Шаманин В.П., Трущенко А.Ю. Общая селекция и сортоведение полевых культур

Подождите немного. Документ загружается.

но

на использовании возвратных скрещиваний. Кроме того, его при-

меняют в селекции на устойчивость к болезням, при отдалённой ги-

бридизации, для создания аналогов сортов, устойчивых к полеганию,

засухе и болезням и др.

При использовании однократных возвратных скрещиваний со-

зданы такие сорта мягкой яровой пшеницы, как Чернява 13 ((АНК 17

х ОмСХИ 6) х ОмСХИ 6), Омская 9 ((Безостая 1 х Саратовская 29) х

Саратовская 29)) и др.

Сорт проса Омское 16 также создан путем насыщающих скрещи-

ваний с последующим индивидуальным отбором.

Метод конвергентной (сходящейся) селекции основан на при-

менении параллельных возвратных скрещиваний разных сортов доно-

ров с одним и тем же рекуррентным родителем с целью передачи ему

одновременно нескольких ценных признаков. Метод конвергентной

селекции позволяет на первом этапе селекционного процесса передать

улучшаемым линиям сорта-рекуррента отдельные признаки, а затем

объединить их на основе улучшаемого сорта. Метод используется для

выведения сортов с комплексным иммунитетом к нескольким болез-

ням или с комплексом других хозяйственно важных признаков.

В результате конвергентных скрещиваний аналогов сорта Новоси-

бирская 67 (АНК) создан сорт яровой мягкой пшеницы Терция (АНК-1

(красный цвет зерна – ген R3 от Арин из ФРГ) х АНК-2 (иммунитет к

бурой ржавчине – ген Lr-Tr от донора К-54049 из Австралии) х АНК-3

(иммунитет к мучнистой росе – ген Pm4b от Соло из ФРГ) х АНК-7А

(жёсткое опушение листа – донор К-26011 из Китая)).

Тройные скрещивания ((А х В) х С) находят применение в том

случае, когда необходима рекомбинация комплекса свойств и при-

знаков. В первое парное скрещивание вовлекаются обычно доноры

ценных признаков с относительно простым наследованием (напри-

мер, устойчивость к бурой ржавчине). В качестве третьего компонен-

та необходимо привлекать высокоинтенсивный, хорошо приспособ-

ленный к условиям зоны сорт с высоким качеством зерна. Например,

метод тройных скрещиваний был использован для создания реестро-

вых сортов яровой мягкой пшеницы – Омская 20 (Иртышанка 10 х

(Грекум 114 х Кавказ)), Омская 33 ((Омская 20 х Лютесценс 204/80-1)

х Омская 28), Дуэт (Эритроспермум 59 х (Целинная 26 х АНК-102)),

Омская 24 ((Сибирячка 8 х Тургидум 1578) х Краснодарская 39); яро-

вой твёрдой пшеницы – Ангел ((Гордеиформе 497 х к-43101) х Атлант 14);

овса – Тарский 2 ((Мутика 290 х Бизантина 474) х к-12914), Иртыш 21

((

Мутика 611 х Мутика 570) х Скакун); гороха – Демос ((Зеленозёрный

1 х Труженик) х Senfinell); картофеля – Сентябрь ((Аквила х Катадин)

х Зарево) и др.

При ступенчатой гибридизации полученные гибридные расте-

ния повторно скрещивают с третьим сортом, а если необходимо, то

вовлекают и четвёртый сорт или вид и т.д. Таким образом, в этих

скрещиваниях участвует несколько родительских форм, которые по-

следовательно (ступенчато) включаются в гибридизацию: [(А х В) х

С] х Д (цитоплазма сорта А, а ядерных генов – 50% Д, 25% С, 12,5% А

и В соответственно). Другая формула: [(А х В) х (С х Д)] х Е. При

ступенчатой гибридизации создаётся гибридный материал, включа-

ющий зародышевую плазму нескольких сортов или даже видов рас-

тений. Подбирая для последовательной ступенчатой гибридизации

сорта с разными хозяйственно-ценными признаками можно рассчи-

тывать на получение гибрида, сочетающего все эти признаки. Сту-

пенчатые скрещивания применяют также при отдалённой гибридиза-

ции, когда путём последовательных скрещиваний стремятся объеди-

нить в гибриде ценные свойства трёх или большего числа видов.

