1792

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

Сиволапов А.И., Чернодубов А.И.

Методы синтетической селекции

Воронеж 2014

УДК 630*232

Ч 49

Сиволапов, А.И. Методы синтетической селекции [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А.И.Сиволапов, А.И. Чернодубов; Фед. агенство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования, Воронеж. гос. лесотехн. акад. - Воронеж, 2014. - 32 с.

Рассмотрены различные методы синтетической селекции для получения нового исходного материала – гибридизация, мутагенез.

Пособие предназначено для аспирантов, обучающихся по специальности 06.03.01 – лесные культуры, селекция, семеноводство.

1 ГИБРИДИЗАЦИЯ

Скрещивание особей, отличающихся друг от друга хотя бы одним аллелем, называется гибридизацией. Гибридами соответственно называют потомство, полученное в результате искусственного или свободного (спонтанного) скрещивания особей с разной наследственностью. Гибридизация – это основной путь получения новых форм, который известен около 300 лет (Царев и др., 2001). Под скрещиванием понимается перенос пыльцы с мужских цветков одного растения на женские цветки другого с последующим оплодотворением и образованием плодов с семенами. Различают контролируемое и свободное скрещивание. При свободном скрещивании (панмиксия) опыление известного материнского растения опыляется пыльцой неизвестного отцовского растения. Гибриды от таких скрещиваний называют полусибсами. Для контролируемого скрещивания необходимо знать обоих партнеров, в этом случае достигается наибольший эффект. Гибриды от контролируемых скрещиваний называются сибсами.

Для создания гибридно-семенных плантаций необходимо подобрать пары, выявив партнеров с высокой комбинационной способностью.

Гибридизацию различают половую (результатом является слияние гамет) и вегетативную (слияние соматических клеток, получение парасексуальных гибридов).

Половая гибридизация может быть естественной или спонтанной, и искусственной, или контролируемой. Целью половой гибридизации является повышение быстроты роста и продуктивности, улучшение качества древесины, устойчивости к биотическим и абиотическим факторам среды, повышение качества семян и плодов, урожайности, смолопродуктивности и т.п.

Половую гибридизацию различают внутривидовую и отдаленную или межродовую и межсемейственную. Примером отдаленной гибридизации является гибрид: рябина обыкновенная × боярышник сибирский = рябина гранатная (Мичурин, 1949). При гибридизации часто проявляется гетерозис.

Под гетерозисом понимают мощное развитие гибридов (рост, устойчивость, урожайность) по сравнению с родителями, то есть гибриды превосходят обе родительские формы. Гетерозис проявляется при внутривидовом скрещивании и особенно при межвидовом. Различают гетерозис соматический, то есть по силе роста, по вегетативной массе

(тополь белый × осина; лиственница европейская × лиственница японская; орех грецкий × орех маньчжурский и др.). Гетерозис репродуктивный (по урожайности), примером могут быть сорта, полученные И.В. Мичуриным, гибриды лиственниц, гибриды тополя белого и осины и др. Гетерозис адаптивный (по устойчивости), например гибриды ореха грецкого и маньчжурского для средней полосы России. Осина сильно поражается сердцевинной гнилью, а гибриды ее с тополем белым устойчивы к этому заболеванию. В селекции на гетерозис ориентируются на гибриды первого поколения (F1), которые можно получать в массовом количестве на гибридно-семенных плантациях.

Растения, получающиеся в результате самоопыления перекрестноопыляющихся видов, называются инцухтными (нем.) или инбредными (англ.). Степень инбридинга зависит от того, сколько поколений подряд растение подвергалось самоопылению. Вначале появляется много разнообразных форм, которые возникают за счет наличия рецессивных генов,

ив течение 5-6-го поколений получают чистую линию (которая не расщепляется). Инцухт-линия – потомство 5-6 поколения. Если инцухт-линии скрестить, то можно получить большой эффект гетерозиса, а если эти гибриды еще раз скрестить, то они дают еще большую прибавку. Этот метод применяют на сельскохозяйственных культурах. В лесоводстве подобные опыты на березе пушистой проводятся И.Ю. Исаковым (2008). По степени родства родительских компонентов различают близкородственные (инцухт)

иотдаленные (аутбридинг) скрещивания. Скрещивания растений с совместимыми наборами хромосом называются конгруэнтными. Они могут быть внутри и межвидовыми. Скрещивания растений, имеющих несоответствующие наборы хромосом, разное число хромосом, цитоплазмотические различия, то есть генетически трудно или вовсе несовместимые, называются инконгруентными. По степени совместимости растений при гибридизации судят о тесноте родства между таксонами. Близкородственные скрещивания применяются в селекции для выведения линейных сортов и получения инбредных линий для последующего их скрещивания с целью выведения межлинейных простых или сложных гибридов.

