close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

5619.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОГО ПОЛИМОРФИЗМА ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ В СЕМЕНОВОДСТВЕ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На правах рукописи
ЛЯЛИНА Елена Владимировна
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ
ОБУСЛОВЛЕННОГО ПОЛИМОРФИЗМА
ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ В СЕМЕНОВОДСТВЕ
ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ
06.01.05 — селекция и семеноводство
03.00.15 — генетика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
МОСКВА 2000
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена на кафедре сепекции и семеноводства потевых культур Московской сельскохозяйственной академии
им К А Тимирязева и в лаборатории генетики растений Института общей генетики им Н И Вавилова РАН
Научные руководители доктор сельскохозяйственных наук,
профессор А.Н. Березкин, кандидат биотогических наук А.А. Поморцев.
Официальные оппоненты доктор био югических наук, профессор А.В. Смирнев; кандидат сетьскохозяйсгвенных наук
В.Л1. Лапочкин.
Ведущее учреждение — Государственная семенная инспекция Российской Федерации
.- ^7
Защита состоится слЗ мая 2000 г в /»
ч на заседании
диссертационного совета Д 120 35 04 в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева по адресу 127550, Москва, ул 1 имирязевская, 49
Ученый совет V1CXA, корп 3
С диссертацией можно ознэ"~
"
библиотеке Московской ce.if
К А Тимирязева
Автореферат раюслан
Ученый секретарь
диссертационного совета
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы: В связи, с принятием законов Российской
Федерации "О селекционных достижениях", "О семеноводстве", особо
актуальным стал .вопрос о контроле подлинности и сортовой чистоты,
семенного материала. В соответствии с первым из вышеуказанных законов,
патентообладатель несет полную ответственность за качество выпускаемых
семян. Однако на данный момент только существующими методами, какими
являются апробация и грунтовой контроль, гарантировать подлинность и
высокую сортовую чистоту семян не представляется возможным. .
• •..,,
Многие современные- сорта сходны друг с другом по морфологическим
признакам. В связи с этим апробация и грунтовой контроль не всегда могут
дать реальное представление о чистосортное™ семенных посевов. Кроме этого,
апробационные признаки подвержены модификациям ' под воздействием
окружающей
среды. Из-за возможных
нарушений, технологической
дисциплины при уборке, послеуборочной доработке, транспортировке и при
. хранении семян, полевые методы не могут гарантировать сортовую чистоту
'семян на этапе реализации. Существенным недостатком этих методов является
сезонность их использования и невозможность быстрой проверки семян на
сортовую принадлежность и чистоту. ' .
. Законом "О семеноводстве" для определения сортовых качеств семян
наряду с апробацией и грунтовым контролем; предусмотрено введение
лабораторного сортового контроля -элитных и репродукционных семян,
поступают'Гх в оборот. Для этого необходимо иметь быстрые и дешевые
методы, использующие в анализе семяна, а не растения, и неопирающиеся на
описание морфологии. В настоящее время такие методы существуют. К ним
относятся, прежде всего, электрофрретические методы анализа белков семян.
• •• Различными методами электрофореза показано наличие генетически
обусловленного полиморфизма некоторых , белков , семян, • многократно,
превышающего разнообразие по морфологическим, признакам. У ячменя
наибольшим полиморфизмом обладают спирторастворимые белки зерна •
гордеины.
7 Цель и задачи: цель данной работы состоит в изучении полиморфизма
запасных белков у современных сортов ярового ячменя и возможности его
использования в семеноводстве. Задачи исследований:
.-идентификация в гибридологическом анализе ранее предварительно
выделенных блоков компонентов дня дальнейшего их использования в
селекционно-семеноводческой работе;
•* •
ЦЕНТРАЛЬНАЯ
НАУЧНАЯ Б м 6ЛИ0ТЕКА"
МОСК. С
1 ;демии
им. К.
Инв. hia $
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- изучение пошморфи n n современных сортов, допущенных к использованию
на территории РФ ч со i •• me нппого каталога отельных вариантов гордеинов,
- изучение гетероге. ч \ сортов но ряду хозяйственно ценных признаков в
связи с >э гачачн сеч"ионо "ства,
- исс.'синичке состояния внутрихозяйственного семеноводства в Московской
обчасти с использованием мектрофоретического анализа сортовой чистоты
семян
Научная
новизна
выпочненных
исезевдваний
мключается
в
идентификации ipe а п е 1ей оснонных трдеинкодирующих локусов, создании
нового каталога ал 1ечьных вариантов блоков компонентов, контролируемых
полиморфными локусами Hrd, опретслении генетических формул всех
изученных
сортов
ячменя
I осударственного
реестра
селекционных
достижений, допущенных к использовании» в 1999 году, установлении
закономерности распространения частотот аллельных вариантов локусов Hrd A,
Hrd В и Hrd F на территории регионов РФ, изучении влияния состава биотипов
у гетерогенных сортоа Зазсрский 85 и Московский 3 на урожай и некоторые
элементы его структуры
Практическая значимость работы состоит в том, что результаты
исследований могут быть использованы в селекции и семеноводстве ярового
ячменя для определения подлинности и сортовой чистоты семенного
материала
Апробация: Основные результаты работы были доложены на заседании
кафедры сепекции и семеноводства полевых культур (1999 г.) и на научных
конференциях МСХА в 1998 и 1999 годах По результатам исследований
опубликовано 3 научные работы, список которых представлен в конце
автореферата
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из
введения, обзора литературы, главы условия, материалы и методы работы, 4
глав экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы,
включающего 234 наименования, в т ч 100 иностранных авторов и
приложения Работа изложена на 156 страницах, содержит 26 таблиц и 23
рисунка
УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Экспериментальная работа выполнена в 1997-1999 годах
станции МСХА им П И Лисицына и в лаборатории генетики растений ИОГен
им. Н И Вавилова РАН
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из трех лет проведения полевых экспериментов наиболее благоприятным
для развития растений был вегетационный период 1997 года, а 1999 год наименее благоприятным, с холодным маем месяцем и необычайно сухим,
жарким летом.
