233 ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЗАВЯЗЫВАЕМОСТИ СЕМЯН ПРИ

VII международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 13 г.
ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЗАВЯЗЫВАЕМОСТИ СЕМЯН ПРИ ВНУТРИВИДОВОЙ
ГИБРИДИЗАЦИИ ГОРЧИЦЫ САРЕПТСКОЙ (Brassica juncea L.)
Трубина В.С., Горлов С.Л., Сердюк О.А.
350038, г. Краснодар, ул. Филатова, д. 17
ГНУ ВНИИ масличных культур имени В.С. Пустовойта Россельхозакадемии
VSTrubina@mail.ru, slgorlov@yandex.ru
Установлено, что причиной низкой завязываемости семян при внутривидовой гибридизации горчицы сарептской, является потеря пыльцой жизнеспособности в процессе ее подготовки к опылению. Разработаны приемы, обеспечивающие увеличение результативности гибридизации.
Введение. Гибридизация значительно расширяет творческие возможности
отбора, ускоряя селекционный процесс. С помощью гибридизации появляется
возможность создавать генотипы с уникальным сочетанием количественных и
качественных признаков [2]. С использованием внутривидовой и межвидовой
гибридизации во Всероссийском НИИ масличных культур им. В.С. Пустовойта созданы формы горчицы сарептской, сочетающие в себе признаки скороспелости,
высокой масличности, эфиромасличности, крупносемянности с высокой урожайностью семян [3].
Исследованиями по изучению способов опыления и приемов скрещивания
горчицы сарептской, проведенными в 70-х годах 20-го века, было установлено,
что завязываемость семян при внутривидовой гибридизации составляет в среднем 13-30% от потенциально возможной. При этом различий по эффективности
гибридизации в вариантах с использованием свежесобранной и хранившейся в
течение суток пыльцой обнаружено не было [2].
Однако, в течение последних 5-7 лет при проведении внутривидовой гибридизации в полевых условиях регулярно стала отмечаться неудовлетворительная результативность данной операции.
Целью настоящей работы было установление причин низкой эффективности гибридизационных работ на горчице сарептской и поиск решений данной
проблемы.
Материал и методы. Исследования проводили в 2011-2012 гг. в полевых
условиях ЦЭБ ВНИИМК и фитотронно-тепличном комплексе института.
Гибридизацию выполняли спустя 5-7 суток после начала цветения растений в соответствии с методикой, разработанной во ВНИИМК для крестоцветных
культур [3, 6]. Для скрещивания использовали нормально развитые бутоны 3-4
фазы развития. У соцветий, выбранных для гибридизации, обрывали свежераспустившиеся цветки и успевшие завязаться стручки. Для кастрации оставляли 6-7
бутонов. У кастрируемого бутона осторожно удаляли пыльники. После кастрации
соцветие с бутонами помещали под пергаментный изолятор. В день кастрации на
10 растениях отцовской формы собирали бутоны 3-4 фазы развития, из которых в
лабораторных условиях извлекали пыльники и подсушивали их при комнатной
температуре, избегая попадания солнечного света до утра следующего дня. Готовую пыльцу для транспортировки помещали в стеклянный бюкс. Опыление проводли с помощью препаровальной иглы с мягким пористым наконечником, намазывая пыльцу на рыльца пестиков спустя сутки после кастрации.
Альтернативный вариант гибридизации, изучаемый в данном опыте,
предполагал проведение скрещивания посредством прямого контакта зрелых
233
VII международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 13 г.
пыльников свежераспустившихся цветков, собранных с растений отцовской формы непосредственно перед опылением, с рыльцами пестиков кастрированных бутонов материнского растения сразу после кастрации.
Результативность скрещивания оценивали после подсчета количества завязавшихся плодов и семян.