С большим успехом ступенчатую гибридизацию применял из-

вестный отечественный селекционер А.П. Шехурдин. В НИИ сель-

ского хозяйства Юго-Востока сформулирована концепция эволюцион-

ного подхода к использованию исходного материала (А.П. Шехурдин,

1946; В.Н. Мамонтова, 1980; Л.Г. Ильина, 1970). В процессе сложной

ступенчатой гибридизации (главным образом местного материала)

постепенно накапливаются в одном генотипе наиболее ценные для

засушливых условий региона признаки. Подбор пар для каждого оче-

редного скрещивания проводится по принципу комплементарности. С

помощью этого метода созданы ценные сорта яровой пшеницы: Аль-

бидум 43, Саратовская 29, Саратовская 36 и др. Например, сорт Сара-

товская 29 создан в результате трёхступенчатого скрещивания: Бело-

турка х Полтавка→Сарроза х Лютесценс 91→Альбидум 24 х Лю-

тесценс 55/11→Саратовская 29. В ряде случаев ступенчатые скрещи-

вания используют на завершающем этапе селекции, а также при меж-

линейной гибридизации кукурузы и других культур в целях исполь-

зования эффекта гетерозиса, в частности при получении трёхлиней-

ных, сортолинейных и линейносортовых гибридов. Для повышения

эффективности метода ступенчатой гибридизации необходимо до-

полнять его возвратными скрещиваниями, благодаря которым можно

быстро усилить в гибридных потомствах продуктивный комплекс

лучшей родительской формы.

Из

новых сортов яровой мягкой пшеницы, созданных методом

ступенчатых скрещиваний, следует отметить такие, как Страда Сиби-

ри ({[(Ранг х Гибрид 21) х Иртышанка 10] х (сложный гибрид к-54049

х Лютесценс 1633/з617)}) и Новосибирская 15 (((Безенчукская 98 х

Иртышанка 10) х Тулунская 10) х Новосибирская 22). Сорт картофеля

Алёна также создан в результате ступенчатых скрещиваний: [(Ранняя

роза х Катадин) х Камераз] х Зарево.

Метод сложного, или межгибридного, скрещивания исполь-

зуют для создания исходного материала с большой широтой генети-

ческой изменчивости. Метод применяют в двух вариантах. Используя

пыльцевую стерильность материнских растений, проводят диаллель-

ное скрещивание большого числа разных сортов. Полученные потом-

ства отдельных комбинаций в F

смешивают и эту смесь высевают в

течение нескольких поколений в качестве популяции. После дости-

жения определённой степени гомозиготности проводят отбор мето-

дом педигри. Межгибридные скрещивания: популяция создаётся пу-

тём скрещивания большой группы родительских форм, причём скре-

щиваются особи F

Например:

1-й год (1 х 2); (3 х 4); (5 х 6); (7 х 8);

2-й год (1 х 2) х (3 х 4); (5 х 6) х (7 х 8);

3-й год [(1 х 2) х (3 х 4)] x [(5 х 6) х (7 х 8)].

С помощью этого способа в течение нескольких поколений

скрещивания создаётся предпосылка для образования рекомбиниро-

ванного генотипа, гены которого могут происходить из всех участ-

вующих в скрещиваниях сортов или линий. Недостаток метода в

том, что он не исчерпывает источник рекомбинационной изменчиво-

сти, который открывается в результате скрещивания большого коли-

чества разных генотипов, что обусловлено ограниченностью техниче-

ских возможностей при проведении скрещиваний.

Наиболее простой вариант межгибридного скрещивания – полу-

чение двойных гибридов ((А х В) х (С х D)). В этом случае каждый из

четырёх родителей вносит в гибрид по 25% своего наследственного

материала. Данный тип скрещивания применяется, например, при

производстве семян двойных гибридов кукурузы с целью использо-

вания эффекта гетерозиса.

Сорт ячменя Омский голозерный 1 (Голозерный х Омский 88) х

(Голозерный х Омский 91) создан также с помощью двойных скре-

щиваний.