Для изучения наследования и идентификации аллельных блоков
компонентов гордеина анализировали потомства растений F2, полученных от
скрещивания линии CI 13664) с линией R. I. Wolfe, несущей множественные
доминантные маркеры (ДМ). При составлении каталога аллельных вариантов
локусов Hrd А, В, F анализировали семена ярового ячменя, включенные в
Государственный реестр селекционных достижений 1999 года. Для
определения чистоты партий семян анализировали семена сорта Зазерский 85.
Материалом для изучения гетерогенных по запасным белкам сортов ярового
ячменя служили сорта - Зазерский 85 и Московский 3. Испытывали биотипы и
варианты их искусственных смесей с разным соотношением.
'
Электрофорез гордеинов проводили в стеклянных трубках длиной 120 мм
и диаметром 4 мм, заполненных 12-14%-ным крахмальным гелем с . ЗМ
мочевиной в алюминий-лактатном буфере (рН 3,1) по методике А.А. Созинова
и Ф.А. Попсреля (1978) с некоторыми модификациями. •
При изучении наследования' гордеинов соответствие наблюдаемого
расщепления. ожидаемому оценивали с помощью критерия хи-квадрат (х 2 ).
Величину рекомбинации между локусами Hrd A, Hrd В и Hrd F рассчитывали
методом максимального правдоподобия. Однородность аллельного состава
популяций в регионах РФ оценивали по х2- Для установления связи частот
аллелей основных локусов Hrd с климатическими характеристиками регионов
проводили регрессионный и корреляционный анализ, используя пакеты
статистических программ "Statistics 4.5" и "Systat 4.0". Для определения меры
генетического сходства частот аллелей в наборах сортов из разных регионов,
рассчитывали генетические расстояния по методу Нея (1972). Существенность
различий по урожаю и элементам его структуры между вариантами опытов
определяли с помощью дисперсионного анализа (Доспехов, 1985).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Наследование н генетический контроль компонентного состава
гордеинов ячменя
..•'•.-.
Дня • изучения наследования компонентного -состава
горденнов
анализировали по 4 зерна от каждой из 147 семей - потомств растений F 2 от
скрещивания линии CI 13664 с линией ДМ.
•
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Варианты трдеинов у формы С1 13664, согласно каталогу вариантов
гордеина (Поморгав и «р. 1485) предваритечьно были определены как HRD
А21, HRD B11, HRD П , а у линии ДМ - HRD A2, RRD B35, ШШ F1.
На
рисунке
1а
представлены
электрофореграммы
гордеинов
родительски" форм и гибрида F t между ними Как видно из рисунка, на
электрофореграмме гибрида присутствуют все компоненты родителей, что
свидетельствует о кодоминантном характере наследования гордеинов
HRDA2 ЙЙЙА21
Bll
HRDB35
HRDF1
ГП1 Г т
•г t i l
•* »Л F3
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рис. 1. Наследование компонентов гордеина в комбинации скрещивания
CI13664 х ДМ: а) электрофореграммы гордеина - 1 - CI13664,
2 - F t CH3664 х ДМ, 3 - ДМ; б) электрофореграммы гордеина (1 - 10),
обнаруженные в F 2 (CI13664 x ДМ)
При анализе потомств растений F2 к гетерозиготным по локусам Hrd
относили те из них, на электрофореграммах гордеинов которых обнаруживали
оба родительских варианта в гомо- или гетерозиготном состоянии. В результате
анализа потомств растений F2 было обнаружено 14 фенотипических классов по
спектрам гордеина. Некоторые из них представлены на рисунке 16.
В Fj по каждому из локусов Hrd A, Hrd В и Hrd F можно выделить три
фенотипических класса. Один из них соответствует материнской форме, другой
отцовской, а третий характерен для гстерозиготы. Численности
фенотипических классов представлены в таблице 1. Как видно из таблицы,
расщепление по каждому из локусов соответствовало ожидаемому 1 2:1
Анализ наследования локусов Hrd A, Hrd В н Hrd F относительно друг друга
показал наличие сцепление между ними (табл. 2) Из полученных данных
следует, что на сегменте хромосомы локусы Hrd A, Hrd В и Hrd F
располагаются в указанном порядке.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Расщепление по локусам Hrd A, Hrd В и Hrd F
в F2 от скрещивания CI 13664 х ДМ
Локус
Hrd A
Hrd В
HrdF
Численность ' •
фенотипичесмих Классов
аа
Аа
АА
62
42
43
67
43
37
43
35
69
N
147
147
147
2
Х ДЛЯ
1:2:1 '
3.61
1.63
1.42
d.f.
