Наследование признака массы семянок с растения у межлинейных гибридов подсолнечника

Введение. Основой научной селекции является генетика. Её успехи общепри-знаны. Однако разрыв между генетикой и селекцией, на который Н.И. Вавилов указывал ещё в 1935 г., до настоящего времени полностью не преодолён [1].

Повышение объективности селекционных решений – одна из задач генетики популяций и количественных признаков [2]. Это разделы генетики, в которых используются специальные разработанные генетико-математические модели и методы. К ним относят популяционно-генетический и биометрико-генетический анализ. Первый предназначен для количественного анализа и прогнозирования генетических процессов в природных и искусственных популяциях, обычно этот метод применяется для анализа качественных признаков. Биометрико-генетический анализ – это результат объединения методов классической генетики и биометрии, т.е. методов математической статистики для биометрических исследований.

Наряду с применением биологической статистики в современной генетике всё шире начинают использовать методы математического моделирования (в популяционной генетике, при изучении действия механизмов наследственности, детерминирующих количественные признаки), а также такие важные свойства для селекции на гетерозис, как общую и специфическую комбинационную способность [3].

В селекции гибридного подсолнечника наиболее важным, наряду с маслично-стью, является показатель урожайности семянок, который определяется структурой урожая и, главным образом, массой семян с растения. Проявление гетерозиса и наследование этого признака изучали многие авторы.

Гетерозис у подсолнечника от 26 до 60 % по сравнению со средним уровнем родительских компонентов и лучшим родителем отметили В.К. Морозов [4], E.C.H. Habura [5], D. Skoric [6], R. Marin-kovic [7], Kumar et at. [8]. Согласно N. Hladni et at. [9], по сравнению со средним уровнем родительских компонентов гетерозис по урожаю семян варьировал от 43,2 до 92,3 %, по сравнению с более урожайным родителем гетерозис подсолнечника варьировал от 35,0 до 85,7 %. В исследованиях N. Hladni et at. [10] вели- чины гетерозиса были существенными во всех гибридных комбинациях по сравнению со средним уровнем родителей и с лучшими родителями: 108,8–274,3 % 54,8–223,2 % соответственно. В опытах Ф.И. Горбаченко [11] большинство изученных гибридов проявили гетерозис по урожаю семян за счёт уменьшения количества пустых семян в центральной части корзинки и увеличения их крупности. По данным В.В. Волгина и А.Д. Обыдало [12], по признаку урожай семян наблюдался 100 %-ный положительный гетерозис, обусловленный 100 %-ным положительным гетерозисом по признаку количества семян на растении и 90 %-ным положительным гетерозисом и 10 %-ным положительным доминированием по признаку массы 1000 семян.

Наряду с фактом проявления гетерозиса по тому или иному признаку для осуществления более эффективного отбора лучших генотипов необходимо знание механизмов их наследования. Проведены многочисленные исследования по наследованию признака урожая семян на растение подсолнечника. Установлены различные механизмы наследования этого признака.

J.F. Miller et al. [13] отметили, что эпи-статические эффекты контроля урожая семян на растении наблюдались в 100 % случаев. Наиболее важными среди эпи-статических эффектов были взаимодействия доминантных генов [14]. Этот тип эпистаза является нежелательным, потому что в этом случае эпистаз уменьшает эффекты доминантных генов в фенологическом проявлении урожая семян. К аналогичным выводам пришли E. Gan-gappa et al. [15] и P.M. Panchabaye et al. [16].

В исследованиях A. Manjuath, J.V. Goud [17] в результате анализа 25 гибридов подсолнечника было выявлено сравнительное значение генетических эффектов по урожаю семян с растения в последовательном порядке: доминирование, доминирование на доминирование, аддитивное взаимодействие на аддитивное, аддитив- ное на доминирование и аддитивное. Доминантное взаимодействие генов было более важным, чем аддитивное в контроле массы семян с растения, урожайность увеличивалось с ростом массы семян с растения и диаметра корзинки [18; 19; 20]. M.A. El-Hity [21] выявил, что эписта-тические эффекты сравнительно более важны, чем аддитивное взаимодействие генов, но менее важны, чем доминирование. На проявление признака массы семян с растения наибольшее влияние оказывает аддитивное взаимодействие генов, так как наблюдалось наибольшее значение эффектов ОКС по сравнению с СКС [22; 23; 24]. К тому же выводу пришли L. Dominguez, J.F. Miller [25], они также отметили, что коэффициент наследования варьировал от 30 до 90 %.

