Морфологические особенности и селекционная ценность стерильной линии рапса ярового LHS-1 на основе ЦМС Polima

Научная статья УДК 631.527:633

Введение. Научные достижения в области селекции растений играют важнейшую роль в повышении продуктивности сельскохозяйственного производства. Одной из главных задач современной селекции является создание новых сортов и гибридов ярового рапса (Brassica napus L.), обладающих высокими адаптационными возможностями, стабильной урожайностью и качеством семян. Использование цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) значительно упрощает процесс создания гибридов, повышая их урожайность и качественные показатели [1]. Среди существующих систем ЦМС одной из наиболее эффективных является система Polima, обусловленная митохондриальным химерным геном orf224 [2]. Данный тип стерильности впервые был обнаружен в 1972 г. в популяции рапса ярового Polima, который, согласно данным китайских ученых, является польским сортом ярового рапса [3]. Морфологические изменения цветков системы Polima подобны изменениям соцветий у ЦМС nap, но деформации лепестков не наблюдается, они остаются гладкими, пыльники недоразвитые, лепестки венчика измененные. Характерной особенностью данной системы ЦМС является её нестабильность при высоких температурах. При температуре выше 25 °C формируются фертильные пыльцевые зерна. Стерильность типа Polima проявляется в результате отсутствия развития археспор или задержке их дифференциации, вследствие чего пыльники стерильных растений мелкие, стреловидной формы, белого цвета [4]. Фертильность растений в системе ЦМС Polima восстанавливается одним доминантным геном Rf [5].

В зависимости от чувствительности признака мужской стерильности к температуре выделяют стабильные, высокотемпературные и низкотемпературные линии с ЦМС Polima. Данная система ЦМС является перспективной для получения экспериментальных гибридов рапса ярового, растения которого менее, чем растения озимого рапса, зависят от температурных условий.

Настоящая работа посвящена изучению стерильной линии рапса ярового LHS-1, полученной в лаборатории селекции и семеноводства рапса ЛНИИР на основе системы ЦМС Polima.

Цель исследования состоит в выявлении морфобиологических особенностей, а также оценке селекционной ценности материнской линии LHS-1.

Материалы и методы. Объектом исследования послужила стерильная линия рапса ярового LHS-1, созданная ранее в ФГБНУ «Всероссийском научно-исследовательском институте рапса» и являющаяся стерильным аналогом сорта Ратник. Она относится к температурно-чувствительному типу с частичным восстановлением мужской фертильности при температуре около 30 ºС и выше. В качестве стандарта использовался сорт рапса ярового Ратник, являющийся закрепителем стерильности линии LHS-1.

Исследования проводились в 2023–

2024 гг. в ЛНИИР – филиале ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК на выщелоченном тяжелосуглинистом черноземе в лесостепи ЦЧР России. Содержание гумуса в почве 5,28–7,81 %, pH – 5,1–6,7, сумма поглощённых оснований – 32,0–40,2 мг-экв/100 г почвы.

В опытах применяли технологию возделывания рапса, используемую в ЦЧР [6]. Закладка опыта, наблюдения, учеты, анализы и математическая обработка полученных данных выполнены с использованием общепринятых методик [7–11].

Повторность опыта трехкратная, учётная площадь делянок полевого опыта – 10 м², ширина междурядий – 0,15 м. Норма высева семян линии LHS-1 и сорта-стандарта Ратник – 1,0 млн шт/га. Также проведены исследования продуктивности гибридов рапса ярового, полученных с использованием стерильной линии LHS-1 и линий-восстановителей фертильности ( Rf -линий) гибридов рапса ярового. Посев опыта производился ручным способом в питомнике ЦМС на 93 делянках площадью от 0,15 до 1,5 м². Было высеяно 10 гибридов и контроль – сорт рапса ярового Ратник. Для проведения анализа структуры урожая с каждой учетной делянки отбирали по 10 типичных растений.

