Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
?
КРИМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРОТЕХНОЛОГіЧний УНІВЕРСИТЕТ
Єськова Оксана Віталіївна
УДК 633.15:631.53.027
АНАТОМО - МОРФОЛОГІЧНІ І ГЕНЕТИЧНІ
ОСОБЛИВОСТІ ГЕТЕРОСПЕРМії КУКУРУДЗИ І ЇХ
ВИКОРИСТАННЯ у СЕЛЕКЦІЇ І НАСІННИЦТВІ
06.01.14. –насінництво
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Сімферополь –р.
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у Кримському державному агротехнологічному університеті
протягом 2000 –рр.
Міністерства аграрної політики України
Науковий керівник –член-кореспондент УААН,
доктор сільськогосподарських наук, професор
Макрушин Микола Михайлович
Кримський державний агротехнологічний
університет, завідувач кафедри ботаніки,
фізіології рослин і генетики,
директор НДІ насінництва
Офіційні опоненти: академік УААН, доктор
сільськогосподарських наук, професор
Адамень Федір Федорович
радник дирекції Кримського інституту
агропромислового виробництва УААН
доктор біологічних наук, професор
Лях Віктор Олексійович
Запорізький державний університет,
завідувач кафедри ботаніки і генетики рослин
Провідна установа –Одеський державний аграрний університет, м. Одеса
Захист дисертації відбудеться 01.02.2005 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 52.805.02 у Кримському державному агротехнологічному університеті за адресою: Україна, 95492, м. Сімферополь, смт. Аграрне.
З дисертацією можна ознайомиться в бібліотеці Кримського державного агротехнологічного університету за адресою: 95492, м. Сімферополь, смт. Аграрне.
Автореферат розісланий 30.12. 2004 року
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
к. с.-г. н., доцент Ю.М. Дементьєв
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Кукурудза –одна з найбільш розповсюджених і продуктивних культурних рослин у світовому землеробстві. Вона знаходиться на другому місці за посівними площами і валовим зборам зерна, поступаючись лише пшениці.
Кукурудза є важливим об'єктом для вивчення теоретичних проблем цитології і генетики; з нею успішно ведеться селекційна робота. Роздільне розташування жіночих і чоловічих суцвіть на тій самій рослині дозволяє робити з високою методичною надійністю перехресне запилення, самозапилення й одержувати необхідну кількість матеріалу для вивчення процесу формування насіння і ефективності гібридизації, у тому числі селекції на гетерозис.
Актуальність теми. Формування насіння являє собою процес, що складається зі складного комплексу біологічних явищ. Утворенню насіння передують спорогенез, гаметогенез і запліднення. З моменту злиття сперміїв з ядрами жіночого гаметофіта відбувається розвиток зародка й ендосперму. Усі ці процеси здійснюються при дії цитологічних, генетичних і трофічних факторів у поєднанні з умовами зовнішнього середовища. У залежності від їхньої спрямованості розвиток насіння може йти нормально, за властивою даній генетичній формі рослини системою, або ж з відхиленнями, що приводять до різних типів гетероспермії. При цьому спостерігаються порушення в розвитку зародка й ендосперму, зміни фізико-механічних, біологічних властивостей насіння, визначається ступінь прояву гетерозису в гібридів, виникають мутації. У дослідженнях Н.В. Цингер, 1958; Я.С. Модилевського, 1963; В.А. Піддубної-Арнольді, 1976; В.П. Банникової і О.А. Хвединич, 1982; М.М. Макрушина, 1989 й інших учених приведені вище питання вивчені на різних видах рослин.
Є.М. Шабанова, 1992 і О.О. Клиценко, 1994 вивчали залежність біологічних властивостей насіння від маси, лінійних розмірів і форми зернівки у кукурудзи розробили метод визначення ступеня деформованості насіння. Ці дослідження автори проводили з насіннями окремих сортів і першого покоління ряду гібридів кукурудзи.
Селекціонерами ведеться постійна робота з вивчення вихідного матеріалу (ліній і простих міжлінійних гібридів) з високою комбінаційною здатністю і виведення на його основі нових високопродуктивних багатолінійних гібридів. У зв'язку з цим важливим є вивчення особливостей формування насіння, його врожайних властивостей і характеру успадкування ознак у різних генетичних формах кукурудзи.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є складовою частиною науково-дослідної тематики Кримського державного агротехнологічного університету на період 2000-2005 рр. “Наукове забезпечення галузей агропромислового комплексу Криму, розробка та удосконалення технологій виробництва і переробки сільськогосподарської продукції у нових умовах господарювання” (номер державної реєстрації 0102U000128).
