pylnev_v_v_red_chastnaya_selekciya_polevyh_kultur

Рис. 6.6. Схема реципрокного рекуррентного анализа (по Ю. Л. Г˝ужову и др., 1999)

из популяции Â. Семена, полученные от этих скрещиваний, смешивают (раздельно в пределах групп линий А и В) и на следую-

щий год высевают, создавая популяции ÀI ÂI, которые служат исходным материалом для следующего цикла работы. Линии, выд˝е-

ляемые в каждом последующем цикле отбора, постепенно улуч˝- шаются. В популяциях повышается концентрация благоприят˝ных

аллелей, обеспечивающих проявление сверхдоминирования ˝при скрещивании линий, отобранных из этих популяций.

Рекуррентный отбор по фенотипу наиболее простой, так как ˝не

требует тестирования. Лучшие генотипы выделяют по призна˝кам,

которые проявляются в год отбора. Этот метод применяют при

селекции на устойчивость к болезням и вредителям, полеган˝ию и ломкости стебля, на высоту прикрепления початка, повышени˝е содержания жира и других веществ в зерне. Фенотипический ˝рекуррентный отбор ведут с целью создания двухпочатковых л˝иний.

При использовании метода рекуррентного отбора по феноти˝пу выделенные растения подвергают самоопылению, а на следую˝щий год лучшие потомства скрещивают между собой для получени˝я новых рекомбинаций. Семена от таких скрещиваний смешиваю˝т и высевают на общем участке для получения популяции синте˝тика 1, которая служит источником для выделения линий по селектируемому признаку. Такие циклы повторяют до тех пор, пока˝ признак не достигнет максимального выражения.

141

Индуцированный мутагенез. Для дальнейшего улучшения линий

начало развиваться направление по использованию индуци˝рованного мутагенеза. Применяют как физические, так и химическ˝ие мутагены.

При использовании гамма-излучения сухие семена линий, сор˝-

тов и гибридов обрабатывают в дозе 100...200 Гр, недозревшие метелки за 4...5 дней до высыпания пыльцы — 12...15 и пыльцу —

30...45 Ãð.

Из химических мутагенов широко применяют N-нитрозоэтил-

мочевину (НЭМ), N-нитрозометилмочевину (НММ), N-нитрозо-

диметилмочевину (НДММ), 1,4-áèñ-диазоацетилбутан (ДАБ) и др. Получены мутации кукурузы, затрагивающие разнообразные˝ признаки: формы с высокой продуктивностью, повышенным со-˝

держанием белка, лизина и триптофана, скороспелые, устойч˝ивые

к болезням и вредителям и т. д. Индуцированный мутагенез п˝ри селекции на устойчивость более перспективен, чем метод бе˝к-

кросса, при котором могут переноситься нежелательные при˝знаки от других генотипов.

В селекционных учреждениях с участием мутантных линий со˝- здан ряд экспериментальных гибридов, проходящих испытан˝ия.

Межродовая гибридизация. Один из источников получения разнообразного и ценного материала для селекции — межродо˝вая

гибридизация кукурузы с теосинте и трипсакумом. Гибриды, ˝полученные методом отдаленных скрещиваний с последующим б˝ек-

кроссированием, самоопылением и отбором, могут быть испол˝ь-

зованы для улучшения кукурузы.

Наибольшие успехи достигнуты при скрещивании кукурузы с˝ теосинте. Из гибридных популяций отобраны линии, превосхо˝дя-

щие исходные формы по содержанию белка в зерне, урожайнос˝ти,

числу початков на растении и облиственности.

Гибридизацию с трипсакумом проводят для передачи кукуру˝зе некоторых ценных свойств этого растения: холодостойкост˝и, высокого содержания белка, кустистости и устойчивости к бол˝езням. Изучают также возможность придания кукурузе способност˝и к регулярному апомиктическому размножению, которая позволи˝ла бы закрепить эффект гетерозиса в ряде последующих поколени˝й и удешевить производство семян. Разработаны приемы для пре˝одо-

ления нескрещиваемости этих культур. Так, при опылении ку˝ку-

рузы пыльцой трипсакума предварительно подрезают столб˝ики,

чтобы пыльцевые трубки могли достигнуть зародышевых меш˝ков.