4.7. Методика и техника скрещивания

Техника

скрещивания зависит от вида растения, особенностей его

биологии, строения и размера цветка, способа размножения и опло-

дотворения. Скрещивание включает следующие этапы: 1) подготовка

соцветия к скрещиванию; 2) кастрация и изоляция цветка; 3) сбор

пыльцы с отцовского растения; 4) непосредственное опыление ка-

стрированного материнского растения.

При работе с культурами, у которых кастрированный цветок

может дать только одно семя (пшеница, ячмень, рожь и другие зла-

ки), требуются большие затраты труда на получение нужного количе-

ства гибридных семян в отличие от мака, табака, у которых один цве-

ток образовывает несколько сотен и тысяч семян.

К выбору цветка (соцветия) предъявляются следующие требо-

вания: 1) к моменту его кастрации он не должен быть оплодотворён;

2) цветок (или соцветие) должен быть нормально развит.

Подготовка колоса (пшеница, рожь, ячмень), намеченного к ка-

страции, сводится к следующему. Сначала с помощью пинцета уда-

ляют менее развитые нижние и верхние колоски, оставляя обычно по

пять с каждой стороны (у остистых форм предварительно обрезают

ости). Затем у культур, у которых в колоске более двух цветков (пше-

ница, рожь, овёс), удаляют менее развитые средние цветки. В резуль-

тате проведённой операции на подготовленном к кастрации соцветии

оставляют чаще 18–22 цветка, после чего приступают непосредствен-

но к кастрации.

У некоторых культур перед кастрацией удаляют венчик и чашеч-

ку цветка. У зерновых культур (пшеница, рис) можно обрезать верх-

нюю половину околоцветника вместе с пыльниками, не повреждая

рыльце. Срезанные пыльники удаляют с помощью форвакуумного

насоса ВН-461.

У самоопыляющихся культур кастрация при скрещивании обяза-

тельна. Для скрещивания выбирают хорошо развитые цветки.

У пшеницы оставляют 10–12 колосков в средней части колоса, а в

каждом колоске – два нижних, самых развитых цветка. Кастрацию

пшеницы лучше проводить, когда колос выйдет из раструба верхнего

листа на

. Кастрацию начинают с нижнего колоска.

У ячменя цветки не собраны в колоски, а прикрепляются к

стержню колоса самостоятельно. Опыление происходит до колоше-

ния, поэтому кастрацию проводят раньше, чем у пшеницы – в момент

обозначения колоса в раструбе верхнего листа видны только верхуш-

ки остей. На каждом уступе оставляют только по одному среднему

колоску.

Созревание

пыльников у овса идёт одновременно с выбрасыва-

нием метёлки из раструба верхнего листа. Поэтому цветки кастриру-

ют в тот момент, когда покажутся первые 3–4 колоска. Пыльца овса

очень чувствительна к температурным условиям. В жаркую сухую

погоду она быстро теряет жизнеспособность, поэтому опыление луч-

ше проводить в закрытых помещениях с ровной температурой в веге-

тационных сосудах или горшках. Рыльце цветка очень нежное и

быстро отмирает под действием прямых солнечных лучей и сухого

тёплого воздуха. Поэтому скрещивать овёс лучше вечером или рано

утром. Для кастрации на метёлке оставляют по 8–12 наиболее разви-

тых цветков, по одному нижнему в каждом колоске.

У проса растение к скрещиванию готовят на 2–3-й день после

начала цветения метёлки. Пинцетом удаляют все малоразвитые верх-

ние и нижние бутоны и отцветшие цветки, оставляя 60–70 самых раз-

витых цветков в средней части. Лучшее время кастрации – утро (до 11

ч) и вечер (после 16 ч). Пыльники удаляют пинцетом или иглой.

Кастрацию гороха проводят в момент полного развития бутона.

Отцветшие и недоразвитые цветки удаляют. В кисти оставляют 1–

2 пригодных для кастрации цветка. Пинцетом отгибают в сторону

флаг и крылья, прикрывающие лодочку. Затем препаровальной иглой

разрезают лодочку вдоль киля и удаляют все тычинки. При удалении

пыльников концом пинцета необходимо брать за тычиночные нити,

так как пыльцевые мешочки легко разрываются. Опыление произво-

дят перенесением созревших пыльников с отцовского растения ки-

сточкой или пинцетом сразу после кастрации или через 1–2 дня после

неё, в момент созревания рыльца.

