Качество зерна яровой мягкой пшеницы с транслокациями ее сородичей (06.09.2010)

Автор: Крупнова Ольга Васильевна

Оценен спектр отрицательного влияния эпифитотий листовой ржавчины и вирусов на содержание белка в муке, валовой сбор белка, содержание и качество клейковины у сортов и линий, имеющих одиночные Lr-транслокации и их сочетания от разных видов. Впервые определены показатели SDS-объема, числа падения у сортов и линий мягкой пшеницы, содержащих сочетание Lr-транслокаций от разных видов. Определены взаимосвязи между признаками: содержание белка в муке, содержание сырой и сухой клейковины, показатель ИДК-1, SDS-объем, число падения, натурная масса зерна у сортов и линий, различающихся по наличию одиночных Lr-транслокаций и их комбинаций от разных сородичей.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Влияние чужеродных Lr-транслокаций и их сочетаний на содержание белка в муке.

2. Эффекты эпифитотий патогенов на содержание белка в муке, количество и качество клейковины у сортов и линий.

3. Влияние Lr-транслокаций и их сочетаний на содержание клейковины, SDS-объем, число падения и натурную массу зерна.

4. Направление и степень взаимосвязи между признаками качества зерна у сортов и линий, имеющих одиночные Lr-транслокации и их комбинации от разных видов сородичей мягкой пшеницы.

Практическая ценность работы:

Выявлены и рекомендованы сорта и линии с Lr-транслокациями от сородичей для использования в селекции на повышение качества зерна яровой мягкой пшеницы в Поволжье.

Личный вклад соискателя. Автор лично теоретически обосновал цель и задачи исследований, отобрал материал и определил совокупность методов исследований. Анализ содержания белка в муке, сырой и сухой клейковины, показателей ИДК-1, SDS-объема, данных миксографа, определение числа падения, натурной массы зерна, статистическая обработка экспериментальных данных, анализ и обобщение полученных результатов, выявление степени их новизны проведено лично автором.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Всероссийской научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, 2007), обсуждались на семинарах и заседаниях методической комиссии ГНУ НИИСХ Юго-Востока в 1994-2007 годах; на Научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы за 2000, 2006, 2007, 2008 годы (Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2001, 2007, 2008, 2009); на региональной научно-практической конференции «Зональные особенности научного обеспечения сельскохозяйственного производства Юго-Востока России» 26-27 февраля 2009 года.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 47 научных работ, в том числе 15 – в рекомендуемых ВАК РФ изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы (включает 554 наименований, в том числе – 395 на иностранных языках) и 69 приложений. Работа изложена на 335 страницах компьютерного текста. Содержит 65 таблиц и 33 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обобщена литература по генетике и селекции на повышение содержания белка и улучшение качества зерна яровой мягкой пшеницы, с использованием сородичей в качестве доноров ценных генов. Показаны достижения мировой науки в изучении полиморфизма генов/локусов, контролирующих запасные белки и их состав. Проанализирована роль чужеродных генов в расширении генетической изменчивости по качеству зерна яровой мягкой пшеницы.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ, УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проведены на образцах зерна, предоставленных лабораторией генетики и цитологии ГНУ НИИСХ Юго-Востока. Материал включает 120 сортов и линий яровой мягкой пшеницы, содержащих Lr-транслокации от Triticum durum Desf., Triticum dicoccum (Schrank) Shuebl., Triticum dicoccoides Koern. ex Aschers. et Graen., Aegilops umbellulata Zhuk., Secale cereale L., Agropyron elongatum Host. и 6Agi (6D)-хромосому от Agropyron intermedium Host.

Контролем служили соответствующие реципиенты – сорта, а также линии яровой мягкой пшеницы, не имеющие Lr-транслокаций.

Методика полевых исследований освещена в работах (Сибикеев, 2002, Сибикеев и др., 2009). Для анализа с каждой повторности посева использовали до 100 г зерна, без посторонней примеси.

Содержание белка в муке определяли на анализаторе фирмы «Inframatic-8100» (Швеция), согласно прилагаемой к нему инструкции. Для анализа отбирали навеску 35 г зерна и размалывали на лабораторной мельнице «Квадрумат–Юниор», с 70% выходом муки. Определение содержания сырой и сухой клейковины проводили по: (Оценка качества зерна, 1987). Реологические свойства теста оценивали на миксографе, качество клейковины – на приборе ИДК-1 (Оценка качества зерна, 1987). Анализ SDS-объема проводили в модификации (Бебякин, Бунтина, 1991). Окраску зерна оценивали визуально, с использованием 5% раствора NaOH (Казаков, 1987). Эффекты черного зародыша изучили на краснозерных и белозерных сортах. Число падения по Хагбергу-Пертену определяли на приборе «Falling Number 1400». Устойчивость к предуборочному прорастанию физиологически зрелых семян анализировали в лабораторных условиях (Соловов, 2003). Исследованиями охвачены годы типичные для черноземной степи Нижнего Поволжья, включая сезоны в различной степени засушливые, относительно благоприятные для урожая яровой мягкой пшеницы, а также годы с эпифитотиями листовой ржавчины.

Полученные данные экспериментальных исследований подвергли статистической обработке методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с использованием программ «AGROS-2.10».