Совершенно другие результаты были получены в опытах A. Kovacik, V. Skaloud [26], Dimiter Petakov [27], D. Skoric, S. Jocic, R. Molnar [28], V. Stankovic [29], которые определили, что неаддитивный генетический компонент имеет более важное значение в наследовании массы семян с растения. В исследованиях N. Hladni [30] и E. Farrokhi et al. [31] было установлено, что неаддитивная генетическая ва-рианса имеет наибольшее значение в проявлении признака массы семян с растения, так как соотношение ОКС и СКС меньше единицы.

Многие исследователи пришли к выводу что аддитивные и неаддитивные эффекты взаимодействия генов имеют важное значение в контроле признака массы семянок с растения подсолнечника [32; 33; 34].

Из данных, полученных многими авторами, следует, что наследование признака массы семян с корзинки подсолнечника определялось различными взаимодействиями генов, что, по-видимому, было обусловлено генетическими отличиями родительских линий. В последние годы в ВНИИМК созданы новые линии подсолнечника, в связи с чем нами была поставлена задача изучения наследования этого признака применительно к этому селекционному материалу.

Материалы и методы. Опыты проводили в 2012–2014 гг. на полях центральной экспериментальной базы ФГБНУ ВНИИМК, г. Краснодар.

Две современные материнские формы: линия ВА 93 А и простой гибрид на основе ЦМС Кубанский 93 А в 2012 г. опылялись под изоляторами типа «рукав» каждой из 10 отцовских линий-закрепителей стерильности пыльцы подсолнечника: СЛ 13 2310, СЛ 13 3854, ВК 654, СЛ 05 16, СЛ 13 2196, СЛ 13 2272, СЛ 13 3870, СЛ 13 2286, СЛ 13 2260 и СЛ 13 2266.

Все вышеотмеченные отцовские линии характеризуются высокой или средней комбинационной способностью по урожайности семян. Линия ВА 93 А отличается меньшей массой семян с растения (25,5) по сравнению с простым гибридом Кубанский 93 А (50,7 г/раст.). Опыление материнских форм фертильными линиями проводили под изоляторами типа «рукав».

Полученные гибриды в количестве 20 образцов и их родительские компоненты выращивались в 2013–2014 гг. на 4-рядных делянках в 3-кратной повторности, общая площадь делянки 24,5 м2, учетная – 12,2 м2, густота стояния растений 55– 60 тыс. шт./га.

После уборки определяли массу семян (г/раст.) в пересчете на 10 %-ную влажность.

Достоверность различий между вариантами опыта (НСР 05 ) вычисляли методом дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова [35].

В 1969 г. J.L. Jinks et al. [36] предложили метод, позволяющий в основном получать ту же информацию, что дает ди-аллельный анализ, при сокращении объёма работы: если диаллельный анализ требует n2 скрещиваний, то двутестерный метод только 2n. Поэтому в своих исследованиях мы воспользовались методикой этих авторов.

Этот метод был проверен ими на чистых линиях табака, которые предвари- тельно испытывали классическим диал-лельным анализом. При сопоставлении результаты обоих методов оказались идентичными.

Сущность двутестерного метода сводится к следующему. Две тестерные линии L1 и L2 отбирают из совокупности анализируемых сортов. Тестеры желательно брать максимально контрастными по изучаемому признаку. Каждую линию (i) скрещивают с двумя тестерами, при этом получают гибриды L1i и L2i. Анализ состоит из двух частей: 1) испытание на наличие эпистаза; 2) исследование на аддитивную и доминантную компоненты, если эпистаз отсутствует. Математическую обработку полученных цифровых данных проводили при помощи компьютерной программы [37].

