Кузьоменський О.В. Використання мутантних форм при селекції томата на гетерозис

Краткое содержание

селекційно-Генетичні аспекти використання

 мутантних форм в гетерозисній селекції томата

На підставі аналізу літературних даних, розглянуто основні напрямки практичного використання мутантних форм в селекційному процесі томата. Висвітлено можливі методичні підходи до вирішення проблеми гетерозису за рахунок використання мутантних генів.

Умови, матеріал і методика

проведення досліджень

            Дослідження проведені в 1997-2001 рр. у лабораторії селекції томата відкритого ґрунту Інституту овочівництва і баштанництва УААН (ІОБ УААН).

Аналіз метеорологічних даних за роки досліджень показав, що більш сприятливими для росту і розвитку рослин томата виявилися 1997, 1998 і 2001 роки. Жарка, суха погода 1999 року, і часті коливання температури у 2000 році, виявились менш сприятливими та призвели до зниження врожайності томата.

            Вихідним матеріалом для проведення досліджень послужили мутантні форми томата колекції ВНДІСНСОК – Мо 24 (wv), Мо 56 (au), Mo 112 (sp, hp), Mо 113 (gf), Mo 158 (sp, mc), Mo 341 (Wom), Mo 379 (ful), Mo 392 (coa), Mo 500 (Wo, d, o, aw, c,  m-2, r), Mo 504 (s, bk, Wo, o, aw, p, d), Mo 516 (sp, bl), Mo 556 (tp), Mo 588 (aa),       Mo 628 (ful, e, hl, a), Mл 632 (sp, u, h, l-2, t, ag), Mo 638 (c, a, mc, gs, y, u, r, t, gf),      Mo 755 (sp, d, wv, aа), Mo 791 (alb, mua), Torosa (sp, d, br, bl, u, j-2in); зразки колекції ВІР; а також сорти і лінії селекції ІОБ УААН. Крім цього, були вивчені гібриди F1, F2, F3, F4-F6, отримані  за  участю  мутантних  форм, а  також селекційні  лінії  F4-F12, створені В.А. Кравченком на Київській дослідній станції. За період наших досліджень вивчено: 36 мутантних форм; 403 колекційні форми; 503 гібрида F1; 126 гібридів F2; 230 – F3; 363 лінії F4-F6. Всього у вивченні знаходилося більш 1600 зразків томата різного географічного і генетичного походження.

Схему розміщення селекційних розсадників, одержання гетерозисних гібридів і оцінку основних господарсько-цінних ознак рослин здійснювали відповідно до   загальноприйнятих методичних рекомендацій і розробок ВІР (1968, 1974, 1977),       ВАСГНІЛ (1986). Оцінка здійснювалась за ознаками – загальна врожайність (т/га), товарність плодів (%), дружність достигання плодів (%), маса плода (г), тривалість вегетаційного періоду (днів). Для кращих гібридів і сортів в лабораторії масових аналізів ІОБ УААН проведено біохімічний аналіз плодів на вміст сухої речовини (%), загальних цукрів (%), аскорбінової кислоти (мг/%) та кислотності (%).

Морфо-біологічний опис мутантних форм томата проводили згідно класифікатора СЕВ (1986). Випробування гібридів F1 і сортів проводили відповідно до існуючої методики Державного сортовипробування (1975,1985).

            При обробці експериментальних даних використовували дисперсійний аналіз за методикою Б.А.Доспєхова (1985). Розрахунки параметрів пластичності, стабільності, адаптивності і селекційної цінності генотипу виконували за методикою     О.В. Кільчєвского, А.В. Хотильової (1985), гомеостатичність – за В.Ф.Півоваровим (1985). Оцінку комбінаційної здатності проводили методом повних і неповних топкросів згідно методичних рекомендацій П.П. Літуна, М.В. Проскурніна (1992). Ступінь домінування визначали по формулі F. Peter, K. Frey (1966), величину ефекту гетерозису за – Х. Даскаловим (1967). Розрахунок економічної ефективності проводили згідно формули, розробленої в ІОБ УААН (2001), ефективність енерговитрат визначали через коефіцієнт біоенергетичної ефективності за методикою О.С. Болотського, М.М. Довгаля (1999).