По данным метеостанции аэропорт (г. Липецк), среднегодовое количество осадков составляет 490 мм, в том числе за вегетационный период 280 мм. В 2023 г. температурный режим в целом соответствовал среднемноголетним значениям, а основным фактором было избыточное увлажнение: в июле и августе количество осадков превышало норму более чем в два раза, что обусловило высокие значения гидротермического коэффициента (ГТК > 2,0) и риск переувлажнения посевов. В 2024 г., напротив, отмечалось устойчивое повышение температуры в июне – августе (на 2–4 °С выше нормы) при дефиците осадков, особенно в мае и июле. Из-за этого значения ГТК были низкими (< 1,0), что указывает на сложившиеся засушливые условия.

Результаты и обсуждение. Посев экспериментальных участков был проведен 26 мая в 2023 г. и 17 мая в 2024 г. Во время вегетации рапса ярового были выполнены фенологические наблюдения за ростом и развитием стерильной линии LHS-1 и контрольного сорта Ратник. По продолжительности фенологических фаз роста и развития различий с контрольным сортом не обнаружено (табл. 1).

Таблица 1

Продолжительность межфазных периодов рапса ярового, сутки

ЛНИИР – филиал ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК, г. Липецк, 2023–2024 гг.

Table 1

Duration of interstage periods of spring rapeseed, days

Lipetsk Research Institute of Rapeseed – a branch of V.S. Pustovoit All-Russian Research

Institute of Oil Crops, Lipetsk, 2023–2024

Год	Сорт / линия	Посев – всходы	Всходы – бутонизация	Бутонизация – цветение	Цветение – зеленый стручок	Зеленый стручок – желтозеленый стручок	Желто-зеленый стручок – полная спелость
2023	Ратник	11	32	11	24	17	10
2024	Ратник	15	39	18	20	11	7
Среднее за 2023 – 2024 гг.	Ратник	13	35	14	22	14	8
2023	LHS-1	11	32	11	24	17	10
2024	LHS-1	15	39	18	20	11	7
Среднее за 2023 – 2024 гг.	LHS-1	13	35	14	22	14	8

Дружное появление всходов в 2024 г. было затруднено вследствие недостаточного увлажнения почвы и дефицита тепла. В зависимости от условий года интервал времени от посева до формирования полных всходов в 2023–2024 гг. составил 11– 15 суток. Всходы появлялись в течении двух дней. Первый настоящий лист сформировался на 3–4 сутки после появления полных всходов. Через 12–15 суток после наступления данной фазы растения рапса перешли в стадию розетки листьев, которая длилась 6–8 суток. Спустя 7 суток после формирования розетки на растениях отмечалась фаза бутонизации, которая длилась 11–18 суток. Цветение продолжалось в течение 20–24 суток. Далее отмечали фазы формирования зеленого стручка (продолжительностью 11–17 суток) и желто-зеленого стручка (7–10 суток). Общая продолжительность вегетационного периода стерильной линии LHS-1 и контрольного сорта Ратника в условиях лесостепи Центрально-Чернозёмного региона составила 91–92 сутки, что позволяет отнести ее к среднепоздней группе спелости (табл. 1). Таким образом, стерильная линия LHS-1 обладает достаточной адаптивностью к условиям возделывания в ЦЧР РФ и характеризуется дружным ростом и развитием.

Растения стерильной материнской ли- нии LHS-1 по длине стебля относятся к среднерослой группе – средняя высота растения 131,9 см. Высота ветвления стебля в среднем 58 см. Количество ветвей первого порядка – 4 шт., второго – 5 шт. Диаметр стебля у линии LHS-1 составляет в среднем 0,7 см, что обеспечивает его механическую прочность (табл. 2). Устойчивость к полеганию (по 5-балльной шкале) у данной линии 5 баллов.

По средним за два года данным линия LHS-1 характеризовалась морфологическими параметрами, сопоставимым с контрольным сортом Ратник. Линия имела близкие значения высоты растений (131,9 см у LHS-1 и 128,4 см у Ратника), высоты ветвления, диаметра стебля. При оценке морфометрических параметров стручка выявлены некоторые отличия между линией LHS-1 и сортом Ратник. Так, у стерильной линии длина плодоножки составляла 1,85 см, что меньше, чем у контроля (1,95 см). Размер плодоножки может рассматриваться как признак, обеспечивающий более компактное расположение стручков. И хотя он не оказывает существенного влияния на формирование урожая, однако может представлять селекционную ценность как стабильный морфологический параметр. Средняя длина стручка (без носика) у LHS-1 составляла 5,95 см при 6,05 см у контроля.