Р
2
2
Г
>0.10
Х).25
>0.25
Таблица 2
Оценка сцепления между локусами Hrd A, Hrd В и Hrd F
в F2 от скрещивания CI 13664 х ДМ
Численности
фенотипических
Локусы :
классов
Д*а
В Ь
ВЬ bb
BB
29
3
HrdA2.HrdA21 AA
И
HrdB35 HrdBU Aa
11
8
43
Aa
3
26
13
HrdA2.HrdA21 AA
28
3
12
11
Hrd F' Hrd F3 Aa
8
43
14
Aa
4
24
1
Hrd B35 . HrdBI 1 AA
42
0
Hrd Fl
Hrd F3 Aa
0 . 67
0
Aa
1
1
35
•- X2 для расщепления (1:2:1) (1:2:1)
X2*
Величина
рекомбинации, %
147
90,99,
20,60 ±2,69
147
77,60
22,35 ± 2,38
147 250,77
1,38 ±0,50
П '
2. Полиморфизм горденнов современных сортов, допущенных к
использованию
Наследование компонентов блоками, позволяет
регистрировать
электрофоретические спектры гордеина сортов в виде простых генетических
формул и в дальнейшем использовать их при определения сортовой чистоты и
подлинности семян. Однако прежде чем использовать хпектрофорез как метод
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лабораторного контроая чистоты и подлинности семян, необходимо изучение
компонентного состава гораеина у сортов, допу.ценных к использованию
2.1. Полиморфизм гордеинов у сортов ярового ячменя, допущенных к
использованию в 1999 году
При анализе 101 сорта, допущенного к использованию (Государственный
реестр, 1999i.). было обнаружено
16 типов блоков компонентов,
контролируемых алчелями локуса Hrd A, 22 - контролируемых локусом Hrd В и
4 - контролируемых локусом Hrd F (рис 2) Среди аллелей локуса Hrd В было
обнаружено три новых варианта, обозначенных нами как В93, В94 и В95.
Аллель В93 имеет сорт Виконт, аллель В94 - сорт Янгве, а В95 - сорт Дина.
HRDA
Т
1П1 Г I
пги
пг
32 8 4 7 2 4 4 28 17
I.
HRDB
HRDF
ГГР
1 4 0 12 18 13 2 1 2 3 20
I
'•I '
1 63 67 2
3
1 1 3
19 19 35 37 53 18 2 1 2 1 8
1 3 1 1 1 1 0 1 2
V
I
3 39 13 93 17 45 94 29 25 84184 95
2 2 2 3 3 3 3 3
1 3 1 3
Рис. 2. Типы блоков компонентов, контролируемые аллелями локусов Hrd А, В,
F, обнаруженные при анализе 101 сорта, рекомендованного к использованию в
РФ в 1999г.
Как видно из рисунка, варианты гордеинов, контролируемые локусом Hrd
А, различаются по количеству, интенсивности и подвижности компонентов
Вместе с тем, среди обнаруженных вариантов по степени сходства можно
выделить группы или "семейства" типов блоков компонентов В пределах
семейства типы различаются по подвижности или присутствию/отсутствию
отдельных компонентов, но все они могут происходить от одного типа блоков
В первое семейство можно объединить блоки компонентов HRD A2, HRD A32,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HRD A8, HRD A4.HRD.A24, HRE* A47. Так, хорошо видно, что HRD A47
отличается от HRD A2 отсутствием самого медленного, HRD A4 - отсутствием
наиболее быстроподвижного • компонента, а блок HRD A24 - относительно
медленной подвижностью этого же компонента. Второе семейство включает в
себя блоки HRDA1, А12,'А17, А18 и А40. Предполагается, что возникновение
таких семейств является следствием мутаций (делеций и точечных мутаций) в
сложном локусе (Saynova et. al., 1992). Аналогичные семейства можно
выделить н по блокам В гордеинов. По локусу Hrd F - обнаружено 3 аллеля,
различающихся по подвижности и вариант с отсутствием продукта этого
яокуса ("нуль"-аллель).
•
•
;
2.1.1. Регистрация электрофореграмм гордеина сортов в виде
генетических формул
Идентификация серий аллелей и составление каталога типов блоков
компонентов, контролируемых локусами Hrd A, Hrd В и Hrd F, позволяет
записывать электрофореграммы сортов в виде простых генетических формул
' (Поморцев и др., 1985). В полной формуле гордеина сорта указывается
сокращенное обозначение гордеинов - Hrd, затем следуют буквенное
обозначение локуса и порядковый номер соответствующего аллеля (блока
компонентов). В сокращенном, варианте в формуле последовательно
указываются только аллельные варианты * блоков компонентов гордеинов,
контролируемые локусами Hrd A, Hrd В и Hrd F, разделяемые точками.
Например, электрофореграмму сорта Михайловский можно записать Hrd А2 В8
F2 или 2.8.2. Располагая формулой гордеина сорта и каталогом вариантов
блоков компонентов, можно по формуле легко представить спектр запасных
белков,. что невозможно при использовании способов записи спектров,
предлагаемых в методиках ВИР или ISTA.
