Создание исходного материала лука репчатого для селекции длиннодневных полуострых сортов и гибридов Ибрагимбеков Магомедрасул Гасбуллаевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературы 11

1.1. Народнохозяйственное значение и пищевая ценность лука репчатого 11

1.2. Происхождение и систематика 12

1.3. Биология лука репчатого и требования к условиям произрастания 14

1.4. Генетические ресурсы и методы селекции 17

1.5. Гетерозис лука репчатого 20

1.6. Селекция лука репчатого на основе цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) 21

1.7. Комбинационная способность 23

1.8. Морфологические, биохимические и молекулярные маркеры лука репчатого 25

1.9. Селекция на устойчивость к ложной мучнистой росе 29

ГЛАВА 2. Материал, методика и условия проведения экспериментальных исследований 32

2.1. Материал и методика проведения исследований 32

2.1.1. Материал исследований 32

2.1.2. Методика исследований 33

2.1.3. Место и условия проведения исследований 36

ГЛАВА 3. Результаты исследований 41

3.1. Оценка образцов лука репчатого питомника исходного материала по хозяйственно ценным признакам 41

3.1.1. Продолжительность прохождения межфазных периодов образцов лука репчатого в питомнике исходного материала 41

3.1.2. Оценка образцов по качественным и количественным хозяйственно ценным признакам в питомнике исходного материала 44

3.1.3. Оценка распространённости ложной мучнистой росы в коллекционном питомнике, 2012-2013 гг з

3.1.4. Модели гибрида и сорта лука репчатого при селекции длинно дневных полуострых луков для условий Нечерноземной зоны России 60

3.2.Оценка образцов лука репчатого селекционного питомника по фенологии, качественным и количественным хозяйственно ценным признакам 62

3.2.1. Оценка линий її и h лука репчатого селекционного питомника 66

3.3. Оценка образцов лука репчатого гибридного питомника по фенологии, качественным и количественным хозяйственно ценным признакам 76

3.4. Оценка хозяйственно полезных признаков образцов лука репчатого контрольного и конкурсного питомников 82

3.5. Изучение комбинационной способности родительских линий лука репчатого 85

3.6. Изучение корреляции признаков лука репчатого коллекционных образцов 87

3.8. Семенная продуктивность растений лука репчатого при самоопылении в зависимости от времени посадки маточников 89

Выводы 92

Рекомендаци для селекции и производства 93

Список использованной литературы

• Биология лука репчатого и требования к условиям произрастания
• Методика исследований
• Оценка образцов по качественным и количественным хозяйственно ценным признакам в питомнике исходного материала
• Оценка линий її и h лука репчатого селекционного питомника

Биология лука репчатого и требования к условиям произрастания

Урожайность лука репчатого в значительной степени снижается из-за поражения болезнями. Необходимость использования метода отдаленной гибридизации в селекции лука репчатого возникла в связи с повсеместным распространением ложной мучнистой росы, наносящего ощутимый урон производству севка, лука-репки и семян, и отсутствием иммунных сортов и гибридов. В мировой коллекции лука репчатого не поражаемых этим заболеванием сортов нет (Межвидовая гибридизация..., 2013).

Ложная мучнистая роса или пероноспороз (Peronospora destructor) облигатный паразит, способный заражать различные виды лука, в том числе репчатый лук и чеснок.

Чрезвычайно вредоносное заболевание практически во всех регионах выращивания лука. В результате отмирания заболевших вегетативных органов недобор урожая лука-севка и лука-репки может достигать 50 %. Зараженные луковицы хуже хранятся. Особенно опасна болезнь на семенниках лука: семена получаются недоразвитые, щуплые, или потери доходят до 100 %. Как луковицы, так и семена, полученные от больных пероноспорозом растений, часто несут инфекционное начало (Ахатов А.К. и др. 2013).

Хотя некоторые дикие и культурные разновидности луков могут быть рассмотрены как важные источники ген устойчивости, селекционеры сделали ограниченный выбор из них.

