Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние исследований наследственного разнообразия и частной генетики льна 8
1.1. Внутривидовое разнообразие льна по хозяйственно ценным и морфологическим признакам. Классификаторы льна 8
1.2. Создание и значение генетических коллекций растений 15
1.3. История создания генетических коллекций и изучения частной генетики льна 19
1.4. Хозяйственно ценные признаки льна 28
1.4.1. Фазы развития растений льна и влияние на них условий окружающей среды 28
1.4.2. Корреляции между хозяйственно ценными признаками 42
1.4.3. Наследование хозяйственно ценных признаков 51
1.5. Биохимические и генетические механизмы проявления признаков окраски у высших растений и льна 67
2. Материал, методы и условия проведения опытов 86
2.1. Создание генетической коллекции льна, изучение признаков созданных линий 86
2.1.1. Создание генетической коллекции льна 86
2.1.2. Изучение хозяйственных и морфологических признаков льна 87
2.2. Изучение влияния условий окружающей среды на признаки льна 90
2.3. Изучение корреляций между хозяйственно ценными признаками льна 96
2.4. Изучение наследования количественных признаков льна 97
2.5. Изучение наследования качественных признаков льна 101
3. Создание генетической коллекции льна и изучение разнообразия признаков 104
3.1. Внутривидовое разнообразие льна по хозяйственно ценным признакам 105
3.2. Влияние условий среды на рост и развитие льна 143
3.2.1. Взаимодействие генотип - среда и экспрессия хозяйственно ценных признаков 143
3.2.2. Влияние ярового и озимого сроков посева на признаки льна 151
3.2.3. Фотопериодическая чувствительность льна 155
3.2.4. Внутривидовое разнообразие признаков, характеризующих динамику цветения льна, и влияние на нее условий окружающей среды 159
3.3. Внутривидовое разнообразие льна по морфологическим признакам 167
3.4. Классификатор окрасок и форм частей цветка и семян для генетической коллекции/,, usitatissimumh. 178
4. Корреляции хозяйственно ценных признаков и влияние на них условий окружающей среды 186
5. Наследование продолжительности фаз вегетационного периода и высоты растений льна в изменяющихся условиях окружающей среды 211
5.1. Наследование продолжительности фазы прорастание - цветение первого цветка и влияние на него изменений погодных условий 212
5.2. Наследование продолжительности фазы цветение первого цветка -созревание первой коробочки и влияние на него изменений погодных условий 225
5.3. Наследование числа листьев на стебле как показателя скороспелости и влияние на него изменений погодных условий 235
5.4. Наследование высоты растений льна в меняющихся условиях окружающей среды 240
6. Наследование признаков окраски и формы частей цветка и семян льна 252
6.1. Генетический анализ признаков окраски и формы частей цветка и семян льна 252
6.2. Изучение связей морфологических и хозяйственно ценных признаков льна у гибридов между линиями, контрастными по этим признакам 288
Заключение 297
Выводы 299
Литература 302
Приложения 337
- История создания генетических коллекций и изучения частной генетики льна
- Изучение влияния условий окружающей среды на признаки льна
- Внутривидовое разнообразие признаков, характеризующих динамику цветения льна, и влияние на нее условий окружающей среды
- Наследование продолжительности фазы цветение первого цветка -созревание первой коробочки и влияние на него изменений погодных условий
Введение к работе
Актуальность темы. Культура льна, интерес к которой снизился в связи с изобретением и распространением синтетических материалов, в последние годы снова возрождается Многие страны неуклонно расширяют посевные площади В России лен ежегодно занимает около 100 000 га Эта древнейшая сельскохозяйственная культура сейчас находит новые области применения в текстильной и пищевой промышленности, косметологии и фармацевтике, машиностроении, строительных конструкциях, лакокрасочном и мебельном производстве и т д
Современное сельское хозяйство предъявляет повышенные требования к уровню урожайности и качества продукции Одной из основных задач селекции льна-долгунца продолжает оставаться выведение раннеспелых сортов Это направление приобретает особое значение в связи с переходом производства на росяную мочку льносоломы Решение данной задачи требует изучения генетических основ скороспелости льна, привлечения широкого спектра нового хорошо изученного исходного материала, а также разработки перспективной стратегии ведения новых сортов
Создание теоретических основ селекции требует углубленной проработанности частной генетики льна Основным фактором, сдерживающим ее развитие, является отсутствие широкого, по сравнению с другими культурами, морфологического внутривидового разнообразия Ученые, изучавшие лен в различных странах, не смогли собрать в своих коллекциях достаточное многообразие признаков Всего к настоящему времени описано около 130 генов льна, почти половина которых контролирует проявление окраски и формы частей цветка и семян К сожалению, тесты на аллелизм между ними никогда не проводили и сейчас невозможно сказать, сколько уникальных генов идентифицировано Изучение наследования большинства хозяйственно ценных признаков, кроме устойчивости к некоторым болезням, выявило только полигенный тип наследования
Коллекцию льна ВИР начали собирать еще в конце 19 века Большой вклад в ее создание внес Н И Вавилов экспедиционными сборами в различных странах мира Изучение этого материала дает возможность значительно расширить наши представления о разнообразии как морфологических, так и хозяйственно ценных признаков, а также их генетическом контроле
Цель исследования Выявление внутривидового разнообразия L usitatissimum L, сосредоточенного в коллекции ВИР, для использования его в решении основных задач генетики и селекции
Задачи исследования
Создать и описать коллекцию самоопыленных линий с различными морфологическими и хозяйственно ценными признаками
Выявить втияние условий окружающей среды на проявление признаков
Охарактеризовать корреляции между признаками и изменчивость этих связей под влиянием условий окружающей среды
Изучить наследование продолжительности отдельных фаз вегетационного периода и высоты растений льна
Идентифицировать гены окраски и формы частей цветка и семян льна
]J
Научная новизна исследования.
Создана самая большая в мире генетическая коллекция льна, представляющая широкое разнообразие морфологических и хозяйственно ценных признаков Выделены генотипы с неизвестными ранее признаками, их проявлениями и сочетаниями
Выявлены различия динамики цветения льна-долгунца и межеумка при пониженных температурах Установлена возможность оплодотворения в бутоне вечером накануне цветения в условиях высоких температур
Обнаружены генотипы, мало чувствительные к сокращению фотопериода Установлено, что у льна снижение фотопериодической чувствительности не связано непосредственно с ранним цветением
Изучены изменения генотипических корреляций признаков льна в различных условиях выращивания
Впервые показана возможность изменения характера наследования хозяйственно ценных признаков льна в различных условиях среды
Идентифицировано 15 генов (17 аллелей), детерминирующих особенности окраски и формы частей цветка и семян льна, 4 из которых не имеют аналогов в литературе Определен генотип 20 линий генетической коллекции и созданы линии, гомозиготные по нескольким мутантным аллелям генов одновременно Установлены случаи связи морфологических признаков с хозяйственными показателями
Основные положения, выносимые на защиту
Изучение образцов коллекции генетических ресурсов льна ВИР различного эколого-географического происхождения, а также использование инцухта и гибридизации значительно расширило представление о пределах внутривидового разнообразия льна и позволило создать 276 самоопыленных линий, различающихся по многим хозяйственно ценным и морфологическим признакам
Стратегия селекции льна-долгунца на скороспелость должна основываться на объединении в одном генотипе коротких периодов всходы -цветение и цветение - созревание, а также требуемой высоты растений, так как эти признаки контролируются различными генетическими системами
15 идентифицированных генов (17 аллелей) окраски и формы частей цветка у льна, могут служить морфологическими маркерами в дальнейших генетических исследованиях
Практическая ценность работы. Вновь созданные линии генетической коллекции являются источником ценного исходного материала для селекции льна по многим хозяйственно ценным признакам, в том числе раннеспелости, высокорослости, высокого качества волокна Линии с идентифицированными генами морфологических признаков могут быть использованы в качестве эталонов при сравнении локусов, описанных разными авторами
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на совещаниях рабочей группы ФАО по льну и другим лубяным растениям (Санкт-Петербург, Россия, 1998, Боровец, Болгария, 2001, Шумперк, Чехия, 2002, Каир, Египет, 2003), 11 съезде ВОГИС Санкт-Петербург, 2000, научно-практической конференции «Современные проблемы льноводства на Северо-западе РФ» Псков, 2000, международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию ВНИИльна «Итоги и перспективы развития селекции, семеноводства, совершенствования технологии
возделывания и первичной переработки льна-долгунца» Торжок, 2000, международной научно-практической конференции «Генетические ресурсы культурных растений» Санкт-Петербург, 2001, международной научно-практической конференции «Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца» Торжок, 2004, международной конференции годичного собрания общества физиологов растений России «Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия» Вологда, 2005
Публикация результатов исследования. Всего докторантом опубликовано 55 научных трудов, из них по материалам диссертации - 52 печатные работы, 3 работы - в журналах, входящих в список ВАК
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, списка литературы и 4 приложения Текст изложен на 337 стр, включая 115 таблиц и 80 рисунков Список цитированной литературы содержит 396 наименований, в том числе 154 на иностранных языках
История создания генетических коллекций и изучения частной генетики льна
История создания генетических коллекций льна восходит к началу XX века (Брач, Пороховинова, 2005). На заре современной генетики известная голландская исследовательница Т.Таммес впервые начала собирать фенотипы, различавшиеся по морфологическим признакам цветка и семян, и приступила к планомерному изучению наследования этих признаков (Tammes 1912, 1928, 1930). Она обнаружила у льна белые звездчатые цветки в сочетании с серо-зелеными и коричневыми семенами, растения с розовыми венчиками, оранжевыми пыльниками и желто-коричневыми семенами, цветки с желтыми пыльниками, желтые и светло-коричневые семена. Т.Таммес впервые идентифицировала гены этих признаков, а также гены, контролирующие усиление и ослабление окраски венчика, и неравномерное распределение пигмента по лепестку. Голландская исследовательница провела и генетический анализ известного ранее признака белоцветковости. Всего Т.Таммес идентифицировала 10 генов морфологических признаков льна. Важным результатом ее исследований явилась разработка метода нанесения на цветки с малым и незаметным для глаз количеством антоцианов раствора НС1, в присутствии которого пигмент становится интенсивно красным. Линии коллекции Т.Таммес широко разошлись по генбанкам различных стран. Однако время не пощадило бесценную коллекцию: от нее остались только отдельные образцы, многие из которых утратили первоначальные признаки. В ВИРе сохранилась часть линий Т.Таммес в виде образцов основной коллекции генетических ресурсов льна, и в настоящее время ведется работа по восстановлению их генетической чистоты. Мужская стерильность растений впервые была обнаружена у льна еще в 1912 году (Bateson, Gairdner, 1921). В 20-е годы Р.Читтенден и К.Пелью впервые дали научное объяснение этого явления (Chittenden, Pellew, 1927), подтвержденное позднее самим А.Гарднером (Gairdner, 1929). Затем, примерно до 60-х годов исследования льна в этом направлении практически прекратились.
Вслед за Т.Таммес, в 30-х годах Ф.Шав с коллегами в Индии провел изучение окраски и формы лепестков и семян на масличном льне (Shaw, Khan, Alan, 1931). Кроме некоторых генов, сходных по описанию с генами, идентифицированными Т.Таммес и обозначенных аналогичными символами, он обнаружил и другие мутации. В их число вошли: доминантный ген, ослабляющий окраску лепестков, 3 гена окраски семян и по 2 гена, контролирующих окраску рылец и тычиночных нитей. Всего в рамках этой работы было описано 14 генов морфологических признаков. К сожалению, мы не имеем сведений о продолжении этой работы и о судьбе коллекции.
В 30-е годы Г.Флор начал изучать наследование устойчивости льна к ржавчине (Flor, 1935, 1955). Была идентифицирована 31 аллель в 5 локусах. Подобрав иммунные сорта льна, несущие разные гены, Флор и его последователи путем беккроссирования перенесли все аллели устойчивости в американский сорт Бизон, создав тем самым коллекцию почти изогенных линий (Islam, Mayo, 1989; Islam, Shepherd, 1991). Изучая одновременно генетику устойчивости растения хозяина к патогену и вирулентности гриба Melampsora lini, Г.Флор разработал теорию «ген на ген», получившую широкое признание во всем мире (Флор, 1962). Разойдясь по различным генбанкам мира, коллекция линий-дифференциаторов рас ржавчины оказалась одной из самых значительных по объему генетических коллекцией льна, сохранившихся к началу 21 века. Сорта, использовавшиеся Флором, стали родоначальниками и инбредных линий генетической коллекции ВИР. Гибридологический анализ, проводившийся с их использованием, позволил установить генотипы многих устойчивых к ржавчине линий коллекции ВИР и идентифицировать новый, не известный ранее ген Q (Кутузова, Куликова, 1989). Позднее генетическую коллекцию ВИР пополнили доноры устойчивости к ржавчине, созданные методом многократного беккроссирования линий районированными в России сортами льна-долгунца (Кутузова, Куликова, 1987; Кутузова, 2005).
В 30-е же годы в СССР, в институте льна, были идентифицированы 5 генов, контролирующих устойчивость к Polyspora Нпі (Рогаш, 1936). К сожалению эти исследования не получили дальнейшего развития.
Наиболее значительную работу по выявлению морфологического разнообразия окрасок и форм цветка и семян, а также изучению генетического контроля этих признаков проводил Ф.Плонка с 50-х годов во Франции (Plonka 1951, 1956, 1971; Plonka, Dubois, Armoux, 1968). Он нашел некоторые гены, влияющие на розовый цвет лепестков, и новые гены, контролирующие звездчатую форму венчика, окраску тычиночных нитей и столбиков. Система 17 генов окраски, описанная Ф.Плонком, является сейчас наиболее полной. Французский ученый сопоставил гены, найденные в этой коллекции с генами, идентифицированными Т.Таммес, и включил ее номенклатуру в состав своих генетических символов в качестве индексов. Однако в его работах нет прямого указания на выполнение теста на аллелизм. Коллекция Ф.Плонка в настоящее время имеет гриф недоступности и не передается другим исследователям. Однако использование селекционных сортов, в генотипах которых были идентифицированы гены, в качестве родоначальников линий дает нам возможность установления аллельности вновь открываемых генов с генами, описанными Ф.Плонком. Некоторые другие ученые обнаружили еще ряд генов окраски цветков и семян, но сравнение их с теми, которые были известны ранее, никогда не проводилось. В целом идентифицировано более 50 генов этих морфологических признаков, но из-за того, что часть из них имеет сходный фенотип и тип наследования, нельзя достоверно сказать, сколько уникальных генов описано в литературе.
Из других морфологических признаков следует отметить обнаруженную недавно волнистость стебля, которая контролируется одним геном с неполным доминированием (Tejklova, 2002).
Во второй половине 20 века изучение ЦМС льна было продолжено. Предпринимались и попытки использования мужской стерильности для создания гетерозисных гибридов льна по примеру других культур. Однако эта работа не имела коммерческого успеха. В природных условиях лен является самоопылителем и перекрестное опыление осуществляется только насекомыми, причем с низкой частотой. Таким образом, основной проблемой является невозможность получения достаточного количества гибридных семян (Comstok, 1965,1970). Томпсон отмечал и другую причину, препятствующую свободному опылению растений с ЦМС -закрытость венчика стерильных форм во время цветения. Он пытался выделить гены этого признака, но обнаружил только полигенное наследование (Thompson, 1977). Другая причина малой перспективности использования ЦМС льна в селекции заключается в относительно низкой степени гетерозиса у гибридов. Например, в Китае из 6 изученных хозяйственных признаков самый сильный гетерозис (21 %) был отмечен для числа коробочек на растении (Wang, Yan, Fan et al., 1996). В целом у льна идентифицированы 5 систем ЦМС и гены полного восстановления фертильности (Рыкова, 1979). В 90-х годах были описаны гены частичного восстановления фертильности (Keijzer, Metz, 1993).
К настоящему времени найдено 9 генов устойчивости к фузариозу (Рожмина, 2000, 2005), гены устойчивости к мучнистой росе (Misra, Pandey, 1981) и альтернариозу (Singh, Chautran, 1988). Есть у льна и гены устойчивости к гербицидам, один из которых был перенесен из арабидопсиса методом генной инженерии (Beard, Comstock, 1965; Keijzer, Metz, 1993).
Изучение влияния условий окружающей среды на признаки льна
Считают, что в естественном отборе по окраске венчика у дикорастущих насекомоопыляемых растений ведущую роль играют особенности опылителей. Пчелы предпочитают желтые, голубые и белые цветки (они видят в УФ области спектра); большинство бабочек - яркие, включая красные и пурпурные тона; моль -красные и пурпурные цвета, белые или светло-розовые; жуки - серые, кремовые и зеленоватые; мухи - серые, коричневые, пурпурные или зеленые; птицы - ярко-красные, а также двухцветные - красно-желтые и т.д. В связи с этим, эволюция пигментов от наиболее примитивного цианидина шла в двух направлениях. 1) формирование красной окраски у видов, произрастающих в тропических зонах, в результате делеций - к пеларгонидину (оранжево-красный) и апигенину (желтый), из-за преобладания опылителей-птиц; 2) образование голубой окраски у растений умеренного пояса в результате вставки - к дельфинидину (пурпурный), петунидину (розовато-лиловый) и мальвидину (красно-лиловый) из-за преобладания опылителей-пчел (Харборн, 1985).
В литературе имеются лишь ограниченные данные об участии фенольных соединений в репродуктивном процессе. У мутантов Chlamydomonas eugametos женские гаметы были неспособны копулировать с мужскими без добавления флавоноидов (изорамнетин, кверцитин) или некоторых их предшественников (Запрометов, 1970). Изучение несовместимости двух видов форзиции показало, что в их пыльце содержатся разные флавоноидные гликозиды (рутин, кверцетин). Растения, способные к оплодотворению пыльцой, содержащей рутин, синтезировали фермент, гидролизующий этот гликозид, а растения несовместимые с такой пыльцой, не формировали его (Запрометов, 1970).
Флавоноиды, присутствующие в оболочках семян, иногда очень прочно связаны, и их трудно выделить обычными методами, возможно потому, что они образуют полимерные лейкоантоцианиды. Роль флавоноидов в семенах не совсем ясна. Ранее предполагали, что они могут являться ингибиторами прорастания или создавать запас углеводов (Харборн, 1965). Сейчас точно установлено, что флавоноиды (флавоны, изофлавоны, флавононы и халконы) играют ведущую роль во взаимодействии между растениями семейства бобовых и азотфиксирующими бактериями, обеспечивая расоспецефичное узнавание симбионтов при прорастании семян (Dakora, 1994). Однако возможно, что это только частный случай во взаимодействии растений с бактериями их ризосферы. В формировании (ингибировании) окраски семян могут участвовать и пролин-богатые белки клеточной стенки. Дж.Линдстром и Л.Водкин (Lindstrom, Vodkin, 1991) изучая ген / - доминантный ингибитор накопления антоцианового пигмента в оболочке семян сои, установили, что он кодирует белок клеточной стенки PRP1 массой 35 кДа, который, в свою очередь, относится к семейству пролин-богатых белков. Этот полипептид и его мРНК редуцированы в молодых семенах и семенах генотипа и.
Повреждения и инфекции вызывают усиление синтеза флавноидов, однако этот процесс может просто отражать общее возрастание активности фенилаланин-аммиак-лиазы, обусловленное образованием фенольных фитоалексинов в связи с повышением устойчивости растений к заболеваниям (Бриттон, 1986, Ward et al, 1991). Особенно явно проявление антоциановой окраски бывает выражено вокруг очага инфекции. Так у кукурузы в ответ на заражение Bipolaris maydis в здоровых клетках, примыкающих к пораженным, увеличивается накопление цианидин-3-дималонил глюкозида, который защищает от токсинов и перокисных метаболитов, вырабатывающихся в ответ на поражение (Hipskind, Wood, Nicholson, 1996). Содержание флавоноидов зависит от возраста и стадии развития. Как правило, в молодых тканях их содержится больше, чем в старых (Бриттон, 1986).
Начало изучению генетики окраски цветка у льна было положено еще во второй половине 19 века. Сначала К.Хофман (Tammes, 1928) в 1865-1875гг. обнаружил явление перекрестного опыления насекомыми между сортами, имевшими голубые и белые цветки, и росшими рядом. Он показал, что через несколько лет после совместного выращивания в голубоцветковом сорте появляются растения с белыми венчиками. Затем Г. Де Вриз (Tammes, 1928) повторил эти опыты и установил, что растения с белыми цветками всегда дают белоцветковое потомство. Голубоцветковые делятся на две группы. Большая часть дает только подобное себе потомство, а другая выщепляет белоцветковые растения в соотношении 3:1. Таким образом, лен явился одним из растений, на которых были переоткрыты законы Менделя. История изучения наследования окраски и формы цветков и семян льна была описана в главе 1.3. Кроме основных исследователей этих признаков Т. Таммес, Ф. Шава, Ф. Плонка, ряд других ученых из разных стран идентифицировали по несколько генов, отвечающих за морфологию цветков и семян льна. В целом, к началу XXI века было описано 56 таких генов (Брач, Пороховинова, 2005). Однако многие из них оказались сходны по фенотипическому проявлению и типу наследования. К сожалению, тесты на аллелизм между аналогичными генами не проводили. Поэтому точно определить число изученных на данный момент локусов не представляется возможным (табл. 1.5.1.). Для некоторых генов, идентифицированных Ф.Плонком, был проведен биохимический анализ пигментов (Dubois etal, 1979).
Сложность сравнения результатов, приведенных разными учеными, обусловливается тем, что опыты проводили в разных частях земного шара - в Нидерландах (Tammes, 1912, 1928, 1930), Индии (Shaw, 1931), Франции (Plonka, 1951, 1956, 1971), Египте (El-Hattab, Radwan, Momtaz, 1974), Канаде (Rowland, Wilen, 1998), Украине (Мищенко, Лях, 2000, Лях, Мищенко, Полякова, 2003) и Ленинградской области (Тихомирова, 1990). Одинаковые гены в разных условиях могли проявляться по-разному или вообще не работать.
Внутривидовое разнообразие признаков, характеризующих динамику цветения льна, и влияние на нее условий окружающей среды
Лен, имеющий большой размах варьирования по количественным признакам, нельзя назвать полиморфным морфологически. Основную долю изменчивости по этому типу признаков составляют различия окраски и формы цветка и семян. Кроме того, наблюдается разнообразие по наличию антоциана в гипокотилях и созревающих коробочках, нарушениях окраски вегетативных частей растения, форме коробочек и семян.
Создание линий на основе коллекции генетических ресурсов льна ВИР и их изучение по окраске и форме частей цветка и семян позволило значительно расширить диапазон известного по литературе разнообразия морфологических признаков. Некоторые признаки оказались более сложными по своей структуре, чем это считалось ранее. Прежде всего, это особенности окраски. Цвета, в которые бывают окрашены лепестки, тычинки и пестики, могут иметь различные оттенки, которые ранее никогда не учитывали.
Наиболее изменчива у льна окраска лепестков. Венчик может быть белым, бледно голубым, голубым, синим, розовым и фиолетовым. Эти цвета могут иметь различные оттенки. Варьирует и интенсивность окраски. Распределение пигментов может быть неравномерным. Иногда окрашенной бывает только кромка лепестка, а иногда она белая. Ноготок тоже может иметь цвет, отличный от других частей лепестка. Эта особенность относится и к жилкам.
Для тычиночных нитей характерны те же основные цвета, что и для венчика. У них могут меняться оттенки и интенсивность окраски. Распределение пигментов вдоль тычиночных нитей также может варьировать: они могут быть светлыми или белыми на вершине или у основания. Пыльники могут иметь светло голубой, голубой, синий, фиолетовый, кремовый, желтый или серый цвет. Пыльца может иметь цвет, отличный от окраски пыльника.
Основными окрасками столбиков являются: белая, светло голубая, голубая, синяя, розовая и фиолетовая. Для них характерны различные оттенки и интенсивность цвета. Оба конца столбика могут быть осветленными или даже белыми. Цвет рыльца может отличаться от окраски столбика.
Характер деформации лепестков - очень важный фенотипический признак цветка, т.к. часто он связан с определенным цветом частей цветка и семян. Он может быть трех типов: продольная складка, гофрированный край и измятость всего отгиба. Последний вариант ранее не был описан. К сожалению, в большинстве классификаторов в качестве деформации лепестков фигурирует только его звездчатая форма. Наши исследования показали, что этот тип венчика образуется комбинацией сильной продольной складчатости и гофрированности края узких лепестков. В целом, форма цветка является комбинацией нескольких признаков лепестков: типа деформации, формы, ширины, формы края и степени раскрытия венчика. В связи с этим очень трудно классифицировать конечный вид цветка, и мы предлагаем не включать этот пункт в классификаторы.
Тычиночные нити тоже могут быть деформированы. У некоторых генотипов они изогнуты или закручены вокруг столбика. Пыльники могут быть отогнуты от рылец.
В созданной нами коллекции представлено большое разнообразие семян. Их основные цвета желтый, оливковый, коричневый, темно коричневый и зеленый могут иметь желтый, зеленый, красный и черный оттенки. Интенсивность окраски также изменяется. Поверхность семян может быть окрашена неравномерно. На семенах разных генотипов есть пятна, крапинки или и то и другое вместе. Отдельные части семян могут иметь отличный от основного цвет. Наибольшее распространение у льна имеет голубая окраска венчика и других частей цветка, а цвет тычиночных нитей и столбиков усиливается до синего. Лепестки чаще всего бывают плоскими и гладкими (недеформированными). Семена обычно окрашены в красно-коричневый цвет. Такие признаки растения мы приняли за дикий тип. Все типы цветков льна можно условно разделить на группы по цвету венчика и наличию деформации лепестков. Линии льна с недеформированными лепестками Линии с голубыми и синими венчиками. Линии с голубой окраской венчика, в свою очередь, делятся на подгруппы по цвету пыльников и семян (прилож. З.1.): (1) с голубыми пыльниками и красно-коричневыми семенами; (2) с голубыми пыльниками и желтыми семенами; (3) со светло-оранжевыми пыльниками и красно-коричневыми семенами; (4) со светло-оранжевыми пыльниками и красно-коричневыми семенами с желтыми крапинами. Однако такое сочетание признаков не абсолютно. В процессе генетического анализа нами была получена линия гк322 (гк121 х гк2) с голубыми пыльниками и светло-желто-коричневыми семенами. Внутри перечисленных выше классов линии различаются по окраске тычиночных нитей, столбиков и рылец. Тычиночные нити могут быть синими, голубыми, светло-голубыми и белыми; столбики - синими, голубыми, светло-голубыми, белыми и синего цвета у основания; рыльца - голубыми и белыми. Отдельно можно выделить группу линий с синим венчиком. Все они имеют голубые пыльники и различаются по окраске тычиночных нитей и столбиков (синяя, голубая и белая), рылец (белая, голубая и фиолетовая), а также семян (желтая и красно-коричневая). Жилки у венчиков голубого и синего цвета всегда синие. Эту же окраску имеют конусы лепестков в бутонах. Кроме того, этот признак связан с присутствием антоциана в гипокотиле, хотя его количество сильно варьирует. У голубых и сине-цветковых форм лепестки бывают округлыми или эллиптическими, а цветки открытыми или колокольчатыми. Одна линия (гк203, л-1 к-7026, Пакистан) имеет полу свернутый голубой цветок. Линии со светло-голубым венчиком. У всех исследованных нами линий этого фенотипа, ослабление голубой окраски происходит не только в лепестках, но и в тычиночных нитях и (или) столбиках (прилож. 3.2). Тычиночные нити могут быть голубыми, светло-голубыми, голубыми около пыльников и белыми; столбики - белыми, светло-голубыми, синими или светло-голубыми у основания. Изменения окраски венчика во всех случаях затрагивают отгиб лепестка распустившегося цветка, но могут не проявляться в его жилках и (или) в конусе лепестков бутона. В генетической коллекции ВИР имеются линии со светло-голубым венчиком с фиолетовым оттенком, у одной из них лепестки после высыхания становятся фиолетовыми (гк72, л-1 к-4225, Россия). У линий со светло-голубыми лепестками встречаются как голубые, так и светло-оранжевые пыльники. Интересно, что у форм со светло-оранжевыми пыльниками рыльца всегда белые, а с голубыми - белые или голубые. У большинства изученных нами линий этой группы гипокотиль фиолетовый, и лишь две проявляют ослабление окраски. Светло-голубые цветки бывают открытыми, открыто-раздельными, колокольчатыми и полу свернутыми, с округлой, эллиптической и удлиненно-эллиптической формой лепестков. У большинства линий с этой окраской венчика семена красно-коричневые, и только три имеют семена с желтым пятном на красно-коричневом фоне.
Наследование продолжительности фазы цветение первого цветка -созревание первой коробочки и влияние на него изменений погодных условий
На первом этапе работы по изучению наследования хозяйственно ценных признаков были выбраны хозяйственные характеристики наиболее пригодные для генетического анализа. Продолжительность вегетационного периода - очень сложный по своей структуре признак, изучать наследование которого целиком нельзя. Мы попытались разбить его на составляющие и оценить возможность анализа их наследования. Как уже отмечалось, у льна нет истинно озимых форм, и поэтому изучать генетический контроль типа развития не имеет смысла. До 2004г. не были известны и генотипы, нечувствительные к фотопериоду (см. гл.3.2.). Программа генетического анализа этого свойства начата только сейчас. Определение границ стадий елочки и быстрого роста льна (см. гл. 1.4.1.) очень трудоемко и методически невозможно для отдельного растения. Это обстоятельство делает невозможным учет расщепления. Продолжительность цветения - отдельный признак, который определяется в основном числом порядков ветвления соцветия. Оно, в свою очередь, зависит от густоты посева, погодных условий и генотипа растения. Сравнение линий нашей коллекции показало, что скороспелые долгунцы в полевых условиях при стандартной площади питания имеют 2, иногда 3 порядка ветвления соцветия. Позднеспелые линии образуют 3 -4 порядка. Исходя из вышеизложенного, для изучения наследования продолжительности вегетативной фазы развития льна был выбран период всходы -цветение первого цветка. Кроме того, в некоторых опытах анализировали «физиологический» показатель скороспелости - число листьев на стебле.
Продолжительность созревания всех коробочек на растении тоже оказалась сложным признаком. Число дней от распускания каждого цветка до созревания соответствующей коробочки в полевых условиях последовательно увеличивалось по мере перехода к более высоким порядкам ветвления соцветия. Развитие каждой следующей коробочки приходится на все более холодную и дождливую погоду, которая задерживает процесс налива семян. Таким образом, позднеспелые линии, имеющие большое соцветие, еще более растягивают процесс созревания из-за приближения осени. Исходя из этих данных, для генетического анализа скорости созревания был выбран признак число дней от распускания первого цветка до созревания первой коробочки.
Другим важным для льна-долгунца хозяйственным признаком является высота растений. В селекционной практике используются два показателя высоты: общая и техническая (до начала соцветия). Эти характеристики тесно коррелируют друг с другом (см. гл.4.). В то же время, они обе зависят от размера соцветия, на который влияют генотип и условия выращивания. Поэтому с 1990г. для характеристики размеров растения мы стали использовать признак высота стебля до первой коробочки. Он тесно связан с общей и технической высотами, но обладает меньшей вариабельностью, так как на него не влияет степень ветвления соцветия и количество ветвей второго порядка. Проявление таких признаков, как скороспелость и высота растений зависит от условий выращивания. Поэтому родителей и гибриды Fi и F2 изучали одновременно, а данные, полученные в разные годы, обрабатывали отдельно. Анализ степени доминирования признака в первом поколении и расщепления в F2 отдельных комбинаций скрещиваний проводили с использованием компьютерной программы А.Ф. Мережко (2005). Интерпретация данных диаллельных таблиц осуществлялась методом Мазера и Джинкса (1985).
Наследование продолжительности фазы всходы - цветение первого цветка изучали в трех циклических скрещиваниях. Первое включало анализ гибридов F] и F2. Кроме того, для одной из комбинаций получили беккроссы с обоими родителями. Два других набора линий анализировали по первому поколению. Из последней группы родителей отдельно были изучены две контрастные линии с гибридами двух поколений. Реципрокных различий при изучении наследования продолжительности периода всходы - цветение обнаружено не было. В связи с этим, для увеличения объема выборок данные были объединены.
В первом циклическом скрещивании участвовали линии, достоверно различавшиеся по срокам цветения в оба года изучения. Раньше всех цветение наступало у гк15 (л-1 к-512, Россия), затем распускались цветки у гк2 (л-1 к-48, Россия), чуть позже - у гк54 (л-5 к-1507, Россия) и последней зацветала гкЮЗ (л-4 к-5896, Нидерланды) (табл. 5.1.1). В 1988г. изучали родительские линии, а также гибриды F] и F2 по полу диаллельной схеме. В 1990г. высевали родителей с прямыми и обратными гибридами первого поколения, а также F2, полученное в одном направлении.
В скрещиваниях между российскими линиями всегда наблюдали доминирование более позднего цветения различной степени. У гибридов с участием голландской линии в большинстве случаев (кроме комбинации гк2 х гкЮЗ в 1990г.) доминировало раннее цветение. Необходимо отметить, что степень, а иногда и направление, доминирования могут значительно изменяться по годам. Так, у гибрида гк2 х гк54 оно менялось от почти промежуточного в 1988г. до практически полного доминирования позднего цветения в 1990г.. В комбинации гк2 х гкЮЗ в разные годы менялось и направление доминирования. В обоих этих скрещиваниях в 1990г., в целом характеризовавшемся увеличением периода всходы - цветение, Fj в еще большей степени задерживает наступление следующей фазы. Противоположную картину наблюдали в комбинации гк54 х гкЮЗ. Здесь в 1990г. растения первого поколения зацвели быстрее рано цветущего родителя.
Методом Мазера и Джинкса были проанализированы соотношения ковариаций родитель-потомок (Wr) и дисперсий (Vr) для членов одного и того же ряда диаллельной таблицы, включавшей родителей и гибриды первого поколения. В 1988г. установили недостоверность аддитивно-доминантной модели наследования признака. График зависимости Wr от Vr имел вид вогнутой кривой, что указывало на присутствие комплементарных взаимодействий генов, при которых суммарный эффект доминирования имеет то же направление, что и суммарные взаимодействия неаллельных генов в гетерозиготном состоянии (рис.5.1.1.). В 1990г. характер наследования продолжительности фазы всходы -цветение соответствовал аддитивно-доминантной модели (рис.5.1.2.). Однако расположение линий на графике относительно начала координат осталось сходным. Рано цветущая линия гк15 имела наибольшее количество доминантных генов. Самая поздно цветущая линия гкЮЗ занимала промежуточное положение по их количеству. Это подтверждает тот факт, что доминантные аллели разных генов могут контролировать как раннее, так и позднее цветение. Наибольшее число рецессивных генов несла сравнительно рано цветущая гк2.