Таблица 2

Основные морфологические признаки стерильной линии рапса ярового LHS-1

ЛНИИР – филиал ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК, г. Липецк, 2023–2024 гг.

Table 2

Main morphological traits of the spring rapeseed sterile line LHS-1

Lipetsk Research Institute of Rapeseed – a branch of V.S. Pustovoit All-Russian Research

Institute of Oil Crops, Lipetsk, 2023–2024

Год	Сорт / линия	Высота растения, см	Высота ветвления, см	Диаметр стебля, см	Характеристики стручка				Число ветвей на растении, шт.
					длина (без носика), см	длина носика, см	ширина, см	длина плодоножки, см	1-го порядка	2-го порядка
2023	Ратник	140,3	62,9	0,7	6,1	0,9	0,4	1,90	4	6
	LHS-1	143,8	62,5	0,8	6,0	0,9	0,4	1,80	4	7
НСР 05		3,5	4,0	0,05	0,20	0,06	0,02	0,1	0,4	1,2
2024	Ратник	116,5	51,7	0,6	6,0	0,7	0,4	2,00	4	3
	LHS-1	120,0	53,6	0,7	5,9	0,7	0,4	1,90	4	4
НСР 05		4,0	3,6	0,05	0,09	0,04	0,01	0,09	0,4	0,7
Среднее за 2023– 2024 гг.	Ратник	128,4	57,3	0,6	6,05	0,8	0,4	1,95	4	4
	LHS-1	131,9	58,0	0,7	5,95	0,8	0,4	1,85	4	5

В 2023 г. между сортом Ратник и линией LHS-1 выявлены достоверные различия по числу стручков на растении (табл. 3). Линия LHS-1 формировала существенно больше стручков (271 шт.) по сравнению с сортом Ратник (208 шт.). Также у линии LHS-1 число незавязав-шихся стручков (108 шт.) оказалось достоверно выше, чем у сорта Ратник (79 шт.). По массе семян с растения линия LHS-1 (26,0 г) достоверно превосходила сорт Ратник (22,7 г). По коэффициенту завязы-ваемости стручков, массе 1000 семян и числу семян в стручке достоверных различий не выявлено.

В 2024 г. достоверных различий между сортом Ратник и линией LHS-1 по всем изученным элементам структуры урожая не установлено. Масса 1000 семян и коэффициент завязываемости стручков у обоих генотипов были идентичными.

По средним за два года данным линия LHS-1 характеризовалась более высоким потенциалом формирования урожая по сравнению с сортом Ратник. Линия образовывала большее число стручков на рас- тении (208 против 173 шт. у стандарта) и более высокую семенную продуктивность (масса семян с растения составила 20,2 г против 18,4 г у Ратника). При этом коэффициент завязываемости стручков, масса 1000 семян и число семян в стручке у линии LHS-1 находились на уровне контрольного сорта, что свидетельствует об отсутствии депрессии репродуктивных признаков, характерной для стерильных линий.

По урожаю семян линия LHS-1 достоверно превысила сорт Ратник в 2023 г. на 0,29 т/га (на 20,6 %), а в 2024 г. урожайность изучаемой линии была достоверно ниже контроля – на 0,30 т/га (на 24,2 %). В среднем за два года урожайность линии LHS-1 и сорта Ратника находилась на одном уровне и составила 1,32 т/га (табл. 4).

Стерильная линия LHS-1 также характеризуется высоким содержанием жира и белка в семенах, что указывает на улучшенное качество семян. По содержанию жира в семенах (40,9 %) изучаемая стерильная линия на 0,5 % превышает показатели сорта Ратник.

Таблица 3

Характеристика стерильной линии LHS-1 по основным элементам структуры урожая

ЛНИИР – филиал ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК, г. Липецк, 2023–2024 гг.