Первым успешным примером использования диких родственников в селекции луков была передача устойчивости к ложной мучнистой росе от A. roylei (Scholten, О.Е. etal.,2007). В ближайшем будущем передача ген устойчивости к болезням от А. roylei и других видов могут привести к прорыву в селекции лука репчатого (LorbeerJ.W. etal.,2002).

Были проведены скрещивания между луком репчатым и другими видами Allium, но семена и последующее потомство с переменным уровнем всхожести были получены только в нескольких вариантах скрещиваний. Allium vavilovi полностью скрещивается с луком репчатым, в то время как A. fistulosum, А. altaicum, A. galanthum, A. pskemense и A. roylei показывают промежуточный уровень скрещиваемости (Van Raamsdonk et al, 2003).

Allium roylei (2n=2x=16) был найден в Гималаях и включен в коллекцию В.Б. Шарматом (Индия, г. Майсур) (Collum G.D., 1982). Изначально был занесен под номером С502 и позже как PI 243009. Это единственный исходный материал доступный по всему миру и дальнейшие попытки собрать представителей этого вида были неудачными (De Vries J.N. et al., 1992b).

Allium roylei был успешно скрещен с луком репчатым (Van der Meer Q.P., De Vries J.N., 1990). Полученные межвидовые гибриды имели высокую скрещиваемость с луком, но морфологические признаки были типичные для видов, относящиеся к подроду Rhiziridium: короткий стебель с узкими нитевидными листьями, цилиндрический лист, на конце иногда уплощенная и слабо развитая луковица (Fritsch R.M., Friesen N., 2002).

Полученные образцы от скрещиваний были включены в подрод Сера на основе ядерного анализа и ДНК маркирования, хотя несут в то же время значительное число аналогичных морфологических признаков с Rhiziridium (Klaas М., Friesen N., 2002, Van Raamsdonk L.D. et al. 2003). Предполагается, что A. roylei может быть гибридного происхождения (Hanelt P., 1990, Frisch R.M., Friesen N., 2002), хотя это предположение было опровергнуто филогенетическим анализом на основе р ДНК (Gurushidze М. et al, 2007).

Фирма «Hazera-Nickerson» (Нидерланды) в результате 20-летней селекционной программы передала устойчивость к пероноспорозу от вида А. ametisticum в А. сера и на основе устойчивых форм создала гибрид Fi Сантеро. На Селекционной станции им. Н.Н. Тимофеева Российского государственного аграрного университета (РГАУ) - Московская сельскохозяйственная академия (МСХА) им. К. А. Тимирязева успешно проведено скрещивание А. сера с A. roylei - донором моногенной доминантной устойчивости. Двукратным беккроссированием (насыщающие скрещивания) этой гибридной формы луком репчатым получены формы репчатого лука с генетической устойчивостью к пероноспорозу. Таким образом, анализ отечественной и зарубежной литературы, посвященный онтогенезу и генетике лука репчатого, показывает, что биология лука репчатого достаточно хорошо изучена. Из обзора зарубежной литературы хорошо видно, что вопросы пищевой ценности, генетики и селекции освещены достаточно широко, так как в Европе, США и других странах лук репчатый является традиционной культурой. Исследования такого плана в России крайне ограничены. Мало отечественных длинно дневных гибридов для выращивания в однолетней культуре. В связи с вышеизложенным возникает необходимость создания и оценки по комплексу хозяйственно ценных признаков исходного материала лука репчатого для селекции длиннодневных полуострых сортов и гибридов Fi с высоким потенциалом урожайности в однолетней культуре и устойчивостью к пероноспорозу.

Методика исследований

Дополнительно к известному наследованию признака ЦМС лука репчатого предложен новый ген-ингибитор / , подавляющий действие гена мужской фертильности Ms в доминантном состоянии (J yMs); в результате чего у ряда гибридов от скрещивания ms и т/ форм наблюдается преобладание мужски стерильных растений при наличии if фактора цитоплазмы (Логунов А.Н., 2012). Селекция на устойчивость к ложной мучнистой росе Урожайность лука репчатого в значительной степени снижается из-за поражения болезнями. Необходимость использования метода отдаленной гибридизации в селекции лука репчатого возникла в связи с повсеместным распространением ложной мучнистой росы, наносящего ощутимый урон производству севка, лука-репки и семян, и отсутствием иммунных сортов и гибридов. В мировой коллекции лука репчатого не поражаемых этим заболеванием сортов нет (Межвидовая гибридизация..., 2013).