..
.
Анализ сортов показал, что часть из них является линейными по спектру
гордеинов, а часть - гетерогенными, т. е. состоят из нескольких биотипов,
различающихся по электрофореграммам проламинов. Под гетерогенностью мы
понимаем одновременное присутствие у сорта нескольких аллельных блоков
. компонентов, связанное не с засорением, а обусловленное особенностями
создания сорта - отбором родоначального гетерозиготного по гордеиновым
локусам растения сорта. Например, сорт Московский 3 состоит из четырех
биотипов: Hrd А2 В19 Fl, Hrd A21 В25 F1, идентичных по электрофореграммам
родительским сортам Вуни и Топаз, соответственно, и Hrd A21 В19 Fl, Hrd A2
В25 Fl, являющихся рекомбинантными. Суммарную формулу этого сорта
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
можно записать следующим обратом* Hrd A2+21 В19+25 F1 или 2+21.19+25 1,
рвзделяя аллели одного чокуса знаком '"•-".
2 . U . Частоты аллелей ликуюв Hrd A, Hrd В и Hrd F y сортов,
•опущенных к использованию.
Используя составленный каталог типов блоков компонентов гордеинов А,
В, F и изложенный вьш-е способ записи электрофореграмм, были определены
генсжческие ({KIJ мулы гордеина у всех изученных сортов. 28,7%
исследованных и р.ов чвляются гетерогенными. В таблице 3 представлены
частоты аллелей ЛОКУСОВ Hrd у печенных сортов Из 16 аллелей локуса Hrd A
по частоте резко доминирует Мигель А2 - 54,0% Остальные встречаются с
частотами 0,5 - 12,5%. По локусу Hrd В из 22 аллелей относительно высокую
частоту имеют три - В8 (21.8%), В17 (13,9%), В19 (17,8%). Частоты остальных
аллелей варьирует от 0.5 до 4,5%. Варианты аллелей локуса Hrd F встречаются
Таблица 3
Частота аллелей (Р) локусов Hrd A, Hrd В и Hrd F в сортах ярового
ячменя, допущенных к использованию в РФ (п=101)
Hrd A
Аллель
Р,%
1
1.9
2
54,0
4
0,5
8
1,0
12
12,5
13
1,9
17
1.0
18
3,5
20
. 3,0
3,0
21
5,4
23
24
1,9
28
7,4
32
1.0
40
1,5
47
0,5
Аллель
1
2
3
8
13
17
18
19
21
25
29
35
37
39
45
53
Р,%
3.9
3,5
1.9
21.8
3,9
13.9
0.5
17.8
2,5
4,5
4,5
3.5
4,5
0,5
1.9
1.9
Hrd В
Аллель
63
67
84
93
94
95
Р,%
1,0
2,5
3.5
0,5
0.5
1,0
HrdF
Аллель
Р,%
1
32,7
2
28,7
3
37,6
0
1,0
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
с близкими частотами - от 2 8 , 7 % (F2) до 3 7 , 6 % (F3). Л и ш ь у одного сорта на
электрофореграмме гордеин F отсутствует(аллельРО).
• ''• t
2.2. Закономерности распределения «ллельных вариантов локусов :
H r d A, Hrd В и Hrd F на территории Р Ф
Полиморфизм гордеянов имеет адаптивное значение. Показано, что на
географическое
распространение аллелей
гордеинкодирующих
локусов
оказывают значительное влияние такие климатические факторы, как
количество осадков в гол, средняя температура июля, сумма эффективных
температур и континентальность климата (Поморцев и др., 1994). Е . N e v o et. a h
(1983) была обнаружена связь между вариантами электрофоретических
спектров горденнов дикого ячменя Hordeum spontaneum Koch, и эдафическими
условиями е г о произрастания. Отметим, ч т о исследования по изучению
закономерностей распределения аллелей в зависимости от климатических
факторов выполнены на сортах, выращивавшихся в бывшем СССР с 1929 п о
1991 гт в пределах природно-сельскохозяйственных провинций. В связи с тем,
что в процессе сортосмены состав сортов значительно изменился,: а их
использование, . р е к о м е н д у е т с я - в
границах
регионов,
мы
изучали
закономерности распределения частот аллей локусов Hrd п о регионам Р Ф . •
Анализ распределения частот алеллей гордеиновых локусов п о регионам
выявил высокую степень неоднородности. Установлено, что' некоторые аллели
(Hrd А2, А12, Hrd В 8 , Hrd F2) распространены п о всем регионам, другие
(например, H r d А 1 7 , А 4 0 , H r d В39, В 9 3 , Hrd FO) - встречаются л и ш ь в каком-то
одном. Сравнение частот аллелей у'сортов различных регионов п о критерию х г
показало существенные различил между ними: д л я локуса H r d А х2- = 4(55,97,. dL
f . = 165, Р< 0,001; д л я локуса Hrd В х 2 = г 536,97, d.f. = 23l,P<O,OOlr д л я локуса
Hrd F i r = 121,89, d. f. - 3 3 , P < 0,001. Учитывая данные литературы, можно
предположить, что распространение аллелей локусов Hrd на территории Р Ф
связано с влиянием климатических факторов.
