МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)
Кафедра
генетики, микробиологии и биотехнологии
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Наследование
ветвистости у подсолнечника
Работу выполнила
В.В. Иванова
Научный руководитель
д-р биол. наук, доц.
В.В. Тюрин
Краснодар 2013
РЕФЕРАТ
Работа представлена на 29 страницах текста. Содержит 7 таблиц, 5 рисунков. Библиография наименований на русском языке.
Объект исследования: Helianthus annuus L.
Цель исследования: генетический анализ признака «ветвистости стебля».
Материал: 16 семей гибридов F1, F2, BC (F1×P1), BC (F1×P2), полученных от скрещивания двух селекционных линий с неветвящимся стеблем и двух гибридных форм с рецессивным типом ветвления.
Методы: использование стерильных аналогов материнских линий, искусственные скрещивания, инцухт для статистической обработки две модернизации критерия χ2 (Пирсона) с целью сравнения эмпирического отношения расщепления с теоретически ожидаемым или двух эмпирических.
Установлено, что ветвистость стебля у подсолнечника масличного контролируется двумя несцепленными изоэпистатическими генами (обозначены В, С). Ветвящаяся селекционная линия ВК678А имеет генотип BBсс, линия ВА93А -Bbbс, ветвящиеся гибридные формы IF1Авангард и IF Темп - bbcc. Предложен путь преобразования генотипа ВА93 (BbCc) в ВА93 (BBCC, BbCC, BBCc) не дающую расщепления по ветвистости в F1.
Область использования результатов - генетические
основы селекции подсолнечника.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
. Становление подсолнечника как сельскохозяйственной культуры и современные направления его селекции ( обзор литературы
.1 Краткая история подсолнечника Helianthus аnnuus как сельскохозяйственной культуры
.2 Основные направления современной селекции подсолнечника
. Материал и методы исследования
. Анализ наследования ветвистости стебля подсолнечника
.1 Конкретизация задачи исследования
.2Анализ наследования признаков гибридами F1
.3 Раздельный по селекционным линиям генетический анализ поколений гибридов F2 и беккроссов на доминантную и рецессивную родительские формы
Заключение
Библиографический
список
подсолнечник селекция гибрид беккросс
ВВЕДЕНИЕ
Генетический анализ позволяет установить число и способ взаимодействия генов, контролирующих признак, и, таким образом, количественно строго описать его наследование. Важнейшим результатом генетического анализа становится возможность прогнозировать обусловленную расщеплением изменчивость признака в потомстве от скрещивания конкретных фенотипически различающихся форм.
Неудивительно, поэтому, что первоначально становление генетики, как теоретической основы селекции связывали именно с генетическим анализом, позволяющим построить селекцию как планомерное конструирование желательных генотипов. Удивительно другое - игнорирование с самого начала очевидного обстоятельства, что успех менделеевского генотипического анализа однозначно обусловлен исследованием признаков с дискретной изменчивостью (качественных, альтернативных). Большинство признаков, слагающих продуктивность, к этой категории не относятся. Уже в 1940г. Н.И.Вавилов в «Критическом обзоре современного состояния генетической теории селекции растений и животных» [Вавилов,1957] предостерегал от поиска «генов продуктивности», деликатно называя соответствующие изыскания «наивной генетикой», и тем самым способствовал естественной переориентации генетической теории селекции в область генетико-физиологических, генетико-эволюционных, популяционных, а в настоящее время эколого-генетических исследований.
Теперь роль генетического анализа в селекции строго ограничена признаками с дискретной изменчивостью, но после его применения остались еще достаточно широкими, поскольку среди селекционно-значимых такие признаки не являются редкими. К их числу у подсолнечника принадлежит и альтернативная пара «ветвистый - неветвистый стебель». Только первый из признаков (однокорзиночные формы) соответствует габитусу культурных сортов масличного подсолнечника. Ветвление стебля характерно для дикорастущих видов подсолнечника или форм, полученных от межвидовых гибридов. Оно используется только в селекции декоративных форм.