Мета і завдання дослідження. Метою даної роботи було вивчення анатомо-морфологічних і генетичних особливостей гетероспермії і їх зв'язок з біологічними властивостями насіння у трилінійного гібрида кукурудзи Дніпровський 310 МВ і його батьківських форм.
Об'єкт досліджень –анатомо-морфологічні особливості насіння у зв'язку з його біологічними властивостями і характер успадкування ознаки “просторова орієнтація зародка”у ряді поколінь.
Предмет дослідження –насіння трилінійного гібрида кукурудзи Дніпровський 310 МВ і його батьківські форми - простий гібрид ♀ Дніпровський 25 М (лінія 502 Н х лінія 343 М) х лінія ♂ ДС-103 МВ.
Методи дослідження - загальнонаукові (спостереження, вимір біометричних параметрів, порівняльний аналіз) і спеціальні (польова, лабораторна, лабораторно-польова, статистична обробка даних дослідів).
Наукова новизна отриманих результатів:
- уперше проведено досліджування з питань анатомо-морфологічних і генетичних особливостей гетероспермії на трьох генетичних формах кукурудзи: чистої самозапиленої лінії ДС-103 МВ, простому міжлінійному гібриді ♀ Дніпровський 25 М і трилінійному міжлінійному гібриді кукурудзи Дніпровський 310 МВ;
- удосконалена методика відділення зародків від ендосперму у кукурудзи;
- розкриті відмінності за окремими елементами гетероспермії в різних генетичних форм кукурудзи: у чистої самозапиленої лінії ♂ ДС-103 МВ між лінійними розмірами зернівки й інтенсивністю росту проростків знайдена позитивна кореляція, що не спостерігається у дволінійному і трилінійному гібридах;
- установлена позитивна кореляція між формою насіння, що висівається, і продуктивністю рослин у потомстві як у потрійного міжлінійного гібрида, так і в його батьків - простого гібрида ♀ Дніпровський 25 М і самозапиленої лінії ♂ ДС-103 МВ;
- виявлено, що величина маси зародків у гібридів є наслідком прояву гетерозису: у насіння гібридів зародок значно більший, ніж у батьківських форм;
- установлено, що у всіх генетичних форм кукурудзи (гібриди, лінії) найвищими урожайними властивостями володіє насіння з центральним (S-форма) і правобічним (D-форма) розташуванням зародків;
- доведено, що відмінності за продуктивністю рослин у зв'язку з різною просторовою орієнтацією зародків у насіннях, що висівається, зберігається протягом
трьох поколінь, а тому ця ознака може використовуватися в селекції при підборі батьківських форм і оцінці одержуваних гібридів.
Практичне значення отриманих результатів. Удосконалений метод відокремлення зародків від ендосперму може бути використаний для оцінки анатомо-морфологічних і біологічних властивостей насіння у насінництві й селекції кукурудзи.
Установлена позитивна кореляція між формою насіння, що висівається, і його урожайними властивостями може використовуватися при прогнозуванні останніх і доборі біологічно цінного посівного матеріалу чистих самозапилених ліній і гібридів кукурудзи.
При селекції кукурудзи необхідно відбирати батьківські форми для виведення гібридів з більшою часткою насіння, що має центральне (S-форма) і правобічне (D-форма) розташування зародків.
Особистий внесок здобувача. Здобувачем безпосередньо проведені лабораторні й польові досліди по гібриду кукурудзи Дніпровський 310 МВ і його батьківських формах, проведений аналіз отриманих результатів, статистична обробка експериментальних даних. Вивчена й узагальнена наукова література за темою дисертації, написана дисертація, сформульовані висновки.
У дисертаційну роботу внесена частина опублікованих матеріалів, що містять результати досліджень, отриманих здобувачем особисто й у співавторстві.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на міжнародній конференції молодих учених “Сучасні проблеми генетики, біотехнології і селекції рослин”(Харків, 2001 р.); конференції молодих вчених і фахівців “Проблеми виробництва зерна в Україні”(Дніпропетровськ, 2002 р.); VII з'їзді Українського товариства генетиків і селекціонерів (Крим, 2002 р.); міжнародної наукової конференції молодих учених “Актуальні проблеми землеробства на початку нового тисячоріччя і шляхи їхнього розв’язання”(Херсон, 2002 р.); Всеукраїнської науково-практичної конференції молодих учених “Перспективні напрямки розвитку сільськогосподарської науки і виробництва в Україні”(Сімферополь, 2002 р.); наукової конференції викладацького складу факультету плодоовочівництва і виноградарства в ознаменування 80-річчя ВНЗ (Сімферополь, 2002 р.); II Усеукраїнської науково-практичної конференції молодих учених “Перспективні напрямки розвитку сільськогосподарської науки і виробництва в Україні”(Сімферополь, 2003 р.); засіданнях кафедри ботаніки, фізіології рослин і генетики Кримського ДАТУ (2000-2003 рр.).