При скрещивании кукурузы с Ò. dactyloides L. (2n = 36) получе-

ны стерильные 28-хромосомные гибриды. После беккроссирова˝- ния и самоопыления у 20-хромосомного потомства таких расте˝- ний обнаружились некоторые признаки трипсакума, что указ˝ывает на обмен участками хромосом. В результате скрещивания Ò. dactyloides L. (2 n = 72) с диплоидной кукурузой (2n = 20) ïîëó-

чили 46-хромосомные гибриды, а с тетраплоидной (2n = 40) —

142

56-хромосомные. При полной мужской стерильности эти гибрид˝ы

обладают довольно полной женской фертильностью. Опылени˝еF1 таких гибридов пыльцой кукурузы различной плоидности да˝ет разнообразное по числу хромосом потомство, что обусловле˝но значительным числом нередуцированных яйцеклеток.

В результате межродовых скрещиваний кукурузы с трипсаку˝- мом получен ряд продуктивных кукурузоподобных фертильн˝ых

гибридов, из которых выделены линии с высокой комбинацион˝- ной ценностью. Кроме того, от Ò. dactyloides L. удалось передать

кукурузе ген устойчивости к ржавчине, а от Ò. floridanum P. ex V. —

к северному гельминтоспориозу.

Полиплоидия. В мировой практике тетраплоидная кукуруза была впервые получена в 1932 г. В бывшем СССР эти работы были

начаты в конце 50-х годов прошлого века с целью использовани˝я

тетраплоидов для закрепления гетерозиса. Известно, что те˝траплоиды (4õ) во 2-м и последующих поколениях дают большой про-

цент гетерозигот, это и обеспечивает сохранение эффекта гетерозиса. Однако по продуктивности тетраплоидные формы кукур˝узы

и их гибриды уступают исходным диплоидным. Основная причи˝- на пониженной продуктивности тетраплоидной кукурузы — ˝че-

реззерница как следствие нарушения мейоза.

Полиплоидию у кукурузы используют при проведении межро-

довых скрещиваний.

6.7. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА СЕЛЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Типы гибридов. При перекомбинации самоопыленных линий кукурузы получают разные типы гибридов. В скрещивание ино˝гда

включают и сорта. Если обозначить линии буквами À, Â, Ñ и т. д., а сорта — буквой S, то формулы гибридов записывают следующим

образом:

При использовании в гибридизации сестринских линий (À1, Â1

и т. д.) получают модифицированные гибриды:

143

Из всех перечисленных типов гибридов в нашей стране возде˝-

лывают главным образом простые межлинейные, трехлинейны˝е и двойные межлинейные гибриды, а также простые и трехлинейн˝ые модифицированные гибриды.

Наиболее просто создавать простые межлинейные гибриды.

Они отличаются выравненностью, дружным созреванием и бол˝ее высоким, чем у исходных форм, качеством продукции. В нашей

стране наибольшее распространение получили Краснодарск˝ий 303 ТВ, Пионер 3978 М и др. Но в связи с низкой и неустойчивой

урожайностью исходных самоопыленных линий семеноводств˝о и

возделывание простых гибридов на товарное зерно рентабельны только в благоприятных по агроклиматическим условиям зо˝нах или при орошении.

Для повышения урожайности родительских форм и адаптивно˝-

сти гибридной кукурузы проводят усложнение гибридов пут˝ем предварительных сестринских скрещиваний. По генотипу та˝кие

гибриды сходны с обычными простыми, по структуре семеново˝д- ства — с трехлинейными или двойными. Урожайность сестри˝нс-

ких гибридов на 30...50 % выше, чем у исходных самоопыленных линий.

Âменее благоприятных почвенно-климатических условиях,

âкоторых семеноводство простых гибридов ненадежно и не-

рентабельно, выгоднее возделывать трехлинейные и двойны˝е межлинейные гибриды. Семенную продукцию у них получают

с высокоурожайных материнских простых гибридов, превыша˝-

ющих по продуктивности исходные самоопыленные линии в 2...3 раза.