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ Lr-ТРАНСЛОКАЦИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКА

Lr14а-транслокация от Triticum dicoccum

Исследование проведено на сорте Саратовская 29 (С29) и его аналоге – сорте АС29, имеющем Lr14а-транслокацию в хромосоме 7B, от ярославского образца полбы. Результаты исследований в период с 1993 по 1998 год показали, что сорт АС29 по содержанию белка в зерне (СБ) превысил

сорт С29 на 0,26% (в абсолютном выражении), а по валовому сбору белка с единицы площади – на 14,1%. При этом превышение по СБ было достоверным в 1993, 1994 и 1995 годы, а по валовому сбору белка – в 1993, 1994 и 1997 годы.

Результаты сравнительного изучения С29 и АС29 за период с 2002 по 2008 год представлены на рис 1.

Рис. 1. Содержание белка в муке (а) и валовой сбор белка с единицы площади (б) сорта С29 и его аналога – сорта АС29, содержащего Lr14а-транслокацию, в период с 2002 по 2008 год (здесь и далее генотипы в парах, сопровождаемые разными буквами, значимо различаются на уровне P<0.5 множественных сравнений по тесту Дункана)

Как видно из рис 1, АС29 по СБ достоверно превысил сорт С29 в 2004 году, а по валовому сбору белка – в 2004 и 2005 году, в остальные годы различия между сортами были недостоверными, но при этом проявилась тенденция к преимуществу АС29. В результате, в среднем за 7 лет (2002-2008) АС29 превышает С29 по содержанию белка в муке – на 0,15% (в абсолютном выражении), а по валовому сбору белка с единицы площади -на 2,2%. Снижение в этот период, по сравнению с предыдущим (1993-1998) положительного вклада Lr14а-транслокации от T. dicoccum в СБ и валовой сбор белка может быть связано с изменениями состава патототипов в саратовской популяции листовой ржавчины и других патогенов (Сибикеев, Крупнов, 2007), влиянием других факторов внешней среды.

LrTdc-транслокация от Triticum dicoccum

Результаты изучения линии Л196, содержащей LrTdc-транслокацию от образца (волжского экотипа) T. dicoccum, и контроля (реципиента транслокации) - сорта Саратовская 58 (С58), представлены на рис. 2.

Как видно из рис. 2, линия Л196 по СБ только в 2003 году уступила сорту С58 (но различия несущественные), во все остальные годы, за исключением 2006 года, она превысила контроль, причем в годы эпифитотий листовой ржавчины (2004 и 2005) преимущество линии Л196 было значимое, несмотря на появление на растениях вирулентных патотипов (Сибикеев, 2002). В результате замедления темпов поражения растений патогеном и толерантность к другим стрессорам (Сибикеев, Крупнов, 2005; 2007), линия Л196 в среднем за 7 лет превысила контроль по содержанию белка в муке на 0,56% (в абсолютном выражении), а по валовому сбору белка с единицы площади – на 15,6%.

Рис. 2. Содержание белка в муке (а) и валовой сбор белка с единицы площади (б) сорта С58 и его аналога – линии Л196, содержащей Tdc-транслокацию, в период с 2002 по 2008 год.

LrTd-s транслокация от Triticum dicoccoides

Исследование проведено на беккроссной линии Л678-03, созданной в генофоне сорта Саратовская 55 (С55), с использованием в качестве донора Lr-транслокации образца тетраплоидной пшеницы T dicoccoides (К-26118). Линия характеризуется высоким уровнем устойчивости к листовой ржавчине, мучнистой росе и относительно высокой урожайностью зерна (Сибикеев, 2002; Сибикеев, Крупнов, 2007; Sibikeev et al., 2005).

Результаты изучения содержания белка в муке и валового сбора белка с единицы площади сорта С55 и его аналога – линии Л678-03 за 2004-2008 годы представлены на рис. 3.

Рис. 3. Содержание белка в муке (а) и валовой сбор белка с единицы площади (б) сорта С55 и его аналога – линии Л678, содержащей Td-s-транслокацию, в период с 2004 по 2008 год.

У линии Л678-03 во все годы СБ выше, чем у С55, причем в 2004, 2005 и 2007 годы превышение значимое. По валовому сбору белка она также значимо превысила контроль в 2005, 2006 и 2008 годы, однако в 2007 уступила ему. В среднем за 7 лет линия Л678-03 достоверно превысила контроль (С55) по СБ на 2,00% (в абсолютном выражении), по валовому сбору белка с единицы площади – на 65,0 кг/га, или на 20,7%.

Lr19-транслокация от Agropyron elongatum

Lr19-транслокация является результатом рекомбиногенеза между мягкой пшеницей и пыреем удлиненным (Ag. elongatum), осуществленного в Канаде (Knott, 1961; 1989). В ГНУ НИИСХ Юго-Востока Lr19-транслокация

(локализована в 7D-хромосоме) использовалась, по меньшей мере, в трех селекционных циклах: сначала была создана линия Пысар 29, затем – сорт ППГ596 (Лобачев, 2000), и также сорта Л503, Л505 и Добрыня, получившие широкое распространение в Саратовской, Оренбургской и ряде других областей (Сибикеев, Крупнов, 2005).


загрузка...