            Статистична обробка даних проведена за допомогою “Пакета прикладних програм обробки результатів селекційних і генетичних експериментів” Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва та математичних програм ІОБ УААН.

Морфо-біологічна характеристика мутантних

форм томата

За період досліджень (1997-2000 рр.) в умовах Лівобережного Лісостепу України вивчені фенотипові ефекти наступних груп мутантних генів:

1)   недостача і повна відсутність антоціану – a, aa, ag, aw;

2)   порушене забарвлення листка – ful, l, l-2, wv, m-2, aud, lg, alb, au, hy;

3)   зміна ознак опушення –Wo, Wom,h, hl;

4)   форма і розмір листка – c, e, coa, sf, bip, Me, Cu, cb-2;

5)   габітус рослини – sp, d, bl, br, dpy, bls;

6)   зміни в будові суцвіття та його елементів – s, mua, bl, j, j-2, j-2in, mc;

7)   стерильність –ps, exd;

8)   форма плода –o, pst, el, bk, p, f, lc;

9)   забарвлення плода – u, t, r, B, gf, gs, hp, y, nor, rin, alc, ogc, dg.

Проведений нами морфо-біологічний опис показав, що усі вивчені мутантні гени характеризуються чітким, стабільним фенотиповим проявом відповідно до існуючого їх опису (Бочарникова Н.И., Козлова В.М., 1992).

Виявлено, що умови навколишнього середовища суттєво не впливають на фенотиповий прояв більшості мутантних генів, а лише в незначній мірі змінюють ступінь вираження мутантної ознаки, не перешкоджаючи при цьому її повному прояву.   

прояв та мінливість генетичних параметрів

адаптивності у  мутантних форм томата

Необхідність глибокого вивчення потенційних можливостей мутантних форм томата викликана потребою збагачення генетичної основи культурних сортів томата більш високими граничними значеннями господарсько-цінних ознак, що не можливо без використання мутантної мінливості (Жученко А.А., 1973).

Фенотипова мінливість основних господарсько-цінних кількісних ознак. Вивчення фенотипової мінливості досліджуваного набору мутантних форм, дозволило виявити їх істотні генотипні розходження за основними господарсько-цінними ознаками. Так, за загальною врожайністю середні значення мутантних форм коливалися в досить широких межах від: 1,0 т/га у Мо 628 до 33,9 т/га у       Мо 113. Ознака характеризувалася як сильно варіабельна, середній коефіцієнт ва-ріації складав 27,1 %. Найбільшу популяційну гомеостатичність (НОМ) мали фо-рми:  Мо 113 (1,5), Мо 791 (1,4), Мо 392 (1,2), Мо 638 (1,2) і Мл 632 (1,1).

За ознакою товарність плодів виділилися мутантні форми: Torosa (95 %),         Мо 500 (84 %), Мо 504 (84 %), Мо 112 (80 %) і Мо 341 (80 %). Ознака характе-ризувалася як середньо варіабельна, середній коефіцієнт варіації склав 14,2 %. Найбільшу популяційну гомеостатичність мали: Мо 113 (22,0), Мо 500 (10,1) і му-тантна лінія Torosa (10,1). За цим показником вони значно перевищили стандартні сорти Лагідний (7,0) і Флора (5,2).

За ознакою дружність достигання  плодів середній коефіцієнт варіації склав 18,3 %, що свідчить про середню варіабельність даної ознаки. Найбільшу дружність  мали мутантні форми: Torosa (94 %), Мо 516 (52 %), Мо 755 (44 %) і Мо 113 (43 %). Ці ж форми мали і найбільш високу популяційну гомеостатичність – 7,1; 3,2; 4,4; 3,9 відповідно.

Найбільшою масою плода відзначалися форми: Мо 516 (138 г), Мо 341 (84 г)  і   Мо 112 (82 г). Середній коефіцієнт варіації склав 25,0 %, що характеризує ознаку як сильно варіюючу. Найбільш високу популяційну гомеостатичність мали форми: Torosa (3,6), Мо 158 (3,5), Мо 379 (3,4), Мо 638 (3,4) і Мо 392 (3,2).

