Создание скороспелых, высокопродуктивных сортов и линий хлопчатника вида G. hirsutum L. на основе новых методов селекции

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день, в развитии хлопководства, уделяется большое внимание созданию высокоурожайных, с высоким качеством волокна, скороспелых, толерантных к неблагоприятным факторам окружающей среды сортов хлопчатника. В мире 75 % объема производства хлопка приходится на 5 стран - Китай, США, Индия, Пакистан и Узбекистан. По информации International Cotton Advisory Committee (1CAC) в 2017 году объем производства хлопка увеличится на 4 % и достигнет 23 млн. тонн, а посевные площади - на 1 % и составят 31,3 млн. гектар. Ожидается также повышение урожайности хлопка-сырца на 4 % и будет равна 732 кг с гектара . В нашей стране вегетационный период для хлопчатника относительно короткий, поэтому наши ученые занимают ведущие позиции в мире по созданию скороспелых сортов хлопчатника. Вместе с тем, по высоким показателям качества волокна, возделываемые в Узбекистане сорта хлопчатника, высоко котируются на мировом рынке. В частности, на Ливерпульской бирже сорт хлопчатника «Бухара-6» признан в качестве эталона по качеству волокна. В последние годы в республике были выведены и внедрены в производство ряд скороспелых, урожайных, обладающих высоким качеством волокна, толерантных к болезням и вредителям сортов хлопчатника. Ученые нашей страны, в результате многолетних исследований, добились повышения выхода волокна с 28-32 % до 37-40 %, длины волокна с 26-28 мм до 33-35 мм, массы сырца одной коробочки с 4-5 грамм до 6,5-9,0 грамм". В связи с увеличением численности населения, а также уменьшением посевных площадей в мире огромная роль отводится повышению урожайности и качества получаемой продукции сельскохозяйственных культур. Решение этих задач возможно применением новых методов селекции, основанных на последних достижениях науки, в частности, биотехнологии, селекции на основе биохимических и молекулярных маркерах, с помощью которых процесс создания новых сортов сокращается в два-три раза. Данное диссертационное исследование, в определенной степени, служит выполнению задач, предусмотренных Законами Республики Узбекистан «О селекционных достижениях» и «О семеноводстве», а также намеченных Постановлениями Президента Республики Узбекистан № ПП-2460 от 29 декабря 2015 года «О мерах по дальнейшему реформированию и развитию сельского хозяйства на период 2016-2020 годов», «О размещении сортов хлопчатника и прогнозных объемах производства урожая хлопка», постановлением Кабинета Министров Республики Узбекистан «О политике правительства Республики Узбекистан в области семеноводства» от 19 сентября 1996 года, а также других нормативно-правовых документах. Целью исследования является изучение действия селективных сред с NaCl на каллусные клетки, получение амфидиплоидов нетрадиционными методами селекции, выявление относительно гомозиготных семей и линий с использованием молекулярных тестов, а также создание сортов, обладающих скороспелостью и комплексом хозяйственно-ценных признаков. Научная новизна диссертационного исследования: проведена клеточная селекция на каллусных клетках в селективных средах с NaCl и разработана методика лабораторной оценки селекционного материала по устойчивости к хлоридному засолению в условиях in vitro; методом эмбриокультуры была разработана схема получения амфидиплоидов; получены амфидиплоиды между отдаленными разнохромосомными видами G. hirsutum L., G. raimondii Ulbr., G. thurberi Tod., G. anomalum Waw., G. sturtii F.Muell., G. davidsonii Kell., G. harknessii Brand, и их беккросспоколения с участием видов G. sturtii F.Muell., G. raimondii Ulbr., G. harknessii Brand., G. aridum Skov., G. triphyllum Horch.; на основе молекулярных маркеров, были созданы скороспелые, толерантные к вилту и генотипически однородные семьи и линии хлопчатника; на основе инокуляции растения-хозяина моноспоровыми изолятами V.dahliae и F.oxysporum, созданы новые линии хлопчатника, обладающие высокой скороспелостью, урожайностью, комплексной толерантностью к вилтовому заражению. Заключение На основе проведенных исследований