У картофеля для скрещивания оставляют 3–5 бутонов в соцве-

тии, которые должны раскрыться, остальные удаляют. Пыльники

удаляют остро отточенным карандашом после вскрытия венчика. По-

сле кастрации всё соцветие помещают в пергаментный изолятор.

Можно не кастрируя изолировать только одно рыльце, надев на него

полую соломину длиной 3–4 см. Опыляют сразу после кастрации, так

как рыльце созревает на 3–4 ч раньше пыльников. Опыляют каран-

дашом или пипеткой. Через 10–12 дн. после опыления изолятор сни-

мают. Собранные ягоды дозаривают в тёплом помещении.

После выбора и подготовки необходимых для скрещивания со-

цветий или цветков осуществляют их кастрацию. Разработано не-

сколько способов кастрации.

При термокастрации соцветия замачивают на несколько минут в

тёплой воде (температура 42–44ºС) или подвергают воздействию низ-

ких температур (от –2,2 до –2,8ºС). Однако попытка использовать

предварительно

нагретую воду в качестве гаметоцида не увенчалась

успехом (В.А. Зыкин, 1980).

Для химической кастрации используют селективные вещества, или

гаметоциды, которые препятствуют развитию пыльников и пыльцы.

Важно, чтобы они не оказывали мутагенного действия. Материнские рас-

тения опрыскивают гаметоцидами за несколько дней или недель до цве-

тения. В качестве гаметоцидов используют – гидразид малеиновой кисло-

ты, этрел, эпихлоргидрин глицерина, кальциевые соли ароматических

кислот, метиловый эфир цис-2-метил-3-циклогексенкарбоновой кислоты,

эфиры фталевой кислоты, 3-карбоксиацетидин и др. Термическую и

химическую кастрацию проводят у культур с мелкими цветками и

слабой дифференциацией тычинок и рыльца (просо, сорго, чумиза,

злаковые травы). Гаметоциды уже используют для промышленного

производства гибридов с целью использования эффекта гетерозиса.

Е.А. Родиным и В.В. Смирновым (1981) разработано устройство

для гибридизации растений на основе использования электричества.

Оно содержит источник высокого напряжения, коронирующий и оса-

дительный электроды. Повышение эффективности кастрации в дан-

ном случае достигается за счёт создания сильно сконцентрированно-

го радиального электрического поля вокруг зацветшей части расте-

ния. Коронирующий электрод выполнен в виде полусферы, перехо-

дящей в цилиндр, на внутренних поверхностях которого установлены

радиально ориентированные металлические иголки.

Академиком ВАСХНИЛ Д.А. Долгушиным был предложен спо-

соб кастрации пшеницы, ячменя и ржи путём чеканки колоса (под-

стригания колосков ножницами). При использовании данного спосо-

ба получаются очень мелкие гибридные семена. Н.М. Сатаров (1962),

взяв за основу этот метод, заменил приём подстригания колосков

ножницами на приём сдавливания их пинцетом. Пшеницу лучше ка-

стрировать путём сдавливания пинцетом каждого цветка на уровне

верхушек пыльников, рожь – путём сдавливания каждого колоска на

уровне ниже середины пыльников. При этом достигается соответ-

ственно 95 и 98% кастрации и 54 и 70% завязывания семян. Производи-

тельность кастрации возрастает по пшенице в три, по ржи – в пять раз.

Метод чеканки колоса был уточнён Б.Г. Рейтером и Л.П. Россее-

вой (1990). Суть усовершенствования сводится к тому, что за 3–4 дня

до цветения обрезают колоски на середине колосковых чешуй под

углом 20–30º к прямой, параллельной основанию колоска и проходя-

щей через его середину, обеспечивая достаточное повреждение

пыльника и оставляя неповреждённым рыльце пестика.

Кастрация

пшеницы может быть проведена путём стерилизации

пыльцы парами летучих веществ (нафталин, керосин, дизтопливо).

При заключении колосьев остистых сортов пшеницы на 48 ч, а без-

остых – на 72 ч под изоляторы, смазанные внутри керосином, дости-

гается 97–99% гибели пыльников. Завязи при опылении дают 40–70%

крупных жизнеспособных семян.

