Оценка коллекции генотипов яровой мягкой пшеницы по отзывчивости автономных зародышей на селективных средах in vitro , имитирующих засуху

Повышение эффективности и рентабель-  перспективных для климатической зоны Южного

ности использования основной хлебной культуры – яровой мягкой пшеницы как биологи-ческого ресурса во многом базируется на реализации адаптивного потенциала растений. Биотехнологический метод эмбриокультуры in vitro позволяет наиболее полно выявить и реализовать различные онтогенетические (в том числе и адаптивные) программы развития зародыша, а значит, и растения в целом, поскольку зародыш обладает всеми потенциями взрослого организма [1, 2]. Засуха – основной неблагоприятный климатический фактор на Южном Урале. Инокуляция зародышей пшеницы, находящихся в критической стадии автономности, в условиях эмбриокультуры in vitro на селективную питательную среду, имитирующую засуху, получение толерантных к дефициту воды зародышей и формирование из них плодоносящих растений позволяет дать ускоренную оценку засухоустойчивости донорных растений в селекционных целях по признаку «засухоустойчивость». Генотип донорного растения – один из важнейших факторов, определяющих возможность практического использования биотехнологии эмбриокультуры in vitro [3, 4]. С этой точки зрения для решения селекционных задач важно выявить генотипы, с одной стороны, характеризующиеся высокой отзывчивостью в эмбриокультуре in vitro , с другой стороны – обладающие признаком засухоустойчивости в условиях Южного Урала.

Цель работы: оценка засухоустойчивости изолированных автономных зародышей коллекции генотипов (сортов и их гибридных комбинаций) яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L.,

Урала и интенсивно используемых в селекционных программах Башкирского научно-исследовательского института сельского хозяйства РАСХН (г. Уфа).

Материал и методы исследования. Материалом для исследования послужили сорта (Башкирская 26, Башкирская 28, Боевчанка, Дуэт, Жница, Ирень, Московская 35, Салават Юлаев, Симбирка, Скала, Тулайковская золотистая, Экада 70) и линии (Л42875, Л42938, 76/98а, Э43018) яровой мягкой пшеницы, а также гибридные комбинации на их основе. Семена предоставлены заведующим лабораторией селекции яровой пшеницы ГНУ Башкирского научно-исследовательского института сельского хозяйства РАСХН к.с.-х.н. В.И. Никоновым согласно договору о творческом сотрудничестве на 2010-2015 гг. Для экспериментов использовали донорные растения, выращенные в полевых условиях научного стационара Института биологии Уфимского НЦ РАН (Уфимский район). В работе использовали метод культуры in vitro зародышей яровой мягкой пшеницы [5], изолированных на стадии автономности [6]. Оценку засухоустойчивости автономных зародышей проводили по их отзывчивости в культуре in vitro в селективных условиях, имитирующих дефицит влаги путем введения в состав среды осмотика полиэтиленгликоль молекулярной массой 6000 Да (ПЭГ 6000), понижающего осмотический потенциал питательной среды, но не проникающего в растительные клетки [7]. Использовали ПЭГ 6000 в концентрации 25%, существенно ингибирующей рост клеток [8]. Культивирование зародышей в таких условиях проводили в течение 21 суток. Отзывчивость генотипов оценивали по частоте образования в эмбриокультуре in vitro растений-регенерантов, т.е. по выраженному в процентах отношению количества образовавшихся в селективных условиях культуры in vitro полноценных растений-регенерантов к общему количеству инокулированных на селективную питательную среду автономных зародышей. Статистическую обработку полученных результатов вели с применением программы Excel, учитывая основные статистические параметры.

Результаты и их обсуждение. Как видно из таблицы 1, родительские генотипы яровой мягкой пшеницы, вовлеченные в скрещивание, контрастны по отзывчивости автономных зародышей на селективные условия культуры in vitro .

Таблица 1. Отзывчивость автономных зародышей родительских генотипов яровой мягкой пшеницы в селективных условиях культуры in vitro

Примечание : здесь и далее: ¹ – значимо на 0,1%-м уровне, ² – значимо на 1%-м уровне, ³ – значимо на 5%-м уровне

Гибриды, полученные с их участием, также различались по частоте образования растений-регенерантов (табл. 2).

Согласно анализу результатов, приведенных в таблицах 1 и 2, зависимость между частотой образования растений-регенерантов у родительских генотипов и их гибридов отсутствует. Высокоотзывчивые родительские генотипы могут давать низкоотзывчивые гибриды (например, Л42875 х Экада 70, Л42875 х 76/98а). Отмечен случай, когда при скрещивании неотзывчивых родительских генотипов получен гибрид с достаточно высокой отзывчивостью (Э43018 х Тулайковская золотистая). По-видимому, отзывчивость автономных зародышей у гибридов 1-го поколения яровой мягкой пшеницы в селективных условиях культуры in vitro определяется сложным взаимодействием генотипов родительских форм. Возможно, этот признак контролируется множественными генами, что, в целом характерно для количественных признаков [9].

Таблица 2. Отзывчивость автономных зародышей гибридных комбинаций яровой мягкой пшеницы в селективных условиях культуры in vitro

Анализ отзывчивости изученных гибридов, полученных при реципрокных скрещиваниях (табл. 3), показал, что частота образования растений-регенерантов зависит и от направления скрещивания. Это дает основание предположить участие в контроле признака не только ядерных, но и цитоплазматических генов, как это показано, например, в работах [10, 11].

Таблица 3. Отзывчивость автономных зародышей гибридных комбинаций яровой мягкой пшеницы, полученных при реципрокных скрещиваниях, в селективных условиях культуры in vitro

В целом, можно сделать вывод о том, что генотипы, используемые в селекционных программах Башкирского НИИ СХ РАСХН, перспективны в качестве донорных растений при введении их в эмбриокультуру in vitro для оценки засухоустойчивости. Из 16 протестированных родительских генотипов только 3 оказались неотзывчивыми в селективных условиях культуры in vitro, остальные же характеризовались достаточно высокой отзывчивостью (табл. 1). Эти генотипы могут быть использованы для создания засухоустойчивых гибридных линий и включаться в селекционный процесс на засухоустойчивость в качестве исходных форм. Как свидетельствуют полученные данные, не следует прогнозировать отзывчивость гибридов 1-го поколения в эмбриокультуре in vitro, основываясь только на результатах отзывчивости родительских форм в селективных условиях имитации засухи (например, неотзывчивые генотипы Э43018 и Тулайковская золотистая и их гибрид, характеризующийся достаточно высокой отзывчивостью, см. табл. 2). По-видимому, перспективность использования гибридных комбинаций в биотехнологии эмбриокультуры in vitro можно оценить пока только эмпирическим путем.

Автор выражает искреннюю благодарность заведующему лабораторией селекции яровой пшеницы ГНУ Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН к.с.-х.н. В.И. Никонову за предоставленный семенной материал.

Работа выполнена при поддержке гранта по Программе фундаментальных исследований Отделения биологических наук РАН «Биологические ресурсы России: динамика в условиях глобальных климатических и антропогенных воздействий» (2012-2014 гг.).