Завязываемость семян у растений-регенерантов капусты брокколи различных генотипов при гейтеногамном опылении

УДК 635.356:581.143.5:631.531

В современных условиях рынка потребительский спрос на овощные продукты не только растет, но и меняется. Тем самым создает для селекционеров необходимость наличия разнообразного и стабильного исходного материала, позволяющего быстро реагировать на запросы современного производства. Среди овощных культур значительное место занимают представители семейства Brassicaceae. Особое место занимает капуста брокколи ( Brassica oleracea L. convar. botrytis (L.) Alef. var. cymosa Duch.), которая популярна во всем мире благодаря своим вкусовым и диетическим качествам [1,2,3]. Она является источником витаминов А, В 2 , С, РР, К, в ней содержатся флавоноиды, селен, белок, включающий незаменимые аминокислоты, глюкозинолаты [4,5,6,7]. Эти все качества позволяют отнести капусту брокколи к продуктам функционального назначения [8].

В настоящее время наиболее приоритетным направлением в селекции овощных культур является создание гетерозисных гибридов F 1 , отличающихся от сортов выравнен-ностью, высокими продуктивными качествами, устойчивостью. Наиболее сложным, трудоемким и продолжительным этапом в этом процессе является создание константных родительских линий, на получение которых уходит до 7 лет у однолетних культур при использовании традиционных методов селекции [9].

В большинстве развитых стран в настоящее время для ускорения селекции широко используются биотехнологические методы, а именно, технологии получения удвоенных гаплоидов (DH-технологии) [10, 11, 12]. Такие технологии расширяют спектр генетического разнообразия форм растений, позволяют быстро создавать гомозиготные линии, способствуют обнаружению редких рецессивных аллелей, тем самым повышая эффективность практической селекции [13, 14, 15]. Получение и оценка растений, полученных с помощью DH-технологии из семейства Капустные – капуста белокочанная, брокколи, цветная, брюссельская, были описаны многими авторами, и доказано, что культура пыльников и микроспор может быть эффективной и использована для их селекции [16, 17, 18, 19].

Однако наряду с преимуществами биотехнологических методов, существуют практические сложности при работе с DH-растениями, связанные с их последующим размножением. В некоторых научных публикациях у ряда культур отмечена пониженная фертильность DH-растений. Так, в исследовании Осадчей Т.С. и др. обнаружены различия между линиями по уровню фертильности растений R 0 и R 1 при культивировании пыльников пшеницы. А также выявлены регенеранты R 0 , которые в R 1 -поколении расщеплялись по уровню фертильности. Авторы предполагают, что это может быть связано с цитогенетической изменчивостью андрогенных растений [20]. Аналогичные результаты были получены и ранее. Изменчивая фертильность была отмечена среди удвоенных гаплоидных растений, регенерированных из культуры пыльников ржи. В опытах, поставленных в период с 1981 по 1991 годы, наблюдалась завязываемость семян у 48-53% растений-регенерантов после самоопыления. В других опытах отмечено влияние внешних условий на фертильность растений-регенерантов (R 0 ). 62% растений R 0 могли завязывать семена после самоопыления в условиях теплицы. А регенеранты, которые были посажены непосредственно в поле для естественной яровизации, образовали приблизительно 30% посевного материала после самоопыления [21]. По данным Guo, Pulli у DH-растений ржи, полученных из культуры изолированных микроспор, наблюдалось нормальная способность завязывать семена [22]. Пониженная фертильность была описана Lashermes и др. у DH-растений кофе робуста ( Coffea canephora ), полученных путем колхицинирования гаплоидов. Авторы связывают это с инбредной депрессией [23]. По данным Stipic и др. из 78 полученных в культуре пыльников растений-регенерантов R 0 капусты цветной и выращенных в поле, только 14 были фертильными и образовали семена [24]. В аналогичных работах ряда авторов у культур из семейства Капустные выявлена низкая завязываемость семян при гейтеногам-ном опылении полученных in vitro растений-регенерантов, которая варьировала от 0 до 7 семян/стручок. При этом установлена зависимость данной особенности от генотипа [25, 26, 27, 28].

Таким образом, сниженная фертильность DH-линий может создать проблему использования их в качестве родителей при производстве гибридов. Поэтому крайне важно при включении в селекционный процесс нового исходного материала, определять завязываемость семян растений удвоенных гаплоидов для возможности дальнейшего практического использования.

Материал и методика исследований

Исходным материалом являлись растения-регенеранты капусты брокколи, полученные в лаборатории биотехнологии ФГБНУ ФНЦО методом культуры изолированных микроспор in vitro из перспективных селекционных образцов и переданные в лабораторию селекции и семеноводства капустных культур.

В работу были включены 11 генотипов капусты брокколи с различными морфологическими признаками.

Для определения степени завязываемости семян растения-регенеранты были помещены в вегетационные сосуды объемом 5 л с питательной смесью, состоящей из двух частей дерновой земли, по одной части перегноя и торфа с добавлением нитроаммофоски (10 г на вегетационный сосуд). Акклиматизацию, получение цветоноса и опыление проводили в камере искусственного климата при температуре 16…18°С при режиме 16 час. – день /8 час. – ночь и освещении 9000 лк. В качестве стандарта использовали удвоенную гаплоидную линию (DH-линию), включенную нами ранее по результатам испытаний в скрещивания.