Ложная мучнистая роса или пероноспороз (Peronospora destructor) облигатный паразит, способный заражать различные виды лука, в том числе репчатый лук и чеснок.

Чрезвычайно вредоносное заболевание практически во всех регионах выращивания лука. В результате отмирания заболевших вегетативных органов недобор урожая лука-севка и лука-репки может достигать 50 %. Зараженные луковицы хуже хранятся. Особенно опасна болезнь на семенниках лука: семена получаются недоразвитые, щуплые, или потери доходят до 100 %. Как луковицы, так и семена, полученные от больных пероноспорозом растений, часто несут инфекционное начало (Ахатов А.К. и др. 2013).

Хотя некоторые дикие и культурные разновидности луков могут быть рассмотрены как важные источники ген устойчивости, селекционеры сделали ограниченный выбор из них.

Первым успешным примером использования диких родственников в селекции луков была передача устойчивости к ложной мучнистой росе от A. roylei (Scholten, О.Е. etal.,2007). В ближайшем будущем передача ген устойчивости к болезням от А. roylei и других видов могут привести к прорыву в селекции лука репчатого (LorbeerJ.W. etal.,2002).

Были проведены скрещивания между луком репчатым и другими видами Allium, но семена и последующее потомство с переменным уровнем всхожести были получены только в нескольких вариантах скрещиваний. Allium vavilovi полностью скрещивается с луком репчатым, в то время как A. fistulosum, А. altaicum, A. galanthum, A. pskemense и A. roylei показывают промежуточный уровень скрещиваемости (Van Raamsdonk et al, 2003).

Allium roylei (2n=2x=16) был найден в Гималаях и включен в коллекцию В.Б. Шарматом (Индия, г. Майсур) (Collum G.D., 1982). Изначально был занесен под номером С502 и позже как PI 243009. Это единственный исходный материал доступный по всему миру и дальнейшие попытки собрать представителей этого вида были неудачными (De Vries J.N. et al., 1992b).

Allium roylei был успешно скрещен с луком репчатым (Van der Meer Q.P., De Vries J.N., 1990). Полученные межвидовые гибриды имели высокую скрещиваемость с луком, но морфологические признаки были типичные для видов, относящиеся к подроду Rhiziridium: короткий стебель с узкими нитевидными листьями, цилиндрический лист, на конце иногда уплощенная и слабо развитая луковица (Fritsch R.M., Friesen N., 2002).

Полученные образцы от скрещиваний были включены в подрод Сера на основе ядерного анализа и ДНК маркирования, хотя несут в то же время значительное число аналогичных морфологических признаков с Rhiziridium (Klaas М., Friesen N., 2002, Van Raamsdonk L.D. et al. 2003). Предполагается, что A. roylei может быть гибридного происхождения (Hanelt P., 1990, Frisch R.M., Friesen N., 2002), хотя это предположение было опровергнуто филогенетическим анализом на основе р ДНК (Gurushidze М. et al, 2007).

Фирма «Hazera-Nickerson» (Нидерланды) в результате 20-летней селекционной программы передала устойчивость к пероноспорозу от вида А. ametisticum в А. сера и на основе устойчивых форм создала гибрид Fi Сантеро. На Селекционной станции им. Н.Н. Тимофеева Российского государственного аграрного университета (РГАУ) - Московская сельскохозяйственная академия (МСХА) им. К. А. Тимирязева успешно проведено скрещивание А. сера с A. roylei - донором моногенной доминантной устойчивости. Двукратным беккроссированием (насыщающие скрещивания) этой гибридной формы луком репчатым получены формы репчатого лука с генетической устойчивостью к пероноспорозу.