по докторской диссертации на тему «Создание скороспелых, высокопродуктивных сортов и линий хлопчатника вида G. hirsutum L. на основе новых методов селекции» представлены следующие выводы: 1. Установлено, что у всех изученных сортов каллусные клетки, выращенные из гипокотиля хлопчатника, хорошо индуцируются на среде Мурасиге-Скуга с содержанием низких концентраций ауксинов, дальнейшее же их субкультивирование необходимо проводить без фитогормонов. Соматический эмбриоидогенез удаётся получить на каллусных клетках эмбриогенноспособного сорта Сокег-312 только в условиях суспензионной среды при двухкратном субкультивировании с дальнейшим переводом клеток на агаризованную морфогенную среду без фитогормонов, а соматические эмбриоиды на искусственной питательной среде переходят к автономному развитию со стадии «лотос», когда в их структуре наблюдаются хорошо развитые проводящие ткани. 2. Показано, что в условиях засоления до 1,0 % NaCl наблюдается индукция каллусогенеза из гипокотиля хлопчатника, дальнейшее же повышение концентрации NaCl ингибирует каллусогенез. В суспензионных условиях каллусные клетки хлопчатника способны выдерживать концентрацию NaCl до 2,0 %. Несмотря на это в суспензионной среде (1,4-2,0 %) встречаются отдельные клетки, сохранившие нормальную морфологическую структуру и способность к делению. 3. Отмечено, что из способов культивирования - суспензионный даёт возможность отселектировать клетки, устойчивые к значительно высоким концентрациям засоления и получения клеточных линий хлопчатника, а при пересадке устойчивых клеточных линий на морфогенную агаровую среду, последние способны восстановить свою прежнюю морфологическую структуру, однако, при длительном субкультивировании они не переходят к морфогенному развитию. 4. Была разработана схема получения амфидиплоидов хлопчатника и их беккросс-потомства, при помощи которой триплоидный амфидиплоид можно получить: а) использованием экзогенных фитогормонов; б) через культуру in vitro недозрелых зародышей; в) через культуру in vitro оплодотворенных семяпочек. 5. Показано, что при первом беккроссировании гексаплоидных амфидиплоидов с сортами культурных видов экзогенные фитогормоны способствуют образованию дифференцированных на осевые органы недозрелых зародышей. Такое явление было отмечено при беккроссировании амфидиплоидов ҒцС. hirsutum L. х G. aridum Skov., FjG. hirsutum L. x G. raimondii Ulbr., F|G. hirsutum L. x G. sturtii F.Muell. и F|G. hirsutum L. x G. anomalum Waw., F12G. hirsutum L. x G. triphyllum Horch. Первое беккросс-поколение данных амфидиплоидов было получено методом эмбриокультуры, а второе и третье беккросс-поколение - при свободном скрещивании. 6. Выявлено, что высокая устойчивость к вилту наблюдалась у гибридных популяций F1BC4C-6524 х F1BC3C-6524 х FiBC2C-6524 х FiBCi (108-Ф х Fы Deltapine-80 х G. aridum) и Ғ)ВС4Ташкент-6 х Ғ^СзТашкент-б х Ғ)ВС2С-6524 х FjBCi 108-Ф х F|2 (G. hirsutum х G. triphyllum), которые заболевали в общей степени на 2 % и у гибридной популяции Ғ|ВС4Ташкент-6 х Ғ1ВСзС-6524 х Ғ)ВС2С-6524 х FjBCi (С-6524 х G. sturtii), которая заболевала в общей степени на 3 %. В сильной степени поражения обнаружено не было. Отмечена высокая скороспелость у гибридных популяций Ғ1ВС4Б-1 х Ғ^СзТашкент-б х F)BC2C-6524 х FiBC) 108-Ф х F|2(G. hirsutum х G. triphyllum) и Ғ)ВС4Ташкент-6 х Ғ|ВС3С-6524 х Ғ1ВС2С-6524 х FjBCi 108-Ф х F\4Deltapine-8O х G. aridum, вегетационный период которых длился 105-112 дней. Выделены гибридные комбинации Ғ2ВСзС-9070 х Ғ,ВС2С-6524 х FiBC, 108-Ф х FjC-6524 х G. sturtii и F2BC3C-6524 х Ғ,ВС2 (FjBCi 108-Ф х F\4Deltapine-8O х G. aridum) х С-6524, с высоким выходом 37,8-39,1 % и длиной волокна 34,4-34,5 мм. 7. Изучение беккросс поколений амфидиплоидов позволило выявить наиболее ценные формы, сочетающие в себе не только повышенную вилтоустойчивость, но и высокую урожайность со скороспелостью и хорошими показателями выхода и качества волокна, которые были доведены до линейного состояния. 