Для повышения эффективности семеноводства кукурузы

Ю. К. Кобелевым в СГИ (г. Одесса) был разработан метод созда-

ния сложных гибридов, согласно которому в качестве матери˝нс-

кой формы используют не простой, а трехлинейный гибрид, а в˝ отдельных случаях, в частности при селекции раннеспелых г˝ибридов, — четырехлинейный или линейно-сортовой. Такие мат˝е- ринские гибриды характеризуются высокой урожайностью и˝ адаптивностью. При этом возрастает рентабельность семен˝оводства и родительских форм, а не только в последнем его звене, т. е. при получении товарных гибридов. В результате резко˝ повы-

шаются коэффициент размножения семян родительских форм˝,

экономичность и надежность производства семян во всех зв˝еньях

семеноводства.

Широкое распространение гибридов кукурузы в производст˝ве

стало возможным благодаря цитоплазматической мужской с˝терильности (ЦМС). Использование ЦМС дало огромный экономи- ческий эффект за счет существенного снижения затрат ручн˝ого труда на производство семян.

ЦМС была открыта в США Родсом в 1931 г., а в России

М. И. Хаджиновым в 1932 г. Первые простые гибриды на стериль-

144

ной основе были получены в США Джонсом и Мангельсдорфом в˝ 1947—1948 гг.

Согласно гипотезе Джонса, ЦМС контролируется плазменноядерной системой, включающей плазмогены (специфические э˝лементы цитоплазмы, способные к саморепродукции и передающ˝и-

еся через цитоплазму материнской формы), и генами, локализ˝о- ванными в хромосомах ядра. Стерильность пыльцы проявляет˝ся только при сочетании «стерильной» (S) цитоплазмы с ядерными генами rf в рецессивном состоянии. В доминантном же состоянии гены Rf подавляют действие S-цитоплазмы, не изменяя ее структуру, и восстанавливают фертильность пыльцы.

В настоящее время широко используют следующие типы ЦМС: M (S) — молдавский и Ñ — парагвайский. Техасский тип стерильности (Ò) в связи с эпифитотией H. maydis — южного гельминтоспориоза расы Ò — был запрещен к применению в США с 1970, а в РФ — с 1990 г. Ведутся работы по изучению и внедрению в практику и других типов ЦМС: SD, EÊ, Vt, Ml, S, R,

L è CA.

Как уже отмечалось, фертильность восстанавливается при н˝а- личии доминантных генов Rf независимо от S- èëè N-цитоплаз- мы. Для ЦМС типа Ò известны гены восстановления фертильности Rf1 è Rf2, äëÿ òèïà Ì — Rf3 è äëÿ òèïà Ñ — Rf4, Rf5 è Rf6. Наиболее рационально использование разных типов ЦМС.

Перевод гибридов кукурузы на стерильную основу предпола˝гает наличие системы источник ЦМС (цитSrfrf) — закрепитель стерильности (цитNrfrf) — восстановитель фертильности (цитS,NRfRf). Для этого необходимо оценить по реакции на цитоплазматич˝ескую мужскую стерильность новые линии, используемые как ро˝дительские формы в перспективных гибридах. Оценку проводят˝ пу-

тем скрещивания изучаемой линии с источником стерильнос˝ти, который становится тестером.

На нити початка тестера наносят смесь пыльцы с 5...10 растений изучаемой линии. На следующий год потомства от таких скрещиваний высевают на делянки и проводят учеты степени˝ фертильности. При этом линии могут характеризоваться как˝ закрепители стерильности — по полной стерильности потомства, восстановители фертильности — по фертильности потомст˝ва и ли- нии-полувосстановители — по потомству, состоящему из фе˝р- тильных и стерильных растений. Для дальнейшей работы отби˝рают две первые группы линий.

Создают стерильные аналоги материнских форм и аналоги во˝с-

становителей фертильности методом насыщающих скрещиван˝ий (см. схему на с. 146). Подбирать источники стерильности или фер˝- тильности необходимо с учетом их вегетационного периода˝ и других признаков, а также происхождения, чтобы избежать гене˝ти- ческого родства с другой формой данного гибрида.