Таким образом, анализ отечественной и зарубежной литературы, посвященный онтогенезу и генетике лука репчатого, показывает, что биология лука репчатого достаточно хорошо изучена. Из обзора зарубежной литературы хорошо видно, что вопросы пищевой ценности, генетики и селекции освещены достаточно широко, так как в Европе, США и других странах лук репчатый является традиционной культурой. Исследования такого плана в России крайне ограничены. Мало отечественных длинно дневных гибридов для выращивания в однолетней культуре. В связи с вышеизложенным возникает необходимость создания и оценки по комплексу хозяйственно ценных признаков исходного материала лука репчатого для селекции длиннодневных полуострых сортов и гибридов Fi с высоким потенциалом урожайности в однолетней культуре и устойчивостью к пероноспорозу.

Оценка образцов по качественным и количественным хозяйственно ценным признакам в питомнике исходного материала

Биохимические анализы выполнены лабораторией массовых анализов отдела агрохимии и земледелия ВНИИО и испытательной лабораторией пищевой продукции, продовольственного сырья, кормов, почв, грунтов, воды и агрохимикатов ЦСЭМ «Московский» в соответствии с общепринятыми методами химических анализов сортов и гибридов, предусмотренными Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1970) и включали определение: сухих веществ - высушиванием в термостате до постоянного веса (Петербургский А.В., 1968); Сахаров - по Бертрану; витамина С - по И.К. Мурри; нитратов - ионо селективным методом. Анализы проводили до закладки луковиц на хранение.

Общую комбинационную способность определяли методом топкросса по Б. Гриффингу (Griffmg В., 1956);

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили на персональном компьютере с помощью пакета прикладных программ Microsoft Exsel.

Норма высева семян определяли из расчета 0,8 млн. шт./га всхожих семян. Полив проводили один раз в 7-10 дней, из расчета 150-200 м3/га.

В контрольном питомнике посев семян проводили 2 мая сеялкой точного высева Gaspardo «Olimpia» на гряде 1,4 м по двухстрочной четырехрядной схеме, с расстоянием между строчками 8 см.

В питомнике исходного материала и в селекционном питомнике площадь учетной делянки составляла 3,4 м2 без повторностей, в контрольном питомнике 20 м2 в 3-х кратной повторности. Стандартом в питомнике исходного материала у сортов был сорт Одинцовец, а у гибридов - Алонсо Fi. В контрольном питомнике стандартом был сорт Сибирский однолетний, а в питомнике конкурсного испытания - Азерлос.

Система борьбы с сорняками включала: довсходовое внесение препарата Стомп из расчета 2 л/га, систематические междурядные культивации и ручные прополки. Также за период вегетации проводили от 4 до 6 обработок против болезней (пероноспороз, альтернариоз и др.) препаратами Ридомил Голд, Акробат и Квадрис, из расчета 2,5 кг/га, 2 кг/га и 1,0 л/га соответственно. Обработки чередовали.

Против вредителей (луковая муха, трипсы и др.) посевы обрабатывали препаратом Актара, кэ из расчета 0,2-0,3 кг/га. За вегетацию в зависимости от года исследований, проводили 2-4 обработки: в фазе полных всходов и начала формирования луковицы.

В годы исследований, в период созревания и уборки лука (вторая-третья декада августа - первая декада сентября) стояла пасмурная и дождливая погода, что препятствовало дозреванию луковиц на поле и быстрой уборки урожая. В связи с этим дозаривание луковиц проводили под навесом.

Уборку урожая проводили вручную. Луковицы делили на фракции по размеру: репку (более 4 см), выборок (от 2,5 до 4 см) и севок (до 2,5 см).

После уборки и досушивания луковицы закладывали на хранение и в течение каждого месяца определяли сохранность.

При проведении фенологических наблюдений отмечали срок наступления фаз: всходы (единичные, массовые), формирование луковицы (единичное, массовое), полегание листьев (единичное, массовое) и уборка.