Table 3

Characteristics of the sterile line LHS-1 by the main elements of the yield structure

Lipetsk Research Institute of Rapeseed – a branch of V.S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops, Lipetsk, 2023–2024

Год	Сорт / линия	Число стручков на растении, шт.		Коэффициент завязываемости стручков, %	Масса семян с растения, г	Масса 1000 семян, г	Число семян в стручке, шт.
		всего	в т.ч. незавязавшиеся
2023	Ратник	208	79	0,60	22,7	3,60	23
	LHS-1	271	108	0,60	26,0	3,60	23
НСР 05		34	16	-	0,3	0,2	2,2
2024	Ратник	139	65	0,50	14,1	3,50	27
	LHS-1	145	72	0,50	14,5	3,50	28
НСР 05		15	8,5	-	0,2	0,1	1,2
Среднее за 2023–2024 гг.	Ратник	173	72	0,55	18,4	3,55	25
	LHS-1	208	90	0,55	20,2	3,55	26

Таблица 4

Урожайность и некоторые хозяйственно ценные признаки стерильной линии рапса ярового LHS-1

ЛНИИР – филиал ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК, г. Липецк, 2023–2024 гг.

Table 4

Yield and other economically important traits of the sterile spring rapeseed line LHS-1

Lipetsk Research Institute of Rapeseed – a branch of V.S. Pustovoit All-Russian Research

Institute of Oil Crops, Lipetsk, 2023–2024

Год	Сорт / линия	Урожайность, т/га	Содержание в семенах
			жира, %	белка, %	глюкозинолатов, мкмоль/г
2023	Ратник	1,41	38,2	24,2	18,3
	LHS-1	1,70	38,7	23,9	20,7
НСР 05		0,20	0,5	0,4	0,8
2024	Ратник	1,24	42,7	24,2	17,4
	LHS-1	0,94	43,1	23,9	17,6
НСР 05		0,25	0,4	0,3	0,6
Средняя за 2023–2024 гг.	Ратник	1,32	40,4	24,2	17,8
	LHS-1	1,32	40,9	23,9	19,1

Стерильная линия LHS-1 также характеризуется высоким содержанием жира и белка в семенах, что указывает на улучшенное качество семян. По содержанию жира в семенах (40,9 %) изучаемая стерильная линия на 0,5 % превышает показатели сорта Ратник.

Содержание глюкозинолатов в семенах стерильной линии LHS-1 составляет в среднем 19,1 мкмоль/г, что на 1,3 мкмоль/г больше, чем у стандарта, но не выходит за рамки допустимого для ярового рапса показателя [12]. Несколько повышенный уро- вень глюкозинолатов в семенах линии LHS-1 свидетельствует о высокой биохимической активности, которая связана с адаптивными механизмами сопротивляемости к патогенам и стрессам окружающей среды [13].

По структуре и содержанию жирных кислот в масле линия LHS-1 не отличается от сорта Ратник. Она обладает сбалансированным жирнокислотным составом масла с оптимальным соотношением моно- и по-линенасыщенных кислот и низким содержанием насыщенных жирных кислот (табл. 5).

Таблица 5

Жирнокислотный состав масла стерильной линии LHS-1 в сравнении с сортом Ратник ЛНИИР – филиал ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК, г. Липецк, 2023–2024 гг.

Table 5

Fatty acid composition of the oil of the sterile line LHS-1 in comparison with the variety Ratnik Lipetsk Research Institute of Rapeseed – a branch of V.S. Pustovoit All-Russian Research

Institute of Oil Crops, Lipetsk, 2023–2024

Год	Сорт / линия	Содержание жирных кислот в масле, % от суммы
		пальмитиновая	олеиновая	линолевая	линоленовая	стеариновая	эруковая
2023	Ратник	3,63	61,05	22,30	10,52	1,80	0,00
	LHS-1	3,50	60,70	22,72	10,41	1,81	0,00
НСР 05		0,10	1,00	0,10	0,32	0,04	-
2024	Ратник	3,72	59,46	19,80	8,40	1,82	0,00
	LHS-1	3,61	60,04	19,70	8,20	1,80	0,00
НСР 05		0,07	0,42	0,11	0,20	0,01	-
Среднее за 2023–2024 гг.	Ратник	3,67	60,25	21,05	9,46	1,81	0,00
	LHS-1	3,55	60,37	21,21	9,30	1,80	0,00

Высокое содержание олеиновой кислоты обеспечивает маслу повышенную устойчивость к окислению и термическую стабильность. Соотношение полиненасы-щенных жирных кислот (линолевой и линоленовой) соответствует современным медицинским требованиям к рациону питания человека, поддерживая баланс между омега-6 и омега-3 кислотами. Отсутствие эруковой кислоты в масле наряду с низким уровнем насыщенных жирных кислот – пальмитиновой (3,5 %) и стеариновой (1,8 %), является важным признаком для внедрения данной линии в селекционный процесс [14].

