Организация селекционного процесса

Селекционное задание

Гибридизация. Гибридизация — скрещивание особей, которые различаются хотя бы одним геном. Гибрид (от латинского hybrid— помесь) получают от скрещивания двух растений, относящихся к разным разновидностям, сортам, видам и родам. При слиянии половых клеток — гамет—получается зигота, дающая начало гибридному организму.

Успех работы при гибридизации зависит от подбора родительских пар для скрещивания. Их подбирают по разным показателям: по экологическому признаку, по продуктивности и др.

Подобные скрещивания позволили Г. Менделю сформулировать основные законы наследственности. При записи схем опытов по гибридизации, часто весьма сложных, используют обозначения: сама гибридизация обозначается знаком X, мужской и женский пол — астрономическими знаками Марса и Венеры, родители — латинской буквой Р, потомство — буквой Р (р1 — первое поколение гибридов, р2 — второе и т. д.).

В зависимости от степени родства скрещивания бывают: близкими — внутривидовыми, межсортовыми, когда родительские растения принадлежат к разным сортам одного вида; отдаленными, когда родительские растения принадлежат к разным родам, видам.

Гибриды от отдаленных скрещиваний называются межродовыми, когда родительские растения относятся к разным родам, и межвидовыми, когда скрещиваются растения, относящиеся к разным видам.

Иногда отдаленными называют гибриды от скрещивания родительских форм, происходящих из разных географических или экологических районов, но относятся к одному систематическому виду. Правильнее такие гибриды называть географически и экологически отдаленными.

В зависимости от числа исходных форм в гибриде различают простые и сложные гибриды. Простые — происходят от скрещивания двух родительских форм. Простое скрещивание можно представить в записи формулы, А х Б, где, А и Б родительские сорта. Различают гибридизацию прямую (А х В) и обратную (Б х А). Оба скрещивания называют реципрокными [14].

В практике гибридизация особей одного вида используется чаще всего в двух целях. В селекции ее применяют для того, чтобы получить новый сорт, породу или линию, сочетающие выгодные для человека свойства родителей. Широко распространена также межлинейная и межпородная гибридизация, которую проводят, чтобы использовать гибридную мощность Р1. Гибридизация — важное средство повышения продуктивности сельского хозяйства. Этот метод остается основным путем получения генетического разнообразия. Именно гибридизацией с последующим отбором создано большинство новых сортов [14].

Иногда приходится прибегать к использованию нескольких поколений гибридных сеянцев. При этом используют не только простые (парные) скрещивания, но и сложные. Для правильного подбора родительских форм желательно знать их генотипическое разнообразие по интересующим селекционера признакам. Если подобранные для скрещивания исходные формы мало различаются по генотипу, больших успехов в селекции ожидать не приходится. Разнообразие генотипов характеризуется показателем наследуемости, который можно рассчитать после анализа потомства. Чем выше коэффициент наследуемости, тем в большей степени отбор по фенотипу соответствует отбору по генотипу [14].

Техника гибридизации. Работу по гибридизации плодовых и ягодных растений начинают с изоляции бутонов у материнских растений. У обоеполых цветков проводят также кастрацию — удаление пыльников до того, как они созреют и из них высыплется пыльца. Кастрацию цветков обязательно проводят у самофертильных сортов, особенно при отдаленной гибридизации. Кастрация необходима при проведении генетических опытов, чтобы полностью исключить возможность попадания на пестик пыльцы материнской формы и ее участие в завязывании гибридных плодов.

Кастрацию не проводят у сортов с мужской стерильностью цветков и при использовании в межсортовых скрещиваниях самобесплодных сортов. В этом случае при отдаленных скрещиваниях среди сеянцев будут встречаться и типичные для материнского вида. Это связано с тем, что чужеродная (других видов) пыльца стимулирует самоопыление. Если самоплодные сорта приходится опылять без кастрации, то это следует делать в самом начале цветения—до попадания на рыльце пыльцы материнского вида. Кроме того, у яблони при отборе среди сеянцев, полученных от комбинаций, в которых материнской формой был самоплодный сорт, можно удалять депрессивные сеянцы, возникшие, как правило, в результате самоопыления.

Обычно кастрацию и изоляцию проводят одновременно за один-два дня до распускания цветков. Ветви для этого выбирают в средней или верхней части кроны, где на отдельных из них заложено много цветковых почек. Ветви, на которых размещают изоляторы, не должны быть направлены в междурядье и свисать, что позволит исключить возможность повреждения изоляторов при уходе за садом, особенно при работе техники. Наиболее распространенный, но и самый трудоемкий способ кастрации — удаление пыльников выщипыванием их пинцетом или проволокой с петлей на конце (по И. В. Мичурину). У некоторых культур, в частности у малины, тычинки удаляют вместе с околоцветником (по Л. Бербанку) (рис.1), надрезая его специальными ножницами или приспособлением А. А. Рязанова.

В последнем случае пестик можно изолировать с помощью кусочка ваты или не изолировать, поскольку насекомые не посещают цветки без околоцветника.

Однако надо учитывать, что в цветках, лишенных околоцветника, рыльце пестика подсыхает, особенно в ветреную и сухую погоду.

При кастрации удаляют на изолируемой ветви все недоразвитые бутоны и раскрывшиеся цветки, а у материнских форм с многоцветковыми соцветиями — часть бутонов, учитывая то, что из нескольких цветков в соцветии плоды завязывают далеко не все, а иногда только один-два (у яблони). Сразу после кастрации цветки изолируют. Для изоляции цветков насекомоопыляемых видов чаще всего используют марлевые изоляторы различных размеров, позволяющие изолировать одну ветвь или дерево целиком. Это могут быть мешки, рукава или изоляционные домики.

Изоляцию бутонов у тех сортов, которые не нуждаются в кастрации, можно проводить заранее, не дожидаясь распускания почек.

Пыльцу заготавливают из готовых к распусканию бутонов. Для этого их раскрывают, осторожно выщипывают пыльники, расстилают тонким слоем и подсушивают, при этом пыльца высыпается из пыльников. Для ускорения этой работы можно быстро подсушить собранные бутоны в термостате при температуре 40 °C, а затем измельчить их в кофемолке.

Заготовленную пыльцу хранят до опыления в сухом темном месте. Пыльцу большинства плодовых и ягодных растений принято хранить в эксикаторе, заполненном хлористым кальцием или серной кислотой. Пыльцу можно в течение длительного периода хранить при низких положительных температурах, но лучше при отрицательных. Созревшая пыльца может сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет, если ее хранить при температуре —20 °С и ниже. В селекционной практике такой способ хранения используют только при пересылке пыльцы из районов с более поздним прохождением цветения в районы, где оно наступает раньше.

Проблему использования пыльцы поздноцветущих по сравнению с материнскими отцовских компонентов скрещивания можно решить и по-другому [14].

Ветви, срезанные с растений отцовских форм, заранее вносят в теплое помещение, что позволяет приурочить цветение к нужному сроку и использовать собранную пыльцу для опыления материнских форм в саду. Это можно делать только после завершения генеративными почками и тканями ветвей периода зимнего покоя. В противном случае почки могут не распуститься или погибнуть после набухания. Лучшие результаты дает постановка ветвей для подгонки цветения в период начала вегетации растений в сосуды с водой. Особое внимание при этом следует уделить обновлению срезов ветвей и периодической замене воды в сосудах. Практикуются также заготовка пыльцы в южных регионах и ее пересылка в северные. Пыльцу упаковывают в пергаментные пакеты или помещают в пробирки, которые закупоривают пробкой или ватой.

Перед использованием пыльцы для опыления, особенно после хранения или пересылки, следует проверить ее жизнеспособность.

Для этого обычно используют 15%-ный раствор сахарозы (иногда 5%-ный или 10%-ный) желательно с добавлением 0,1 мг борной кислоты на 100 мл раствора. Каплю раствора сахарозы наносят на предметное стекло. На ее поверхность помещают около 100 пыльцевых зерен и накрывают покровным стеклом. Температура в помещении должна быть 18…20°С. Проросшие пыльцевые зерна можно обнаружить под микроскопом через 4—5 ч.

Используют и другие методы определения жизнеспособности пыльцы. Более надежные результаты дает проращивание ее на рыльцах пестиков, но этот метод более трудоемкий. Используют также окрашивание пыльцы ацетокармином. Этим методом можно выделить нежизнеспособные (пустые) пыльцевые зерна, но невозможно те (полные), которые утратили жизнеспособность в период хранения. Однако его используют в практической селекционной работе, поскольку он прост и позволяет быстро оценить достаточно большое число образцов пыльцы.

Опыление проводят при полном распускании цветков и выделении пестиками секреторной жидкости. Чаще всего это бывает через один-два дня после начала распускания первых цветков. Опыление в более раннюю фазу (готовых к раскрыванию бутонов, когда проводят кастрацию), а также почерневших и сухих пестиков менее эффективно. Период восприимчивости пестика к пыльце варьирует в зависимости от погодных условий и достигает у яблони 9—10 суток [14].

Обычно пыльцу наносят один раз, но при ограниченном объеме гибридизации можно наносить дважды, поскольку это повышает завязываемость гибридных плодов. Лучше вносить пыльцу в утренние часы, когда рыльце влажное. Если оно подсохло, опыление проводят на следующий день.

При проведении отдаленных скрещиваний пыльцу можно наносить на недозрелый или стареющий пестик, когда его избирательная способность будет ниже, чем в период оптимальной.

Пыльцу на рыльце пестика наносят различными способами — с помощью пылилок, вырезанных из куска резинки и насаженных на препаровальные иглы (или колючки гледичии), пульверизатора или каким-либо другим способом.

После нанесения пыльцы цветки снова изолируют, навешивают этикетку с номером или названием гибридной комбинации, делают запись в журнале гибридизации, указывая число опыленных цветков, дату опыления, особенности погодных условий и другие сведения.

Через 2—3 нед после опыления проводят первую ревизию завязавшихся плодов, через месяц — вторую (для растений с более позднеспелыми плодами).

Обычно изоляторы сохраняют до созревания плодов, чтобы избежать поражения вредителями [14].

Урожайность — это один из самых важных хозяйственных интегрированных признаков. Она зависит от чистой продуктивности фотосинтеза листьев, их площади, времени работы листового аппарата и коэффициента реализации ассимилянтов на урожай (К_хоз). Величина чистой продуктивности фотосинтеза — главный показатель экологической устойчивости сорта. Площадь листьев на единицу длины побега — важный признак отбора продуктивных форм на ранних этапах селекционного процесса.

Оценку сортов по урожайности проводят во многих НИУ. В результате их изучения выделяют ценные сорта — источники высокой урожайности. Однако далеко не все из них проверены по потомству. Донорами высокой продуктивности являются сорта Анис алый и Анис полосатый, Антоновка обыкновенная, Папировка, Пепин шафранный, Уэлси и ряд других.

Для селекционера важна ценность по продуктивности не только отдельных сортов, но и комбинаций скрещиваний. Например, Боровинка х Папировка, Джонатан х Антоновка обыкновенная, Уэлси х Коричное полосатое.

Особую ценность представляют высокоурожайные сорта с регулярным плодоношением. По данным многолетнего изучения, к ежегодному плодоношению склонны сорта Пепин шафранный, Анис, Богатырь, Делишес.

В связи с интенсификацией садоводства, более плотным размещением деревьев, а также с ухудшением обеспеченности садов пчелами условия для перекрестного опыления яблони ухудшаются. Возникает необходимость создания новых, в достаточной степени самоплодных сортов, способных приносить регулярные урожаи в различных погодных условиях года. При скрещивании между собой двух частично самоплодных сортов Уэлси и Скрыжапель в потомстве получено 23% гибридов, склонных к самоплодности, т. е. завязывающих 50% и более от числа плодов, завязывающихся от свободного опыления [4].

Из внутренних свойств, определяющих высоту урожайности растения того или иного сорта, важна и его устойчивость.

Под устойчивостью понимается способность сорта противостоять различным неблагоприятным условиям среды: зимним морозам, резким колебаниям температуры, весенним заморозкам, засухе, ветрам, болезням и т. п.

Урожай представляет собой результат взаимодействия между продуктивностью растения и его устойчивостью к неблагоприятным условиям условиям среды.

Для объективного суждения о сравнительной урожайности сортов необходимо располагать многолетними данными, полученными в одинаковых условиях. С этой целью проводят подеревный учет урожая. На протяжении ряда лет в насаждении, где ведется сравнительное изучение сортов, учитывают снятый с каждого учетного дерева урожай, у яблони проводят также учет хозяйственно годной падалицы.

Общую сумму урожая, полученного с учетных деревьев сорта, делят на их число и узнают средний урожай с одного дерева, по которому вычисляют средний урожай с гектара, занятого данным сортом.

По среднему урожаю с дерева или с гектара сравнивают сорта по урожайности в данном саду.

Кроме учета урожая по его массе, на каждом дереве ежегодно определяют глазомерно степень цветения и степень плодоношения в баллах:

• 5- обильное;
• 4- хорошее;
• 1- среднее;
• 1- слабое;
• 1- очень слабое;
• 0- полное отсутствие цветения или плодоношения.

Суммирование и анализ данных по учету урожайности на одних и тех же деревьях за ряд лет дают представление о сравнительной урожайности изучаемых сортов и регулярности их плодоношения.

На основании многолетних данных сорта разбиваются на три группы:

• — высокоурожайные;
• — среднеурожайные;
• — малоурожайные.

Путем наблюдений за регулярностью плодоношения деревьев, изучаемых сортов яблони выделяют сорта, ежегодно плодоносящие, сорта с нерезкой периодичностью плодоношения и сорта с резкой периодичностью.

Важным хозяйственным свойством сорта плодового растения является время вступления в плодоношения. В производстве ценятся скороплодные сорта, конечно, при наличии у них других ценных свойств и качеств. Для сравнительной оценки сортов по этому свойству учет урожайности проводят на молодых деревьях, начиная с года их первого плодоношения.

На основании учетов и сопоставлений урожайности молодых деревьев за ряд лет составляется характеристика сортов по времени вступления их в пору плодоношения [4].

Сорта в пределах породы разбивают на три группы:

• — скороплодные;
• — средних сроков начала плодоношения;
• — поздно вступающие в пору плодоношения.

При этом используются принятой в литературе и практике шкалой по отношению к сортам каждой плодовой породы в той или иной зоне.

Создание высокопродуктивных сортов яблони с высококачественными плодами и обладающих высокой устойчивостью к неблагоприятным условиям окружающей среды — основные задачи, которые требуют решения на пути совершенствования селекционного процесса:

1) Создание товарных конкурентоспособных в наших условиях сортов по качеству плодов при минимальной химической защите от вредителей и болезней, в основном сортов зимнего и позднезимнего сроков созревания. Сохранение потенциала продуктивности 25−30 т/га, получение не менее 8 урожаев в 10 лет.

Отбор сортов скороплодных, со сдержанным ростом, смешанным типом плодоношения (кольчаточным и на однолетних побегах).

Внедрение новых методов хранения плодов облегчит задачу селекционеров в совершенствовании качества плодов.

Тем не менее, расширение сезона потребления яблок в свежем виде за счет продолжительности хранения в традиционных условиях (хранилищах с естественным охлаждением) остается одной из задач при отборе сорта.

2) Создание нового исходного материала, обладающего комплексной устойчивостью к парше.

Достигнуть в сорте стабильной прочной устойчивости можно лишь сочетая разные источники устойчивости. В селекционной программе основу исходного материала составляют сорта и гибриды, обладающие высоким уровнем полигенной устойчивости к парше и раку коры и древесины, полученные на основе местных и интродуцированных сортов, а также гибридов от межвидовой гибридизации с использованием видов Malus sieboldii, M. baccata, M. sargentii, M. micromalus, M. floribunda 821, M.coronaria.

3) Необходимость совершенствования методов отбора на ранней стадии развития гибридов. Успех любой селекционной программы зависит от количества сеянцев в гибридной семье. Однако анализ объемов гибридного фонда и количество выведенных сортов в институте показывает, что не всегда большой объем определяет успех. Гораздо важнее верно определить исходные комбинации. С целью сокращения селекционного процесса в последние годы внедряется новая схема, в которой после массового отбора на устойчивость к болезням в первые 2 года развития сеянцев размножаются устойчивые отборы на клоновых подвоях 62−396 и ПБ-4, что позволяет уже на 5-й год от посева оценить качество плодов гибридов [14].

Возможность прогнозирования разных характеристик многолетнего плодового растения на ранних этапах онтогенеза по совокупности физиолого-биохимических параметров проводится в институте на предмет тестирования растений на устойчивость к стрессовым факторам среды (холод, инфекция) с помощью биохимических методов (изменчивость изоферментов пероксидазы, содержание сахаров, крахмала, фенольных соединений) [4].

Устойчивость к парше. Парша — одно из самых вредоносных заболеваний яблони, особенно в средней полосе России, где она снижает урожай на 40% и более. Различают две формы устойчивости к парше: полигенную и моногенную. Полигенная устойчивость контролируется многими малыми рецессивными генами с аддитивным действием. При этом потомство от скрещивания восприимчивого и устойчивого родителя распределяется по устойчивости в виде непрерывного ряда. Моногенная устойчивость (иммунитет) определяется одним главным геном.

При скрещивании сорта или формы, несущей главный ген, с другой формой, не имеющей этого гена, расщепление идет по типу анализирующего скрещивания, т. е. устойчивые и восприимчивые сеянцы получаются обычно в соотношении 1:1. Известно шесть локусов (генов), обусловливающих иммунитет к парше: V_f, V_m, V_b, V_bj, V_rи V_a.

Еще в начале XX в. был выявлен иммунный (абсолютно устойчивый) к парше клон яблони обильноцветущей (M.floribundaSieb. 821).

Мировой и отечественный опыт показывает, что повышение иммунитета плодовых культур к болезням и вредителям — одно из основных условий интенсификации садоводства и стабилизации урожаев.

В России пионером селекции яблони на моногенную устойчивость к парше с использованием гибридов, производных от M.floribunda821 (ген Vj), является ВНИИСПК. За четверть века (с 1975 г.) проведена большая методическая и практическая работа: отработана методика искусственного заражения сеянцев яблони паршой, проведены многочисленные скрещивания (Седов, Жданов, 1983; Жданов, Седов; 1991).

Практический результат этой работы — первые 16 отечественных иммунных сортов яблони (с геном Vj), из которых сорта Веньяминовское, Имрус, Орловское полесье (цв. ил. 16), Свежесть, Солнышко и Строевское уже внесены в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию (районированы).

Для получения долговременной устойчивости к парше представляет значительный интерес совмещение в одном генотипе полигенной и моногенной устойчивости, а также создание сортов с дигенной устойчивостью к парше (V_fw.V_r, Vf V_m[14].

Таблица 1. Модель сорта.