ВК - 905 × К-1 (113,0; 101,2 и 101,0 г соответственно).

Таблица 3

Данные по массе 1000 семянок линий и гибридов кондитерского подсолнечника г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2011 г.

Линия	m	m	^			>	5	5 + >	> І
ВК-905	75,3	72,1	101,0	1 13,0	85,0	302,23	4 8 , 67	350 , 89	-253,56
ВД-354	72,1	63,2	85,0	91,0	85,0	128,23	3 8 , 77	167 , 00	-89,46
К-1	101,0	85,0	83,2	91,3	101,2	73,00	- 3 , 58	69 , 42	-76,58
К-4	1 13,0	91,0	91,3	70,1	75,8	278,46	3 4 , 03	312 , 49	-244,44
К-5	85,0	85,0	101,2	75,8	71,2	132,07	5 3 , 51	185 , 58	-78,56

Как и в предыдущие годы, линия регрессии на графике (рис. 3) отклоняется от угла 45о вниз, но в 2011 г. она проходит уже выше начала координат, что говорит о преобладании неполного доминирования при наследовании данного признака в условиях этого года.

Корреляция между средними значениями родителей и суммой Wr + Vr также существенно изменилась и была близкой к нулю (0,05), что говорит о ненаправ-ленности доминирования.

В то же время положение точек родительских линий относительно параболы существенно не изменилось. Таким образом, исходные характеристики линий для дальнейшего селекционного процесса остались прежними.

Рисунок 3 - График Хеймана для признака масса 1000 семянок у линий подсолнечника (г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2011 г.)

Сводные данные основных показателей по признаку масса 1000 семянок за

2009 -2011 гг. приведены в таблице 4.

Таблица 4

Сводные данные по признаку масса 1000 семянок линий и гибридов кондитерского подсолнечника г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2009-2011 гг.

Год	k	r [(Wr + Vr) i ; x i ]	F 1 -P	Общее среднее, %	Среднее по родительским линиям, %
2009	0,61	0,78	14,31	8 8,09	76,64
2010	0,33	0,67	20,08	89,32	73,26
2011	0,11	0,05	17, 4 4	86, 5 5	72,60
Среднее за 3 года	0,35	0,50	17,28	87, 9 9	74,17

В течение всего периода изучения наблюдалось доминирование увеличенного значения признака, масса 1000 семянок гибридов первого поколения в среднем за три года на 17,2 г превышала массу 1000 семянок родительских форм.

В целом можно заключить, что в наследовании признака масса 1000 семянок основную роль играет комплементарный эпистаз, хотя в отдельные годы имеет место эффект сверхдоминирования. Линии ВК-905 и К-4 (ВК-944), занимающие положение на графиках Хеймана, близкое к ограничивающей параболе, являются перспективными для включения в скрещивания с целью создания нового исходного материала для дальнейшей селекции на увеличение признака.

Для оценки вклада родительских форм в урожайность семян гибридной комбинации использовали стандартную для этого методику оценки общей комбинационной способности (ОКС). Для этого в 2009 г. проводили скрещивание двух крупноплодных ЦМС-линий (ВД-354 А и ВК-905 А) с четырьмя линиями-восстановителями фертильности пыльцы (К-1, К-3, К-4 и К-5). ЦМС-линии здесь выступали в качестве тестеров. Полученные гибриды испытали по принятой во ВНИ-ИМК методике.

Анализ полученных результатов позволил рассчитать оценки общей комбинационной способности (ОКС) по урожайности семян. Результаты представлены в таблице 5.

Полученные данные позволяют сделать вывод, что из отцовских форм наилучшей    общей    комбинационной способностью по урожайности обладает линия К-4 (0,40), линия К-3 продемонстрировала средние результаты (0,13), остальные    две    линии    показали отрицательные результаты. Среди тестеров лучшие результаты по оценке ОКС показала линия ВК-905.

Таблица 5 Результаты оценки общей комбинационной способности кондитерских линий и тестеров по урожайности семян г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2009 г.