Изучение морфологических признаков и биометрических измерений велось по малой выборке (10 растений) каждого образца. Изучение коллекции лука репчатого на устойчивость к пероноспорозу проводили по методике ВИР (1974) на естественном инфекционном фоне. Учет степени поражения растений по величине некротических пятен по 5-балльной шкале: 0 - на листьях и стрелках внешние признаки болезни отсутствуют; 0,1 спороношения нет, кончики листьев лука имеют хлоротичную окраску, на стрелке 2-3 округлых некротических пятна диаметром не более 2,5 см; 1- спороношение на листьях начинается с верхушки в виде овальных пятен средней интенсивности, некротические пятна занимают не более 25-35 % листовой поверхности, на стрелках спороношение в виде мелких округлых «островков» разбросано по стрелке, некротические пятна диаметром не более 5 см, занимают 10-15 % ее поверхности; 2 - спороношение на листьях занимает больше половины листовой пластинки, на стрелке спороношение в виде овальных вытянутых пятен, некротические пятна сливаются на листьях и занимают 36-65 % поверхности, на стрелках 16-50 % поверхности; 3 - спороношение обильное, на листьях занимает почти всю поверхность, на стрелке спороношение занимает тоже всю поверхность или располагается в виде больших, вытянутых овальных пятен, которые в дальнейшем сливаются. Некротические пятна занимают 66-100 % листовой поверхности и 51-100 % поверхности цветоноса. Листья и стрелки погибают. Интенсивность воскового налета на растении оценивали визуально.

Опыты проводили в 2012-2014 гг. в Московской области в ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства (ВНИИО) на базе ОПХ «Быково» и ССК «Поиск».

Погодные условия. Погодные условия 2012 г. складывались так, что весна была достаточно теплой. Средняя температура в мае (14,6С) превышала среднемноголетнюю (11,7С). Осадков в мае выпало на 2,9 мм меньше среднемноголетнего значения. Среднесуточная температура (16,2С) и количество осадков (97,5 мм) в июне месяце были выше среднемноголетних даных на 0,8С и 32,5 мм соответственно. Данные условия были благоприятны для начального развития растений лука репчатого (рис. 2). В первой декаде июля среднесуточная температура воздуха составила 21,2С, во второй декаде - 18,5С, а в третьей -20,2С, сумма осадков - 68,5 мм при среднемноголетней норме 80 мм. Август был теплый (среднесуточная температура 17,3С при норме 15,8С), но осадков выпало меньше (55 мм при норме 70 мм). В второй декаде сентября температура понизилась до 10С, и в первой и во второй декадах выпали среднемноголетние нормы осадков.

В 2013 г. тенденция повышения температур наблюдалась с мая по август (рис. 3). Среднесуточная температура превышала среднемноголетнюю в мае на 5,2, в июне на 4,4, в июле на 1,4 и в августе на 2,5. Осадков в мае выпало больше нормы (111,7 мм при норме 50,0 мм). Однако это не повлияло на всходах маточников и отрастании семенных растений. В летний период больше всего осадков выпало в июле - 85 мм.

Оценка линий її и h лука репчатого селекционного питомника

Работа нами ведется в двух направлениях: селекция сортов и селекция гибридов Fi. По первому направлению в результате семейственного отбора образцов из коллекционного питомника нами были получены 7 селекционных образцов; 3 образца, с которыми селекционная работа велась более 5 лет: St -1010, Рп - 1020 и Ln - 1021 были переданы А.Н. Ховриным.

Все образцы селекционного питомника относятся к среднеспелой группе и соответствуют модельному требованию по данному признаку. Минимальный период от всходов до массового полегания листьев отмечен у образца Mr - 1026 (83 сутки), Рп - 1020 (85 суток) и AN - 1025 (89 суток). Максимальный период от всходов до уборки 111 суток отмечен у образца Вп - 1022 (табл. 10).

Почти у всех образцов селекционного питомника положение листа прямое (образует с вертикальной осью угол менее 30), лишь у образцов ST - 1010, Рп -1020, Ln-1021 полупрямое положение листьев (30-50) (табл. 11). Все образцы селекционного питомника имеют темно-зеленую окраску листьев, средний и сильный восковой налет. Длина листьев более 41 см (длинная и очень длинная). Диаметр листа у образцов средний в пределах 1,1-2,0 см, общее число листьев среднее (8-10).