Публікації. За результатами досліджень опубліковано 8 робіт, у тому числі 6 у фахових виданнях, що занесені до реєстру ВАК України.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація викладена на 140 сторінках тексту, набраного на комп'ютері, включає 28 таблиць, 24 малюнків і 6 додатків (124 сторінка). Робота складається зі вступу, 6 розділів, висновків і рекомендацій виробництву. Список літератури включає 220 джерел, у тому числі 23 іноземних.
За допомогу у проведенні польових дослідів висловлюю щиру подяку кандидатові сільськогосподарських наук, завідувачу відділом селекції і насінництва Кримського інституту агропромислового виробництва УААН Д.Г. Балджи.
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
Проведено аналіз джерел літератури з питань анатомо-морфологічних і генетичних особливостей гетероспермії кукурудзи. Проаналізовано результати досліджень вітчизняних і закордонних учених гетероспермії різних видів рослин, а також по застосуванню різних ознак рослин при доборі біологічно найбільш цінного посівного матеріалу.
МЕТОДИКА Й УМОВИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
Робота виконувалася в 2000 –рр. у Кримському державному агротехнологічному університеті. Польові дослідження проводилися у зрошуваній селекційній сівозміні відділу селекції і насінництва кукурудзи Кримського інституту агропромислового виробництва УААН.
Основним ґрунтовим різновидом розповсюдженої на території Кримського інституту УААН є чорнозем південний малогумусний середньопотужний на лісовидному суглинку, що займає велику широко хвилясту рівнину. Клімат цього району, в якому проводилися досліди, континентальний, помірно-холодний, напівсухий, з великими коливаннями температури і максимальною кількістю опадів у літній період. Середня річна кількість опадів коливається від 270 до 350 мм, що є недостатньою для нормального розвитку культурних рослин.
Предметом дослідження був середньопізній трилінійний гібрид кукурудзи Дніпровський 310 МВ і його батьківські форми: простий гібрид ♀ Дніпровський 25 М (лінія 502 Н х лінією 343 М) х лінія ♂ ДС-103 МВ. Для досягнення поставленої мети у програму досліджень були включені два польових досліди. Дослід № 1 був спрямований на виявлення насіннєвої продуктивності в залежності від насіння, що висівається, (лінійні розміри і маса насіння). Елітне насіння одержували в Інституті зернового господарства УААН щороку. Дослід № 2 був проведений з метою визначення характеру успадкування ознаки “просторова орієнтація зародка”у зернівок з різним розташуванням зародка відносно осі ендосперму. Для цього насіння 1-3-го покоління одержували за допомогою пересівання на дослідному полі.
Лабораторні дослідження проводили в лабораторії гетеросперматології кафедри ботаніки, фізіології рослин і генетики Кримського ДАТУ за наступною методикою. З вихідного зразка рендомізовано відбиралися від 150 до 400 насінин. У кожної зернівки за допомогою штангенциркуля вимірялися лінійні розміри (ширина, товщина і довжина –в, а, l ), а на торсійних вагах - маса. У кожної зернівки визначалося розташування зародка відносно ендосперму. При цьому виділяли зернівки L-форми, у яких зародок зміщений уліво, D-форми з правобічним розташуванням зародків, S-форми з центральним розташуванням зародка і Lat-форму з бічним розташуванням зародка.
Інтенсивність початкового росту паростків визначалася за масою паростків. Насіння, підготовлене описаним вище способом, пророщували у створеній на кафедрі вегетаційній установці. Вона являє собою дерев'яний каркас висотою 1,2 м, шириною 0,7 м і довжиною 2,5 м, обтягнутий поліхлорвініловою плівкою. У верхній частині камери встановлені лампи денного освітлення. В установці підтримувалося постійне і рівномірне освітлення інтенсивністю близько 1600 люкс, температура повітря близько 20 С і відносна вологість повітря 93 –%. Проміряне і зважене насіння висівалося в універсальні коміркові ростильні УЯР-Л-І конструкції М.М. Макрушина й Є.М. Макрушиної (1992), поміщені в шухляди з прожареним і промитим піском. Через 10 днів пророщені паростки зрізали і зважували на торсійних вагах. Дані ширини, товщини і довжини зернівки, а також маси зернівок і паростків групували в різні комбінації за співвідношенням лінійних параметрів й індексу деформування.
