Создание гибридов капусты белокочанной (Brassica oleracea L. convar. capitata var. alba DC)нового поколения с использованием линий удвоенных гаплоидов

Создание гибридов капусты белокочанной (Brassica oleracea L. convar. capitata var. alba DC)нового поколения с использованием линий удвоенных гаплоидов

Автор: Пивоваров В.Ф., Бондарева Л.Л., Шмыкова Н.А., Шумилина Д.В., Минейкина А.И.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Род brassica: молекулярные маркеры и in vitro методы в селекции

Статья в выпуске: 1 т.52, 2017 года.

Бесплатный доступ

Селекция капусты белокочанной в настоящее время в основном ориентирована на создание F1 гибридов на основе константных родительских линий. В современной мировой селекции капустных культур с этой целью широко используются удвоенные гаплоиды, полученные в культуре изолированных микроспор in vitro по DH-технологии. Метод позволяет быстро предлагать гомозиготные линии, на выделение которых при отборе на гетерозис у перекрестноопыляющихся культур приходится затрачивать до 7-10 (однолетние растения) и 14-20 лет (двулетние растения). Одна из задач DH-технологий - максимальный выход удвоенных гаплоидных растений для наиболее полного охвата всего спектра генетических рекомбинаций, в том числе по рецессивным признакам. Целью наших исследований стала оценка константных линий удвоенных гаплоидов капусты белокочанной ( Brassica oleracea L. convar. capitata var. alba DC) позднего срока созревания по комплексу хозяйственно ценных признаков и усовершенствование технологии создания гетерозисных гибридов F1 на их основе. При получении линий удвоенных гаплоидов методом культуры изолированных микроспор in vitro были использованы 11 селекционных линий капусты белокочанной позднего срока созревания. В создание гибридов были вовлечены 12 генотипов удвоенных гаплоидов. У выделенных линий оценивали плоидность и комбинационную способность. Семена репродуцировали при гибридизации растений-регенерантов в контролируемых условиях камеры искусственного климата в зимне-весенний период 2014-2015 годов. Использовали схему создания самонесовместимых линий и двухлинейных гибридов капусты белокочанной. Полевые опыты закладывали на земельных участках Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) в 2014-2015 годах. Линии удвоенных гаплоидов и гибридных комбинаций на их основе оценивали в стадии технической спелости кочана по основным хозяйственно ценным признакам, сравнивая со стандартом (Северянка F1). Определяли содержание сухого вещества, нитратов, витамина С. Полевую устойчивость к фузариозному увяданию, альтернариозу, а также поврежденность вредителями изучали на естественном фоне в стадии технической спелости кочана. Фитопатологическую оценку устойчивости к киле проводили на искусственном инфекционном фоне. В результате анализа между средними значениями числа хромосом, числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц и длины этих клеток была выявлена прямая зависимость во всех вариантах. Частота спонтанного удвоения числа хромосом варьировала от 50,0 до 87,5 % в зависимости от генотипа. Высокую самонесовместимость проявили от 11 до 73 % линий. После гейтеногамного опыления растений методом топкросса получили 42 гибридные комбинации. На основании проведенного анализа составлена модель F1 гибрида капусты белокочанной, наиболее полно соответствующего запросам потребительского рынка. По результатам двухлетней работы было выделено 10 перспективных гибридных комбинаций, рекомендованных для сортоиспытания. Гибриды характеризовались выравненностью, высокими биохимическими показателями, устойчивостью к основным болезням и вредителям капустных культур. Их урожайность достигала 104,60±8,27 т/га. Содержание сухого вещества у всех гибридов было высоким (10,5 %), аскорбиновой кислоты - находилось в пределах от 21,12 до 38,70 мг%, в одной гибридной комбинации - составляло 92,0 мг%. В той же гибридной комбинации отмечали наименьшее накопление нитратов - 33 мг/кг. Количество сахаров дотигало 4,21-5,10 %. Таким образом, благодаря интеграции современного биотехнологического метода культуры изолированных микроспор in vitro для сортов капусты белокочанной отечественной селекции была разработана и успешно применена сокращенная селекционно-семеноводческая схема создания F1 гибридов, исключающая использование инбридинга.