Такі ознаки плода, як індекс, камерність і товщина перикарпію, виявили  незначну фенотипову мінливість – 8,7 %, 18,9 % і 17,6 % відповідно, що дозволяє їх класифікувати як слабо і середньо варіабельні. У якості джерела такої важливої для промислових сортів і гібридів ознаки як товщина перикарпію, найбільш придатні форми Мо 516 і  Мо 112, які відзначалися максимальною його товщиною – 0,6 см.

За тривалістю вегетаційного періоду кращими були мутантні форми: Мо 634 (91 день), Torosa (92 дні) і Мо 113 (94 дні). Вони починали достигати раніш стандартних сортів Лагідний і Флора. Середній коефіцієнт варіації тривалості вегетаційного періоду склав 2,5%, що дозволяє класифікувати ознаку як слабо варіюючу. Найбільш високу популяційну гомеостатичність мали форми: Torosa (63,5), Мо 516 (60,0), Мо 634 (57,3), Мо 588 (53,3) і Мо 791 (52,8). Їх найбільш доцільно використовувати як генетичні джерела скоростиглості при селекції томата на гетерозис.

Екологічна стабільність і пластичність мутантних форм томата в умовах Лісостепу України. За ознакою загальна врожайність найбільш високу загальну адаптивну здатність (Vi) мали форми: Мо 158 (11,1), Мо 556 (11,6), Мл 632 (12,2),     Мо 504 (9,2) і Мо 24 (7,0). Особливо необхідно відзначити форми Мо 158, Мл 632, Мо 24, що мали високу загальну і специфічну адаптивну здатність. Їх доцільно використовувати як джерела на адаптивність. Високу стабільність (Sqi) прояву даної ознаки виявили мутантні форми: Мо 628 (6,6) і Мо 588 (13,7). Найбільшу селекційну цінність генотипу (СЦГi) мали: Мо 556 (20,4), Мо 588 (17,7), Мл 632 (17,7) і Мо 341 (15,2). Ці форми найбільш стабільно за роками відтворюють високий рівень про-дуктивності і є цінними джерелами, що можуть використовуватися у гетерозисній селекції томата.  

Високу загальну адаптивну здатність за ознакою товарність плодів мали форми: Мо 500 (17,4), Мо 504 (16,1), Мо 341 (15,7), Мо 112 (13,5). Стабільно високою товарністю плодів відзначалися форми: Мо 500, Мо 112, Мо 504 і мутантна лінія Torosa. Їх стабільність за даною ознакою складала відповідно – 11,5; 4,8; 12,5 і 0,9. Ці форми мали і найбільш високий показник селекційної цінності генотипу – 56,1; 68,8; 54,1 і 92,5. Вони є найбільш цінним вихідним матеріалом для створення висо-котоварних, транспортабельних сортів і гібридів томата.

 За ознакою дружність достигання  максимальну загальну адаптивну здатність мали мутантні форми: Torosa (52,5), Мо 755 (21,1), Мо 516 (19,8). По даному показнику вони перевищили навіть ранньостиглі, стандартні сорти Лагідний і Флора. Найбільш стабільними за даною ознакою були мутантні форми: Мо 113 (23,1), Мо 112 (30,0) і Мо 755 (35,5). Виявлено, що  більшість вивчених мутантних форм є дуже пластичними за дружністю достигання, що свідчить про значну залежність цієї ознаки від умов вирощування. Найбільш високу селекційну цінність генотипу мали форми: Torosa (85,8), Мо 516 (38,8), Мо 113 (30,7) і Мо 755 (28,4). Вони є найбільш перспективними при створенні форм з дружнім плодоношенням.

Вивчення загальної адаптивної здатності мутантних форм за ознакою маса плода дозволило виділити зразки: Мо 516 (70,4), Мо 112 (41,7), Мо 158 (21,1) і       Мо 341 (16,9). Високою специфічною адаптивною здатністю відрізнялися форми: Мо 516 (178,8), Мо 638 (53,8), Мо 556 (36,0) і Мл 632 (31,7). Найбільшою стабільністю досліджуваної ознаки відрізнялися: Torosa (3,2), Мо 379 (3,4), Мо 158 (4,9) і   Мо 112 (5,5). Як найбільш перспективні, які визначаються високою селекційною цінністю генотипу, виділені форми: Мо 516 (60,5), Мо 112 (60,2), Torosa (59,8) і    Мо 341 (53,8).

