Механизмы экологической пластичности табака (19.10.2009)

Автор: Шпаков Александр Эдуардович

– выявить механизмы экологической пластичности табака;

– определить понятие «экологическая пластичность» для табака с учётом выявленных механизмов этого свойства и направленного на эффективное изучение, сохранение и использование всего потенциала изменчивости вида Nicotiana tabacum L.;

– разработать метод сравнительной оценки экологической пластичности табака.

Научная новизна и теоретическая значимость. В результате проведённых исследований выявлено, что генотипическая гетерогенность по конституционным признакам, отражающим целостность организмов и популяций (фенологический тип, габитус, морфогенетические корреляции, экологическая пластичность) – универсальное свойство сортов вида Nicotiana tabacum L.

Установлена эффективность системного анализа фенотипической изменчивости, как метода, позволяющего вскрыть генотипическую структуру сортов табака без анализа по потомству.

Определена динамика формирования в ходе онтогенеза различий между составляющими сорта табака морфами, как генотипически различающимися группами растений по фенологическому типу и морфологическим признакам, характеризующим как размеры растений, так и их пропорции.

Установлено, что для выявления внутрисортовых морф и сравнения сортов табака по экологической пластичности достаточен учёт их морфологических признаков. Об этом свидетельствуют выявленные связи морфологических признаков с фенологическим типом и морфогенетическими корреляциями.

Установлено, что преобразование генотипической структуры сорта выражается в динамике частот, составляющих его морф. Морфы, составляющие сорт, как генотипически различные группы растений, различаются и по экологической пластичности.

Определено понятие «экологическая пластичность табака», как свойство сортов и линий, характеризуемое в сравнительной оценке изменчивости комплекса селекционно-ценных признаков в различных условиях выращивания, природой которого является динамика частот генотипически различных морф. Экологическая пластичность тем выше, чем меньше изменчивость комплекса его селекционно-ценных признаков в различных условиях выращивания по сравнению с другими сортами исследуемой выборки.

Впервые для вида N. tabacum L. , экспериментально установлены, описаны и количественно оценены механизмы экологической пластичности сортовых популяций:

– реакция отдельных генотипов на изменяющиеся условия внешней среды (гомеостаз развития);

– изменчивость генотипической структуры сорта в различных условиях выращивания (генетический гомеостаз).

Практическая значимость диссертационной работы. Впервые для табака разработан метод оценки внутрисортовой генотипической изменчивости сортовых популяций без анализа по потомству, и учёта динамики их генотипической структуры в экологически различных условиях выращивания. Методы основаны на системном подходе и использовании адекватных методик многомерного статистического анализа.

Разработан метод сравнительной оценки экологической пластичности сортов табака, включающий три основных этапа исследования изменчивости комплекса признаков:

– анализ генетически детерминированных различий по каждому из признаков в изучаемом селекционном материале;

– системный анализ внутрисортовой или внутрилинейной изменчивости по комплексу селекционно-ценных признаков;

– сравнительная оценка сортов и линий табака по экологической пластичности с использованием метода многомерного шкалирования.

Этот метод позволяет работать с селекционно-ценными признаками в любом их сочетании, в том числе и с отдельными характеристиками.

Разработанные в диссертационной работе методы, используются в лаборатории селекции и семеноводства ГНУ ВНИИТТИ Россельхозакадемии в целях эколого-генетического мониторинга имеющейся Мировой коллекции генофонда табака, сохранения генетического потенциала коллекции и для селекции новых сортов.

В результате проведённых полевых экспериментальных исследований изучено 52 сорта табака (13 сортотипов из 23-х, составляющих всё внутривидовое разнообразие N. tabacum L.) и 22 линии, полученные из различных сортов, как потомство индивидуальных растений. Изученные сорта и линии представляют собой перспективный исходный материал для селекции новых сортов табака с учётом их экологической пластичности.

Практическая значимость результатов диссертационной работы Шпакова А.Э. подтверждена его авторством нового сорта табака «Mediana», полученного в Союзной Республике Югославия, утверждённым решением Министерства сельского хозяйства, г. Белград от 14.05.2001 г., за №4/008-186/055.

Положения, выносимые на защиту. Экологическая пластичность табака определяется двумя механизмами – реакцией отдельных генотипов на изменяющиеся условия внешней среды (гомеостаз развития), и изменчивостью генотипической структуры сорта в различных условиях выращивания (генетический гомеостаз).

В эколого-генетических исследованиях интерес представляет, прежде всего, генетический гомеостаз, поскольку именно внутрисортовая генотипическая изменчивость сортовых популяций и её динамика в экологически различных условиях представляют собой основной предмет эколого-генетического мониторинга, направленного на эффективное использование, сохранение и изучение растительных ресурсов.

Эффективным методом, позволяющим выявить генотипическую структуру сортовых популяций табака без анализа по потомству и описать динамику этой структуры в экологически различных условиях выращивания, является системный анализ биологически обоснованных комплексов коррелированных селекционно-ценных признаков. Структуру сортовых популяций табака составляют морфы – генотипически различающиеся группы растений.

Экологическая пластичность табака есть свойство сортов и линий, характеризуемое в сравнительной оценке изменчивости комплексов селекционно-ценных признаков в различных условиях выращивания, природой которого является динамика частот генотипически различных морф. Пластичность сорта тем выше, чем меньше изменчивость комплекса его селекционно-значимых признаков в различных условиях выращивания по сравнению с другими сортами исследуемой выборки.

Апробация и публикация работы. Результаты исследований изложены в тематических отчетах лаборатории селекции и семеноводства ГНУ ВНИИТТИ Россельхозакадемии за 2001–2005 гг., и за 2001–2009 гг. Материалы диссертации представлены на международных и всероссийских конгрессах, конференциях, симпозиумах, совещаниях. По теме диссертации опубликовано 28 научных работ, в том числе в рекомендуемых ВАК и в рецензируемых центральных журналах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов. Работа изложена на 223 страницах. Список использованной литературы включает 182 наименований, из них – 34 иностранных авторов. Имеется 8 приложений.

Материал и методы исследований

Экспериментальная часть работы проведена в период с 1989 по 2008 гг. на полевых опытных участках ВНИИТТИ г. Краснодар (Россия), института «Магарач» г. Ялта (Крым), опытно селекционной станции по табаку в г. Лагодехи (Грузия), института сахарной свеклы в г. Алексинац (Югославия), опытно-селекционной станции в г. Бачко Петровац (Югославия). Полевые опыты проведены в традиционных для культуры табака регионах, различающихся между собой в эколого-географическом отношении.

В связи с основной целью исследования – выявлением механизмов и разработкой метода сравнительной количественной оценки сортовых популяций табака по экологической пластичности – подбор исходного материала ориентирован на возможно полное отражение разнообразия табака, представленного в имеющейся мировой коллекции. Исходная выборка составлена на основе изучения полного набора сортов коллекции. По признаку «число листьев» 4,5 тыс. сортов были разделены на 10 классов. К первому классу отнесены сорта с числом листьев 10–15, к десятому – превышающие 60. Из каждого класса пропорционально частоте встречаемости в коллекции выбрано от одного до шести сортов. «Число листьев» является одним из сортовых признаков табака, составляющих его продуктивность. Из опыта селекционной работы известно, что этот признак менее других признаков продуктивности подвержен условиям возделывания.

Исходную выборку составили:

1) Калицина

2) Енидже 159

3) Качариновский Старо-Енидже

4) Енидже 4

5) Perustitza

6) Киречилер

7) Унгушет

8) Сигарный 89

9) Манджурка американская


загрузка...