On the efficiency of evaluation of seed millet breeding material based on recombination ability

Texto integral

Введение.

Одним из механизмов реализация «Доктрины продовольственной безопасности России» является увеличение объёма производства зерновой продукции. Модернизация сельскохозяйственных машин и оборудования, разработка и применение средств защиты растений, внедрение новых агротехнологических приёмов, внедрение биотехнологический и молекулярно-генетический методов в селекционный процесс в итоге направлены на увеличение выхода зерна с единицы площади. Эффективность перечисленных мер обеспечивается правильным выбором сортов сельскохозяйственных культур для каждой климатической зоны. 

В свою очередь, селекция – главный путь решения задач лучшей адаптации растений к природно-климатическим условиям районов выращивания. Внедрение нового сорта в земледелии было и остаётся пока одним из основных средств повышения продуктивности и улучшения качественных характеристик продукции, не требующих дополнительных затрат при возделывании его в производстве (Антимонов А.К. и др., 2018). 

Основой селекционного процесса являются базовые формы, максимально приспособленные к условиям произрастания и обладающие комплексом хозяйственно-ценных признаков. Чем разнообразнее генетический материал, тем успешней идёт селекционная работа. Возможности сорта в реализации потенциала урожайности, устойчивости к стрессовым факторам, его технология возделывания зависят от условий выращивания (Сокурова Л.Х., 2022; Новикова А.А. и др., 2023; Регер Н.С. и др., 2022). 

В связи с этим многие селекционные учреждения (Поволжский НИИ селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова, Кабардино-Балкарский НИИСХ, Воронежский НИИСХ им. В.В. Доку-чаева и др.) занимаются изучением образцов мировых коллекций сельскохозяйственных культур, в том числе проса, с целью выделения источников с необходимыми признаками (Сокурова Л.Х., 2019; Тихонов Н.П. и др., 2018). 

За многолетний период селекционной работы в каждом научном учреждении накоплен большой объём информации, позволяющий оценивать генотипы не только по урожайности, но и по адаптивному потенциалу, экологической пластичности и стабильности, комбинационной способности (Сурков А.Ю., 2014). 

Изначально метод оценки комбинационной способности применяли при работе с перекрёстноопыляемыми культурами. Известность он получил при работе с кукурузой. Сегодня этот метод широко используют в селекции самоопылителей. О преимущественном использовании оценки рекомбинации базового селекционного материала отмечено и в работах Н.И. Тишкова (2011). Он пишет, что успех селекционной работы во многом зависит от рекомбинационной способности конкретного сорта. Исследования автора показывают, что основой каждой перспективной линии является сорт с высокой рекомбинационной способностью (Тишков Н.И., 2011).

Цель исследований. 

Оценка родительских линий проса посевного по рекомбинационной способности и выявление ценных форм для создания гибридного материала.

Материалы и методы исследования.

Объект исследований. Сорта  проса  посевного  оренбургской  селекции  и  образцы из мировой коллекции Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова.

Схема эксперимента. Коэффициент рекомбинационного потенциала считали по методике, предложенной Н.И. Тишковым (2011), которая базируется на частоте участия родительской формы в создании новой линии, вышедшей в конкурсное сортоиспытание.

В основе расчета рекомбинационной способности генотипа лежал анализ многолетних данных по комбинациям скрещиваний, сгруппированных относительно сортов, вовлечённых в гибридизацию. 

Коэффициент рекомбинационной способности рассчитывали по каждому сорту, как отношение количества созданных комбинаций к количеству сортообразцов дошедших до конкурсного сортоиспытания (формула 1). 

КРП=Пл/Кс    (1),

где: КРП – коэффициент рекомбинационного потенциала, 

Кс – количество комбинаций скрещиваний с участием родительской формы, из которых выделены перспективные линии, 

Пл – количество перспективных линий, дошедших до конкурсного испытания. 

Градация и оценка рекомбинационного потенциала представлена в таблице 1. 

 

Таблица 1. Критерии оценки рекомбинационного потенциала

Table 1. Criteria for assessing the recombination potential

Значение коэффициента КРП / Value of the RPC coefficient	Степень проявления / Degree of manifestation
до 0,10 / before 0.10	очень низкий / very low
0,10-0,29	низкий / low
0,30-0,50	средний / medium
более 0,50 / more than 0.50	высокий / high

 

КРП сорта определялся отдельно по прямым и обратным скрещиваниям.

Оборудование и технические средства. Селекционная работа проводились на базе лаборатории селекции проса посевного в соответствии с методикой государственного сортоиспытания и с использованием оборудования ЦКП БСТ РАН (http://цкп-бст.рф). 