Окраска покровных чешуи селекционных образцов коричневая, лишь у образцов ST - 1010, Рп - 1020, Ln - 1021 темно-золотисто-желтая; прилегание сухих чешуи после досушки - хорошее (табл. 12). Толщина шейки луковицы у всех образцов средняя с невысоким стандартным отклонением. Стандартное отклонение по диаметру и высоте луковицы за годы исследований было достаточно высоким и у образцов BS - 1023, Dn - 1024 достигало 0,8. Форма луковицы у всех образцов была округлой и округло-плоской, что соответствовало разработанной нами модели. Таблица 12 - Морфологические признаки луковиц образцов лука репчатого селекционного питомника, 2013 г. я Селекционный номер Окраска сочных чешуи Окраска сухих покровных чешуи Прилегание сухихчешуи послеДОСУШКИ, балл S оВ я1ч о н -оЯ Я«S -оЯ Я«н о о3m 3 SоЯ -оЯ Я «ІРS о

Высокая урожайность отмечена у образцов: Ln - 1021 (урожайность -70,6 т/га, товарность - 91,9 %) и Вп - 1022 (урожайность - 78,0 т/га, товарность - 93,9 %) (табл. 13).

Селекция на качество лука-репки связана прежде всего с содержанием сухого вещества, от которого зависят вкус и лежкоспособность луковиц, а также с назначением лука (полуострые, острые и салатные сорта) и его товарными качествами. Для создания сортов с хорошей лежкостью отбирают образцы, содержащие 11 % и более сухого вещества. Таблица 13 - Характеристика образцов лука репчатого селекционного питомника по урожайным признакам, 2013 г.

Наибольшее количество сухого вещества лука репчатого в селекционном питомнике отмечено у образца Рп - 1020 - 11,3 % (табл. 14). Также высокое содержание сухого вещества отмечено у образца: Mr - 1026 - 10,8 % и у образцов ST -1010 и Ln - 1021 - 10,5 %. Хочется отметить, что эти же образцы имели и повышенное содержание суммы Сахаров и витамина С. Наибольшее количество суммы Сахаров (10,1 %) и витамина С (8,6 мг%) имел образец Рп - 1020.

Сравнивая показатели таблиц 13 и 14 можно отметить, что существует обратная связь между средней массой луковицы и содержанием сухого вещества. Так, например образцы М-2013 и Вп - 1022 имеют крупные луковицы с низким содержанием сухого вещества. Вместе с тем у образца BS - 1023 отмечена крупная луковица с содержанием сухого вещества 10,0 %.

Сохранность селекционных образцов во время хранения составляла от 89,2 до 98,3%. Наибольшую сохранность имели образцы: Ln - 1021- 98,3%, BS - 1023- 97,3%, Mr - 1026-96,3%. Таблица 14 - Химический состав и сохранность образцов лука репчатого селекционного питомника, 2013-2014 гг.

Оценка линий її и Ь лука репчатого селекционного питомника Помимо селекции сортов, совместно со станцией им. Н.Н. Тимофеева (Г.Ф. Монахосом) ведется работа и по селекции гетерозисных гибридов на основе HMC-S линий. Основным направлением нашей работы является создание линий-опылителей, так называемых линий «С».

В 2012 г. нами были получены в результате самоопыления 11 фертильных линий її, которые изучали в 2013 г. по комплексу хозяйственно ценных признаков. Стерильные линии Л-52 (Экс 1-МС) и Л-53 (Шет 1 - МС) получены из коллекции селекционной станции имени Н.Н. Тимофеева. Наиболее раннее формирование луковиц у линейного материала отмечено у стерильной лини Л-52 и у самоопыленных образцов Л-83, Л-69, Л-55 (34-37 суток). По срокам от всходов до уборки все линии отнесены к среднеспелым (табл. 15).