Как правило, в селекции применяют механическую кастрацию –

удаление из цветков материнских растений недозрелых пыльников

для того, чтобы на рыльце материнского цветка не попала собствен-

ная пыльца. Пыльники удаляют из цветка пинцетом, не повреждая

столбик и рыльце. Для селекционных и генетических целей этот спо-

соб пока является наиболее надёжным.

Перед кастрацией планируют объём работ. Для этой цели пред-

ложена формула определения необходимого для кастрации и опыле-

ния количества колосьев (N) при получении запланированного числа

гибридных зёрен (В.А. Зыкин, 1980) (4.5).

⋅

100

, (4.5)

где N – необходимое для кастрации и опыления число колосьев, шт.;

G – планируемое число семян; Т – завязываемость, %; F – оставляе-

мое при кастрации и опылении количество цветков в соцветии.

Например, по каждой комбинации запланировано получить не

менее 200 гибридных зёрен, завязываемость гибридных зёрен состав-

ляет в среднем 60%, в колосе при гибридизации оставляется в сред-

нем около 20 кастрированных цветков. Тогда необходимое для ка-

страции число колосьев по каждой гибридной комбинации составит:

177,16

2060

100

200

≈=

⋅

=N колосьев.

После кастрации с помощью специальных изоляторов из перга-

мента и других материалов проводят изоляцию соцветий или от-

дельных цветков. На изоляторе или этикетке, а также в журнале ги-

бридизации пишут: номера прокастрированных соцветий (цветков),

номер делянки материнской формы, дату кастрации, количество про-

кастрированных цветков и фамилию селекционера.

Через некоторое время после кастрации и изоляции цветков или

соцветий проводят искусственное опыление материнских растений

пыльцой отцовских форм. Опыление проводят с помощью кисточки

(пинцета, пипетки) или другим методом в ранние утренние часы (с 6

до 10 ч), когда рыльце наиболее восприимчиво к пыльце. При прове-

дении опыления кастрированных растений необходимо учитывать

долговечность

рылец пестиков материнских форм, а также пыльце-

вую продуктивность и жизнеспособность пыльцы у отцовских форм.

Долговечность рылец у злаков варьирует от 5 до 14 сут у ржи, от

5 до 11 сут – у пшеницы и от 12 до 20 сут – у кукурузы. Долговеч-

ность рылец существенно зависит от влажности и температуры воз-

духа в момент гибридизации. При засушливой погоде долговечность

рылец снижается, и опыление проводят раньше. Например, у пшени-

цы опыление обычно проводят через 2–5 сут после кастрации. Для

снижения отрицательного влияния засухи на рыльца пестиков можно

проводить опрыскивание изоляторов водой из пульверизатора.

Пыльцевая продуктивность в пределах рода зависит от уровня

плоидности и генотипа. У диплоидных видов пшеницы число пыль-

цевых зёрен в цветке колеблется от 6027 до 12699, у тетраплоидных –

от 5472 до 11088, у гексаплоидных – от 4320 до 10578. Соответствен-

но опылённость рыльца (число пыльцевых зёрен на рыльце) цветка

после опыления: 60–121, 24–67 и 22–120. Пыльцевая продуктивность

одного цветка у Secale cereale достигает 57000, у Zea mays – 10000

пыльцевых зёрен.

Чем крупнее пыльник, тем больше пыльцы образуется. Так, у

26 сортов мягкой пшеницы его размеры колебались от 3,67 до 5,25 мм,

число пыльцевых зёрен – от 2031 до 5094.

Озимая пшеница образует большее количество пыльцы по срав-

нению с яровой, поэтому её лучше использовать в качестве отцовско-

го компонента при скрещивании с яровой пшеницей.

А.Н. Агеев с коллегами (1973) для повышения пыльцевой про-

дуктивности растений предлагает перед посевом семена пшеницы об-

рабатывать 0,1%-ным раствором йодвисмуткомплексоната в течение

18 ч при 18–20ºС.