'..-•'.-,
. ,
В
результате
корреляционного и регрессионного анализов, не
обнаружено связи между частотами аллеллей гордеиновых локусов и годовым
. количеством осадков •• в регионах. Вероятно, • это обусловлено тем, нгготерриторин регионов включают области, относящиеся к различным природносельскохозяйственным провинциям. Например, в Центральные регион входят
области, относящиеся к Средне-Русской избыточно влажной и к С р е д н е Русской полувлажной природно-сельскохозяйственным провинциям. В т о ж е
. время, нами обнаружена связь частот некоторых аллелей локусов Hrd с о
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
средней
температурой
представлены в тсС тане 1
июля
Величины
коэффициентов
корреляции
Таблица 4
Коэффициенты корреляции между частотами аллелей локусов
Hrd A, Hrd В, Hrd F и средней температурой июля в регионах РФ .
Аллель
А23
В8
В17
В29
В45
В95
F2
F3
Коэффициент
корреляции, г
0.66
-0,88
0.79
0.72
-0.68
-0.72
-0,82
0.75
Вероятность, Р
0,019
0,000
0,002
0,008
0,015
0,008
0,001
0,005
На основе частот аллелей в популяциях ярового ячменя были рассчитаны
стандартные генетические расстояния Нея, характеризующие близость наборов
сортов по локусам Hrd в сравниваемых регионах. В результате проведенных
рассчетов была составлена матрица генетических расстояний, и на ее основе
проводили многомерное шкалирование и кластерный анализ. Пороговое
значение генетических, расстояний при выделении кластеров принято равным
0,0913. В кластеры объединяли популяции (наборы сортов в регионах), если
расстояние между парой сравниваемых популяций меньше порогового
значения Всего было выделено четыре кластера В первый кластер вошли
Северо-Западный, Центральный, Волго-Вятский, Зайадно-Сибирс'кий и
Дальневосточный регионы Ко второму кластеру отнесены ЦентральноЧерноземный и Средневолжский регионы. В третий и. четвертый кластеры
входят Северо-Кавказский, Нижневолжский и Северный, Восточно-Сибирский
регионы, соответственно Схема расположение регионов и их кластеры на
территории РФ в границах основных посевов ячменя представлена на рисунке
3.
Анализ показан значимую линейную связь первых двух главных
факторов, вычисленных с помошью многомерного шкалирования, с
температурными характеристиками регионов. Множественный коэффициент
корелляции составляет 0,92. При этом на первый главный фактор приходится
более 70% общей изменчивости.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3. Схема регионов и их кластеров в границах основных посевов ярового
ячменя на территории РФ.
На рисунке 4 представлено расположение популяций в координатах этих
главных факторов. Как видно из рисунка, по первому главному фактору
регионы разделяются на две группы. В первую группу попадают южные
регионы: 5 - 9. Во вторую группу - все остальные регионы (Север, Сибирь и
Дальний Восток).
42
О*
10
1»
Первый фактор
Рис 4 Расположение популяций сортов из регионов РФ в координатах
первых двух главных факторов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По второму главному фактору регионы также разделяются на две группы.
В первую входят регионы 2,3,5,7, во вторую - 1,6,8,10,11,12. Первую группу
регионов
можно
интерпретировать
как
Запад.
Вторую
группу
иитерпритировать сложно, так как в нее попадают Северный и южные регионы,
а также регионы Сибирки Дальнего Востока. ""•'
'.''"'*-...
Таким образом, распространение и частоты аллелей лвкусов Hrd A, Hrd В
и Hrd F у изученных сортов ячменя в регионах РФ, существенно зависят'от
средней температуры июля. Вероятно, это обусловлено важностью этого
показателя, так как в июле идет налив и созревание зерна.
. *;
:
..
2 3 . Дифференциация сортов на основе электрофоретнческого
' - анализа гордеинов
•
Эффективность любого метода, используемого для определения сортовой
принадлежности и чистоты семян зависит от его возможности отличать сорта и
идентифицировать сортовую .примесь. С помощью метода электрофореза
гордеинов удается различить 83% всех изученных нами сортов. Однако ряд
сортов имеет одинаковые формулы гордеина, например, Биос 1 к
Михайловский имеют формулу гордеина 2.8.2. В таком случае различить сорта
по горденнам и определить чистоту при их взаимном засорении" невозможно.
Как видно из таблицы 5, в Северном регионе по спектрам гордеинов
•-
,
'
• '
. ' "• .
*-"" 'SC •'•"• * ;
"*• л «.V ••..,;,:. •;'•..:•;'-•
Таблица5
- • Доля дифференцируемых с помощью электрофореза гордеинов сортов
'- ярового ячменя, допущенных к возделыванию в регионах РФ "О 1
Регион
•
Северный
Северо-Западный
•
' Центральный
Волго-Вятский
Центральночерноземный
Северо-Кавказский
Срсдневолжский
Нижневолжский
Уральский
Западно-Сибирский
:
Восточно-Сибирский
Дальневосточный
Количество -•
.' •
сортов, шт.