1.1 Типы скрещиваний

Скрещивания разделяют на простые и сложные. Простыми называют однократные скрещивания между двумя родительскими формами (А × В). Эти скрещивания имеют значение при внутривидовой гибридизации. В гибридном потомстве проводится отбор элитных растений и оценка их потомства.

Диаллельные скрещивания – это такие скрещивания, когда каждая испытываемая линия, форма или сорт скрещивается со всеми другими линиями или сортами во всех возможных комбинациях (А×В; А×С; А×Д). Диаллельные скрещивания дают ответ о специфической комбинационной способности (СКС).

Реципрокными скрещиваниями называются скрещивания растений, при которых каждый из двух сортов или видов в одном случае является материнской формой, во втором отцовской (♀А ×♂В; ♀В ×♂А). Первое скрещивание называется прямым, второе обратным. Эти скрещивания важны при отдаленной гибридизации для решения удачного подбора отцовских и материнских особей.

Сложными называются скрещивания, когда в гибридизацию вовлекается более двух родительских форм или когда гибридное потомство повторно скрещивается с одним из родителей.

Множественные скрещивания, или поликроссы, - это такие скрещивания, когда материнское растение опыляется смесью пыльцы нескольких видов и сортов (А ×(Б + В + Г + Д и т.д.)). Этот поликроссный метод широко используется в селекции многолетних трав. Метод множественного опыления успешно применял И.В. Мичурин при скрещивании плодовых культур. Условия успешного применения метода множественных скрещиваний: растения должны быть многолетними, самостерильными, обладать способностью к клонированию и иметь одинаковые сроки цветения.

Возвратные скрещивания или беккроссы – скрещивания, при которых гибрид повторно скрещивается с одной из родительских форм. В прирдных популяциях повторные скрещивания спонтанных гибридов с одной из родительских форм называются интрогрессивной гибридизацией. Возвратные скрещивания можно записать: (А × Б)×А или (А ×Б)×Б.

В плодоводстве и селекции полевых культур применяют также насыщающие и конвергентные скрещивания, ступенчатые, межгибридные скрещивания (Любавская, 1982).

1.2 Принципы подбора пар при скрещивании

При подборе родительских пар для гибридизации рекомендуется высокая выраженность у них интересующих селекционера признаков и свойств. Для правильного выбора пар требуется проверка наследования отдельных хозяйственно-ценных признаков.

В своей работе по гибридизации И.В. Мичурин (1949) производил подбор родительских пар с таким расчетом, чтобы получить гибриды с требуемыми свойствами. При этом он исходил из глубокого учета биологии родительских видов, предварительно намечая, как может пойти развитие наследственной основы в определенных внешних условиях существования гибридов. И.В. Мичурин не рассматривал гибридизацию, как простою комбинацию свойств и признаков родителей, он показал, что путем скрещивания можно получить организмы с расшатанной наследственностью, потомство, способное к наиболее полному приспособлению к условиям произрастания, то есть можно создавать формы с желательными свойствами.

А. П. Дубинин и Г.В. Гуляев (1974) считают, что для сельскохозяйственных растений основными принципами подбора пар при скрещивании являются эколого-географические различия, продолжительность отдельных фаз вегетации, различия по устойчивости сортов к заболеваниям. Е.В. Титов (2006) для скрещивания кедровых сосен рекомендует подбирать контрастные по сексуализации формы.

При скрещивании особей можно рекомендовать цитологический анализ: проверить числа хромосом, нарушения при митозе и мейозе. Растения, имеющие нарушения хромосомного аппарата или измененные числа хромосом, вполне могут быть стерильными, и включать последние в гибридизацию не рекомендуется. У триплоидного тополя Хоперский 1 семена практически не дают всходов, около 10 % всходов не жизнеспособны (миксоплоиды), погибают в течение месяца (Сиволапов, 2005).

1.3 Особенности гибридизации двудомных древесных пород. Биология цветения и определение пола у тополей

У двудомных растений, имеющих мужские и отдельно женские особи, проведение скрещивания наиболее доступно и проще, чем у однодомных растений. К двудомным относятся: тополь, ива, облепиха, можжевельник, фисташка, шелковица, бархат амурский, некоторые клены и ясени. Мужские деревья используют в качестве опылителей, женские – в качестве семенников. При подборе партнеров у тополей надо учитывать позднораспускающиеся и ранораспускающиеся формы; сроки цветения у них должны совпадать.