Для получения гетерозисных гибридов в селекции масличного подсолнечника используют отцовские формы с рецессивным признаком «ветвящийся стебель», а в качестве материнских - селекционные однокорзиночные линии, а точнее их аналоги с цитоплазматической мужской стерильностью. Крайне негативным последствием таких скрещиваний оказывается появление гибридов, с ветвящимся стеблем уже начиная с F1 с обычно низкой, но иногда и значительной частотой.
Для выяснения причины появления ветвистых форм необходим генетический анализ, проведение которого и стало задачей данной работы. Требовалось:
доказать (или отвергнуть) саму возможность связать наблюдаемый результат с расщеплением в потомстве селекционных инцухт-линий, которые всегда считаются гомозиготными;
определить число и способ взаимодействия генов,
контролирующих признак.
1. СТАНОВЛЕНИЕ ПОДСОЛНЕЧНИКА КАК
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ КУЛЬТУРЫ И СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЕГО СЕЛЕКЦИИ (ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ)
.1 Краткая история подсолнечника Helianthus
аnnuus как сельскохозяйственной культуры
Подсолнечник относится к семейству астровых Asteraсеае L. (Сложноцветных Compositae L.), полиморфному роду Helianthus. В различных классификациях к этому роду относят от 50 до 264 видов.
В полевой культуре используют два вида: однолетний диплоидный - (Heliaпthus аnnuus L. ssр cultus), (2n =34) и многолетний гексаплоидный - (Helianthus tuberosus L.) , (2n=102).В соответствии с новой классификацией диплоидный однолетний вид Н. аnnuus включает три подвида, которые ранее выделяли как самостоятельные виды: Н. аnnuus, Н. Iеnticularis, H.petiolaris [Жуковский, 1971].
Подсолнечник имеет мощный, облиственный, зеленый, травянистый, в нижней части одревесневший стебель, заканчивающийся соцветием. Поверхность стебля шероховатая, опушена многоклеточными волосками, защищающими растение от перегрева и испарения влаги. Благодаря этому подсолнечник устойчив к воздушной засухе. Длина стебля варьирует от 50 см у скороспелых до 200 см у среднеспелых сортов масленичной группы и до 450 см у растений силосных сортов.
Первые планомерные исследования и научная селекция подсолнечника в России были начаты в 1912 году на опытном поле «Круглик» в Екатеринодаре (ныне г. Краснадар) В. С.Пустовойтом (1886-1972гг.). Позднее на его базе был создан Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур - (ВНИИМК).
В селекции подсолнечника в настоящее время отбирают растения с нехрупким у основания главным корнем, с большим числом разветвлений в пахотном слое. У возделываемых сортов стебель должен быть прямостоячим, не поникающим после цветения, не склонным к ветвистости и надламыванию, одинаковой длины у всех растений. Ветвистые формы с рецессивным типом наследования часто используются в качестве отцовских растений в селекции на гетерозис. Короткостебельность должна сочетаться с увеличением диаметра стебля, что способствует снижению суточных дефицитов оводненности и повышению интенсивности деления клеток, запасающих жир. Для экономного расходования влаги растения идеального типа должны формировать ценозы с индексами площади листьев 2 га на 1 га посева и с меньшей зависимостью от влагообеспеченности.
Листья у подсолнечника простые, черешковые, без прилистников, расположены на стебле спирально, и только самые нижние (2-З пары) располагаются супротивно. Число листьев в основном определяется наследственными особенностями растений и тесно связано со свойственной сорту продолжительностью вегетации. Растения сортов среднеспелой группы имеют обычно 27-30 листьев. Длина и ширина их меняется по-ярусно: от нескольких сантиметров до полуметра. Пластинки цельные цельнокрайние у самых нижних и с зубчатыми или крупнопильчатыми краями у всех остальных листьев. Жилкование веерообразное или нормальное [Дьяков, Перестова, 1975].