Еще

Капуста белокочанная, линии удвоенных гаплоидов, гетерозисные гибриды f1, культура изолированных микроспор in vitro, самонесовместимость, dh-технологии, спонтанное удвоение, плоидность

Короткий адрес: https://sciup.org/142214005

IDR: 142214005   |   УДК: 635.342:631.527.5:581.4   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.143rus

New generation hybrids of white cabbage (Brassica oleracea L. convar. capitata var. alba DC) based on doubled haploids

Presently, cabbage breeding is mainly focused on F1 hybrids necessitating constant parental lines to be obtained. Doubled haploid (DH) technology based on isolated microspore in vitro culture is widely used to produce pure lines of brassica crops. This method allows us to rapidly develop homozygous lines, in contrast to time-consuming traditional breeding for heterosis in cross-pollinating crops which takes 7 to 10 years for annuals and 14 to 20 years for biennial plants. One of the objectives of DH technology is to provide the all possible number of doubled haploid plants that allows more fully encompass the spectrum of genetic recombination, including the recessive locus. The aim of our study was to evaluate economically important traits in white cabbage ( Brassica oleracea L. convar. capitata var. alba DC) constant doubled haploid lines of late ripening and to improve the technology for producing DH based F1 hybrids. Eleven breeding lines of late ripening cabbage were used to obtain doubled haploid lines from microspore in vitro culture. Of the obtained lines, twelve doubled haploid genotypes were selected for further use based on evaluation of ploidy and combining ability. Seed progeny was reproduced by hybridization of regenerated plants in a climatic chamber (2014-2015). We used the schemes of creating self-incompatible lines and two-line-based hybrids. In the field trials (Moscow region, 2014-2015), the doubled haploids and their hybrid combinations were compared to the standard (Severyanka F1) for the main valuable characteristics (i.e. the content of dry matter, nitrates, and vitamin C). The field resistance to Fusarium wilt, alternariosis, and pest damage were determined at cabbagehead technical maturity. The resistance to clubroot was assessed under artificial infection. There was a direct relationship of the average number of chromosomes to the number of chloroplasts in the stomata guard cells and the length of guard cells. The frequency of spontaneous doubling of the chromosomes numbers varied from 50.0 % to 87.5 % in different geotypes. A total of 11 to 73 % produced lines were high self-incompatible. Their geitonogamic pollination in the topcrosses resulted in 42 hybrid combinations. The model of F1 hybrid most fully responding to consumer market demands was developed. Ten promising hybrid combinations which matched the model parameters in two-year field testing were recommended for variety testing. Hybrids were characterized by uniformity, high biochemical quality, the resistance to major diseases and pests and the yield of 104.60±8.27 t/ha. The dry matter content reached to 10.5 %, the sugar content was about 4.21-5.10 %, and ascorbic acid level ranged from 21.12 to 38.70 mg%. Both the highest level of ascorbic acid (92.0 mg%) and the smallest nitrate accumulation (33 mg/kg) were characteristic of one hybrid combination

Еще

Список литературы Создание гибридов капусты белокочанной (Brassica oleracea L. convar. capitata var. alba DC)нового поколения с использованием линий удвоенных гаплоидов