Линия	Тип использования	Оценка ОКС
К-1	Отцовская (линия-опылитель)	-0,35
К-3	Отцовская (линия-опылитель)	0,13
К-4 (ВК-944)	Отцовская (линия-опылитель)	0,40
К-5	Отцовская (линия-опылитель)	-0,18
ВК-905А	Материнская (тестер)	0,17
ВД-354А	Материнская (тестер)	-0,17

Таким образом, лучший тестер – ЦМС-линия с наиболее высокой ОКС по урожайности семян ВК-905 А и лучшая линия-восстановитель фертильности пыльцы ВК-944 (К-4) рекомендуются для расширенного изучения и вовлечения в скрещивания с лучшими линиями.

В 2014 г. в питомнике предварительного испытания были оценены пять новых гибридных комбинаций, полученных с участием выделенных в предыдущие годы родительских форм: ВК-905 А х ВК-930, ВК-905 А х ВК-508, ВК-934 х ВК-944, ВК-934 х ВК-930, (ВК 905 А х Лакомка 1) х ВК-944; также в испытании участвовал гибрид Катюша, который в 2013 и 2014 гг. проходил государственное испытание [4]. В качестве стандарта использовали сорт-популяцию Лакомка (табл. 6).

Таблица 6

Результаты испытания кондитерских гибридных комбинаций подсолнечника по основным признакам (ВНИИМК, г. Краснодар, 2014 г.)

Гибрид/сорт	Масса 1000 семянок, г	Луз-жис-тость, %	Урожай-ность, т/га	Мас-личность, %	Высота растения, см
Лакомка (стандарт)	89,2	33,1	2,40	42,2	180
ВК-905 А х ВК-930	76,7	29,2	2,43	43,1	165
ВК-905 А х ВК-508	65,3	26,6	3,07	44,2	165
ВК-934 х ВК-944	96,7	29,0	3,23	40,6	170
ВК-934 х ВК-930	81,3	27,3	3,32	41,7	175
(ВК-905 А х Лакомка 1) х ВК-944	99,3	29,9	2,36	40,1	170
Катюша	88,7	30,2	2,75	41,7	160
НСР 05	9,5		0,7	2,16

Ни одна из испытанных гибридных комбинаций не уступила стандарту по урожайности семянок, а две комбинации (ВК-934 х ВК-944 и ВК-934 х ВК-930) его достоверно превзошли. Следует отметить, что линия ВК-934 А является сестринской линией ВК-905 А, поэтому не включена в диаллельные скрещивания ранее. Возникает необходимость в более глубоком ее изучении.

Масса 1000 семянок трех комбинаций из пяти превысила 80 г, т.е. соответствует требованиям к семянкам подсолнечника кондитерского назначения. В двух случаях использование линий масличного подсолнечника с низкими значениями признака (ВК-930 и особенно ВК-508) не позволило преодолеть пороговое значение.

Таким образом, результаты испытаний подтвердили ценность выделенных линий в качестве родительских форм для создания новых гибридов кондитерского подсолнечника. Используемые методы оценки показали трудоемкость диаллель-ного анализа, это дает основание отдавать предпочтение методу топкросса и оценке ОКС на его основе.

Лучшие гибридные комбинации необходимо использовать также для создания нового ценного исходного материала [5]. Кроме того, анализ рынка указывает на необходимость создавать более скороспелые гибриды [3], а также учитывать динамику изменчивости основных патогенов [20] и рас заразихи в регионах возделывания [18; 19].

Выводы . Диаллельный анализ и оценка ОКС по урожайности и массе 1000 семянок позволил выделить линии ВК-905 и ВК-944 (К-4) как наиболее перспективные для создания кондитерских гибридов подсолнечника. Испытания новых гибридных комбинаций кондитерского подсолнечника подтвердили выводы, сформулированные на основе оценок ОКС, методов диаллельного анализа и топкросса.