Результаты и обсуждение. Изучали 10 отцовских линий, два тестера на ЦМС-ос-нове и 20 межлинейных гибридов, полученных в результате скрещивания тестеров с линиями-опылителями. Как уже отмечалось в разделе материал и методы, один из тестеров – линия ВА 93 А характеризуется низким показателем средней массы семян (25,5 г/раст.), другой – простой гибрид Кубанский 93 А – высоким (50,7 г/раст.).

Цифровые данные, полученные в 2013 г., показаны в таблице 1.

Таблица 1

Средняя масса семян подсолнечника с растения, г/раст.

г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

Линия-опылитель	Гибрид опылителя с тестером		Среднее
	ВА 93 А	Кубанский 93 А	гибрида	линии-опылителя
СЛ 13 2310	50,60	64,70	57,65	22,53
СЛ 13 3854	47,90	63,10	55,50	22,70
ВК 654	43,30	69,60	56,45	23,80
СЛ 05 16	62,00	78,00	70,00	25,80
СЛ 13 2196	63,50	74,20	68,85	26,50
СЛ 13 2272	49,80	60,40	55,10	24,70
СЛ 13 3870	56,70	60,70	58,70	21,80
СЛ 13 2286	61,00	72,30	66,65	26,00
СЛ 13 2260	60,60	80,70	70,65	29,80
СЛ 13 2266	53,70	70,70	62,20	22,90
НСР 05	3,5

По массе семян с растения линии-опылители отличались существенно лишь в отдельных случаях. Так, лучшими среди них были: СЛ 13 2260 (29,8 г/раст.), СЛ 13 2196 (26,5 г/раст.) и СЛ 13 2286 (26,0 г/раст.). Среди гибридов в среднем наиболее продуктивными оказались полученные с участием линий-опылителей СЛ 13 2260 (70,65 г/раст.), СЛ 05 16 (70,00 г/раст.) и СЛ 13 2196 (68,85 г/раст.).

После проведения дисперсионного анализа показателей (L1i + L2i –Pi) было установлено отсутствие эпистатического эффекта (табл. 2), так как F факт. = 1,980, что ниже F табл. = 2,460. Таким образом, в этом опыте при уровне значимости 0,05 эпистаз отсутствует.

Таблица 2

Тест на эпистаз методом двутестерного анализа родительских линий подсолнечника по признаку массы семян с растения г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	3774,649	29	130,160	1,980	2,460
Линии	1854,743	9	206,080
Повторности	42,771	2	21,385
Ошибка	1877,136	18	104,290

Отсутствие неаллельного взаимодействия генов позволило проводить дальнейший анализ на наличие аддитивного взаимодействия генов и доминирования.

Таблица 3

Тест на аддитивность методом двутес-терного анализа линий подсолнечника по признаку массы семян с растения г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	4671,274	29	161,078	4,214	2,460
Линии	3090,914	9	343,440
Повторности	113,288	2	56,644
Ошибка	1467,073	18	81,500

* - достоверно на 5 %-ном уровне значимости

В результате осуществления дисперсионного анализа сумм (L1i + L2i) было выявлено, что параметр доминирования D составил 83,360, критерий Fфакт. = 4,214 и был значительно выше F05 табл.= 2,460. Это позволяет сделать вывод о наличии аддитивного взаимодействия генов.

Проведение дисперсионного анализа разностей (L1i – L2i) позволило рассчитать параметр доминирования Н1 = 60,926, при этом степень доминирования     соста вила 0,854, однако критерий Fфакт. = 1,769 при F05табл. = 2,460, т.е. различия по данному параметру несущественны и, следовательно, влияние доминирования в проявлении изучаемого признака не достоверно (табл. 4).

Таблица 4

Тест на доминирование методом двухтес-терного анализа линий подсолнечника по признаку массы семян с растения г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	2134,003	29	73,586	1,769	2,460
Линии	989,643	9	109,960
Повторности	25,688	2	12,844
Ошибка	1118,672	18	62,148

Подобные результаты были получены в 2014 г. Сводные данные массы семян с растения представлены в таблице 5.