Найбільш високі ефекти загальної адаптивної здатності за довжиною вегетаційного періоду мали форми: Мо 634 (12,4), Мо 113 (9,3), Мо 556 (7,8) і Мо 392 (6,2). Високу стабільність прояву ознаки мали: Мо 588 (1,4), Мо 634 (2,8) і Мо 113 (3,8). Найбільша селекційна цінність генотипу відзначена у мутантних форм: Мо 634 (90,2), Мо 588 (88,4), Мо 113 (80,8) і лінії Torosa (77,3).

 Проведені дослідження свідчать, що ступінь фенотипової та екологічної мінливості ознак у мутантних форм томата, в залежності від погодних умов року різний, і обумовлений специфічною нормою реакції конкретного генотипу у відповідності з його адаптивною здатністю.

Оцінка комбінаційної здатності

мутантних форм томата

Далеко не всяка гібридна комбінація є високоврожайною чи взагалі практично-цінною. Найбільший гетерозисний ефект виявляють сорти і лінії, що характеризуються високою комбінаційною здатністю (Алпатьев А.В., 1981).

Нами вивчена комбінаційна здатність основних господарсько-цінних ознак мутантних форм томата методом неповних топкросів з використанням 4 тестерів. Відповідно до обраної схеми схрещувань досліджувані мутантні форми були розділені на дві групи, кожну з яких схрещували зі своїми тестерами. У якості одного з тестерів використовували високопродуктивні районовані сорти Лагідний та Флора з добре вираженими господарсько-цінними ознаками. Як другий тестер використовували багатомаркерні мутантні форми  Мл 632 (u, h, l-2, t, ag, sp) та Мо 504 (s, bk, Wo, o, aw, p, d), зі слабко вираженими господарсько-цінними ознаками, але які відрізняються значним набором мутантних генів,   що забезпечує їм значну генетичну контрастність. Паралельно, для перевірки ефективності даного методу, ми провели аналіз комбінаційної здатності методом повних топкросів, для кожної групи окремо.

Порівняння обох методів, дозволило установити, що метод неповних топкросів мало придатний для оцінки комбінаційної здатності форм томата за ознаками загальна врожайність і товарність плодів. Дані таблиць 1 і 2 свідчать, що за цими ознаками спостерігалися сильні принципові відмінності ефектів загальної комбінаційної здатності (ЗКЗ), як за величиною, так і за спрямованістю. Одночасно метод неповних топкросів виявився ефективним для оцінки ознак – дружність достигання, маса плода і тривалість вегетаційного періоду, де він може використовуватися для скорочення кількості гібридних комбінацій.

У якості найбільш перспективних, що володіють високою ЗКЗ по загальній врожайності та інших досліджуваних ознаках, виділилися мутантні форми – Мл 632,   Мо 392, Мо 379, Мо 158, Мо 341. При схрещуванні з врожайними компонентами цінними також є Мо 516 і Мо 112, що володіють високою ЗКЗ за ознаками – товарність, дружність достигання, маса плода і скоростиглість.

Підтверджено положення про значну мінливість ефектів специфічної комбінаційної здатності (СКЗ) гібридних комбінацій F1 у залежності від конкретних генотипів і умов навколишнього середовища. Лише деякі комбінації зберігали стабільними константи СКЗ за роками. Виявлено, що ЗКЗ за всіма вивченими ознаками контролюється адитивною дією генів, а СКЗ – неадитивною (наддомінування, епістаз). Тому, для створення високогетерозисних гібридів доцільно використовувати форми з високою ЗКЗ.

Проведені дослідження показали, що сорти Лагідний і Флора, використовувані як тестери, виявляють більш високі ефекти ЗКЗ за вивченими ознаками на відміну від тестерів мутантів – Мл 632 і Мо 504. Це свідчить, що як компоненти для схрещування з мутантними формами томата, більш ефективними є високопродуктивні, скоростиглі сорти промислового типу. Вони доповнюють генетичну контрастність мутантних форм набором добре виражених господарсько-цінних ознак, що в сполученні дає високий ефект гетерозису.