8. Установлено, что в биологическом питомнике по однородности сложные гибриды характеризуются высокой гетерозиготностью. Хотя по фенотипическому проявлению хозяйственных признаков другие семьи показали относительную однородность. В селекционном питомнике 1 и 2 года все изученные линии имеют маркерные гены по скороспелости и вилтоустойчивости, за исключением линии Л-517. По однородности морфобиологических признаков не имеют маркеров линии Л-17, Л-89, Л-517 и Л-1642, хотя по морфобиологическим показателям они показывают относительно высокую выравнен ность. Это, по-видимому, связано с элиминацией некоторых признаков, которые находятся в скрытом дискретном состоянии и не дают фенотипического проявления. 9. Отмечено, что изученные гибридные семьи по скороспелости, в основном, занимают промежуточное положение между скороспелыми родительскими формами и относительно позднеспелыми линиями и сортами. Следует отметить, что трансгрессивных семей по скороспелости не получено, хотя имеются позднеспелые семьи, у которых вегетационный период более продолжительный, чем у относительно позднеспелых родителей. 10. Выявлено, что вилтоустойчивость линий при инокуляции растения-хозяина вирулентным изолятом гриба I'.dahliae контролируется разными системами генов, и подразделяются на реакцию сверхчувствительности; полевую или горизонтальную устойчивость; толерантную устойчивость, у которых при внедрении в организм растения-хозяина гриба вертициллиум не проявляется внешних симптомов болезни или имеется слабое фенотипическое проявление на листьях, что не влияет на урожайность и качество волокна. 11. Установлено, что к концу августа только линии Л-1460 и Л-149/987 не поражались патогеном I'.dahliae, а линии Л-1384 и Л-717 заболевали на 25 %. Остальные все изучаемые линии оказались сильно восприимчивыми к данному патогену. Наиболее толерантными к моноспоровому изоляту F.oxysporum оказались семья 3-2013, а также линии Л-661, Л-554, Л-1460, Л-1306, Л-932/1018, Л-1384, Л-932 и Л-459. Определена высокая толерантность к изученным патогенным вилтовым грибам - V.dahliae и F.oxysporum, у линий Л-717, Л-661, Л-89, Л-1460, Л-1306, Л-932/1018, Л-1384, Л-149/987, Л-932 и Л-459. 12. В лабораторных опытах, среди 17 изученных линий хлопчатника выявлено, что 7 линий, в частности, Л-89, Л-1384, Л-888, Л-661, Л-46, Л-5-2011, Л-3-2013 являются высоко толерантными к изученным вилтовым патогенам. 13. При разработке методов соматического эмбриоидогенеза для сортов вида G. hirsutum L. каллусные клетки необходимо индуцировать в среде МС с 2,4-Д (0,1 мг/л). Для получения клеточных линий G. hirsutum L., устойчивых к хлоридному засолению, клеточную селекцию в суспензионной среде можно начинать с 1,0; 1,5 и 2,0 % NaCl. 14. Для получения растений с удвоенным числом хромосом предлагается до посадки в грунт замачивать корешки проростков растений на 1-2 ч. в 0,05-0,1%-ных растворах колхицина. Таким способом нами были получены гексаплоидные амфидиплоиды FilOS-OfG. hirsutum L.) х G. raimondii Ulbr., F] 1О8-Ф(С7. hirsutum L.) x G. sturtii F.Muell. 15. Селекционную работу необходимо проводить на основе биохимических и молекулярных маркеров, что позволит определить генетическую выравненность селекционного материала в более ранних поколениях и будет способствовать более эффективному отбору генотипически выравненных семей и линии. Этим самым появится возможность уменьшения объема селекционной работы, а также сокращения сроков выведения новых перспективных семей, линий и сортов хлопчатника, обладающих высокой скороспелостью, вилтоустойчивостью и комплексом хозяйственно-ценных признаков. 16. В дальнейших исследованиях предлагаем селекционерам проводить исследования по выведению устойчивых к комплексным вилтовым патогенам V.dahliae и F.oxysporum сортов хлопчатника с учетом их неоднородности в патогенезе растений, с такими высоко толерантными линиями как Л-717, Л-661, Л-89, Л-1460, Л-1306, Л-932/1018, Л-1384, Л-149/987, Л-932 и Л-459. 17. Созданные в результате проведения исследований линии Л-375, Л-278 и Л-2743 рекомендуется передать для испытаний в Грунтконтроль при Государственной сортоиспытательной комиссии, а также увеличить посевные площади районированного сорта Истиклол-14, а выведенные сорта Мангит-1 и С-2118 рекомендуем испытать в более широких производственных масштабах.