Как по собственной продуктивности, так и по средним показателям гибридов лучшими оказались линии-опылители СЛ 05 16, СЛ 13 2196, СЛ 13 2286 и СЛ 13 2260.

Таблица 5

Средняя масса семян родительских линий и гибридов подсолнечника, г/раст.

г. Краснодар, ВНИИМК, 2014 г.

Линия опылитель	Гибрид опылителя с тестером		Среднее
	ВА 93	Кубанский 93	гибрида	линии-опылителя
СЛ 13 2310	45,50	62,20	53,85	21,50
СЛ 13 3854	51,10	61,50	56,30	20,70
ВК 654	38,40	56,20	47,30	23,90
СЛ 05 16	62,20	75,60	68,90	28,20
СЛ 13 2196	58,50	73,30	65,90	26,70
СЛ 13 2272	49,30	55,70	52,50	22,60
СЛ 13 3870	52,20	57,70	54,60	22,60
СЛ 13 2286	64,87	67,20	66,03	26,80
СЛ 13 2260	68,50	80,23	74,37	30,50
СЛ 13 2266	47,57	62,30	54,93	23,60
НСР 05	3,5

В процессе дисперсионного анализа величин L1i + L2i – Pi было определено отсутствие эпистаза, так как F факт. = 2,100, при F 05 табл . = 2,460 (табл. 6).

Таблица 6

Тест на доминирование методом двутес-терного анализа родительских линий подсолнечника по признаку массы семян с растения г. Краснодар, ВНИИМК, 2014 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	6477,239	29	223,353	2,100	2,460
Линии	5812,540	9	368,060
Повторности	12,249	2	6,124
Ошибка	652,451	18	175,140

В связи с отсутствием неаллельных взаимодействий генов, контролирующих признак массы семян с растения, были осуществлены тесты на аддитивность и доминирование.

В результате проведения дисперсионного анализа сумм L1i + L2i (табл. 7) выявлено величина параметра доминирования, которая составила D = 138,480, при этом критерий F факт. = 2,935, что существенно выше F 05 табл . = 2,460, а это свидетельствует о наличии аддитивного взаимодействия генов в наследовании признака массы семян с растения у межлинейных гибридов подсолнечника.

Таблица 7

Тест на аддитивность методом двутес-терного анализа линий подсолнечника по признаку массы семян с растения г. Краснодар, ВНИИМК, 2013 г.

	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	8670,391	29	298,979	2,935	2,460
Линии	5134,551	9	570,510
Повторности	37,045	2	18,522
Ошибка	3498,795	18	194,380

Аналогичным образом был осуществлён дисперсионный анализ разностей L1i – L2i (табл. 8), в результате был определен параметр доминирования Н1 = 45,982, при этом степень доминирования составила    =

0,574, при F факт. = 3,021, что выше F 05 табл. =

2,460, следовательно, влияние доминирования существенно.

Таблица 8

Тест на доминирование методом двухтестерного анализа линий подсолнечника по признаку массы семян с корзинки

г. К		раснода	р, ВНИИМК, 2014 г.
	Сумма квадратов	Степень свободы	Средний квадрат	факт.	F 05 табл.
Общее	1272,187	29	43,869	3,021*	2,460
Линии	742,547	9	82,505
Повторности	37,982	2	18,991
Ошибка	491,658	18	27,314

В связи с полученными нами результатами можно рекомендовать использовать применительно к изученным линиям подсолнечника периодический отбор на общую комбинационную способность (ОКС), предложенный Дж. Спрэгом [38], конвергентное улучшение и кумулятивную селекцию, разработанную F.D. Richey [39; 40].

Выводы. Установлено отсутствие неаллельного взаимодействия генов (эпистаз) в наследовании признака массы семян с растения у межлинейных гибридов подсолнечника на ЦМС-основе. Определяющим фактором в наследовании этого признака является аддитивное взаимодействие генов и в некоторой степени доминирование. Целесообразно применять методы рекуррентного отбора на ОКС, конвергентное улучшение и кумулятивную селекцию для улучшения изученных нами линий и гибридов подсолнечника.