3.2 Погодні умови

Клімат території, де знаходиться дослідне поле, помірно-континентальний з нестійким зволоженням. За даними метеорологічної станції Умань (табл.3.1) річна норма опадів за багато років становить 633мм, середня температура січня становить мінус 5,7 ⁰С, липня – 19,0 ⁰С , середньорічна температура становить 7,4 ⁰С. В окремі роки спостерігається значне відхилення кількості опадів і виличин температур повітря від середніх багаторічних.

Якщо в 2011 році за цей час випало 398,8мм дощу, то в 2012 році – в двічі меншими 168,2мм при багаторічній нормі 288мм.

Неоднаковими роки досліджень були і за температурою повітря, яка в 2012 році була значно за попередній рік, хоч вегетаційний період сої і в 2011 році був помітно теплішим за норму.

Менше роки досліджень відрізнялись від середньобагаторічних показників метеостанції Умань за відносною вологістю повітря впродовж вегетації сої. При цьому відносна вологість повітря за травень - серпень 2012 року була нижчою порівняно з 2011 роком і багаторічною нормою, що усугубляло недостатню кількість води і вищу температуру повітря за вегетацію останнього року наших досліджень.

Звідси можна зробити висновок, що з років досліджень 2011 був набагато кращим за погодними умовами, ніж гостро засушливий з надмірно високою температурою за вегетацію 2012 рік.

3.3 Методика проведення досліджень

При виявленні нових ознак проводили гібридологічний аналіз – рослини самозапилювали та схрещували з нормальними рослинами в прямих і зворотних напрямках. Характер успадкування ознаки визначали в наступних поколіннях по розщепленню за фенотипом.

Ідентифікація конкретних генів (тест на алельність), які детермінують морфологічні зміни, близькі до описаних, проводили шляхом схрещування із зразками – донорами відповідних генів із генетичної колекції [4-6]. При схрещуванні рослин з рецесивними генами уже в F1 відомі результати тесту. Якщо мутантний фенотип зберігався в усіх або у 50% відсотків (при схрещуванні гомозигот з гетерозиготами), то тест вважався позитивним. Це означало, що мутантний фенотип обумовлений тим же алелем, що і фенотип відомого зразка [19]. Результати розщеплення оцінювали за критерієм Пірсона χ² [43].

Розділ 4 результати досліду

4.1.Підходи до використання функціональної чоловічої стерильністі у кукурудзи

Ядерну та цитоплазматичну чоловічу стерильність в основному обумовлено порушеннями на різних етапах мікроспорогенезу та мікрогаметогенезу. При цьому правилом є зниження жіночої фертильності при порушеннях на ранніх стадіях розвитку чоловічого гаметофіту, що призводить до зниження насіннєвої продуктивності [27]. Такого недоліку може бути позбавлена система контрольованого розмноження з використанням функціональної чоловічої стерильності за умови, що детермінант чоловічої стерильності та інші компоненти системи не впливають на рівень продуктивності.

Серед випадків функціональної чоловічої стерильності окрему групу становлять порушення, які опосередковано призводять до відсутності пилку, при цьому генетичні детермінанти розвитку гаметофіту мають нормальні функції. Найбільш поширеними є порушення нормального функціонування стоміума, наслідком чого є відсутність розкривання пиляків, який запобігає вивільненню у всіх відношеннях фертильного пилку. Така стерильність може бути обумовлена відсутністю стоміума, як, наприклад, у баклажанів, ячменю, рису [цитується по 27]; клітини стоміума можуть бути клейкими, або здавлюватися вигнутими пелюстками і не дозволяти розкриватися вінчику, як у ps мутантів томату. Слід відмітити, що у томатів функціональна чоловіча стерильність знайшла широке використання для отримання гібридного насіння [24].

Причиною відсутності пилку можуть стати і інші функціонально-анатомічні порушення: деформація пиляків, дефекти механізмів розкривання чоловічих квіток, аномалії розвитку тичинкових ниток [4, 5], незахищеність андроцею [43].

У більшості публікацій функціональна чоловіча стерильність визначається як відсутність розтріскування пиляків [15, 19], однак, на наш погляд, до випадків функціональної чоловічої стерильності слід відносити стерильність, яка обумовлена змінами генеративних органів без порушення генетичних процесів мікроспоро- та мікрогаметогенезу. Це дає змогу до цього типу стерильності відносити різноманітні анатомічні та морфологічні зміни, які призводять до чоловічої стерильності.