Соцветие подсолнечника - корзинка, укрытая на периферии многорядной листовой оберткой. По краям соцветия располагаются бесполые язычковые цветки, к центру концентрическими кругами обоеполые трубчатые цветки. Пять тычинок со сросшимися в виде трубок пыльниками и свободными нитями окружают столбик пестика. Пыльники вскрываются продольными щелями внутрь трубочки. Пестик имеет двухлопастное, покрытое ворсинками рыльце, цилиндрический столбик и нижнюю одногнездовую завязь с одной семяпочкой. В центре корзинки должен быть резерв завязей для увеличения продуктивности в более благоприятных условиях возделывания.
Подсолнечник - перекрестноопыляющееся энтомофильное растение. Опылители - пчелы, шмели и некоторые другие насекомые. Определенное значение имеет ветроопыление, хотя пыльцевые зерна относительно крупные и легко слипаются. Перекрестному опылению способствуют разновременное созревание тычинок и пестика (протерандрия), расположение пыльников и рыльца пестика на разных уровнях (пестик, находящийся выше, затрудняет самоопыление), а также генетическая система самонесовместимости, при которой подавляется рост пыльцевых трубок собственных пыльцевых зерен в столбике пестика. Тем не менее, во многих исследованиях отмечаются, что при самоопылении растений в различных популяциях подсолнечника наблюдаются колебания от полной стерильности до высокой степени завязывания семян [Коновалов, 1990]. Максимальное число цветков, закладывающихся в корзинке, может достигать 8 тысяч. Но в подавляющем большинстве случаев корзинка имеет 1,2 - 4,0 тысяч цветков. Диаметр корзинки зависит от условий произрастания и варьирует от 10 до 26 см [Дьяков, Перестова, 1975].
Плод - семянка с кожистым околоплодником (лузгой), не срастающимся с семенем (ядром). От 70% до 90% внутренней полости околоплодника занимает семя (ядро семянки). Форма семянок сжатояйцевидная, с закругленными концами и ребрами. Окраска варьирует от черного цвета через серые и коричневые оттенки, полосатые и до белой.
Вегетационный период подсолнечника длится 80-140 суток. Подсолнечник - культура тепло- и влаголюбивая.
Родиной подсолнечника считается южная часть Северной Америки. В Европу его привезли испанцы в 1510 году для декоративных целей. В Россию он попал в XVIII вв. из Голландии тоже в качестве декоративного растения, а семянки иногда использовались в качестве лакомства.
Первое упоминание о возможности добывания масла
из него относится к 1769 г. В 1835 году крепостной крестьянин из села
Алексеевка Воронежской губернии Бокарев Д. С. впервые получил масло из семянок
подсолнечника, который выращивался у него на огороде. Затем посевы этой
культуры стали постепенно распространяться в Воронежской и Саратовской
губерниях, на Украине, Северном Кавказе и в Сибири. Поэтому можно считать, что
второй родиной нового в мировом земледелии масличного растения стала Россия. В
1860 г. В нашей стране были начаты работы по селекции масличных сортов
подсолнечника. Таким образом, культурный подсолнечник ( Helianthus Cultus Wenzl
) можно считать отечественной культурой. В её создании большую роль сыграли
выдающиеся селекционеры Е.М. Плачек, Л.А. Жданов, В.С. Пустовойт и др. Именно в
нашей стране имеется самое большое биоразнообразие форм, сортов и гибридов
культурного подсолнечника [Малюга, Квашин, Загорулько, 2011]
.2 Основные направления современной селекции
подсолнечника
Работа по созданию высокоолеиновых сортов и гибридов подсолнечника, масло которых по жирно-кислотному составу и питательной ценности аналогично оливковому и может использоваться в качестве полноценного заменителя последнего в масложировой, консервной и медецинской промышленности является одним из приоритетных направлений исследований ВНИИМК.
Разработка методов анализа жирно-кислотного состава, позволяющих проводить оценку отдельных семянок (и даже частей семядолей) и исследования по генетике данного признака [Демурин, 1999] значительно упростили задачу по созданию линий подсолнечника с высоким содержанием олеиновой кислоты в масле. Этому же способствовала предварительная наработка селекционного материала, сочетающего наличие данного признака с комплексом хозяйственных признаков. Таким образом, во ВНИИМК были созданы и внедрены в производство высокоолеиновые гибриды Краснодарский 885, Кубанский 341 и Кубанский 941 [Гончаров, 2006].