  • Крашенинник Н.В. Особенности технологии выращивания белокочанной капусты. Гавриш, 2010, 2: 16-19.
  • Nakanishi T. An effective time for CO2 gas treatment in overcoming self-incompatible cabbage in Brassica. Plant Cell Physiol., 1973, 14: 837-873.
  • Pearson O.H. Breeding plants of the cabbage group. Bull. Calif. Agric. Exp. Stn., 1932, 532: 3-22.
  • Крючков A.B. Основные принципы получения гибридных семян на основе самонесовместимости. Известия ТСХА, 1972, 1: 124-131.
  • Пивоваров В.Ф., Старцев В.И. Капуста, ее виды и разновидности (разнообразие и способы выращивания). М., 2006.
  • Бондарева Л.Л. Научное обоснование и разработка системы методов селекции и семеноводства капустных культур. Автореф. докт. дис. М., 2009.
  • Zhang W., Fu Q., Dai X.G., Bao M.Z. The culture of isolated microspores of ornamental kale (Brassica oleracea var. acephala) and the importance of genotype to embryo regeneration. Scientia Horticulturae, 2008, 117(1): 69-72 ( ) DOI: 10.1016/j.scienta.2008.03.023
  • Dunwell J.M. Haploids in flowering plants: origins and exploitation. Plant Biotechnol. J., 2010, 8: 377-424 ( ) DOI: 10.1111/j.1467-7652.2009.00498.x
  • Winarto B., Teixeira da Silva J.A. Microspore culture protocol for Indonesian Brassica oleracea. Plant Cell Tiss. Organ Cult., 2011, 107: 305-315 ( ) DOI: 10.1007/s11240-011-9981-z
  • Kim J., Lee S.S. Identification of monogenic dominant male sterility and its suppressor gene from an induced mutation using a broccoli (Brassica oleracea var. italica) microspore culture. Hortic. Environ. Biotechnol., 2012, 53(3): 237-241 ( ) DOI: 10.1007/s13580-012-0091-6
  • Yuan S.X., Su Y.B., Liu Y.V., Fang Z.Y., Yang L.M., Zhuang M., Zhang Y.Y., Sun P.T. Effects of pH, MES, arabinogalactan-proteins on microspore cultures in white cabbage. Plant Cell Tiss. Organ Cult., 2012, 110: 69-76 ( ) DOI: 10.1007/s11240-012-0131-z
  • Gu H., Zhao Z., Sheng X., Yu H., Wang J. Efficient doubled haploid production in microspore culture of loose-curd cauliflower (Brassica oleracea var. botrytis). Euphytica, 2014, 195: 467-475 ( ) DOI: 10.1007/s10681-013-1008-x
  • Шмыкова Н.А., Шумилина Д.В., Супрунова Т.П. Получение удвоенных гаплоидов у растений рода Brassica L. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2015, 19(1): 111-120.
  • Devaux P., Pickering R. Haploids in the improvement of Poaceae. In: Biotechnology in Agriculture and Forestry. V. 56/C.E. Palmer, W.A. Keller, K.J. Kasha (eds.). Springer, Berlin-Heidelberg, 2005: 215-242 ( ) DOI: 10.1007/3-540-26889-8_11
  • Kasha K.J., Maluszynski M. Production of doubled haploids in crop plants. An introduction. In: Doubled haploid production in crop plants: a manual/M. Maluszynski, K.J. Kasha, B.P. Forster, I. Szarejko (eds). Springer Netherlands, 2003: 1-4 ( ) DOI: 10.1007/978-94-017-1293-4_1
  • Shmykova N.A., Suprunova T.P., Pivovarov V.F. Biotechnologies and molecular methods in vegetable crop breeding (to 95th Anniversary of VNIISSOK). Agricultural Biology, 2015, 50(5): 561-570 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2015.5.561eng
  • Монахос С.Г. Селекция капусты пекинской с использованием биотехнологических методов. Картофель и овощи, 2014, 9: 34-35.
  • Резникова С.А. Цитология и физиология развивающегося пыльника. М., 1984.
  • Sari N., Abak K., Pitrat M. Comparison of ploidy level screening methods in watermelon: Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. and Nakai. Scientia Horticulturae, 1999, 82: 265-277.
  • Qin X., Rotino G.L. Chloroplast number in guard cells as ploidy indicator of in vitro-grown androgenic pepper plantlets. Plant Cell Tiss. Organ Cult., 1995, 41(2): 145-149.
  • Hamaoka Y., Fujita Y., Iwai S. Nimber of chloroplasts in haploids and diploids produced via anther culture in Brassica campestris. Plant Tissue Culture Letters, 1991, 8(2): 67-72.
  • Galbraith D.W., Lambert G.M., Macas J., Dolezel J. Analysis of nuclear DNA content and ploidy in higher plants. Current Protocols in Cytometry, 2001, 2(7.6): 7.6.1-7.6.227 ( ) DOI: 10.1002/0471142956.cy0706s02