При нормальных условиях жизнеспособность пыльцы короткая

(от нескольких минут до нескольких часов). При температуре –20ºС и

влажности воздуха 25% пыльца сохраняет способность к прорастанию

в течение нескольких месяцев. Кратковременно можно хранить при

температуре около 0ºС. Например, при хранении пыльцы ржи в стек-

лянных стаканчиках на открытом воздухе она утрачивала способность

к прорастанию в 30%-ном растворе сахарозы в течение суток, сохра-

няя её на рыльцах даже на четвёртые сутки. Пыльца пшеницы менее

жизнестойка, чем ржи.

Для перекрёстноопыляющихся растений при свободном ветро-

опылении необходимо учитывать рассеивание пыльцы и сферу эф-

фективного ветроопыления. Так, например, радиус и высота рассеи-

вания пыльцы у ржи составляет соответственно 1600 и 1000 (2000) м,

у кукурузы – 91,7 м. Данная информация имеет значение не только

для

селекции, но и учитывается в процессе семеноводства сортов пе-

рекрёстноопыляющихся культур (В.А. Зыкин, А.Х. Шакирзянов, 2001).

Большое значение для повышения эффективности гибридизации

имеет совмещение сроков цветения родительских форм. Разницу

во времени цветения материнских и отцовских компонентов устра-

няют несколькими путями: 1) проводят посев родительских форм в

разные сроки; 2) регулируют световой режим; 3) удаляют соцветия,

чтобы вызвать регенерацию и продлить время цветения (подкашива-

ние); 4) яровизируют позднеспелые сорта; 5) если скрещивают ози-

мые сорта с яровыми, последние высевают под зиму, поздно осенью,

или очень рано весной, в теплицах или вегетационных домиках.

Для совмещения сроков цветения разновременно цветущих сор-

тов и продления процесса гибридизации в Самарском госуниверсите-

те (Н.А. Егорцев, А.М. Медведев, Ю.Д. Царевский, 2002) разработан

новый способ гибридизации пшеницы. Суть данного способа заключа-

ется в том, что срезанные стебли пшеницы помещают в питательный

раствор и хранят в холодильнике при пониженной плюсовой темпе-

ратуре до проведения искусственного опыления. Питательный рас-

твор содержит 25–30 г сахара, 5 г лимонной кислоты, 30 мг хлорами-

на и 5 кристаллов тимола на 1 л воды. После содержания в холодиль-

нике срезанные стебли кастрируют и производят искусственное опы-

ление в лабораторных или полевых условиях.

В селекции полевых культур применяют несколько методов

опыления.

1. Принудительное опыление (классический метод). В каждый

цветок пинцетом вкладывают по 1–2 зрелых пыльника. Пыльцу пред-

варительно собирают в баночки или пакеты в день опыления во время

массового цветения. Цветки материнского растения опыляются

пыльцой одного отцовского растения. Этот метод применяют в

настоящее время при гибридизации овса.

2. Краснодарский (групповой) метод (НИИСХ им. П.П. Лукья-

ненко). Материнское растение свободно опыляется пыльцой несколь-

ких специально подобранных отцовских сортов (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема Краснодарского метода опыления

под общим изолятором

Пять-шесть кастрированных колосьев материнского сорта заклю-

чаются в один общий изолятор (20 х 35 см), в который через 3–5 дн.

вводят вставленные в бутылку с водой колосья отцовского сорта (по

1,5–2 колоса на каждый материнский). Отцовские колосья должны

быть выше материнских. Групповой метод позволяет повысить про-

изводительность труда при опылении и увеличивает количество завя-

завшихся зёрен.

3. Опыление методом сближения. При этом заранее подобран-

ные для скрещивания родительские формы высевают смежными ряд-

ками. Кастрированные колосья материнского сорта помещают под

общий изолятор с колосьями рядом растущего отцовского сорта. Не-

достатки этого метода: 1) сорта могут значительно различаться по

продолжительности вегетационного периода; 2) материнские расте-

ния могут быть выше отцовских; 3) пары нужно подбирать заблаго-

временно.

4. «Твел»-метод разработан в СИММИТ. При использовании

этого метода колосковые и цветковые чешуи обрезают очень коротко.

Колосья отцовской формы (по одному на каждый материнский) ста-

вят на (4–5 ч) в банку с горячей водой. У них также низко обрезают

колосковые и цветковые чешуи. Когда в отцовском колосе появятся

пыльники из нескольких цветков, его вводят в открытый изолятор и

несколько раз вращают.