В последние годы наблюдается принципиально новый этап в селекции растений на качество масла, заключающийся в преодолении межвидовых барьеров в наследственной изменчивости по составу липидов семян. Селекционная стратегия в данном случае заключается в создании сортов и гибридов с новыми типами масла, определяемыми характером его использования. При этом возможен отбор генотипов как на экстремальные проявления признака, т.е. минимум или максимум, так и на оптимальное содержание вещества. Очевидно, что для каждого типа масла существуют параметры качества. Качество масла, т.е. его пищевые, биологические и технологические свойства, зависит от состава и молекулярного положения жирных кислот, а так же от наличия в нём различных сопутствующих соединений.
Одной из важных проблем улучшения качества масла является повышение его устойчивости к окислению (оксистабильности) с целью предотвращения накопления токсичных продуктов прогоркания при его хранении и использовании. В результате многолетнего отбора в 1993 году во ВНИИМК был создан сорт Фаворит с повышенной в 3-4 раза устойчивостью к гидролитическому распаду масла в семенах [Суровикин, Бородин, 1995]. Исследование причин этого явления, включая определение активности фермента липазы в семенах [Демурин, Попов, Левуцкая, 2003] и изучение морфобиологических признаков корзинки и семянок указывают на его сложный генетический контроль, в связи с высокой корреляцией кислотного числа масла и степени поражения семянок фитопатогенами [Демурин, 2006]. В целом биохимическая генетика липидов, совместно с селекцией на качество масла, позволят создавать сорта и гибриды подсолнечника с новыми типами масел, максимально соответствующими требованиям пищевой, медицинской и других отраслей промышленности [Демурин, 2006].
Одним из наиболее вредоносных и распространенных в мире заболеваний подсолнечника является ложная мучнистая роса, вызываемая облигатным грибным паразитом Plasmopara halstedii (Farl.) Berl et de Toni. Болезнь поражает подсолнечник в большинстве стран мира - практически везде, где он выращивается. В Краснодарском крае подсолнечник начал заметно поражаться ложной мучнистой росой, начиная с 1950 года. Однако проблема создания устойчивых сортов и гибридов оказалась гораздо сложнее, вследствие появления новых физиологических рас патогена, которых идентифицировано к настоящему времени в мире около 17 [Антонова, 2003]. С созданием за рубежом линий-дифференциаторов подсолнечника стало возможным идентифицировать расы Plasmopara halstedii. Когда эти линии стали доступны и в России, была начата идентификация рас патогенна в Белгородской области и Краснодарском крае. Таким образом, в регионах Северного Кавказа в 2004-2005 годах во ВНИИМК выявлено 7 рас возбудителя ложной мучнистой росы подсолнечника, среди которых расы высокой вирулентности. Полученные данные свидетельствуют о происходящих изменениях в популяции Plasmopara halstedii, поражающей культуру в регионе. Поэтому чрезвычайно важен постоянный контроль над расовым составом патогенна, это - необходимое условие для успешной селекции и рационального размещения устойчивых сортов и гибридов подсолнечника [Ивебор, Антонова, Арасланова, 2005].
Одним из основных напрвлений селекции подсолнечника во ВНИИМК является генетический контроль эректоидности листа. Создание признаковой коллекции подсолнечника по габитусу растения с эректоидным типом листьев основывается на включении в неё линий с максимальным спектром изменчивости по данному признаку. Известно три идентифицированных гена эректоидности листьев подсолнечника. Один из них доминантный ген Er (erectoid leaf) [Демурин,1986] и два рецессивных гена er1 и er2 [Ведмедева, 2001; Пимахин, 1996]. Межгенное взаимодействие осуществляется по типу доминантного эпистаза гена Er над er1 и er2, а так же рецессивного эпистаза er2 над er1 [Демурин, 2005].