Ступінь деформування насіння визначався за розробленим М.М. Макрушиним, О.О. Кліценко, Є.М. Макрушиною (1996) параметром - “індекс деформування насіння” (Id):
,
де вi, аі, li –ширина, товщина, довжина зернівки, що аналізується;
вс, ас, lc –середній показник для вихідного зразка;
n –число зерен, що аналізуються. Різниця показників береться за модулем, без урахування знака.
Відділення зародків від ендосперму проводили за методикою, розробленою Є.М. Макрушиною, О.В. Єськовою, що полягає в наступному.
Від вихідного зразка насіння рендомізовано відбирали по 100 зернівок у трьох повтореннях. Потім це насіння зважували і кип'ятили 25 хвилин у воді, після чого зародки легко відокремлюються від ендосперму кінчиком косо зламаного леза або спеціальною лопаткою. Висушені в сушильній шафі при температурі 102 –С (ДСТ 29305-92) зародки зважували і визначали їхню масу. Паралельно визначали вологість і абсолютно суху масу цілих зернівок. Нами встановлено, що при кип'ятінні насіння кукурудзи протягом 25 хвилин маса сухої речовини не змінювалася.
Польові дослідження проводилися у зрошуваній селекційній сівозміні відділу селекції і насінництва Кримського інституту агропромислового виробництва УААН. Дослідна ділянка маркером розбивався на квадрати 70 х 70 см. Проміряне насіння висівалося в маркіровані квадрати за допомогою ручних саджалок.
Для виявлення впливу лінійних розмірів (ширини, товщини, довжини) і маси насіння, що висівається, на продуктивність рослин виміряні і зважені зернівки висівалися в маркіровані квадрати. Збирання кукурудзи кожної рослини робили окремо для визначення продуктивності. Потім дані досліду були згруповані на 5 фракцій за кожним досліджуваним параметром.
При вивченні характеру успадкування ознаки “просторова орієнтація зародків”у першому поколінні з отриманого врожаю довільно відбиралася по 10 качанів кожної форми зернівок. Після обмолоту визначали відсоткове співвідношення зернівок з різним розташуванням зародка в качані. У другому і третьому поколіннях отриманий матеріал знову піддавався розподілу на 4 форми (S,- L, - D і Lat) з наступним аналізом характеру успадкування досліджуваної ознаки.
Догляд за рослинами здійснювався за допомогою міжрядних обробок у двох напрямках і поливів. У період масового цвітіння проводили ізоляцію за методикою Г.В. Гуляєва, А.П. Дубініна, 1983. Збирали у фазі повної стиглості кожну ділянку окремо. Зважування проводилося на електричних вагах ВЛКТ –, ВЛКТ - 2000.
Частка участі кожного окремого параметра насіння у формуванні продуктивності рослин установлювалася за допомогою обчислення коефіцієнта детермінації (R, %).
Статистичну обробку результатів лабораторних і польових досліджень проводили за методиками, описаними Б.О. Доспєховим, 1973; М.А. Федіним, Д.Я. Сілісом, А.В. Сміряєвим, 1980; Г.Ф. Лакіним, 1980; А.В. Сміряєвим, М.В. Гохманом, 1985.
БІОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НАСІНня КУКУРУДЗИ в ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД
ЛІНІЙНИХ РОЗМІРІВ, МАСИ І ФОРМИ зернівки
З метою вивчення впливу лінійних розмірів, маси і форми насіння на продуктивність рослин у потомстві нами були проведені лабораторні і польові дослідження з трилінійним гібридом кукурудзи Дніпровський 310 МВ і його вихідними формами - материнської (простий гібрид Дніпровський 25 М) і батьківської (лінія ДС-103 МВ). При цьому насіння за всіма досліджуваними параметрами розділялося на 5 фракцій, для кожної з яких визначалися значення Id і продуктивність рослин у потомстві.