Оскільки функціональну стерильність обумовлено порушеннями в анатомічній будові генеративних органів, потенційна здатність рослин продукувати пилок зберігається. Фенотиповий прояв детермінантів стерильності повинен бути стабільним, тобто виявляти повну пенетрантність та не залежати від факторів зовнішнього середовища. У випадку залежності прояву стерильності від зовнішніх умов навколишнього середовища критерієм доцільності використання є відновлення фертильності тільки в тому діапазоні факторів, який лежить за межами діапазону, властивого зоні, в якій планується вести насінництво. Такий варіант дає можливість шляхом модифікації умов росту та розвитку рослин та/або умов формування генеративних органів отримувати фертильні рослини і шляхом самозапилення та/або сібсозапилення розмножувати їх. При вирощуванні рослин в звичайних умовах буде забезпечуватися стерильність.

Отже, критерієм можливості використання форм з ФЧС є характер та ступінь дії зовнішніх факторів на прояв фертильності рослин за умови стабільної експресивності та повної пенетрантності детермінанта функціональної чоловічої стерильності. Другим важливим критерієм залучення мутацій до досліджень є відсутність значного порушення в анатомічній будові рослини, особливо жіночого суцвіття, що прямим чином впливає на продуктивність рослин.

Ген Tunicate 1 (Tu1) – локалізований в четвертій хромосомі. Колоскові луски на жіночому та чоловічому суцвіттях розвинуті значно сильніше, ніж у нормальних рослин і повністю покривають квітки та зерно [19]. Ген Tu являється складним геном з багатьма алелями різної сили дії Tu1, Tu1-l, Tu1-d, Tu1-f, Tu1-w, Tu1-m, Tu1-md [42]. Алелі, прояв яких найсильніший, і які є домінантними по відношенню до решти алелів, викликають чоловічу стерильність [36]. Широка розповсюдженість домінантного алеля гена Tu в примітивних расах кукурудзи, а також атавістичний характер морфологічних змін, що він детермінує (захищеність насіння колосковими лусками), дає підстави для розгляду багатьма авторами його, як притаманного предковим формам [3-6].

Іншим геном, що може бути віднесений до групи функціональної чоловічої стерильності, є ген adherent1 (ad1), локалізований в першій хромосомі [31]. В рецесивному гомозиготному стані ген ad1 викликає зростання листків на ранніх стадіях росту, під час формування волоті відбувається зростання бокових гілочок та листків, що обумовлено об’єднанням клітинних стінок [19]. Щільне зростання листків та волоті призводить до зниження пилкової продуктивності порівняно з нормою.

В літературі описано мутації цього локусу, дія яких призводить до щільного зростання верхніх листків та волоті [3]. Міку ідентифікував подібний фенотип в 36 зразках, серед яких у 5-ти був проведений повний генетичний аналіз і підтверджено алельність виявлених мутацій гену ad1. Наявність цього ж алеля в інших зразках не піддається сумніву. При описі прояву мутації вказано на різну експресивність ознаки, однак даних про пенетрантність не наведено.

Домінантний алель гена Vestigial glume (Vg) детермінує морфологічні порушення будови квітки, а саме, колосові луски чоловічих та жіночих квіток сильно редуковані. Це спричиняє функціональну чоловічу стерильність, що пов’язано з незахищеністю андроцею лусками після викидання волотей, в результаті відбувається його дегідратація (обезводнення). Рослини, які мають в генотипі домінантний алель гена Vg, чоловічостерильні. За сприятливих умов зовнішнього середовища (висока вологість, оптимальна температура) можливе формування повноцінних пилкових зерен та розмноження форм з домінантним алелем гена Vg [3-6].

Дослідження впливу домінантного алеля гена Vg показали його системний ефект: окрім детермінації недорозвиненості елементів колоску, показано його вплив на формування лігули. У рослин, які мають у своєму генотипі домінантний алель гена Vg на верхніх листках, починаючи з 4-5, лігула не формується, що обумовлено загибеллю клітин, при чому алельний стан та доза гена не відіграє значної ролі [40].

Домінантний алель гена Vg використовується в селекції цукрової кукурудзи для створення безплівкових гібридів. Відсутність лусок на качані у цукрової кукурудзи дозволяє при консервації позбутися вимивання цукрів із зерна за рахунок відокремлення цілих зернівок, що практично неможливо при використанні гібридів без даної ознаки.На думку Міку, цей ген перспективний для використання в гібридному насінництві кукурудзи [12].

Однак констатації факту стерильності у рослин з наведеними генами недостатньо для розробки генетичної системи контрольованого розмноження. Необхідно провести детальне дослідження прояву генів на широкому спектрі генетичних фонів, визначити компоненти, які забезпечать розмноження стерильних форм та відновлення фертильності у гібридів першого покоління.