Определение жизнеспособности пыльцы проводили по методу Транковского Б.А., производя подсчет количества проросших пыльцевых зерен на искусственной среде (15%-ный раствор сахарозы), которую готовили небольшими
порциями и использовали только свежей. На предметное стекло наносили две
капли остывшей среды, в которые высевали исследуемую пыльцу, после чего
стекла помещали во влажную камеру чашек Петри. Для увлажнения на дно чашки укладывали смоченную водой фильтровальную бумагу. В микроскоп пыльцу
рассматривали обычно через сутки после посева, но при температуре +20...+24
°С для прорастания пыльцевых зерен бывает достаточно 4-5 часов. С помощью
микроскопа Motic BA 300 проводили подсчет проросших и не проросших пыльцевых зерен. Процент проросших пыльцевых зерен определялся не менее чем в
трехкратной повторности, в 10 полях зрения [1, 4].
Определение фертильности пыльцы проводили путем окрашивания пыльников и пыльцевых зерен ацетоорсеином. Для этого зафиксированные в фиксаторе Кларка бутоны помещали в раствор красителя, подогревали над пламенем
спиртовки, доводя до легкого кипения несколько раз. После окрашивания бутонов из них извлекали пыльники и помещали на предметное стекло в каплю ацетоорсеина. Затем пыльники накрывали покровным стеклом и аккуратно раздавливали в капле красителя. Подсчет окрашенных пыльцевых зерен проводили в
трехкратной повторности в 10 полях зрения. Фертильные пыльцевые зерна выделяли по интенсивной окраске красителем, стерильные – по слабой окраске или ее
отсутствию [5].
Оценка фертильности и жизнеспособности пыльцевых зерен проводилась
у 5 различных сортообразцов горчицы сарептской.
Результаты и обсуждение. На протяжении 3-х лет полевых экспериментов
(2007-2009 гг.) ежегодно отмечалась крайне низкая завязываемость семян при
скрещивании сортообразцов и линий горчицы – в среднем 2,1 штук семян в расчете на 1 завязавшийся плод или 0,9 штук семян на 1 цветок (табл. 1).
Таблица 1 – Сравнительная результативность внутри- и межвидовой
гибридизации горчицы сарептской в полевых условиях
ВНИИМК, 2007-2009 гг.
Количество
Количество
Количество
завязавшихся
завязавшихся
Тип
Объем скрещисемян на 1
гибридизации
ваний, цветков
плодов, всего,
семян, всего,
стручок, шт.
шт.
шт.
Внутривидовая
Межвидовая
4450
1869
3925
2,1
840
588
2411
4,1
Оценка результативности внутривидовой гибридизации на фоне аналогичного показателя гибридизации межвидовой по комбинации горчица сарептская х рапс яровой наглядно свидетельствует о наличии неких проблем, связанных с отцовским компонентом скрещивания у горчицы.
234
VII международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 13 г.
Для оценки качества пыльцы было проведено определение фертильности
(оплодотворяющей способности) и жизнеспособности (способности мужского гаметофита к росту на соответствующих тканях пестика) пыльцевых зерен, используемых при принудительном скрещивании. Фертильные пыльцевые зерна содержат крахмал и окрашиваются красителем ацетоорсеином в отличие от стерильных, не окрашивающихся [4, 5] (рис 1).
Рисунок 1 – Фертильные пыльцевые зерна горчицы сарептской
Подсчет количества зрелых нормально сформированных пыльцевых зерен
в пыльниках, извлеченных из бутонов 3-4 фазы развития, показал, что уровень
фертильности пыльцы в ходе 2-летних наблюдений (2011-2012 гг.), неизменно
оставался высоким и составлял в среднем более 90 %.
Анализ жизнеспособности пыльцы предполагает подсчет количества проросших и непроросших на искусственной среде пыльцевых зерен (рис. 2).
а
б
Рисунок 2 – Жизнеспособные и нежизнеспособные пыльцевые зерна
горчицы сарептской
а – нежизнеспособные пыльцевые зерна
б – жизнеспособные пыльцевые зерна
235
VII международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 13 г.
Установлено, что в образцах пыльцы, приготовленных в соответствии с
традиционной методикой [3, 6], рост пыльцевых трубок был отмечен не более
чем у 2% пыльцевых зерен.
У пыльцевых зерен, собранных с поверхности зрелых пыльников свежераспустившихся цветков горчицы, уже спустя 1-1,5 часа после помещения на искусственную среду наблюдался интенсивный рост пыльцевых трубок. В итоге
жизнеспособность пыльцы в данных образцах оказалась на уровне 70 % и более
(табл. 2).