145

И — линия — источник стерильности; À — линия, которой нужно передать ЦМС; И/À — соотношение ядерного материала.

Полученный стерильный аналог линии À (À I), который имеет стерильную цитоплазму и примерно 98,44 % ядерного материала

линии À, размножают на изолированном участке путем посева че- редующимися рядками с фертильной линией À.

Поскольку подавляющее большинство линий кукурузы (94...96 %) имеет рецессивные аллели генов — восстановителей

фертильности, создание стерильных аналогов не вызывает б˝ольших затруднений.

Селекция линий — аналогов восстановителей фертильности более сложна. Это объясняется тем, что только 4...6 % имею-

щихся в распоряжении селекционеров линий обладает спосо˝б-

ностью восстанавливать фертильность. Кроме того, при скре˝- щивании восстановителя фертильности с несколькими стер˝иль-

ными формами, обладающими одним типом ЦМС, гибридные потомства могут обнаруживать разную степень восстановления

фертильности.

При создании аналогов восстановителей используют широк˝о

известные ценные линии и ведут поиск новых среди линий, создаваемых разными методами.

Существует несколько схем создания линий — аналогов во˝сста-

новителей. В зависимости от типа гибрида, типа стерильнос˝ти и наличия линий, различных по признаку фертильность — сте˝рильность, используется та или иная схема работы.

Схема создания аналога восстановителя фертильности лин˝ииÀ на фертильной основе

Поскольку все растения в потомстве первого беккросса фер˝тильны, а восстановительной способностью обладают лишь 50 % из н˝их,

то до проведения второго насыщающего скрещивания необхо˝дима проверка их на эту способность, т. е. на содержание гена Rf.

146

Для этого каждое растение потомства первого беккросса ск˝ре-

щивают со стерильным анализатором (цитSrfrf). Для дальнейшего насыщения используют растения, обладающие геном Rf.

После 5...6 беккроссов с параллельной проверкой на восстано-˝ вительную способность выделенные растения дважды подвергают

самоопылению в сочетании с анализирующим скрещиванием и˝ отбором полностью фертильных форм.

Из-за необходимости проведения большого числа насыщающих и анализирующих скрещиваний эта схема трудоемка и рас˝-

тянута во времени. Поэтому часто используют схему создания ана-

лога восстановителя фертильности линии А на стерильной основе.

Схема создания аналога восстановителя фертильности лин˝ииÀ на стерильной основе

На 6-й и 7-й годы проводят самоопыление, отбор и последующее размножение восстановителя. Данная схема представляет со-

бой вариант, когда используется готовая линия — восстан˝овитель

фертильности на стерильной цитоплазме. В этом случае можн˝о одновременно создавать не только аналог — восстановите˝ль ли-

нии А, но и ее стерильный аналог.

Преимущество этой схемы заключается в том, что не нужно

проводить проверки на восстановительную способность, та˝к как растения, несущие ген Rf, андрофертильны, а особи без доминантного аллеля мужски стерильны. В то же время результаты ис˝следований показали, что использование стерильной цитоплаз˝мы может в дальнейшем приводить к потере восстановительной˝ способности у создаваемых аналогов.

Поэтому был разработан комбинированный метод создания

аналогов восстановителей фертильности, который предусм˝атрива-

ет совмещение генов восстановителей фертильности с норм˝аль-

ной цитоплазмой. При этом методе на начальном этапе испол˝ьзуют схему создания восстановителей на стерильной основе, а˝ после пятого-шестого беккросса скрещиваемые компоненты меняю˝т ме-

стами, т. е. в качестве материнской формы берут исходную ли˝нию,

а опылителем служит восстановитель фертильности на стер˝ильной основе. На заключительном этапе работы проводят самоо˝пы-

147

ление и анализирующие скрещивания для отбора форм, гомози˝-

готных по генам восстановления.

Созданы большие коллекции стерильных аналогов и аналого˝в восстановителей фертильности для лучших самоопыленных ˝линий.