Статистическая обработка. Обработку полученных данных выполняли методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985). Статистический анализ проводили с использованием компьютерной программы «Microsoft Excel» («Microsoft», США).

Результаты исследования.

Результаты анализа комбинаций простых скрещиваний и выхода перспективных линий в конкурсное испытание приведены на рисунках 1 и 2. За 25-летний период в гибридизацию было вовлечено 36 сортов. Рекомбинационный потенциал отличался в зависимости от сорта и варьировал в прямых скрещиваниях от 0,03 до 0,82, в обратных – от 0,05 до 0,6. Высокий КРП в прямых скрещиваниях отмечен у сортов: Волгоградское 4 – 0,82 (Р≤0.05), Заряна – 0,6 (Р≤0.05), средний у сортов Яркое 3 – 0,4, Ильиновское – 0,38, Доброе – 0,38, Долинское 111 – 0,38.  Из 36 сортов у 16 он был равен нулю. В обратных скрещиваниях высокий коэффициент рекомбинационного потенциала имели сорта: Багановское 88 – 0,6, Саратовское 3 – 0,59 (Р≤0.05), средний: Славянское – 0,38. Из  35 сортов 12 в обратных скрещиваниях имели КРП, равный нулю.

 

Рисунок 1. Информация по количеству прямых скрещиваний и коэффициенту рекомбинационного потенциала базового селекционного материала

Figure 1. Information on the number of direct crosses and the coefficient of recombination potential of the basic breeding material

Примечание: КСИ – конкурсное испытание

Note: CT – competitive test

 

Рисунок 2. Информация по количеству обратных скрещиваний и коэффициенту рекомбинационного потенциала базового селекционного материала

Figure 2. Information on the number of reverse crosses and the coefficient of recombination potential of the basic breeding material

Примечание: КСИ – конкурсное испытание

Note: CT – competitive test

 

Необходимо отметить, что использование одного сорта при разных видах скрещиваниях даёт разное значение коэффициента рекомбинационной способности. Так, сорт проса Волгоградское 4, имея высокий КРП в прямых скрещиваниях, не отличился высоким рекомбинационным потенциал в обратных, а Барнаулькое 80 при очень высоком КРП в обратном скрещивании не дал перспективного потомства при использовании его в качестве материнской линии.

Из сортов оренбургской селекции высокую рекомбинационную способность имел сорт Оренбургское 20, причём это относится как к прямым (КРП – 0,55, Р≤0.05), так и обратным (КРП – 0,51, Р≤0.05) скрещиваниям.

Обсуждение полученных результатов.

Успешность селекционного процесса во многом зависит от базового родительского материала. Знание рекомбинационной способности даёт возможность более полно оценить вклад генотипа в формообразовательный процесс селекции для конкретных условий среды. Эффективность использования КРП для оценки родительских форм отмечается при работе с такими культурами, как кукуруза, картофель, ячмень (Гуторова О.В. и Зайцев С.А., 2022; Компанеец Е.В. и др., 2017; Гудзенко В.Н. и Полищук Т.П., 2018). 

Уровень рекомбинационной способности сорта зависит от многих факторов и может быть как высоким, так и низким (Pesaraklu S et al., 2016). В нашей работе, как и в других исследованиях (Бочкарева Э.Б. и др., 2020; Шанина Е.П. и др., 2016), на значения рекомбинационной способности влиял вид скрещивания.

Таким образом, оценка перспективности исходного материала по выходу селекционных номеров в конкурсное испытание может стать дополнительным инструментом в подборе родительских форм для гибридизации по видам скрещивания. На основании полученных результатов выявлено, что сорта проявляют разную рекомбинационную способность в зависимости от вида скрещивания (прямое или обратное).  

Заключение.

Для повышения эффективности селекционного процесса при получении новых гибридов необходимо привлекать сорта с высоким и средним уровнем КРП. Сорта: Волгоградское 4, Заряна, Яркое 3, Ильиновское, Доброе, Долинское 111 целесообразно использовать в качестве материнской формы, а сорта: Багановское 88, Саратовское 3, Славянское – в качестве отцовской. Оренбургское 20, как исходный материал, является универсальным сортом, его можно использовать в качестве родительской формы как при прямых, так и при обратных скрещиваниях.

Sobre autores

Ramil Kamaleev

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies Russian Academy of Sciences

Email: kamaleevramil79@yandex.ru

Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, Head of the Laboratory for Seed millet breeding

Rússia, Orenburg

Antonina Novikova

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: tony-novikova@yandex.ru
ORCID ID: 0000-0002-6947-9262

Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, Head of the Laboratory for Breeding and Genetic Research in Plant Growing

Rússia, Orenburg

Bibliografia

Arquivos suplementares