  • Hcini K., Walker D.J., Gonzales E., Frayssinet N., Correal E., Bou zid S. Estimation of nuclear DNA content and determination of ploidy level in Tunisian populations of Atriplex halimus L. by flow cytometry. In: Flow cytometry -recent perspectives/I. Schmid (ed.). InTech, Rijeka, Croatia, 2012: 103-118 ( ) DOI: 10.5772/37955
  • Winarto B., Mattjik N.A., Purwito A., Marwoto B. Ploidy screening of anthurium (Anthurium andreanum Linden ex André) regenerants derived from anther culture. Scientia Horticulturae, 2010, 127(1): 86-90 ( ) DOI: 10.1016/j.scienta.2010.09.004
  • Friedt W., Zarhloul K. Haploids in the improvements of Crucifers. In: Biotechnology in Agriculture and Forestry. V. 56/C.E. Palmer, W.A. Keller, K.J. Kasha (eds.). Springer, Berlin-Heidelberg, 2005: 191-213 ( ) DOI: 10.1007/3-540-26889-8_10
  • Smykalova I., Vetrovcova M., Klima M., Machackova M., Griga M. Efficiency of microspore culture for doubled haploid production in the breeding project «Czech Winter Rape». Czech J. Genet. Plant Breed., 2006, 42: 58-71.
  • Ferrie A.M.R., Caswell K.L. Isolated microspore culture techniques and recent progress for haploid and doubled haploid plant production. Plant Cell Tiss. Organ Cult., 2011, 104: 301-309 ( ) DOI: 10.1007/s11240-010-9800-y
  • Takahata Y., Takahashi Y., Tsuwamoto R. Microspore culture and doubled haploid. In: Biotechnology of Crucifers/S.K. Gupta (ed.). Springer, 2013: 45-62 ( ) DOI: 10.1007/978-1-4614-7795-2_4
  • Lichter R. Induction of haploid plants from isolated pollen of Brassica napus. Z. Pflanzenphysiol., 1982, 105: 427-434.
  • Gamborg O.L., Miller R.A., Ojima K. Nutrients requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp. Cell Res., 1968, 50: 151-158 ( ) DOI: 10.1016/0014-4827(68)90403-5
  • Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 1962, 15: 473-497 ( ) DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
  • Шумилина Д.В., Шмыкова Н.А., Бондарева Л.Л., Супрунова Т.П. Влияние генотипа и компонентов среды на эмбриогенез в культуре микроспор капусты китайской Brassica rapa ssp. сhinensis сорта Ласточка. Известия РАН, 2015, 4: 368-375 ( ) DOI: 10.7868/S000233291504013X
  • Пухальский В.А., Соловьев А.А., Бадаева Е.Д., Юрцев В.Н. Практикум по цитологии и цитогенетике растений. М., 2007.
  • Монахос С.Г., Нгуен М.Л., Безбожная А.В., Монахос Г.Ф. Связь плоидности с числом хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у диплоидных и амфидиплоидных видов Brassica. Сельскохозяйственная биология, 2014, 5: 44-54 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2014.5.44rus
  • Монахос Г.Ф., Монахос С.Г. Капуста пекинская Brassica rapa L. Em. Metzg. ssp. pekinensis (Lour.) Hanelt. Биологические особенности, генетика, селекция и семеноводство. М., 2009.
  • Доспехов Б.А. Методика опытного дела. М., 1985.
  • Сапожникова Е.В., Дорофеева Л.С. Определение содержания АК в окрашенных растительных экстрактах йодометрическим методом. Консервная и овощесушильная промышленность, 1966, 5: 29.
  • Квасников Б.В., Антонов Ю.П. Килоустойчивость сортов и видов крестоцветных культур. Защита растений, 1972, 9: 16.
  • Hansen M. Production of homogeneous varieties in Brassica. Modern plant Breeding. Proc. NJF Congress: Agriculture and Society. Norway, Aas (28 Jun-1 Jul 1999). Nordisk Jordbrugsforskning (Denmark), 1999, 81(3): 148-153.
  • Rudolf K., Bohanec B., Hansen M. Microspore culture of white cabbage, Brassica oleracea var. capitata L.: Genetic improvement of nonresponsive cultivars and effect of genome doubling agents. Plant Breeding, 1999, 118: 237-241 ( ) DOI: 10.1046/j.1439-0523.1999.118003237.x
  • Байдина А.В., Монахос С.Г. Селекция капусты на базе удвоенных гаплоидов. Картофель и овощи, 2015, 11: 39-40.
  • Dias S.J.C. Protocol for broccoli microspore culture. In: Doubled haploid production in crop plants: a manual/M. Maluszynski, K.J. Kasha, B.P. Forster, I. Szarejko (eds.). Springer Netherlands, 2003: 195-204 ( ) DOI: 10.1007/978-94-017-1293-4_1
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp