Подбор пар для скрещивания по различиям устойчивости к болезням

Толерантность или устойчивость сортов к определенным заболеваниям может обеспечиваться у различных сортов за счет особенностей их генотипов. Одни сорта могут обладать полевой устойчивостью, другие сверхчувствительностью. Те и другие через несколько лет с появлением новых рас возбудителя могут сильно поразиться данной болезнью. При сочетании же сверхчувствительности и полевой устойчивости в одном растении гибридного происхождения позволяет получить новый сорт, устойчивость которого ко многим физиологическим расам паразита сохраняется более длительное время.

При создании засухоустойчивых сортов необходимо подбирать такие пары, одна из которых хорошо переносит недостаток влаги в первый период жизни, а второй во время цветения, оплодотворения и налива зерна. Гибриды от таких различных родителей могут сочетать эти особенности и дать начало новому сорту, способному переносить почвенные или воздушные засухи более длительный период времени, не давая резко снижать урожайность в годы с неблагоприятным водным режимом на протяжении основных фаз развития растений.

При подборе пар для скрещивания в селекции на засухоустойчивость следует обращать внимание не только на прямые, но и на косвенные признаки, от которых зависит интенсивность водопотребления растений и скорость расходования влаги. К таким косвенным признакам относятся мощность развития корневой системы, размер листьев, количество и размер устьиц, наличие опушения или воскового налета на листьях, величине коэффициента транспирации.

Типы скрещиваний. В зависимости от разобщенности ценных признаков по образцам исходного материала, биологических особенностей культуры и задач селекции при использовании метода гибридизации применяются различные типы скрещиваний. Все разнообразие применяемых типов скрещиваний подразделяются на простые и сложные (рисунок.2).

 

 

Рисунок 2 – Типы скрещиваний

Простые скрещивания называются также парными, так как скрещивание осуществляется только между родительскими формами (одной парой) однократно. Подобранные родители для гибридизации могут меняться ролями, т.е. в одном случае сорт А может служить материнской формой, а сорт В – отцовской, в другом наоборот. Такие парные скрещивания называются реципрокными или взаимными. Прямые и обратные скрещивания в основном предназначены для выявления материнского эффекта, когда наследование какого-либо важного хозяйственно-биологического признака связано с цитоплазмой. В качестве материнского родителя целесообразно, например, брать сорта, обладающие более высокой морозостойкостью, устойчивостью к болезням, скороспелость же лучше передается по отцовской линии. Примером могут служить наличия различий между прямыми и обратными комбинациями скрещиваний сортов подсолнечника 3519 и 6540. При прямом скрещивании гибриды поражались заразихой на 100%, а при обратном – всего лишь на 45,5 процента, т.е. в 2 с лишним раза меньше. Такая же закономерность выявлена и на люпине при выведении фузариозоустойчивых скороспелых сортов. Лучшие результаты получаются в том случае, когда в качестве материнского компонента используются позднеспелые устойчивые к фузариозу сорта Афус, Рефуза нова, Томик, Цит и другие, а в качестве отцовской формы скороспелые неустойчивые к этому заболеванию сорта типа Академический 1.

При реципрокных скрещиваниях часто выявляется различная завязываемость гибридных семян, неодинаковая жизненность получаемых гибридов и степень проявления гетерозиса. Особенно сильно это проявляется при отдаленной гибридизации. При скрещивании, например, ржи с пшеницей лучшие результаты всегда получаются когда в качестве матери берется пшеница. Такие гибриды часто возникают даже спонтанно, в то время как при опылении цветков ржи пыльцой пшеницы получить гибриды очень затруднительно. Хорошим примером на этот счет могут служить отдаленные скрещивания желтого люпина с люпином Ротмалера. В комбинации люпин Ротмалера х люпин желтый получается большой процент завязываемости бобов и семян (хотя растения гибридов оказываются полностью стерильными), а при обратной комбинации оплодотворение происходит, но бобы в начале формирования семян усыхают, семена не образуются. В практике отдаленной гибридизации на этой основе в качестве материнского родителя чаще всего получают положительные результаты, когда матерью служит более окультуренный вид с более высокой плоидностью.

Важным селекционно-генетическим способом простой гибридизации является метод анализирующих скрещиваний. Сущность его заключается в том, что для проверки на гомозиготность исходный образец скрещивают с аналогичной формой, имеющей рецессивный анализируемый признак. Сразу по первому поколению можно судить о его гомозиготности или гетерозиготности. В первом случае полученные гибриды будут однообразными с проявлением доминантного признака, а во втором гибриды первого поколения дадут расщепление на доминантные и рецессивные формы в равном соотношении. В случае неполного доминирования необходимость в анализирующих скрещиваниях отпадает, так как гетерозиготные растения будут иметь промежуточный признак. Примером может служить ночная красавица, у которой при скрещивании красноцветковых форм с белоцветковыми гибриды имеют промежуточную розовую окраску цветков. Во втором поколении такие гибриды расщепляются в соотношении 25% красноцветковых (АА): 50% розовоцветковых (Аа): 25% белоцветковых растений (аа). В третьем поколении все семьи из семян красноцветковых и белоцветковых растений будут нерасщепляющимися (константными), а в потомстве розовоцветковых гетерозиготных растений произойдет расщепление по типу F₂. Следовательно явление неполного доминирования позволяет безошибочно отбирать гомозиготные генотипы по фенотипическому проявлению данного признака, облегчить и ускорить селекционный процесс.

В результате установления механизма наследования алкалоидности у люпина появилась необходимость разработки особого метода контрольных скрещиваний. Его следует применять в обязательном порядке при формировании нового сорта-популяции из нескольких фенотипически одинаковых (безалкалоидных) семей. Это связано с тем, что синтез алкалоидов контролируется несколькими парами неаллельных генов. Объединяемые безалкалоидные семьи могут иметь различные генотипы, т.е. безалкалоидность у объединяемых семей может определяться различными парами рецессивных генов. При объединении таких генотипически различных семей неизбежно вызовет появление алкалоидных спонтанных гибридов во время размножения сорта за счет возможного естественного перекрестного опыления. По этой причине в пределах сорта будет происходить накопление горьких форм, кормовой сорт быстро «переродится» и будет подлежать выбраковке из числа сортовых. Чтобы этого не произошло, при формировании нового сорта объединяемые семьи должны подвергнуться контрольным скрещиваниям на совместимость по данному признаку. При контроле синтеза алкалоидов тремя парами генов алкалоидное растение в своем генотипе сочетает все три пары доминантных генов АА LL КК. Безалкалоидными будут линии с одной (ааLLКК, ААllКК, ААLLкк), двумя (ааllКК, ааLLкк, ААllкк) или тремя (ааllкк) парами рецессивных неаллельных генов. Фенотипически одинаковые безалкалоидные линии можно объединять только в том случае, когда они в генотипе будут иметь хотя бы одну одинаковую пару рецессивных генов ааLLКК, ааllкк, ааLLкк, ааllкк или ААllКК, ААllкк, ааllкк, ааllКК, или ААLLкк, ААllкк, ааLLкк, ааllкк. В других случаях возникающие спонтанные гибриды по причине комплиментарного взаимодействия генов будут алкалоидными АаLLКК, ААLlКК, ААLLКк, АаLlКК, АаLLКк, АаLlКк, что усложнит семеноводство и быстро приведет сорт к его выбраковке.

С целью повышения эффективности использования исходного материала в селекционном процессе все более широко применяются и такие разновидности усложненных простых скрещиваний, как диаллельные, топкроссные и поликроссные.

Диаллельные скрещивания заключаются в том, что лучшие источники желаемых признаков вовлекаются в предварительную гибридизацию между собой парами во всех возможных сочетаниях, т.е. каждый сорт должен быть скрещен со всеми остальными. При тщательной оценке полученных гибридов устанавливается комбинационная способность каждого сорта разрабатывается схема последующего более активного вовлечения лучших из них в соответствующие программы получения необходимых гибридов. Такой подход позволяет сократить объем работ по гибридизации, повышает целенаправленность создания нужного исходного материала.

Топкроссами называются такие скрещивания, когда многие линии или сорта для выявления их общей комбинационной способности (ОКС) скрещиваются с одним сортом-тестером (определителем), обладающим высокой общей комбинационной способностью. Такие скрещивания позволяют выявить наиболее ценные исходные образцы, способные давать высококачественные гибриды при использовании в качестве материнского компонента.

Для определения ОКС отдельных сортов или линий применяют скрещивания, называемые поликроссами. При этом каждый изучаемый образец скрещивается со многими тестерами. Выявленный набор лучших тестеров может быть включен для совместного посева с изучаемым сортом при создании новой поликроссной, синтетической популяции, обладающей более высокой урожайностью за счет свободного переопыления между подобранными компонентами у перекрестноопыляющихся культур.

Сложные скрещивания проводятся для получения запланированного сорта путем вовлечения в гибридизацию многих образцов и сортов. В основном сложные скрещивания подразделяются на ступенчатые, возвратные, насыщающие (беккроссы) и конвергентные.

Ступенчатая гибридизация применяется в тех случаях, когда в синтезируемом образце требуется последовательно объединить признаки нескольких родительских форм. Разработка метода ступенчатых скрещиваний вызвана повышением требований к создаваемым сортам, получить которые с помощью парных скрещиваний часто не представляется возможным. Для получения нового сорта с комплексом положительных признаков иногда приходится прибегать к использованию не двух, а 4–5 и более сортов. Сложная ступенчатая гибридизация заключается в том, что полученная гибридная форма с рядом положительных признаков полученная от простого скрещивания вновь вовлекается в гибридизацию с другими сортами или образцами, несущими дополнительные ценные признаки и свойства.

Пионером в разработке и применении ступенчатой гибридизации является известный селекционер А.П. Шехурдин. Он совместно с В.Н. Мамонтовой и другими селекционерами в научно-исследовательском институте сельского хозяйства Юго-востока (г. Саратов) создал замечательную школу селекционеров, которые вывели весьма ценные сорта яровой пшеницы Сарроза, Альбидум 43, Стекловидная 1, Саратовская 210, Саратовская 29, Саратовская 39, Саратовская 42 и другие. Урожайность этих сортов, созданных методом ступенчатой гибридизации превышала на 40-50% исходный местный сорт Полтавку, с которого начиналась селекция. В результате трехступенчатого скрещивания (рисунок 3) был создан ценный исходный материал, из которого отобран высокоурожайный и устойчивый к пыльной головне, с выдающимися качествами сильных пшениц сорт Саратовская 29, являвшийся в свое время на протяжении нескольких лет рекордсменом по посевным площадям. Под его посевами ежегодно занималось до 18 млн. га.

 

	Саратовская 29

 

Рисунок 3 – Родословная сорта яровой пшеницы Саратовская 29

При создании сорта Саратовская 29 на первой ступени было проведено скрещивание Белотурки с Полтавкой. Из этой комбинации был получен сорт Сарроза, отличавшийся выдающимися технологическими качествами зерна. Но он уступал сорту Лютесценс 62 по урожайности, поэтому его использовали в качестве отцовской формы при скрещивании с высокоурожайным сортом Лютесценс 91. Эта комбинация дала возможность вывести сорт Альбидум 24. После скрещивания его с устойчивым к пыльной головне сортом Лютесценс 55/11 из гибридной популяции был отобран и доведен до широкого районирования сорт Саратовская 29, характеризующийся высокой урожайностью, отличными хлебопекарными свойствами зерна и устойчивостью к пыльной головне.

Выше было сказано о сложной родословной сорта Безостая 1, в которой можно выделить пять основных ступеней скрещиваний. Первая ступень (этап) позволила совместить короткостебельность японского сорта Акагомуки с крупноколосостью и устойчивостью к линейной ржавчине итальянского гибрида №21 – создан сорт Ардито (Италия). Придание этому сорту скороспелости, устойчивости к засухе и бурой ржавчине от аргентинского сорта Венчедор позволило получить ценный сорт Клейн 33 (Аргентина), скрещивание которого с американским сортом Канред-фулькастер дало возможность выделить несколько сортов Скороспелок (Россия, Краснодар). При скрещивании сорта Скороспелка 2 с более зимостойким украинским сортом Лютесценс 17 (Ефимовка) был получен сорт Безостая 4, из которого методом внутрисортового отбора создан знаменитый сорт Безостая 1 в Краснодарском НИИСХ им. П.П.Лукьяненко.

Наглядным примером успешного применения метода ступенчатой гибридизации может служить создание американского сорта пшеницы Биг Клаб 43, сочетающего в себе устойчивость к твердой головне от сорта Мартини гесенской мухе - от сорта Доусон и к стеблевой ржавчине - от отобранного по этому признаку образца (рисунок 4).

Можно привести примеры плодотворной работы П.Ф. Гаркавого в Одесском селекционно-генетическом научно-исследовательском институте по селекции ячменя. Методом сложной гибридизации здесь получен сорт Черноморец, сочетающий крупнозерность, устойчивость к полеганию, засухоустойчивость, устойчивость к болезням и другие полезные признаки, заимствованные через гибридизацию от сортов Медикум 46, Паллидум 330/2, Одесский 14, Одесский 9, Южный, Нутанс 2/1.

	Мартини
	Доусон´Биг Клаб4
	Образец´Биг Клаб3
		Биг Клаб 43

 

 

Рисунок 4 – Родословная сорта пшеницы Биг Клаб 43.

Весьма убедительным примером использования ступенчатой гибридизации является создание серии сортов кормового желтого люпина Вайко 1, Вайко 2, Вайко 3, Вайко 4 в Германии. За короткий промежуток времени из горького люпина с признаками полудикаря были созданы безалкалоидные сорта с нерастрескивающимися и неопушенными бобами, белыми семенами, хорошей набухаемостью семян и быстрыми темпами роста (рисунок 5).

В последнее время широко используются различные методы скрещивания в селекции льна-долгунца на Могилевской областной сельскохозяйственной опытной станции. Наглядным примером эффективного использования ступенчатой гибридизации является создание сорта Дашковский (рисунок 6) совмещающего высокую урожайность соломы, волокна и семян сортов Прогресс и Вперед, раннеспелость и высокое качество волокна сорта Бирюза, устойчивость к полеганию и фузариозу семьи 99 сорта Оршанский 2. Ступенчатая гибридизация применялась также при создании сортов Лира, Сигнал, Весна, Родник, Дашковский 2, Могилевский 2.

Возвратные скрещивания – это такие скрещивания, при которых гибрид повторно (однократно или многократно) скрещивается с одним из родителей. Они применяются для определения генотипа исследуемой формы

 

´

Линия 3535 А, алкалоидный мутант с нерастрескивающимися бобами

Вайко 1, естественный мутант с белыми семенами

 

		Линия 7844, мутант с быстрыми темпами роста

 

 

 

 

Рисунок 5 – Использование ступенчатой гибридизации в селекции желтого кормового люпина

 

(анализирующее скрещивание), вычисления процента рекомбинации или кроссинговера сцепленных генов, усиления у гибрида проявления признаков одного из родителей, а также для преодоления бесплодия гибридов первого поколения при отдаленной гибридизации. Многократное возвратное скрещивание

гибридов определенной комбинации с одним из родителей, используемым только в качестве отцовской формы в ряду последовательных беккроссов,

 

 

Рисунок 6 – Родословная сорта льна-долгунца Дашковский.

признаки которого желательно усилить, называется насыщающим. При таком многократном беккроссировании от материнской формы остается практически только цитоплазма, а ядерное вещество замещается на отцовское, так как с каждым беккроссом его доля увеличивается. Иначе этот тип скрещивания на-зывается поглотительным.

Поглотительные скрещивания дают возможность создавать гибриды с цитоплазмой одной родительской формы и ядерной наследственностью другой. От материнской особи в конечном итоге сохраняются лишь те признаки, которые связаны с цитоплазматической наследственностью, а все остальные заимствуются от отцовской формы.

Поглотительные скрещивания особенно широко применяются при создании стерильных аналогов с использованием цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) в селекции на гетерозис для производства простых, трехлинейных и двойных межлинейных гибридов.

Методом насыщающих скрещиваний (беккроссов) создаются устойчивые к вредителям и болезням сорта ячменя, пшеницы, картофеля и других культур. Возьмем тот же пример с получением сорта пшеницы Биг Клаб 43 в США. В качестве матери на каждой ступени брался новый источник устойчивости и насыщался высокопродуктивными сортами. Здесь совмещалась ступенчатая гибридизация с насыщающими скрещиваниями. На первом этапе путем насыщения устойчивого к твердой головне сорта Мартини высокоурожайным сортом Биг Клаб через 7 беккроссов был создан устойчивый к этой болезни высокоурожайный сорт Биг Клаб 37, далее по этому же принципу были использованы устойчивый к гессенской мухе сорт Даусон и образец устойчивый к стеблевой ржавчине (рисунок 4).

С помощью нескольких параллельных беккроссов рекомендуется создавать многолинейные сорта, которые отличаются комплексной устойчивостью к различным расам одной и той же болезни, что в значительной степени увеличивается длительность устойчивости таких сортов в условиях сильной эпифитотии. Для того, чтобы многолинейный сорт был морфологически выровненным осуществляется серия насыщающих скрещиваний нескольких линий, отличающихся между собой по устойчивости к различным расам паразита. Для выравнивания этих линий по морфологическим и хозяйственно-полезным признакам их скрещивают несколько раз с одним и тем же ценным высокопродуктивным сортом, который планируется улучшить по устойчивости к нескольким расам определенной болезни.

При создании многолинейного сорта можно использовать лучший районированный сорт, основным недостатком которого, например, является его устойчивость только к одной расе паразита. Если его генотип обозначить АR₁, а генотипы источников устойчивости к другим расам этого заболевания ВR₂, СR₃, DR₄, ЕR₅, FR₆, то в результате нескольких беккроссов исходного сорта с имеющимися источниками генов устойчивости и тщательного отбора можно получить морфологически схожие линии, отличающиеся только по R-гену. Объединением таких линий в одну популяцию создается многолинейный сорт с системой генотипов АR₁+ АR₂ + АR₃ + АR₄ + АR₅ + АR₆. Вероятность попадания первых спор агрессивных рас возбудителя на восприимчивые растения и дальнейшее распространение болезни в посевах многолинейного сорта-популяции окажется ограниченным в значительной степени. На следующий год с отличающимися метеорологическими условиями будет создаваться аналогичная ситуация с другими расами возбудителя болезни. Благодаря этому многолиненйные сорта всегда отличаются более высокой экологической стабильностью во времени и пространстве.

Конвергентные скрещивания совмещают возвратные и насыщающие скрещивания, позволяют обеспечить равномерное совмещение в гибридном потомстве признаки и свойства обоих родителей. С этой целью проводятся параллельно многократные возвратные скрещивания полученного гибрида с одной и другой родительской формой. На заключительном этапе насыщенные гибриды скрещиваются между собой, размножаются и служат материалом для отбора и дальнейшей селекционной работы.

Для осуществления любого типа скрещивания необходимо обеспечить опыление и оплодотворение цветков материнских растений пыльцой отцовской формы, используя разработанные методики и технику гибридизации.

Особенности техники скрещивания зависят от строения цветка, способа опыления, продолжительности цветения, время цветения, продолжительности жизнеспособности пыльцы и рыльца.

Кастрацию цветков у самоопыляющихся культур осуществляют в определенный момент, когда все органы цветка будут почти полностью сформированы, но пыльники при этом не должны достичь зрелого состояния. После выбора необходимой фазы развития растений и подготовки соцветия к кастрации приступают к удалению недозревших пыльников с помощью пинцета. Кастрированное соцветие до принудительного опыления обязательно изолируют с помощью пергаментных, капроновых, марлевых, ватных или других изоляторов. Через 1-2 дня производят опыление цветков пыльцой запланированного отцовского сорта и опять надевают изолятор до образования завязи.

Техника кастрации и опыления по каждой культуре отрабатывается в процессе учебной и научной практики. Степень удачи в получении гибридных семян зависит от особенностей биологии цветения культуры, условий окружающей среды и навыков самого экспериментатора.

Кастрация и все типы гибридизации проводятся всегда с учетом особенностей культуры. У озимой ржи в связи с ее перекрестной опыляемостью наиболее распространенным методом является ограниченно-свободное и свободное опыление. Для получения гибридов от определенной пары родителей применяются специальные изоляторы, которые изготавливаются из хлопчатобумажной ткани и одеваются на каркас, закрывающий целую делянку в 1 кв. м. и более. Под таким изолятором будут находиться 2-3 рядка материнских и столько же рядков отцовских растений. Перед цветением цветки материнских растений кастрируются путем прирезания верхушки цветка вместе с кончиками пыльников, после чего они засыхают и не дают зрелой пыльцы. Под изолятором такие растения опыляются свободно, но ограниченно с подобранным конкретным отцовским компонентом.

Во всех случаях при скрещивании применяют три основных способа опыления:

- принудительное опыление, при котором цветки материнских растений после кастрации (или без нее у отдельных растений) опыляются пыльцой отцовского растения путем непосредственного ее нанесения на рыльце пестика или твел-методом;

- ограниченно-свободное опыление проводится путем помещения нескольких растений с кастрированными колосьями под общий изолятор, сюда же вставляют и цветущие колосья отцовской формы, вставленные в пробирку с водой для возможности их цветения в течение нескольких дней. Под этим общим изолятором пыльца свободно высыпается и попадает на рыльце кастрированных цветков;

- свободное опыление осуществляется путем оставления материнских растений с кастрированными цветками в окружении других сортов для свободного опыления.

Свободное опыление у ржи и других перекрестников широко применяется при определении общей комбинационной способности изучаемых сортов и образцов, т.е. при проведении множественных скрещиваний (поликроссов), когда исследуемый образец свободно опыляется различными, но ранее изученными сортами. В результате оценки полученного материала отбираются для дальнейшей работы лучшие поликроссные синтетические гибриды.

При гибридизации обычной, не обладающей ЦМС, кукурузы достаточно провести черезрядный посев подобранной пары сортов или линий и скастрировать растения материнских рядков путем удаления мужских соцветий (метелок).

Для получения гибридов у двудомных культур (конопля) достаточно посеять черезрядно или черезделяночно скрещиваемые компоненты и удалить мужские растения (посконь) до цветения среди посевов материнского образца.

У гречихи, в силу наличия гетеростилии и генетически обусловленной самонесовместимости, получают гибридные семена путем черезрядного посева двух скрещиваемых сортов или образцов. с появлением первых цветков тщательно проверяют все растения каждого ряда и удаляют из рядков одного сорта все длинностолбчатые растения, а на втором сорте все растения с короткостолбчатыми цветками или наоборот. В силу легитимного оплодотворения на каждом сорте образуются гибридные семена без кастрации цветков по типу реципрокного скрещивания. При отсутствии пространственной изоляции между сортами и комбинациями для получения определенных гибридов у гречихи применяют ограниченно-свободное опыление, когда однотипные по высоте столбика материнские растения в начале цветения изолируют и под изолятор помещают побеги с соцветиями отцовского сорта с противоположной длиной столбика. У гречихи, несмотря на ее особенности, можно применять и принудительное скрещивание путем накладывания цветков соответствующего типа отцовского сорта на цветущие в утренние часы цветки материнских растений.