Оценка селекционного материала. В течение вегетационного пе-

риода и после уборки проводят фенологические наблюдения˝, уче- ты и оценки по комплексу признаков. В полевых условиях оце˝ни-

вают состояние всходов, общее число растений и пасынков д˝ля подсчета кустистости, высоту растения и высоту прикрепле˝ния

початка (у многопочатковых форм — нижнего хозяйственно˝ год-

ного), а также число листьев на главном стебле. Учитывают ч˝исло междоузлий на одно растение и число бесплодных растений.

Оценку селекционного материала на устойчивость к болезн˝ям и

вредителям наиболее эффективно проводить на инфекционн˝ом

фоне. Способы его создания зависят от биологических особе˝нностей возбудителей болезней и вредителей, фазы развития растен˝ий и т. д.

Устойчивость растений кукурузы к перестою на корню оцени˝- вают, подсчитывая полегшие растения и вычисляя их количес˝тво

в процентах от общего числа растений на делянке.

При выращивании кукурузы на зерно проводят лабораторный˝

анализ пробы початков. Определяют консистенцию и окраску˝ зерна; форму, длину, диаметр верхней и нижней частей початка (о˝т-

ступая на 1/4 его длины от верхушки и от основания), число ряд˝ов зерен и число зерен в ряду, ширину борозд между рядами, напр˝ав-

ленность рядов (прямые, искривленные, сбивчивые); массу по˝чат-

ка. После обмолота початков учитывают окраску цветковых п˝ленок, массу зерна и 1000 зерен, выход зерна с початка в процента˝х. После определения влажности зерна урожай пересчитывают˝ на

14%-ю влажность.

У гибридов, выращиваемых на силос, учитывают урожай зеле-

ной массы и сбор сухого вещества: перед уборкой определяю˝т урожай зеленой массы, в том числе листостебельной и початков˝ (без оберток и ножек). По урожаю зеленой массы и содержанию сухо˝го вещества в процентах определяют сбор сухого вещества с 1 ˝га. Наибольшее значение в селекции кукурузы на качество зерн˝а имеют такие показатели, так содержание общего азота (сырого п˝ротеина) и лизина, а на качество зеленой массы — содержание общ˝его

азота и лигнина.

При оценке засухоустойчивости учитывают целый комплекс˝

признаков и свойств растений: устойчивость к увяданию, чи˝сло

бесплодных растений, озерненность початка, массу 1000 зерен,˝

разрыв во времени цветения мужских и женских соцветий, ст˝е- пень снижения урожая гибридов в засушливые годы по сравне˝нию с благоприятными.

Оценку образцов кукурузы на холодостойкость проводят пр˝я- мыми методами (лабораторный и полевой) и косвенными. В лаб˝о-

раторных условиях семена кукурузы проращивают при темпе˝рату-

148

ре 6...10 °С. Полевой метод предусматривает посев семян в ранн˝ие

сроки, при этом полевая всхожесть отражает устойчивость к˝ пониженным температурам и почвенным микроорганизмам. Степен˝ь холодостойкости устанавливают также по скорости появле˝ния всходов и их развития в начальный период, по устойчивости˝ к ве-

сенним заморозкам. К косвенным показателям холодостойко˝сти относят повышенное содержание сахара в соке растений, бол˝ее

высокую способность пластидного аппарата к крахмалообр˝азованию, проницаемость и вязкость цитоплазмы и др.

Селекционная работа с кукурузой включает систему питомн˝и-

ков и сортоиспытаний, в которых изучают исходный материал˝, получают линии, оценивают их комбинационную способность˝, создают и испытывают гибриды. Селекционные посевы кукуру˝зы

размещают на поле без пространственной изоляции, поэтому˝ пос-

ле проведения всех оценок и учетов семена выбраковывают, ˝а на следующий год высевают лучшие номера из резервов.

Коллекционный питомник. Изучаемые сортообразцы высевают на одно-двухрядковых делянках площадью 5...10 м2, стандарт раз-

мещают через 10 номеров. Основное назначение коллекционно˝го питомника — сбор, размножение и дальнейшее использован˝ие се-

мян в селекционной работе.

Âпроцессе изучения исходного материала проводят феноло˝ги-

ческие наблюдения и дают полевую характеристику растени˝ям, что позволяет отобрать для дальнейшей работы сортообраз˝цы, от-

вечающие задачам селекции.