Таблица 2 – Жизнеспособность пыльцы горчицы сарептской при различных
вариантах ее подготовки для гибридизации
ВНИИМК, 2011-2012 гг.
Количество пыльцевых зерен
Вариант*
Всего, шт.
проросших
непроросших
шт.
%
шт.
%
1
420
8
2
412
98
2
400
296
74
104
26
* 1 – пыльца из бутонов;
2 – пыльца из свежераспустившихся цветков
Таким образом, установлено, что причиной низкой завязываемости семян
при внутривидовой гибридизации горчицы сарептской, отмеченной в 2007-2009
гг., является потеря пыльцой жизнеспособности в процессе подготовки к опылению в случае применения методики, разработанной для капустных культур.
Сравнительная эффективность традиционной методики скрещивания и
варианта с опылением кастрированных бутонов материнского растения немедленно после кастрации пыльцой свежераспустившихся цветков была изучена в
ходе эксперимента, проведенного в камерах искусственного климата ФТК ВНИИМК (табл. 3).
Таблица 3 – Эффективность использования различных вариантов
подготовки пыльцы при внутривидовой гибридизации
горчицы сарептской
ВНИИМК, 2011-2012 гг.
Вариант*
Объем скрещиваний, цветков
Количество
завязавшихся
плодов, шт.
Количество
завязавшихся
семян, шт.
Количество
семян на
1 стручок, шт.
1
70
31
46
1,5±0,5
2
70
55
654
11,9±2,5
* 1 – пыльца из бутонов;
2 – пыльца из свежераспустившихся цветков
Установлено, что при опылении свежесобранной пыльцой практически
вдвое возрастает плодообразование, а количество семян в 1 стручке увеличивается с 1,5 штук до 11,9 штук, или в 8 раз, в сравнении с традиционной методикой
гибридизации.
236
VII международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 13 г.
Заключение. При использовании методики гибридизации, предусматривающей извлечение пыльников из бутонов за сутки до опыления, наблюдается
потеря пыльцой жизнеспособности, что является причиной крайне низкой завязываемости семян при скрещивании сортов и линий горчицы сарептской.
Опыление посредством прямого контакта зрелых пыльников свежераспустившихся цветков отцовской формы, с рыльцами пестиков кастрированных бутонов материнского растения сразу после кастрации вдвое повышает плодообразование, а количество семян в 1 стручке увеличивается в 8 раз в сравнении с традиционной методикой гибридизации.
Литература
1. Абрамова, З.В. Определение жизнеспособности пыльцы по методу
Транковского /З.В. Абрамова, О.А. Карлинский // Практикум по генетике. – Л.,
1974. – С. 62-64.
2. Воскресенская, Г.С Способы опыления и приемы скрещивания горчицы
сарептской / Г.С. Воскресенская, Л.М. Лыгина // Селекция и семеноводство масличных культур. – Краснодар, 1972. – С. 186-193.
3. Воскресенская, Г.С. Методика и техника селекции горчицы сарептской
/ Г.С. Воскресенская, В.И. Шпота – Краснодар, 1965. – С. 144-148.
4. Паушева, З.П. Практикум по цитологии растений / Паушева З.П. – М:
Агропромиздат, 1988. – С. 98-99.
5. Симигулина, Н.С. Практикум по генетике / Н.С. Симигулина, И.Б. Кирина – Мичуринск – наукоград РФ, 2008. – С . 30-37.
6. Рыкунова, В.Н. Межсортовые гибриды горчицы сарептской / Рыкунова В.Н. – Краснодар, 1962. – С. 217.
METHODS OF SEED SETTING INCREASING AT INTRASPECIFIC
HYBRIDIZATION OF MUSTARD (Brassica juncea L.)
Trubina V.S., Gorlov S.L., Serdyuk O.A.
It was determined that the reason of low seed setting in intraspecific hybridization of mustard is a loss of viability by pollen in the process of its preparation for pollination. The methods that provide increase of hybridization productivity are developed.
237