Контролируемое скрещивание включает следующие операции: изоляция женских цветков, заготовка пыльцы с отцовских деревьев и ее хранение, определение жизнеспособности пыльцы, проверка готовности изолированных женских цветков к опылению, опыление, снятие изоляторов, предохранение завязей от вредителей, снятие спелых плодов.

Техника скрещиваний на срезанных ветвях.

Гибриды тополя, ивы искусственно получают на срезанных ветвях в теплице или в помещении. Необходимо соблюдать определенный режим: относительная влажность воздуха (должна быть не ниже 80 – 90 %, температура +15 –18 0С). Ветви с цветочными почками длинною 1,0 – 1,5 м ставят в ведра с песком, поливают водой и питательным раствором, на каждой ветке должно быть не более 5 – 7 сережек. Для успеха половой гибридизации древесных необходимо знать строение и биологию цветения растений.

Тополя относятся к ветроопыляемым двудомным растениям. Пестичные и мужские цветки собраны в соцветия – висячие цилиндрические сережки, которые появляются из боковых цветочных почек на прошлогодних побегах. Осина цветет в конце апреля – начале мая, до распускания листьев. Мужские сережки длиной 7 – 10 см, темно-пурпурного цвета. В цветке 8 – 10 тычинок. Женские сережки несколько тоньше, менее яркой окраски, цветки с голыми зеленоватыми завязями грушевидной формы, рыльца пурпурные. Плоды созревают в конце мая - июне (рис. 26).

Тополь бальзамический цветет до распускания листьев. Женские сережки до 10 см, прицветные чешуйки желтоватого цвета, не опушены, околоцветник охватывает завязь несколько ниже ее половины, рыльце

двулопастное, красного цвета. Тычиночные сережки длиной до 8 см, тычинок в цветке 12 – 30, пыльники розовые.

Диагностика пола по цветочным почкам. Цветочные почки тополей препарируют, выделяют отдельные зачатки цветков в виде зеленых «конвертиков» размером 2 мм. Если в складках «конвертика» просматриваются малозаметные зеленые «икринки» – зачатки пыльников, то данный цветок относят к мужскому. То есть дерево, с которого взяты изучаемые цветы, будет мужским. Прогнозирование пола у тополей имеет большое практическое значение: для гибридизации, для разведения в озеленительных посадках и т.п.

1.4 Достижения по гибридизации тополя в России

Тополь (Populus) является древесной породой, на которой впервые была доказана возможность селекции для древесных растений. В популетуме Семилукского питомника НИИЛГиС насчитывается более 100 сортообразцов тополей отечественной и зарубежной селекции (Царев, 1985).

Тополь Советский пирамидальный (Populus sowetica pyramidalis J.)

получен А.С. Яблоковым в 1938 году от скрещивания тополя белого (P. alba L.) из г. Мценска Орловской области (женский производитель) с тополем Болле (P. bolleana L.) из Ташкента. Группа лучших сеянцев (№ 8, 12, 64 и др.) используются для массового размножения (рис. 29). Пол мужской и женский. Ствол ясно выражен, прямой, кора мягко-зеленого цвета. Крона пирамидальная. Листья различные по форме, нижняя сторона белая опушенная, верхняя – темно-зеленая.

Тополь Яблокова (P. Jablokowi J.) – семья гибридов, полученных А.С. Яблоковым в 1938 г. от скрещивания осины (P. tremula L.) с тополем Болле (P. bolleana L.). Женским производителем была осина из Костромской области в возрасте 135 лет, высотою около 30 м, 60 см в диаметре. Дерево отличалось хорошей устойчивостью к сердцевинной гнили и имело плотную древесину. Опылитель тополь Болле из Ташкента. Лучшие из гибридов были выделены в элитную группу и дали начало новому виду пирамидальных тополей. Пол женский. Крона плотная, на годичных побегах листья опушены, почки крупные, блестящие.

Тополь Русский (P. pyramidalis × P. nigra) выведен А.С. Яблоковым от скрещивания тополя черного пирамидального с осокорем. Дерево с пирамидальной кроной, пол мужской, быстрорастущее, хорошо черенкуется, рекомендуется во все типы посадок.

Тополь Пионер (P. pyramidalis × P. nigra) получен А.С. Яблоковым от скрещивания тополя черного пирамидального с осокорем. Дерево с полупирамидальной кроной, пол женский, быстрорастущий, хорошо черенкуется, рекомендуется для промышленных и защитных посадок, кроме озеленения.

