Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В решении общей проблемы управления продукционным процессом важным этапом является разработка эффективных селекционных подходов, базирующихся на знаниях физиолого-генетических основ жизнедеятельности растений [Ничипорович, 1956-1992; Мокроносов, 1978-1992; Тарчевский, 1971-1988; Насыров, 1971-1982; Evans, 1986; Watanabe, 1994].
Одной из центральных задач остается исследование особенностей метаболизма фотосинтетических пигментов [Годнее, 1950-1971; Шлык, 1956-1981; Калер, 1976; Bogorad, 1966-1976; Watanabe, 1993].
В этой связи перспективным является изучение организации пигментного аппарата форм и гибридов тритикале - искусственно полученной злаковой культуры со сложным геномом. Тритикале привлекает к себе внимание благодаря возможности сочетания свойств исходных родительских форм: высокой продуктивности пшеницы и устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов, наблюдаемой у ржи [Турбин, 1976-1980; Хотылева, 1976-1986; Гордей, 1978-1992; Гриб, 1982-1992; Quiones, 1972; Ригин, 1977; Jestin, Bonhmone, 1994].
Связь работы с крупными научными программами, темами. Проведенные исследования входили в плановую тему лаборатории физиологии фстосинтетического аппарата Института фотобиологии АНБ: "Молекулярно -генетические и физиологические аспекты регуляции биогенеза фотосинтетического аппарата, определяющие направленность продукционного процесса" (N госрегистарции 1996175), которая включена в государственную программу фундаментальных исследований: "Структурно-функциональная организация, устойчивость и изменчивость генетических и метаболических систем как основа реализации биологического потенциала продуктивности растений (Продуктивность растений 35)".
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в выяснении физиолого-генетических особенностей формирования пигментного аппарата у озимых форм и гибридов гексаплоидного тритикале и выявлении возможных корреляций между содержанием пигментов на разных уровнях организации ФСА и зерновой продуктивностью, что создает основу для использования пигментных показателей в селекции.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
- исследовать содержание фотосинтетических пигментов в хлоропласте, листе, растении и посеве у новых перспективных форм тритикале селекции
НИИ земледелия и кормов ААН РБ и выявить контрастные по пигментным признакам образцы;
- проанализировать характер взаимосвязи содержания фотосин
тетических пигментов на разных уровнях организации ФСА с морфологи
ческими признаками и продуктивностью растений;
- выявить степень проявления гетерозиса по пигментным показателям у
гибридов первого поколения тритикале;
определить характер наследования и изменчивости пигментных показателей (ХЛ а, ХЛ Ь, суммарного пигмента и каротиноидов) у форм и гибридов первого и второго поколения тритикале;
используя реципрокные гибриды, выяснить вклад генома хлоропластов в наследование содержания пигментов у тритикале.
Научная новизна полученных результатов. Впервые в почвенно-климатических условиях Республики Беларусь для форм озимого гекса-плоидного тритикале выявлены онтогенетические генотипические различия по содержанию ХЛ (а+Ь), ХЛ а, ХЛ Ь, отношению ХЛ а/ХЛ b и содержанию каротиноидов, а также изучен характер наследования и изменчивости этих показателей у гибридов первого и второго поколений этой культуры.
Проведенный корреляционный анализ морфологических, фотосинтетических показателей и зерновой продуктивности тритикале местной селекции позволил выбрать формы, обладающие высокой и достоверной взаимосвязью между содержанием пигментов и зерновой продуктивностью.
Практическая значимость полученных результатов. Анализ особенностей пигментного аппарата тритикале является основанием для использования показателей содержания фотосинтетических пигментов в селекционных программах по созданию высокопродуктивных и адаптивных к климатическим условиям Республики Беларусь сортов пшенично-ржаных амфидиплоидов.
Проведение комплексного исследования ФСА родительских форм и гибридов тритикале по пигментным характеристикам позволило выявить новые перспективные образцы, которые можно использовать в практической селекции.
Экономическая значимость полученных результатов. Данные изучения взаимосвязи пигментных характеристик и зерновой продуктивности растений могут быть использованы в коммерческих проектах в качестве одного из тестов, позволяющих отбирать наиболее перспективные высокопродуктивные генотипы.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Обнаруженные различия по содержанию фотосинтетических пигментов и генотипическая стабильность признаков "содержание ХЛ а" и
"соотношение ХЛ а/ХЛ Ь" у форм и гибридов озимого гексаплоидного тритикале указывает на возможность использования этих показателей в селекции.
-
Проявление эффекта гетерозиса по пигментным компонентам ФСА у гибридов Fi тритикале зависит от конкретного сочетания и физиолого-генети-ческих особенностей родительских форм пшенично-ржаных амфидиплоидов как отдаленных гибридов между пшеницей и рожью.
-
Анализ наследования и изменчивости пигментных признаков в первом и втором поколениях озимого гексаплоидного тритикале свидетельствует о полигенном типе контроля содержания фотосинтетических пигментов (ХЛ а, ХЛ Ь, ХЛ (а+Ь), каротиноиды).
-
Характер изменчивости содержания фотосинтетических пигментов у форм и Fi,F2 гибридов тритикале подтверждает факт существования дополнительного генетического материала, необходимого для синтеза ХЛ b в сравнении сХЛ а.
5. Обнаруженный материнский тип наследования признаков
"содержание ХЛ Ь" и "содержание ХЛ в ССК" указывает на существенную роль
генома хлоропластов в наследовании этих показателей у тритикале.
Личный вклад соискателя. Экспериментальный материал получен при решающем участии автора во время обучения в очной аспирантуре (1991-1994 г.г.) в качестве исполнителя плановой темы лаборатории физиологии фотосинтетического аппарата Института фотобиологии АНБ. Выбор условий эксперимента, интерпретация результатов и анализ полученных данных проведены автором самостоятельно.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации были доложены на 49-ой студенческой научной конференции БГУ (Минск, БГУ, 1992); на научной конференции "Стратегии и новые методы в селекции и семеноводстве сельскохозяйственных культур" (Жодино, Белорусский НИИ земледелия и кормов ААН РБ, 1994); на республиканской конференции "Современные проблемы генетики и селекции" (Минск, Институт генетики и цитологии АНБ, 1995); на II съезде Белорусского общества физиологов растений (Минск, Институт экспериментальной ботаники АНБ им. В.Ф. Купре-вича, 1995); на научных семинарах лаборатории физиологии фотосинтетического аппарата Института фотобиологии АНБ.
Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 10 работ (3 статьи и 7 тезисов).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, 5-ти глав, включающих обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты и их обсуждение, а также заключения, выводов и приложения. Список цитируемой литературы включает
318 наименований, в т.ч. 145 иностранных. Работа изложена на 157 страницах и проиллюстрирована 29 рисунками и 21 таблицей.
Принятые сокращения. ПБК - пигмент-белковый комплекс; ССК -светособирающий комплекс; ССКП - светособирающий комплекс, относящийся к фотосистеме II; ФСА - фотосинтетический аппарат; ФСІ - фотосистема І; ФСН - фотосистема II; ХЛ - хлорофилл; ХЛ а - хлорофилл а; ХЛ b - хлорофилл Ь; ХЛ (а+Ь) - сумма хлорофиллов а и Ь; ХЛ а/ХЛ b - отношение содержания хлорофилла а к хлорофиллу Ь.