Для подтверждения селекционной ценности стерильной материнской линии LHS-1 в 2023 г. в условиях Липецкой области был проведен структурный анализ урожая полученных с её участием экспериментальных гибридов рапса ярового (табл. 6). В качестве стандарта использовали сорт рапса ярового Ратник. Статистическую оценку различий проводили методом однофакторного дисперсионного анализа.

Наибольшая масса семян с растения отмечена у гибрида LHS-1 × HYFR-2 – 10,6 г, что более чем в 2,8 раза превышало значение стандарта Ратника – 3,7 г. У гибридов LHS-1 × HWFR-5 и LHS-1 × LHR-1 масса семян с растения составляла 7,6 и 5,9 г соответственно.

Масса 1000 семян у гибридов находилась в пределах 3,35–3,98 г и в наибольшей степени превышала контроль у гибрида LHS-1 × HYFR-2, тогда как у остальных комбинаций различия со стандартом были менее выражены. Число семян в стручке у гибридов достигало 27,0–30,0 шт. по сравнению с 23 шт. у сорта Ратник.

По совокупности элементов структуры урожая наибольший интерес представляет гибрид LHS-1 × HYFR-2(S2), характеризующийся максимальной массой семян с растения, массой 1000 семян и высоким общим числом стручков на растении по сравнению с контрольным сортом Ратником.

Заключение. В 2023–2024 гг. была всесторонне изучена созданная на основе ЦМС Polima стерильная материнская линия ярового рапса LHS-1. Проведенные исследования показали, что по продолжительности вегетационного и межфазных периодов, по основным морфологическим признакам, а также по качеству семян эта стерильная линия достоверно не отличается от контроля (сорт Ратник), но превосходит его по урожайности. Показано, что линия LHS-1 обладает высокой селекционной ценностью как материнская форма. На её основе получены гибриды, превосходящие контрольный сорт Ратник по основным элементам структуры урожая. Линия LHS-1 обеспечивает формирование мощного вегетативного аппарата, показывает высокий эффект гетерозиса и стабильную реализацию продукционного потенциала в гибридных комбинациях.

Таблица 6

Характеристика экспериментальных гибридов по основным элементам структуры урожая

ЛНИИР – филиал ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК, г. Липецк, 2023–2024 гг.

Table 6

Characteristics of experimental hybrids by the main elements of the yield structure

Lipetsk Research Institute of Rapeseed – a branch of V.S. Pustovoit All-Russian Research

Institute of Oil Crops, Lipetsk, 2023–2024

№ гибрида / сорта	Сорт / гибрид	Число стручков на растении, шт.		Масса, г		Число семян в стручке, шт.
		всего	в т.ч. незавязавшиеся	семян с растения	1000 семян
1	Ратник, ст.	202	77	3,7	3,6	23
2	LHS-1, p-4-c × HYFR-2 (S2)	324	110	10,6	4,0	29
3	LHS-1, p-4-c × HWFR-5	228	107	7,6	3,8	27
4	LHS-1, p-3-c × LHR-1	267	146	5,9	3,3	30
НСР 05		20,8	11,0	0,60	0,70	2,3

Полученные нами опытные данные свидетельствуют об имеющемся селекционном потенциале линии LHS-1 для внедрения в программу гибридной селекции ярового рапса. Использование стерильной материнской линии LHS-1 в селекционных программах целесообразно при дальнейшем подборе высокоадаптивных восстановителей фертильности ( Rf -линий) и открывает новые возможности для повышения гетерозисного эффекта и конкурентоспособности отечественных гибридов рапса ярового.