5
19
19
20
15
19
18
15
18
22
19
12
••
-
Доли различимых
сортов, %
100,0
78,6
86,7
93,8
93,3
75,0
76,9
66,7
86,7
89,5
88,2
90,9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
различаются все сорта, в других, ia исключением Нижневолжского, - 75-93,8%
Следует отметить, что доля дифференцируемых
по данным
электрофоретического анализа гордеинов сортов не является постоянной и
зависит от конкретного набора сортов, используемых в производсте в тот или
иной промежуток времени Поэтому составленные каталоги необходимо
ежегодно уточнять
3. Оценка состояния внутрихозяйственного семеноводства ярового
ячменя с помощью электрофореза горленнов
Электрофоретический анализ гордеинов как метод лабораторного
контроля может быть применен для оценки сортовой чистоты и подлинное ги
партий семян во внутрихозяйственном семеноводстве При тгом от каждой
партии семян отбирается средняя проба и из нее электрофоретическому анализу
подвергают 100 случайно взятых зерен. Объем выборки семян был определен
на практике и рекомендуется многими как зарубежными, так и российскими
учеными (Конарев, 1989, Cook, 1992) В некоторых спорных случаях оно может
быть увеличено. Полученные электрофореграммы сравнивают с каталогом и
устанавливают формулы гордеина. Затем определяют идентичность сорта и
устанавливают процентное содержание примеси в образце. К примеси относят
все зерна, электрофореграммы гордеина которых нетипичны для сорта В целом
ряде случаев можно определить, какой сорт (или сорта) составляет примесь
Это позволяет определить и вероятный этап, на котором произошло засорение
Для анализа состояния внутрихозяйст ленного семеноводства нами были
взяты партии семян гетерогенного по гордеинам сорта ячменя Зазерский 85 из
хозяйств Дмитровского и Луховицкого районов Московской области (табл. 6)
Как видно из таблицы, в Дмитровском районе в 1996 году из 9 партий лишь 3
имели сортовую примесь на уровне 2-3 %. В 1997 году из 12 партий уже 9
имели сортовую примесь, причем размах варьирования чистоты в этом году
составил 80 - 98 % , а одна партия представляла собой сортовую смесь с долей
заявленного сорта лишь 15% Большую часть примеси составили семена,
электрофореграммы гордеина которых имели блоки компонентов не
встречающиеся у совремешшх сортов. Видимо, подмена сорта произошла в
селекционно-семеноводческом учреждении, так как редкие варианты блоков
гордеинов могут быть лишь в коллекции, а не в обычном хозяйстве. В
Луховицком районе в 1996 году 11 из 13-и партий имели сортовую примесь, а в
1997 г, - уже все партии были с примесью.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
.
' -
.
,
.
-
.
..
•„•.....
..., ••...•-,"- • • > - • - - • • ' -
,
Т а б л и ц а б '
Чистота партий семян ячменя сорта Зазерский 85 из хозяйств Московской
.
области „ ; ..
Район
Дмитровский
Луховицкий
Дмитровский
Луховицкий
Число , Число
Число
хозяйств исследуепартий
с
мых
примесью
партий
1996 год
5
9
3
7
13
11
1997 год
. 7
9
12
5
12
12
Размах
': ,
варьирования
чистоты в партиях
с примесью, %
97-98
72-94
.
.
•
•
"
•
•
•
•
•
(15)80-98
60-95
4. Влияние*состава биотипов на урожай н элементы его структуры у
.. гетерогенных по запасным белкам сортов ярового ячменя
По современным представлениям, основная масса существующих сортов
зерновых культур являются сортами-популяциями, выровненными- по
морфологическим признакам, но гетерогенными по неконтролируемым генам и
локусам (Гуляев, 1993). В литературе имеются сведения о связи компонентного
состава запасных белков. ячменя с некоторыми хозяйственно ценными
признаками: морозостойкостью, устойчивость к болезням, продуктивностью
(Гриб, 1992). Однако в ряде работ такой связи установлено не было (Бугрий,
1989). Некоторые авторы отмечают, что состав и частоты биотипов в
гетерогенных сортах может изменяться под действием условий выращивания
(Мстаковский и др., 1987, Солоненко и др., 1995) и приводить к изменению
характеристик сорта, .благодаря которым он-.- прошел Государственное
испытание.. В связи с этим мы исследовали влияние соотношения биотипов на
урожай и некоторые элементы его структуры у гетерогенных сортов. .
4.1. Изучение влияния состава биотипов
на урожай и его структуру у сорта Заэерский 85
Сорт Зазерский 85 включает 4 биотипа с формулами гордеина 2.19.1,
2.53.1, 12.19.1, 12.53.1. Для выделения биотипов методом электрофореза было
проанати «нровано 300 растений этого сорта (по два зерна с каждого).
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Потомства растений с одинаковыми ">тектрофоретнческими спектрами
объединяли и использовали в полевых экспериментах
Ежегодно из выделенных биотипов составляли смеси в различных
сочетаниях и соотношениях. В каждом варианте определяли урожай и
некоторые элементы его структуры продуктивную кустистость, Matty )ерна с
главного колоса и с растения По всем показатепям за время проведения
эксперимента достоверных различий между вариантами опыта не установлено
Лишь по урожаю зерна с лелянки в 1998 г. имели место существенные различия
между вариантами опыта (табл 7).