У результаті лабораторних досліджень з гібридом Дніпровський 310 МВ і його батьківськими формами нами було підтверджено і встановлене М.М. Макрушиним (1985) на прикладі озимої пшениці й Є.М. Шабанової (1992) на прикладі ряду гібридів кукурудзи явище відсутності будь-якої залежності інтенсивності росту паростків від різних характеристик насіння. Коефіцієнти кореляції маси паростків із шириною зернівки у гібрида Дніпровський 310 МВ і його батьківськими формами складали від 0,085 до 0,258, з товщиною –,119 –,203, з довжиною –,147 –,284, масою 0,081 –,235. Між масою паростків і формою насіння коефіцієнти кореляції були більш високими, однак не істотними (0,177 –,314).
З наведених вище даних випливає, що інтенсивність росту паростків у різних генетичних формах кукурудзи не може служити об'єктивним параметром оцінки біологічних властивостей насіння.
У таблиці 1 приведені результати вивчення залежності продуктивності рослин F гібрида Дніпровський 310 МВ від різних характеристик насіння, що висівається. Аналіз цих даних показав, що при розподілі насіння кукурудзи на 5 фракцій за різними параметрами зернівки (лінійні розміри, маса) який-небудь їхній зв'язок з індексом деформування відсутній.
Не знайдено також істотної кореляції між лінійними розмірами, масою зернівок і продуктивністю рослин. Коефіцієнти кореляції продуктивності рослин у потомства в гібрида Дніпровський 310 МВ склали: із шириною насіння, що висівається, - 0,233, товщиною - 0,304, довжиною - 0,165 і масою 0,077. Більш тісний зв'язок відзначений між формою зернівок і насіннєвою продуктивністю рослин. Коефіцієнт кореляції між індексом деформування насіння (Id) і продуктивністю рослин складає 0,475.
Найбільш високі врожайні властивості (204 - 186 г на 1 рослину) виявилися в насіння з індексом деформування від 0,050 до 0,150. Насіння з Id від 0,220 і вище забезпечувало більш низьку продуктивність рослин.
Таблиця 1
Вплив маси, лінійних розмірів і форми зернівки на продуктивність рослин кукурудзи гібрида
Дніпровський 310 МВ (середнє за 2000 –рр).
|
Варіант |
Лінійні розміри зернівки, мм |
Маса зернівки |
Форма зернівки |
|
ширина |
товщина |
довжина |
|
мм |
Id |
продук-тивність рослин, г |
мм |
Id |
продук-тивність рослин, г |
мм |
Id |
продук-тивність рослин, г |
мг |
Id |
продук-тивність рослин, г |
Id |
продук-тивність рослин, г |
|
|
Вихідний зразок |
7,35 |
,178 |
,39 |
,178 |
,4 |
,178 |
231 |
,180 |
0,180 |
|||||
|
1-а –фракція |
6,66 |
,223 |
,71 |
,178 |
,40 |
,233 |
185 |
,170 |
0,050 |
|||||
|
2-а –фракція |
7,10 |
,166 |
,04 |
,157 |
,97 |
,161 |
212 |
,160 |
0,100 |
|||||
|
3-я –фракція |
7,31 |
,143 |
,19 |
,139 |
,4 |
,139 |
231 |
,170 |
0,150 |
|||||
|
4-а –фракція |
7,56 |
,142 |
,50 |
,143 |
,8 |
,142 |
248 |
,180 |
0,220 |
|||||
|
5-а –фракція |
8,09 |
,213 |
,45 |
,265 |
,4 |
,212 |
,210 |
,370 |
||||||
|
НІР |
0,45 |
,040 |
,6 |
,73 |
,054 |
,6 |
,04 |
,059 |
,3 |
,7 |
,045 |
,2 |
,030 |
,0 |
|
R –коефіцієнт кореляції між характеристиками насіння і продуктивністю рослин |
0,233 |
,304 |
,165 |
,077 |
,475 |
Такі ж закономірності у продуктивності рослин у зв'язку з формою зернівки відзначені і в батьківських форм гібрида Дніпровський 310 МВ –♀ Дніпровський 25 М и ♂ ДС-103 МВ: коефіцієнти кореляції склали відповідно 0,528 і 0,516.
Отже, найбільш об'єктивним параметром оцінки рівня урожайних властивостей насіння є форма зернівки. На посів необхідно відбирати фракції насіння з найменшим індексом деформування.
Становить інтерес з'ясування, яка ж роль у врожайності рослин кожного з дослід- жуваних параметрів насіння окремо. Для дослідження цього питання була визначена частка участі різних характеристик насіння, що висівається, у забезпеченні продуктивності рослин за допомогою обчислення коефіцієнта детермінації (R) (мал. 1).
f8 f2 e4 Id b3