Для поддержания и размножения образцов кукурузы применя˝- ют искусственное опыление. Изолируют початки на 10...15 растениях и опыляют их смесью пыльцы, собранной с 10...15 растений

этого же образца.

Селекционный питомник. В зависимости от количества семян

èцелей использования образцов их высевают на делянках пл˝о- щадью от 5 до 20 м2 без повторений, стандарт размещают через 20...30 номеров.

Âданном питомнике создают новые самоопыленные линии различными методами (изучают их комбинационную способность, реакцию на цитоплазматическую мужскую стерильнос˝ть), а также создают стерильные аналоги и аналоги восстановите˝лей

фертильности. С этой целью проводят искусственное скрещи˝ва-

ние специально подобранных родительских компонентов. Ра˝з-

множают сорта-популяции и константные самоопыленные лин˝ии.

Наблюдения и учеты те же, что и в коллекционном питомнике.

Питомник сравнительного испытания. Здесь проходят первона- чальную проверку гибриды, полученные в результате провед˝ения топкроссов и диаллельных скрещиваний, а также на участках˝ гибридизации. Поскольку в процессе селекционной работы полу˝чают значительное число новых экспериментальных гибридов, ис˝пыта-

ние их по общепринятой методике затруднено по технически˝м и

149

экономическим причинам. Поэтому гибриды высевают на одно˝-

рядковых делянках площадью 10 м2 без повторений, стандарт размещают через 10...20 номеров, применяют визуальную оценку продуктивности. Наблюдения и учеты те же, что и в предыдущи˝х питомниках.

Контрольный питомник. В этом питомнике изучают гибриды, выделившиеся по комплексу признаков в питомнике сравни-

тельного испытания. Образцы высевают на одно-двухрядковых делянках с учетной площадью 5...10 м2, повторность дву-трех-

кратная с рендомизированным размещением вариантов в пов˝то-

рениях, стандарт располагают через 10 номеров. Используют также парный метод, когда стандарт высевают через два образц˝а. Фенологические наблюдения проводят по сокращенной схеме. У˝чи-

тывают урожайность гибридов, отбирая пробу массой 3 кг дл˝я

последующего определения выхода зерна и пересчета урожа˝я на стандартную влажность.

Предварительное испытание. Лучшие гибриды из контрольного питомника изучают 1...2 года в предварительном испытании. Де˝лян-

ки двух-трехрядковые с учетной площадью 10...20 м2, повторность трех-четырехкратная с рендомизированным размещением ва˝риан-

тов в повторении, стандарт высевают через 5...6 номеров. Наблюдения и учеты те же, что и в контрольном питомнике. Данные по у˝ро-

жайности обрабатывают методом дисперсионного анализа. Конкурсное испытание. Здесь продолжают изучение гибридов,

выделенных в предварительном испытании. Делянки четырех˝ряд-

ковые с учетной площадью 20...40 м2, повторность четырех—шес- тикратная, размещение стандарта через 10 номеров. Наблюден˝ия и учеты проводят по полной схеме. Изучение номеров продол˝жа-

ют в течение 2...3 лет. В результате выделяют перспективные ги˝б-

риды, которые включают в экологическое и производственно˝е ис-

пытания. Одновременно начинают работу по переводу гибрид˝а на стерильную основу, размножению родительских форм и получ˝е- нию семян, необходимых для передачи гибрида в государстве˝нное сортоиспытание.

6.8.ДОСТИЖЕНИЯ СЕЛЕКЦИИ

ÂРоссии селекцией кукурузы занимаются более 15 государственных и негосударственных научно-исследовательских ˝учреждений. Координирует всю селекционную работу с кукурузой в˝ стране Всероссийский научно-исследовательский институт˝ куку-

рузы (ВНИИК). Существенных результатов в селекции кукуруз˝ы добились Краснодарский НИИСХ им. П. П. Лукьяненко, Воро-

нежская опытная станция ВНИИК, НИИСХ Юго-Востока, Поволжская селекционная опытная станция, Кубанская опытна˝я станция ВИР и др.

150