Таблица 7
Урожай зерна с делянки (10 м 2 ) у сорта Зазерский 85, биотипов и их
смесей, кг
Вариант
12.19.1
2 53.1
12 53.1
2 19 1
Зазерский 85
12 19 1 + 2 53 1.(1:1)
12.19 1 + 1253 1.(1-1)
12 19 1 + 2 19 1,0-1)
2 53 1 + 12 53 l.(J I)
253 1 + 2 19 1,(1:1)
12.53 1 + 2 19.1.(1:1)
12.19.1 + 2 53 1 + 12 53 1.(1:1:1)
12 19 1 + 2 5 3 1 +2.19 1,(1 1:1)
12 19 1 + 12 53 1 + 2 19 1,(1:1-1)
253 1 + 12 53 1 + 2 19 1,(1-1-1)
12 19 1 + 2 53.1 + 12 53 1 +
2 19 1,(1 1 1 1)
40,72% 2 19.1 + 17.16% 2 53 1 +
28,38% 12 53 I + 13,74% 12 19 1
F*
!
1997 г
4,23
4,62
4.46
3.98
4.20
4.67
4,75
4.36
.
4.S1
4 70
-
4,50
1,47
2.12
-
нср о <
1998 г
4.50
4.32
4.54
4,18
4,07
4,09
3.81
4,70
4.35
3.69
3.93
3.48
4,45
4.10
3.83
3.58
1999 г
0.93
1.05
0.82
1.03
1.01
0 85
1.19
1.15
0.92
1.07
0,91
0,97
0.93
1.17
1.09
1.13
3,94
0.89
0.97
1.95
1.95
0.71
-
Гдк. биотипы 12191 и 12 53 1, а также вариант 12 19 1 + 2 19 1, достоверн<
превышалит варианты - 12 19 1 + 2 53 1 + 12 53 I, 2 53 1 + 2 19 1 и 12 19 1
IS
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.53.1 + 12.53.1 + 2.19.1. по этому показателю. Однако при сравнении вариантов
опыта с контролем, существенных различий не выявлено.
,
' 4.2. Изучение влияния состава биотипов
на урожай и его структуру у сорта Московский 3
Как упоминалось ранее, сорт Московский 3 включает 4 биотипа: 2.19.1,
2.25.1, 12.19.1, 12.25.1.. Схема выделения биотипов, варианты опытов и
изучаемые признаки были аналогичны таковым у сорта Зазерский 85. По всем показателям, исключая урожай, достоверных различий между исходным сортом
и вариантами опыта не установлено. По урожаю зерна с делянки (табл. 8) в
Таблица 8
• .Урожай зерна с делянки (10 м 1 ) у сорта Московский 3, биотипов и их
смесей, кг
•
. . »
Вариант
1998 г.
1997 г.
21.19.1
3,41
4,02
21.25.1
3,54
. 3,98
2.19.1
3,71
3,74
2.25.1
3,42
4,35
2,91
Московский 3
3,82
21.19.1+21.25.1,(1:1)
3,19
3,75
21.19.1+2.19.1,(1:1)
4,04
2,97
3,29
21,19.1+2.25.1,(1:1) •
4,03 .
21.25.1+2.19.1,(1:1)
3,42
3,72
21.25.1 +2.25.1, (1:1)
4,08
3,43
2.19.1+2.25.1,(1:1)
4,08
3,59
21.19.1 +21.25.1+2.19.1,(1:1:1)
3.34
4,06
.
21.19.1+21.25.1+2.25.1,(1:1:1)
3,42
3,69
21.19.1+2.19.1+2.25.1,(1:1:1)
3.98
3,49
4,17
21.25.1+2.19.1+2.25.1,(1:1:1)
21.19.1+21.25.1 +2.19.1 +2.25.1.
3.50
3.94
(1:1:1:1)
3,59
4.5% 21.19.1+60,5% 21.25.1 +
14% 2.19.1 + 2 1 % 2.25.1
0,63
F4
0,68
2,00
1,95
F«
НСРо,
М'атчичия лостоверны при 5%-ном уровне значимости
•
1«
.
'
-
1999 г.
1,21*
0,95
1,19*
1,19*
0,95
1,03
1,00
1,10
0,97
1,03
0,96
1,01
1,07
1,01
0,94
0,87
0,89
2,44
0,19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
первые два года между вариантами опыта достоверных различий не было
выявлено В 1999 году все чистые биотипы, за исключением 21.25.1, имели
урожай существенно выше, чем у исходного сорта Сочетание биотипов в
различных смесях такого эффекта не дало
Таким образом, у гетерогенных сортов Зазерский 85 и Московский 3 не
установлено существенного влияния состава биотипов на урожай и элементы
его структуры Различия по этому показателю между исходным сортом и его
биотипами проявились у сорта Московский 3 лишь в год с экстремальными
условиями вегетационного периода Поэтому семеноводство данных сортов
можно вести по обычной схеме, рекомендуемой Методическими указаниями по
производству семян элиты
ВЫВОДЫ
1.
В результате гибридологического анализа растений Ьг от
скрещивания CI13664 х ДМ показано, что компоненты гордсина. выявляемые с
помощью электрофореза, наследуются группами (блоками) по кодомннантному
типу. Это совпадает с данными других исследователей. Установлено, что ранее
предварительно выделенные блоки компонентов HRD Л21, HRD BU и HRD
В35 действительно контролируются аллелями локусов Hrd A21 и Hrd B11 и Hrd
В35, соответственно.