Оценку степени проявления самонесовместимости при самоопылении цветков проводили по шкале: 0-1 штук/стручок – высокая, 2-5 штук/стручок – средняя, более 5 штук/стручок – низкая, или отсутствует (Бунин и др., 2011).

Степень завязываемости семян в стручках при опылении бутонов определяли по условно принятой шкале: 0 – семена отсутствуют, 1-5 штук/стручок – низкая; 6-10 штук/стручок – средняя; более 10 штук/стручок – высокая.

Статистическую обработку полученных данных проводили в программе Microsoft Excel 2010.

Результаты исследований

В проводимых ранее исследованиях по изучению удвоенных гаплоидных линий капусты брокколи некоторые авторы отмечают формирование малого числа семян в стручках линий, полученных в культуре in vitro. В исследованиях Farnham (1998) среднее число семян варьировало в пределах от 2,4 до 5,8 шт/стручок при ежегодном инбридинге в зависимости от генотипа и от 1,8-3,5 шт/стручок у DH-линий [29]. Ранее и нами была отмечена аналогичная тенденция завязываемости семян у полученных DH-линий капусты брокколи. Так, при опылении в бутонах среднее число семян у DH-линий из сорта Тонус составляло 6,7 шт./стручок, а у DH-линий из сортообразца №1 – 4,2 шт./стручок. Среднее число семян при гейтеногамном опылении у всех DH-линий было 4,91 шт./стручок. Все это послужило предпосылкой к дальнейшему изучению данного показателя для пригодности получаемых линий удвоенных гаплоидов в селекционной работе.

Оценка степени проявления самонесовместимости у растений-регенерантов показала, что в зависимости от генотипа до 73% растений имели высокую самонесовме-стимость, 18% – среднюю и 9% оказались самосовмести-мыми.

В результате исследований на завязываемость семян отмечено влияние генотипа. Из 11 генотипов минимальную завязываемость семян при опылении бутонов отмечали у трех генотипов (А, А1.3, Е-9). Так, в генотипах А и А1.3 у 93,3 и 95,3% стручков соответственно семена отсутствовали и лишь у небольшого процента стручков завязались семена (табл.). Можно предположить, что это связано с инбредной депрессией получаемых гомозиготных линий. У остальных 8 генотипов завязываемость семян составляла 50,3-85,7%. У всех тестируемых генотипов завязывае-мость была меньше, чем у DH-линии, используемой нами в селекционной практике.

По степени завязываемости семян при гейтеногамном опылении бутонов большинство генотипов имели низкую и среднюю степень завязываемости. Среди них у двух генотипов (Еv, Гв) наибольшая доля (57,2 и 76,8%, соответственно) приходилась на стручки с числом семян от 1 до 5 шт./стручок. Поэтому при работе с такими растениями-регенерантами, если они представляют практический интерес в селекционной работе, необходимо проводить максимальное количество скрещиваний для получения потомства. Особо выделяется генотип М за счет значительной доли стручков с высокой степенью завязываемо-сти семян по сравнению с другими (30,8%).

Заключение

В результате проведенных исследований показано, что в основном во всех генотипах содержалось от 1 до 10 семян в стручках при гейтеногамном опылении растений-регенерантов капусты брокколи, полученных в культуре in vitro , что свидетельствует о низкой и средней степени завязываемости и подтверждает результаты ранних исследований. Выделены генотипы А и А 1.3, с которых крайне сложно получить семена, так как у 93,3% и 95,3% стручков соответственно семена не завязывались.

Таблица. Степень завязываемости семян при гейтеногамном опылении растений-регенерантов капусты брокколи (2018 год) Table. Broccoli regenerated plants (R0) seed set ability rate after geitonogamy (2018)

Генотип Genotype	Степень завязываемости семян при опылении бутонов, % стручков Seed set ability rate after bud pollination, pods %
	семена отсутствуют no seeds	низкая (от 1 до 5 шт./стру-чок) low (1 to 5 seeds per pod)	средняя (от 6 до 10 шт./стручок) middle (6 to 10 seeds per pod)	высокая (более 10 шт./стручок) high (more than 10 seeds per pod)
М 70	49,7	23,3	20,2	6,8
М 50	35,5	21,0	34,1	9,4
М 43	38,4	19,2	29,8	12,6
М 3	33,9	39,1	17,4	9,6
М	36,2	9,2	23,8	30,8
Е 9	73,7	25,4	0,9	0
Гв	14,3	76,8	7,1	1,8
А	93,3	6,7	0	0
А1.3	95,3	4,7	0	0
Фм	35,5	38,8	21,1	4,6
Еv	39,8	57,2	2,9	0,1
DH-линия (стандарт)	9,1	45,5	22,7	22,7

Об авторах:

Заблоцкая Елена Александровна – кандидат с.-х. наук, м.н.с. лаб. селекции и семеноводства капустных культур,

Elena A. Zablotskaya – Cand. Sci. (Agriculture),

Junior Researcher of Laboratory Cole Crop Breeding and Seed Production,

Anna I. Mineykina – Cand. Sci. (Agriculture),

Researcher of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

Elena A. Domblides – Cand. Sci. (Agriculture),

Head of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

Tatyana O. Paslova – Junior Researcher of Laboratory Cole Crop

Breeding and Seed,

Lyudmila L. Bondareva – Doc. Sci. (Agriculture),

Head of Laboratory of Cole Crop Breeding and Seed Production,