Тополь Болле камышинский (P. alba × P. alba v. pyramidalis) получен А.В. Альбенским в г. Камышине от скрещивания тополя белого с тополем Болле. Гибрид отличается высокими декоративными качествами. Крона пирамидальная. По габитуально-морфологическим признакам сходен с тополем Болле. В отличие от тополя Советского у этого гибрида могут хорошо укореняться зимние черенки. В Воронеже представлен мужскими деревьями.

Тополь Пирамидально-осокоревый Камышинский (P. pyramidalis × P. nigra) получен А.В. Альбенским от скрещивания тополя черного пирамидального с осокорем. Дерево с пирамидальной кроной, пол мужской, быстрорастущее, хорошо черенкуется, трудно отличимо от тополя пирамидального, рекомендуется во все типы посадок.

Гибриды тополь белый (Курск) × тополь белый (Венгрия) и тополь белый (Курск) × тополь крупнозубчатый получены С.П. Иванниковым. Гибриды тополь белый × тополь крупнозубчатый имеют сильноопушенные с выделяющимися жилками и зубцами листья. Тополь белый (Курск) × тополь белый (Венгрия) по габитуально-морфологическим признакам имеет сходство с местным тополем белым. Эти гибриды произрастают в Обоянском лесхозе Курской области.

Гибриды т. белый × т. Болле, полученные В.П. Петрухновым украшают территорию вокруг здания ветеринарного факультета агроуниверситета в г. Воронеже. Гибриды от подобных скрещиваний, полученные А.П. Царевым, произрастают в Семилукском лесопитомнике.

Гибриды т. белый × осина получены М.М. Вересиным в 1951 году. В настоящее время они произрастают на улицах и в парках г. Воронежа. Среди них отобраны лучшие биотипы, которые размножаются вегетативным путем.

Гибрид Э.С.-38 «Воронежский гигант» получен М.М. Вересиным от скрещивания тополя канадского (P. deltoides Marsh.) смесью пыльцы тополя бальзамического (P. balsamifera L.), тополя белого (P. alba L.) и осины (P. tremula L.). Дерево с полупирамидальной кроной, пол мужской, быстрорастущее, хорошо черенкуется, рекомендуется во все типы посадок.

Аллотриплоид, в первый год в пойме р. Волга (Астрахань) дает прирост 5 м. за вегетацию.

От скрещивания тополя дельтовидного с тополем Пирамидальноосокоревым Камышинским А.П. Царевым получен гибрид тополя «Вертикаль», пол женский; от скрещивания тополя бальзамического с тополем Пирамидально-осокоревым Камышинским – гибридный тополь Стройн и Борей, пол мужской; от скрещивания тополя Пионер с тополем бальзамическим получены гибриды: Передел (пол женский), Версия (пол женский).

1.5 Особенности гибридизации однодомных древесных растений с раздельнополыми цветками. Биология цветения дуба

Скрещивание однодомных видов лесных пород проводить намного сложнее, чем двудомных. Более 95 % площади лесов РФ приходится на однодомные древесные породы: сосну, лиственницу, ель, пихту, кедр, дуб, бук, березу, каштан съедобный и др. Среди лиственных наибольшие результаты получены при гибридизации дуба, березы и лещины. Скрещивание проводится на растущих деревьях. Предварительно подбирают пары растений – производителей и определяют план скрещиваний. Для изоляции женских цветков применяют специальные изоляторы. Наиболее практичными считают изоляторы, сшитые из пергаментной бумаги, пропарафинированной по швам перед их развешиванием. Перенос пыльцы на рыльце осуществляется с помощью кисти или шприца, слегка открыв изолятор. После цветения изоляторы снимают, для предохранения завязей от вредителей на соцветия надевают марлевые изоляторы, или проводят обработку завязей инсектицидами.

Дуб для гибридизации – трудная порода, потому что обильные урожаи даёт один раз в 7 – 8 лет. С березой и лещиной работать легче.

Дуб черешчатый цветет одновременно с листораспусканием, опыляется ветром. Цветки дуба раздельнополые. Мужские цветки собраны в соцветия – висячие редкоцветковые сережки. В одном соцветии 10 – 15 цветков. Тычиночные сережки образуются либо из специальных цветочных почек верхней части прошлогоднего побега, либо у основания весенних побегов, то есть из пазух листьев в нижней части молодого побега. Отдельный цветок состоит из околоцветника в виде 5 – 6 лучевой зеленоватой звездочки, к нему