2.
Локусы Hrd A, Hrd В и Hrd F наследуются сцепленно. Вечнчина
рекомбинации между локусами Hrd А и rlrd В составляет 20,60 ± 2,69 %,
между Hrd А и Hrd F - 22,35 ± 2,38 %, а между Hrd В и Hrd F - 1,38 ± 0,50 %
3
При анализе 101 сорта, дип/щенного к использованию на
территории РФ в 1999 году, обнаружено 16 вариантов блоков компонентов
гордеина, контролируемых локусом Hrd A, 22 варианта, контролируемых
локусом Hrd В и 4 - контролируемых локусом Hrd F. Среди аллелей локуса Hrd
В было обнаружено три новых варианта, обошаченных нами как В93, В94 и
В95 По локусам Hrd А и Hrd F новых вариантов не найдено
4
Составлен
новый
каталог
аллельных
вариантов блоков
компонентов и с его использованием определены генетические формулы
гордеинов у всех исследуемых сортов
5
Обнаруженные аллели локусов Hrd значительно различаются по
частотам. С наибольшей частотой встречаются аллели Hrd A2 - 54,0%, Hrd B8 21,8%. Hrd B17 - 13.9%, Hrd B19 - 17,8%. Hrd Fl - 32.7%, Hrd F2 - 28.7% и Hrd
F3 - 37,6% Частоты остальных аллелей гордеинкодирующих локусов варьирует
от 0,5 до 12,5%
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6:
Группы сортов, рекомендованные к использованию в различных
регионах РФ, существенно различаются по составу и частотам аллелей локусов
Hrd A, Hrd В и Hrd F. Распределение частот аллелей этих локусов по регионам
носит неслучайный характер. Установлено, что основным фактором; влияющим
на распределение частот гордеинкодирующих локусов в регионах РФ, является
средняя температура июля.
.
•
7.
С помощью электрофореза гордеинов в крахмальном ' геле при
использовании созданного' каталога, .удается
различить
83% всех
исследованных сортов. Доля различимых сортов по регионам составляет 77 ' i00%, за исключением Нижневолжского-66,7%.
.
•
.8.
Среди изученных сортов около 30% являются гетерогенными по
запасным белкам, т. с. состоят из двух и более биотипов, различающихся по
компонентному составу гордеина. .
*.
'
9.
Анализ внутрихозяйственного семеноводства сорта Зазерский 85 в
течение 1996-1997 гг. показал,. что в ряде хозяйств Дмитровского и
Луховицкого района Московской области для семенных целей используются не
сортовые семена, а смеси нескольких сортов.
.
'-.-.- '
.
.
10.'
Не выявлено существенного влияния состава биотипов на урожай
и некоторые элементы его структуры у гетерогенных сортов Зазерский 85 и
Московский 3. Первичное семеноводство этих сортов можно вести по обычной
схеме, рекомендуемой Методическими указаниями по производству семян
элиты. •
'
.
.-•'••.
• .
'
..•
:
..'•,••
РЕКОМЕНДАЦИИ
•.'
;
•. .
• '
:
1. Начиная с первичных звеньев семеноводства, рекомендуется
использовать метод электрофореза на всех этапах работы для определения
подлинности и сортовой чистоты семян. Для проведения электрофоретических
анализов предла|-ается использовать методику электрофореза в крахмальном
геле по прописи Л. Л. Созннова и Ф. А. Попереля с модификациями. Начиная с
питомника размножения, чистоту
семенного материала
необходимо
устанавливать исходя из анализа средней пробы партии семян, после
проведения апробации. В том случае, когда по результатам апробации посевы
не могут быть признаны сортовыми, электрофорез проводить не нужно.
2.
Метод
электрофореза
рекомендуется
при
арбитражных
разбирательствах для установления подлинности семенного материала. Для
того, чтобы использовать его в определении сортовой чистоты, необходимо
разработать стандарты.
U
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 К первичному семеноводству гетерогенных сортов следует подходить
индивидуально, учитывая специфику каждого сорта Контроль биотипного
состава должен быть постоянным, чтобы сохранить присутствие всех биотипов
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Поморцев А.А, Терещенко Н А , Лялина Е.В, Офицеров M B ,
Пухальский В А. Хромосомная локализация гена устойчивости к пыльной
головне Run8 у ячменя// Генетика.- 1998. - Т . 34. - № П . - С . 1513 - 15П.
2. Березкин А.Н.. Березкина Л Л . Лялина Е.В. Перспективы
использования метода электрофореза запасных белков в семеноводстве ячменя
// Научно-методические* организационные и инновационные аспекты
семеноводства с.-х. культур в Северо-западном регионе РФ (Матер, науч практич. конф. 1-2 июля). Санкт-Петербург, 1999.-С. 17 - 19.
3. Лялина Е.В., Поморцев А Л . Полиморфизм запасных белков у ячменя и
возможность его использования в семеноводстве // Докл. ТСХА. - Вып. 271. С. 135-140.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объем 1,25 печ т
Зак 2:>2
Тираж 100 эк i
Типография Издательства МСХА
127550, Москва Тимирязевская у i, 44
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа