Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. Народно - хозяйственное значение и распространение чечевицы 8
1.2. Условия, влияющие на продукционный процесс чечевицы 12
1.3. Основные направления селекционной работы с чечевицей 17
1.4. Видовой состав и межвидовая гибридизация в роде Lens 24
2. Условия, материал и методы проведения исследований 28
3. Изучение признаковой коллекции чечевицы Lens culinaris 37
3.1. Морфологическая характеристика и продуктивность сортообразцов коллекции чечевицы 37
3.2. Варьирование и взаимосвязь хозяйственно полезных признаков чечевицы 51
4. Дикорастущие виды чечевицы и межвидовая гибридизация 55
4.1. Морфобиологические особенности дикорастущих видов Lens 55
4.2. Гибридизация Lens culinaris с дикорастущими видами 68
5. Использование культуры изолированных семяпочек в межвидовой гибридизации чечевицы 78
5.1. Разработка условий культивирования изолированных семяпочек чечевицы Lens culinaris 78
5.2. Характеристика регенерантных линий чечевицы, полученных в культуре изолированных семяпочек 88
5.3. Преодоление межвидовой несовместимости в роде Lens с использованием культуры изолированных семяпочек 90
6. Морфобиологические особенности и урожайность сортов чечевицы, перспективных для возделывания в Центральных регионах Российской Федерации 95
Выводы 103
Рекомендации для селекции и производства 105
Список использованной литературы 106
Приложение 123
- Народно - хозяйственное значение и распространение чечевицы
- Морфологическая характеристика и продуктивность сортообразцов коллекции чечевицы
- Морфобиологические особенности дикорастущих видов Lens
- Разработка условий культивирования изолированных семяпочек чечевицы Lens culinaris
Введение к работе
Актуальность темы Чечевица Lens culinaris Medik. {Lens esculenta Moench.) является ценной продовольственной и кормовой культурой. В зерне чечевицы содержится до 36% белка, который сбалансирован по содержанию аминокислот, лимитирован лишь по метионину и цистеину. Чечевица, наряду с другими зернобобовыми культурами, играет важную роль в увеличении ресурсов азота в земледелии и является хорошим предшественником для зерновых культур. Зеленая масса чечевицы используется в качестве высоко белкового корма для скота.
Однако, несмотря на высокую потребительскую ценность чечевицы, площади ее постоянно уменьшаются из-за низкой технологичности: неравномерности созревания, растрескиваемости и осыпаемости бобов, полегаемости, низкого прикрепления бобов, короткостебельности, а также из-за отсутствия эффективной уборочной техники. В конце 80-х годов в Российской Федерации посевы чечевицы занимали около 50 тыс. га, а валовой сбор составлял в среднем около 30 тыс. тонн в год. В 90-е годы производство чечевицы постоянно сокращалось и в 1996 -1997 гг. оно составило всего 7% к уровню 1986-1990 гг. Урожайность культуры в последние годы упала почти в два раза по сравнению с уровнем конца 80-х годов и в среднем по стране составляет менее 4-х ц/га (Зятьков Ю.Н., 1999).
Инициатором возобновления исследований по селекции чечевицы и вовлечению в селекционный процесс образцов мировой коллекции ВИР во Всероссийском научно - исследовательском институте зернобобовых и крупяных культур в 90-е годы был М.Д. Варлахов.
Основным направлением селекционной работы с чечевицей является создание сортов с высокой семенной продуктивностью, приспособленных к механизированной уборке. Для повышения эффективности селекции необходимо вести целенаправленный поиск источников высокой продуктивности, крупносемянности, длинностебельности, компактного габитуса, устойчивости к фузариозу и других хозяйственно полезных признаков.
Важным источником исходного материала для селекционной работы является коллекция сортообразцов чечевицы. Наряду с внутривидовой гибридизацией в расширении разнообразия исходного материала для селекции чечевицы положительных результатов можно ожидать от межвидовой гибридизации и методов биотехнологии.
Цель и задачи исследований Целью настоящей работы является комплексное изучение коллекции чечевицы Lens culinaris и определение возможностей межвидовой гибридизации в роде Lens. В задачи исследований входило:
- изучить коллекцию чечевицы Lens culinaris по основным хозяйственно полезным признакам и выделить сортообразцы, перспективные для практической селекции;
- изучить особенности морфологии и размножения дикорастущих видов чечевицы;
- определить возможность получения межвидовых гибридов между чечевицей обыкновенной Lens culinaris и дикорастущими видами рода Lens;
- разработать метод культивирования изолированных оплодотворенных семяпочек чечевицы;
- получить межвидовые гибриды чечевицы с использованием культуры семяпочек;
изучить морфобиологические особенности сортов чечевицы перспективных для возделывания в центральных регионах Российской Федерации;
Научная новизна исследований В условиях Центрально -Черноземного региона Российской Федерации проведено комплексное изучение коллекции чечевицы и выделены источники хозяйственно полезных признаков. Выявлены особенности варьирования и взаимосвязей количественных признаков чечевицы. Проведено морфобиологическое описание дикорастущих видов чечевицы. Выявлены совместимые и несовместимые скрещивания в роде Lens. Определен характер наследования признаков - фиолетовая окраска цветка и антоциановая окраска эпикотиля. Показана возможность расширения спектра генетической изменчивости чечевицы в результате межвидовой гибридизации. Разработаны оптимальные составы питательных сред, обеспечивающие максимальную выживаемость зародышей чечевицы определенного возраста. Определены основные морфобиологические особенности сортов, перспективных для возделывания в условиях центральных регионов Российской Федерации.
Практическая ценность работы Определены перспективы использования сортообразцов коллекции чечевицы, ценных по комплексу хозяйственных признаков, в селекции на высокую семенную продуктивность, технологичность и качество. Создан каталог признаковой коллекции чечевицы. Разработан метод культивирования изолированных семяпочек чечевицы, позволяющий преодолеть межвидовую несовместимость. Получены перспективные для селекции регенерантные линии. Получены межвидовые гибриды чечевицы Lens culinaris х Lens orientalis, Lens culinaris x Lens odemensis, Lens culinaris x Lens tomentosus. В ходе реализации селекционных программ выведен новый сорт чечевицы обыкновенной Светлая, который в 2004 году передан на Государственное сортоиспытание в Российской Федерации и Республике Беларусь.
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на IV Международной научно-практической конференции "Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений" (Ульяновск, 2002), школе-конференции «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2003), VIII Международной конференции «Биология растительных клеток и биотехнология» (Саратов, 2003), научной конференции, посвященной 100-летию научной селекции в России (Москва, 2003), III Международной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (Москва, 2004), научно-координационном совещании «Научное обеспечение производства зернобобовых и крупяных культур» (Орел, 2004), II и III Московских международных конгрессах «Биотехнологии: состояние и перспективы развития» (Москва, 2003, 2005).
Публикация результатов исследований По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, 4 из них на английском языке.
Народно - хозяйственное значение и распространение чечевицы
Чечевица Lens culinaris Medik. является одной из наиболее важных зернобобовых культур продовольственного и кормового значения (Помогаева А.И., 1966; Лузина З.А., 1962; Чернева Н.И., 1997; Майорова М.М., 1999а; Волузнева Т.А., 1985; Колесникова М.С., 1976). Среди зернобобовых культур чечевица по питательности занимает одно из первых мест. По количеству белка чечевица занимает второе место после сои и превышает по данному показателю горох, нут, фасоль (Татаринцев А.И., 1966; Лузина З.А., 1964). В ее семенах содержится от 27 до 36 % белка (Бенкен И.И., Амиров Л.А., 1977).
Белки чечевицы отличаются высокой усвояемостью. Исследования, проведенные во Всероссийском научно - исследовательском институте растениеводства им. Н.И. Вавилова показывают, что усвояемость белков чечевицы организмом человека достигает 86% - это лишь немногим ниже усвояемости белков животного происхождения (Лузина З.А., 1962).
В результате исследований, проведенных И.И.Бенкеным с соавторами (Бенкен И.И., Амиров Л.А., 1977; Бенкен И.И. и др., 1977), установлено, что в целом вид Lens culinaris характеризуется самой низкой активностью ингибиторов трипсина, в среднем равной 1,3 мг/г. В пределах вида имеется незначительная сортовая изменчивость этого показателя — от 0,8 до 1,9 мг/г. В то время как в семенах фасоли обыкновенной трипсинингибирующая активность составляет в среднем 10,2 мг/г с колебанием между сортами от 6,65 до 16,9 мг/г. Этими же авторами установлено, что белок чечевицы богат лизином, дефицитным для большинства растительных белков.
Разработаны оригинальные технологии белковых препаратов чечевицы различной степени очистки - мука, концентрат, водная дисперсия, изолят, текстурат, рекомендуемые как аналоги соевых белковых препаратов. Они обеспечивают биологическую полноценность пищевых продуктов и позволяют целенаправленно регулировать функционально-технологические свойства пищевых систем (Антипова Л.В., Глотова И.А., 2000; Антипова Л.В., Глотова И.А. и др., 2001).
Разработаны рецепты и технологии комбинированных продуктов питания из чечевицы, близких или аналогичных по вкусовым достоинствам к питьевым молочным и кисломолочным продуктам (Антипова Л.В., Курчаева Е.Е. и др., 2001; Курчаева Е.Е. и др., 2002; Антипова Л.В., Перелыгин В.Н. и др., 2001а). Установлена возможность использования белков чечевицы в технологии эмульсионных продуктов, в частности, майонезов (Антипова Л.В., Перелыгин В.Н. и др., 20016).
Использование белка чечевицы рекомендуется в технологии комбинированных и искусственных мясных продуктов, чтобы максимально повысить усвояемость мясной продукции и обеспечить нормальное протекание обменных процессов в организме человека. В частности, разработаны рецептурные композиции паштетов для школьного питания (Антипова Л.В., Ушаков П.А. и др., 2000; Антипова Л.В., Осминин О.С., 2000, 2001; Крылова В.Б. и др., 2001).
Для устранения недостаточной пищевой и биологической ценности традиционных сортов хлеба, а также для расширения ассортимента хлеба, в качестве полноценного сырья используют чечевичную муку (Чижикова О.Г. и др., 2000; Пащенко Л.П. и др., 2000).
Как и другие зернобобовые культуры, чечевица имеет большое значение в кормопроизводстве. Солома и мякина чечевицы по кормовым качествам превосходят солому и мякину гороха, а в смеси с яровыми зерновыми культурами по своей питательности заменяют хорошее сено. В них содержится до 18-20% белка (Посыпанов Г.С., 1987; Залозный К., 1963; Варлахов М.Д., 1996; Клименко В.Г. и др., 1960).
Чечевица является источником органических удобрений, обогащает почву азотом, благодаря чему является хорошим предшественником для других культур, особенно для кукурузы и яровых (Леонтьев В.М., 1966; Варлахов М.Д., 1998; Парахин Н.В. и др., 1995).
Все эти факторы и обуславливают возрастающий в последнее время интерес к данной культуре. Чечевица - одна из старейших культур. Она выращивалась белее 8,5 тыс. лет назад на Ближнем Востоке. Затем ее производство распространилось в Средиземноморье, Азию, Европу и Западное полушарие (Oplinger Е. et al., 1990; Sell R., 1993).
В мире в период с 1986 по 1999 гг. отмечается рост производства чечевицы наряду с другими зернобобовыми культурами, например, с фасолью и люпином. Так в период с 1986 по 1990 гг. мировое производство чечевицы было на уровне 2,491 млн.тонн, а к 1999 году возросло до 2,985 млн.тонн. Причем рост производства чечевицы и фасоли происходил в основном в результате повышения урожайности. Посевная площадь чечевицы в период с 1986 по 1990 гг. составляла 3,213 млн.га, а к 1999 г. достигла 3,401 млн.га. (Зятьков Ю.Н. и др. 1999).
В начале 20-го века Италия была одним из крупнейших производителей чечевицы (Sonante G. et. al., 2001). Однако в последнее время производство чечевицы в Италии значительно уменьшилось. Причинами послужили полегание и вследствие этого затруднение механизированной уборки (Bozzini A., Chiaretti D., 1995).
В Испании зернобобовые культуры широко используются в пищу. В год на человека приходится до 6 кг (в Европе - 3,5 кг, в мире - 7 кг, в Индии -14 кг), из них 2 кг приходится на чечевицу (Muzguiz М., 1997). В Европейских странах Испания остается одним из главным производителей чечевицы (Muehlbauer F., 1993).
Чечевица одна из наиболее важных с экономической точки зрения и наиболее употребляемая из зернобобовых культур в Греции (Doxasmakis G., 2002). Годовая потребность страны по чечевице составляет 10000-12000 тонн. В течение последних 15 лет (1983-1998) средний урожай чечевицы составил 1,29 т/га, однако в отдельных случаях он достигал 3 т/га и более. Но автор отмечает, что к 2000 г площадь посева чечевицы резко сократилась.
Главным экспортером данной культуры является Турция, где чечевица является одной из наиболее распространенных зернобобовых культур (Kusmengly I., 1993; Kusmengly I., Bayauer A., 1995).
Возрастает производство чечевицы в Соединенных Штатах Америки и Канаде, при этом большая часть производимой чечевицы экспортируется (Oplinger Е. et al., 1990). Основным направлением селекционных программ в этих странах является увеличение урожайности и создание сортов с круглыми или плоскими семенами и красными, желтыми или зелеными семядолями (Bhatty R.S., 1993).
Морфологическая характеристика и продуктивность сортообразцов коллекции чечевицы
Успех селекции чечевицы во многом зависит от исходного материала, привлеченного для выведения сорта. Это могут быть местные сорта или образцы и формы иностранного происхождения (Андреева Н.Н., 1992).
Создание новых сортов чечевицы, обладающих комплексом хозяйственно полезных признаков, требует глубокого изучения исходного материала. Продуктивность данной культуры складывается из отдельных элементов структуры урожая: числа бобов, семян на растении; числа семян в бобе; массы 1000 семян. Степень их проявления зависит в значительной мере от метеорологических условий (Майорова М.М., 1998а).
В 2001...2003 гг. проведено изучение коллекции чечевицы, включающей 55 сортообразцов (рис. 1), по основным хозяйственно полезным признакам и выделены перспективные для селекции сортообразцы. В главе представлены значения показателей 10 хозяйственно полезных признаков у выделившихся сортообразцов, в приложениях 1-4 приводятся величины х ± Sx количественных признаков в каждый год исследования, а также содержится информация о селекционно-важных качественных признаках. Длина стебля В селекции чечевицы приоритетным направлением является создание сортов пригодных для механизированной уборки с оптимальной длиной стебля. Использованный в качестве стандарта сорт Веховская 1 может быть отнесен к группе длинностебельных - длина стебля в среднем за три года исследований составила 47,9 см. Однако при длительной засухе она снижается (на 35-40 %), что негативно сказывается на урожае и затрудняет уборку. Средняя длина стебля у сортообразцов коллекции в благоприятные по влагообеспеченности годы - 2001 и 2003 — была одинаковой (49,8 см и 49,3 см соответственно), а в засушливом 2002 г снизилась до 40,5 см.
Амплитуда изменчивости признака в коллекции составила в 2001 г. 37,1 ... 70,4 см, в 2002г. 28,0 ...44,5 см, в 2003г. 32,6...54,3. Сравнение коллекционных форм со стандартом показывает, что большинство сортообразцов Пензенской опытной станции можно отнести к длинностебельным: к-2355 - 49,8 см; к-1731 — 52,5 см. Также к длинностебельным можно отнести сортообразцы к-2610 (Болгария) — 48,5 см, к-1532 (Ворон.обл.) - 49,1 см, к-2849 (Алт.кр.) - 47,9 см, к-2834 (Канада) -48,5 см.
В годы с избыточным увлажнением вместе с увеличением высоты растений возникает опасность полегания и резкого снижения их продуктивности (Посыпанов Г.С., Майорова М.М., 1987). Проведенными ранее исследованиями по изучению структуры стебля чечевицы установлено, что улучшение прочности стебля обеспечивается его диаметром и развитием продольных граней, которые содержат лигнифицирующие волокна. Увеличение толщины стебля и распределение лигнифицирующих тканей в продольных гранях увеличивают возможность того, что стебель будет более прочным (Whitehead Sh. et al, 1998).
По мнению М.Д. Варлахова (19966), высокопродуктивный технологичный сорт чечевицы должен иметь длину стебля не менее 50 см. С этой точки зрения интерес для селекции представляют сортообразцы: к-2844 (Канада) - 51,4 см; к-1978 (Индия) - 52,4 см; к-2824 (Германия) - 54,3 см; к-1731 (Пенз.обл.) - 52,5 см; к-2845 (Канада) - 55,3 см; к-1994 (Болгария) -52,5 см; к-1995 (Болгария) - 53,9 см.
К группе среднестебельных относится значительная часть сортообразцов коллекции: к-2762 (Франция) — 42,4 см; к-2690 (Болгария) — 41,3 см; к-2794 (Эквадор) - 40,5 см; к-2818 (Чили) - 44,6 см; к-2835 (Канада) - 43,2 см; к-2136 (Пенз.обл.) - 43,0 см и др. Минимальную длину стебля в коллекции имеют сортообразцы: к-2632 (Иран) - 32,6 см; к-2194 (Иран) - 34,9 см; к-1850 (Армения) - 34,5 см; к-2554 (Армения) - 35,9 см. Высота прикрепления нижних бобов Высота прикрепления нижних бобов, также как и длина стебля, относятся к числу признаков, характеризующих технологичность сорта. Высокое прикрепление бобов дает возможность уменьшить потери семян нижнего яруса при уборке сельскохозяйственными машинами (Майорова М.М., Сорокин СИ., 19986).
Между высотой растений и высотой прикрепления нижнего боба имеется прямая связь. Обычно у высокорослых форм и прикрепление нижних бобов высокое (Амиров Н.С., 1986). Особенно ценными в этом отношении являются сортообразцы, которые имеют компактный габитус и высокое прикрепление нижних бобов больше 20 см. В этом отношении перспективны сортообразцы: к-2844 (Канада) — 29,4 см, к-2818 (Чили) - 27,9 см, к-2824 (Германия) - 30,6 см, к-2834 (Канада) -31,8 см, к-2843 (Канада) - 28,3 см, к-1731 (Пенз.обл.) - 32,6 см, к-2849 (Алт.кр.) - 31,1 см, к-1994 (Болгария) - 32,1 см, к-1995 (Болгария) - 31,7 см и др. Устойчивость к полеганию Учитывая относительно невысокую прочность стебля и особенности архитектоники растений чечевицы, проблема устойчивости, также как и длина стебля и высота прикрепления нижних бобов, определяет пригодность сорта к механизированной уборке. Сильное полегание в репродуктивный период, кроме того, негативно влияет на продукционный процесс чечевицы. Степень устойчивости сортообразцов коллекции рассчитывалась нами її "иуд . сг"-,,. І (прил. 7) в 2002 г. в фазу хозяйственной спелости какШтношеНиег высоты агроценоза к длине стебля растений, выраженное в процентах, согласно методическим указаниям по определению исследований в семеноводстве многолетних трав (ВНИИК, 1986). В качестве источников признака выделены сортообразцы, которые превзошли стандарт Веховскя 1 (81,7%): к-2835 (Канада) - 87,2%, к-2794 (Эквадор) - 83,9%, к-2720 (Колумбия) - 80,6%, к-2355 (Пензенская обл.) -83,5%, к-2559 (Армения) - 82,3%. Число ветвей По числу ветвей первого порядка сортообразцы чечевицы различались незначительно. Амплитуда изменчивости составила от 1,94 до 2,21 шт. В 2001 году растения сформировали в среднем по коллекции 2,07 ветви, а в 2003, более засушливом году - 2,00.
Морфобиологические особенности дикорастущих видов Lens
Морфология дикорастущих видов и ареал их распространения изучены многими исследователями, в том числе Е.И. Барулиной (1930); З.В. Чефрановой (1971; 1976); Т.А. Волузневой (1981); Г. Ладизински (Ladizinsky С, 1978; 1983). Нами проведено изучение морфологии и особенностей формирования семенной продуктивности видов L.orientalis, L.tomentosus, L.odemensis, L.lamottei, L.ervoides в условиях Орловской области (Суворова Г.Н., Кондыков И.В., Скотникова Е.А. и др., 2004). Результаты исследований позволили выделить сходства и различия между изучаемыми видами, а также их преимущества и недостатки в сравнении с L.culinaris.
Окраска всходов у дикорастущих видов фиолетовая. Они резко отличаются по окраске вегетативных частей от культурной чечевицы, имеющей зеленую окраску. Она коррелятивно связана с некоторыми другими признаками: окраской стеблей, цветков, бобов и семян (Барулина, 1930). Виды L. orientalis, L. tomenosus, L.odemensis и L.ervoides имеют фиолетовую окраску стеблей. Из них L. ervoides имеет антоциан также и в листочках (нижняя часть листовой пластинки имеет фиолетовую окраску), a L.odemensis - пигментированные бобы.
По окраске цветка у видов наблюдаются следующие различия: белые цветки с голубыми жилками на парусе (L.culinaris), сине-фиолетовые цветки (L.odemensis, L.ervoides), светло-фиолетовые цветки с синими жилками на парусе (L.orientalis) и ярко-фиолетовые цветки с синими жилками на парусе (L. tomentosus). Наблюдения показали, что виды чечевицы с темной окраской семян имеют синие цветки.
Почти все исследуемые виды имеют слабое опушение: все вегетативные органы растения равномерно покрыты редкими мягкими волосками. Сильным опушением отличается вид L.tomentosus. Различия ясно заметны уже по всходам. Этот вид имеет густо покрытые волосками органы, в особенности стебли, черешки листьев, бобы, молодые листочки.
Размер листочков варьирует. Он изменяется по ярусам: листочки нижних листьев шире, имеют более овальную форму, к верхней части растения они все более и более суживаются. Из наблюдаемых видов выделился вид L.ervoides. Он характеризуется удлиненными, узкими листочками. Кроме того, размер листочков связан с целым рядом других признаков: размером бобов, семян, цветков, высотой растения и толщиной стебля. Крупными листочками характеризуются крупносемянные формы чечевицы (L.culinaris). А так как дикорастущие виды мелкосемянные, они характеризуются мелкими листочками.
Все дикорастущие виды имеют полустелющуюся форму куста, более сильное ветвление в сравнении с культурными формами.
В целом, виды L.orientalis (рис. 4), L.tomentosus, L.odemensis, L. ervoides отличаются от вида L.culinaris интенсивно окрашенными антоцианом всходами, стеблями, цветками, а вид L.odemensis (рис. 5) имеет еще пигментированные бобы. Дикорастущие виды характеризуются маленьким размером цветков, что обуславливает мелкий размер бобов, семян и вегетативных частей растения.
Для определения эффективности использования дикорастущих видов L.orientalis, L.tomentosus, L.odemensis в качестве исходного материала для селекции изучалась степень проявления и характер изменчивости количественных признаков (табл. 8). В качестве контроля использовался вид L.culinaris (сорт Веховская 1).
Все дикорастущие виды имели достоверно меньшую высоту растений. Так, например, длина стебля L.culinaris варьировала от 43,9 до 51,9см, в то время как, длина стебля дикорастущих видов не превышала 21,8 см (L.orientalis, 2002г).
Год Вид Длина стебля, см Число ветвей Биомасса растения, г Число бобов на растении Число семян на растении Массасемян срастения, г Масса1000семян, г Числосемян вбобе 2002 поле L. culinaris Веховская 1 43,9±0,70 2,00±0,00 3,90±0,30 22,8±0,30 29,0±2,60 1,75±0,15 61,3±2,60 1,25=1=0,03 L.orientalislLWL И 21,8±0,85 2,Ю±0,20 2,40±0,30 14,3±1,40 22,3±3,00 0,30±0,03 14,9±0,80 1,55±0,10 L.tomentosus ILWL90 19,9=4=0,64 1,90=4=0,10 1,60±0,20 44,0±3,90 53,1±4,70 0,72=Ь0,06 13,7±0,36 1,20±0,02 L. odemensis ILWL 164 19,6±0,50 2,20±0,10 1,20±0,10 29,5±2,20 44,2±3,80 0,50=Ь0,04 10,9±0,45 1,50±0,06 2003 поле L. culinaris Веховская 1 41,5±0,46 2,40=4=0,16 4,70±0,58 19,2±2,91 20,1±2,97 1,53±0,16 80,6±3,92 1,05=1=0,02 L.orientalis ILWL7 17,2±0,37 4,10=4:0,56 3,54±0,11 65,5±6,48 91,7±7,30 1,74±0,06 19,5=1=0,79 1,42=1=0,79 L.orientalis ILWL11 18,0±0,59 2,40±0,26 2,34±0,08 36,6±3,00 44,6±3,40 0,50±0,03 11,6±0,69 1,22=4=0,02 L.odemensis ILWL21 18,7±0,87 3,40±0,30 2,15±0,11 21,7=1=3,15 25,7±3,01 0,35±0,03 13,9±0,83 1,21±0,05 L.odemensis ILWL 164 18,3=1=0,64 2,80±0,38 1,06±0,08 23,5±3,04 31,5±3,18 0,24±0,03 7,58=1=0,53 1,40=4=0,08 L.ervoides ILWL43 17,5±0,76 4,40±0,30 2,33±0,17 15,6±2,25 20,3=Ы,81 0,17±0,01 9,15±0,84 1,40±0,11 L.tomentosus ILWL90 20,2±1,37 2,70=4=0,21 2,29±0,12 48,3±4,78 57,5±5,89 0,77±0,05 14,0±0,72 1,19=4=0,03 2003 тепл L. culinaris Веховская 1 51,9±2,59 1,93±0,18 5,10±0,36 30,2±2,27 34,2±3,11 2,75±0,20 83,0±2,35 1,15±0,04 L.orientalis ILWL7 18,9±1,23 2,00=4=0,00 1,87±0,23 43,1=Ы,09 53,8=ЫЗ,6 0,83=1=0,14 17,1±1,50 1,27=4=0,04 L.orientalis ILWL11 39,4±1,69 1,83±0,22 2,04±0,56 41,5±9,07 51,1±14,5 0,81±0,25 15,5±0,37 1,19±0,07 L. odemensis ILWL21 34,9=4=1,01 2,11±0,11 1,90±0,23 35,1±4,68 54,4±7,75 0,83±0,10 15,8±0,59 1,51±0,03 L.lamottei ILWL29 15,8±0,89 3,07±0,12 1,20±0,06 25,7±1,51 36,8±2,75 0,58±0,03 16,0=4=0,42 1,42=4=0,03 L.ervoides ILWL43 33,8±1,94 3,33±0,33 3,01±0,38 101,8±17,4 163,5±29,4 1,07±0,17 6,70±0,20 1,59=4=0,07 L.tomentosus ILWL90 25,8=4=1,13 1,85±0,14 1,11±0,11 26,7±3,32 3,33=1=3,72 0,48±3,05 14,7=1=0,30 1,27=4:0,03 С.
Биомасса дикорастущих видов также была достоверно меньше. По массе 1000 семян (7,58 - 19,5 г) они значительно уступали сорту Веховская 1 (61,3-80,6г).
Однако по ряду признаков дикорастущие виды превзошли вид L.culinaris. Например, среднее число бобов у L.tomentosus составило 44 (2002г) на растение, семян 53,1 (2002г). Тогда как у L.culinaris (2002г) данные показатели были на уровне 22,8 бобов и 29 семян с растения. Эта же ситуация подтвердилась в полевых условиях в 2003 году. На растениях L.orientalis сформировалось в среднем 65,6 бобов и 91,7 семян, а у культурного образца - 19,2 и 20,1 соответственно.
Число семян в бобе у L.culinaris составило 1,25 (2002г) и 1,05 (2003г), тогда как у дикорастущих видов оно варьировало от 1,20 у L.tomentosus до 1,55 у L. orientalis в 2002 году и от 1,19 у L.tomentosus до 1,42 у L.orientalis в 2003 году.
В условиях теплицы морфологические различия между дикорастущими видами и культурными сортами имели ту же направленность что и в поле.
Проводили сравнения вегетационного периода вида L.culinaris и дикорастущих видов (табл. 9). Установлено, что в полевых условиях период вегетации дикорастущих видов {L.orientalis — 63 дня в 2002г, 79 дней в 2003г) оказался короче, чем у культурного образца {L.culinaris — 78 дней в 2002г, 82 дня в 2003г). Несмотря на то, что всходы дикорастущих видов были неравномерными и обычно запаздывали, последующие фазы развития проходили быстрее.
Разработка условий культивирования изолированных семяпочек чечевицы Lens culinaris
Культуру изолированных зародышей или семяпочек чечевицы L.culinaris МеШк.можно рассматривать как источник получения каллусных или морфогенных тканей, а также как метод спасения зародышей, абортируемых в естественных условиях, в частности при межвидовой гибридизации.
Г. Ладизински с соавторами (1985) использовали культуру зародышей для гибридизации в роде Lens. В культуре 14-дневных зародышей были получены гибриды между L.culinaris и L. ervoides, которые по морфологии были сходны с L. ervoides пурпурными стеблями, опушенными плодами, промежуточными по размеру листьями, по числу листочков на лист и размеру боба.
Однако методики культивирования изолированных зародышей или семяпочек чечевицы на данный момент не существует. Большинство исследователей при изучении вопросов регенерации у чечевицы в качестве исходных эксплантантов использовали либо фрагменты молодых проростков, либо зрелые или незрелые семяпочки.
Был показан стимулирующий эффект цитокининов - кинетина (Williams D.J., Mchugen А., 1986), бензиламинопурина (Polanco М.С. et. al., 1998),тидиазурона (Malic К. A., Saxena Р. К., 1992) в индукции побегов у первичных эксплантов чечевицы, и ингибирующее действие бензиламинопурина на формирование корней (Polanco М.С. et. al., 1997).
Нами были проведены исследования по разработке условий культивирования in vitro изолированных оплодотворенных семяпочек чечевицы Lens culinaris сорта Образцов Чифлик 7 различных возрастных групп (Suvorova G., Skotnikova E., 2003; 2004; Суворова Г.Н., Скотникова E.A., 2003).
Всего на индукционные среды различного состава было высажено 477 изолированных семяпочек чечевицы 5- 19 дневного возраста (табл. 16). Первичная реакция экспланта in vitro заключалась в отмирании оболочки семяпочки и формировании зародышем морфогенной или каллусной ткани. Выживаемость семяпочек на питательных средах зависела как от возраста, так и от состава питательной среды.
С увеличением возраста семяпочек выживаемость их существенно повышалась (табл. 16). Если в группе 5-7 дневных семяпочек выживаемость составила 16,7 %, то в группе 18-19 дневных (рис. 10) она повысилась до 81,8%. Достаточно высокий процент выживаемости имела группа семяпочек 12 дневного возраста, который составил 72,8 %. Нами впервые показана способность к автономному развитию изолированных семяпочек чечевицы начиная с 5 дней после оплодотворения.
Выживаемость семяпочек в зависимости от состава среды варьировала от 6,7% до 71,2%. Оптимальными средами для развития зародышей чечевицы в данной серии экспериментов явились среды: MS с 1мг/л БАП и 0,2 мг/л НУК и MS с 1 мг/л БАП и 1 мг/л НУК, так как здесь была отмечена максимальная (64,2% и 71,2% соответственно) выживаемость эксплантов. В некоторых случаях на средах с НУК наблюдалось формирование каллусной ткани (рис. 11).
Также можно отметить несколько вариантов сред, которые обеспечивали достаточно высокий процент выживаемости семяпочек. Это среды: В5 с 0,2 мг/л БАП и 2 мг/л НУК (57,1%); MS с 2,25мг/л БАП и 0,2 мг/л НУК (59,6%); MS с 2,25 мг/л БАП и 2мг/л ИУК (57,1%) и MS с 1 мг/л БАП и 1 мг/л ИУК (58,8%). Каллусообразование наблюдалось на средах: В5 с 2,25 мг/л БАП и 2 мг/л НУК; В5 с 0,2 мг/л БАП и 2 мг/л НУК; MS с 1 мг/л БАП и 0,2 мг/л НУК и MS с 1 мг/л БАП и 1 мг/л НУК. Наиболее эффективными для развития зародышей были среды с минеральной основой MS в сравнении со средами, содержащими минеральные соли В5 (рис. 12). Таким образом, исходя из показателей выживаемости, оптимальное содержание регуляторов роста для индукции развития незрелых зародышей чечевицы балансировало на уровне БАП (1...2,25) мг/л + ИУК (0,2...1мг/л) или БАП (1...2,25 мг/л) + НУК(0,2...1мг/л).
Для развития морфогенной ткани, аномально развивающиеся зародыши пассировали на среду MS с 0,6 мг/л БАП, где формировались многочисленные побеги (рис. 13). Для поддержания морфогенеза ткани субкультивировали на той же среде, чередуя с некоторыми вариантами индукционных сред. Для отрастания побегов часть морфогенной ткани пассировали на среду MS без регуляторов роста. Отросшие побеги отделяли от материнской ткани и высаживали на ризогенные среды. Из испытанных трех вариантов сред для укоренения побегов, содержащих ИМК, ИУК и НУК, максимальный ризогенный ответ обеспечивала среда MS с 1мг/л ИМК (рис. 14). Образование корней у регенерантных побегов чечевицы стимулировали также все изученные ауксины. На средах, содержащих ИМК или ИУК формировались хорошо развитые корни, на средах с НУК происходило формирование утолщенных корней часто с формированием каллуса. Каллус формировался также без образования корней.
