Фото и литература – Селекция винограда на бессемянность, крупноягодность и раннеспелость на полиплоидном уровне

Селекция винограда на бессемянность, крупноягодность и раннеспелость на полиплоидном уровне

Содержание материала

Волынкин В.А., доктор с.-х. наук, НИВиВ «Магарач»
Зленко В.А., научный сотрудник, к.с.-х.н. НИВиВ «Магарач»
Лиховской В.В., заведующий сектором питомниководства НИВиВ «Магарач»

Эффективность отрасли виноградарства во многом зависит от возделываемого сортимента. Культивирование конкретного сорта в определенных почвенно-климатических условиях в значительной мере влияет на эффективность использования земли, орошения, применения удобрений, химикатов и других необходимых при возделывании агротехнических мероприятий.
Во всем мире наблюдается возрастающее внимание к бессемянному столовому винограду как полезному по диетической и питательной ценности продукту питания, который пользуется высоким спросом в течение круглого года. Эта тенденция неоднократно отмечалась на Генеральных ассамблеях Международной организации винограда и вина.
Наиболее перспективным направлением в селекции винограда на создание бессемянных сортов является сочетание в одном генотипе бессемянности с устойчивостью к неблагоприятным воздействиям внешней среды, болезням и вредителям. Но сегодня потребителя интересуют также размер ягод, величина грозди, окраска и вкусовые качества столового винограда, что в целом определяет товарность продукции сорта. Проведенными ранее исследованиями установлено, что рост и линейные размеры ягод коррелируют с массой семян в ягодах, поскольку в семенах синтезируются гиббереллины, и чем больше масса семян в ягодах, тем они больше их продуцируют и, следовательно, вырастают более крупные ягоды [9]. В связи с существованием такой закономерности пока не получены бессемянные сорта винограда с ягодами крупнее 6 г.
С другой стороны в биологии известна возможность существования фертильных растений с увеличенным набором хромосом (полиплоидов). Около 45 % растительных видов на Земле представлено полиплоидами. Наиболее ценные культурные растения, такие как пшеница, овес, арахис, картофель, брюква, горчица, слива, земляника, ежевика, табак, люцерна, тимофеевка, топинамбур, багат, оливковое дерево, сахарный тростник и другие, являются полиплоидами [10].
Каждый вид растительного и животного организма характеризуется определенным и константным числом хромосом, которое в соматических клетках бывает в два раза больше (2n – диплоидное), чем в зрелых половых клетках (n – гаплоидное). Изменчивость числа хромосом в пределах вида встречается крайне редко [1].
B. R. Nebel (1929) установил диплоидный набор хромосом (2n = 38) у видов V. vinifera, V. labruska, V. amurensis, V. coignite и V. doniana [12].
Однако в результате нарушения клеточного деления число хромосом может изменяться.
Полиплоидия связанна с кратным увеличением хромосом в ядрах клеток организма. Полиплоидный ряд может быть представлен как сбалансированными, так и несбалансированными типами хромосомных чисел. К первым относятся 2n – диплоидный, 4n – тетраплоидный, 6n – гексаплоидный, 8n – октаплоидный, 10n – декаплоидный; ко вторым – 3n – триплоидный, 5n – пентаплоидный, 7n – гектаплоидный, 9n – эннаплоидный наборы хромосом. Растительные организмы с большей плоидностью встречаются реже.
У полиплоидных организмов часто увеличиваются размеры репродуктивных органов (цветков, плодов и семян), изменяются физиологические процессы, повышаются пластичность и устойчивость к условиям окружающей среды, что в конечном итоге ведет к значительному увеличению их адаптивного потенциала. У тетраплоидов винограда, как правило, грозди и ягоды крупнее (они часто и более раннеспелые), а листья, побеги и общий габитус растения мощнее, чем у диплоидов, что указывает на их большую жизнеспособность [11].
Первые тетраплоидные формы винограда установлены B. R. Nebel, который при цитологическом исследовании сортов обнаружил, что крупноягодные клоны Muskat gigas и Sultanina gigas содержат в соматическом наборе удвоенное число хромосом (2n = 76), а у обычных растений этих же сортов 2n = 38 [12].
О соматической мутации у сорта Султанина (Кишмиш белый овальный, Thompson Seedless) сообщил H. P. Olmo [13]. Автор отмечает, что крупноягодные спорты этого сорта были несколько раз обнаружены на виноградниках Калифорнии. Все они отличались от исходного сорта увеличенным размером гроздей, ягод, листьев толстыми побегами и укороченными междоузлиями. У некоторых вес одной грозди достигал 2 кг, а средний вес ягод – 3,6 г. Самые крупные ягоды весили 5 г, что почти в два раза больше, чем у исходного сорта.
В работах H. P. Olmo сообщается о новых тетраплоидных формах винограда, обнаруженных среди крупноягодных японских сортов[14, 15].
Огромный вклад в цитогенетику винограда внес Ш. Г. Топалэ. Им с коллективом сотрудников проанализировано на число хромосом более 1000 сортов и клонов винограда из ампелографических коллекций МолдНИИВиВ НПО «Виерул» и НИВиВ «Магарач». Оказалось, что подавляющее большинство сортов винограда имеют в соматическом наборе 38 хромосом и, следовательно являются диплоидами. Только сорта Шасла Гро Куляр розовая, Шасла Гро куляр белая и Сажарет – истинные тетраплоиды с тетраплоидным перициклом и соматическим числом хромосом 2n = 76. Шасла диамант, Шасла Бернардская и четыре клона – Рислинг крупноягодный, Шабаш крупноягодный, Мускат александрийский крупноягодный, Кишмиш белый крупноягодный – миксоплоиды. У миксоплоидов при макроспорогенезе в семяпочке образуются два рода макроспор, из которых в женском гаметофите (зародышевом мешке) формируются два рода гамет – гаплоидные и диплоидные яйцеклетки в соотношении примерно 3 : 1. В пыльниках соцветий при микроспорогенезе также образуются микроспоры двух родов, из которых в мужском гаметофите формируются гаплоидные (n = 19) и диплоидные (n = 38). Однако в отличие от женских диплоидные и гаплоидные мужские гаметы встречаются с равной частотой [11].
В НИВиВ «Магарач» проводилась большая работа по гибридизации тетраплоидных форм и диплоидных сортов винограда. Для создания новых генотипов включались в гибридизацию путем скрещивания диплоиды с полиплоидами; полиплоиды с полиплоидами. В результатом длительной работы получен триплоидный сорт Поливитис Магарача (3n = 57), родительскими формами которого являются Ката Курган и тетраплоидный сорт Шасла Гро Куляр белая.
Наряду с положительными особенностями (например, увеличение размера гроздей и ягод) у полиплоидов имеется ряд нежелательных свойств. Главными из них является пониженная плодовитость, недостаточно высокая продуктивность, а так же низкие вкусовые качества. Известно, что плодовитость регулируется системой полигенов или генов-модификаторов, находящихся у диплоидов в сбалансированном состоянии. Увеличение количества хромосом, видимо, вызывает нарушение этого стройного равновесия, и как следствие приводит к бесплодию. Семенное бесплодие вызывается также нарушениями физиологического баланса, ненормальностями при образовании пыльцы, аномалиями опыления, нарушениями роста пыльцевых трубок и оплодотворения. Отклонения от норм при мегаспорогенезе у полиплоидов приводит к двум типам нарушений – до оплодотворения, приводящее к «гаплоидной стерильности» и после оплодотворения, вызывающее аномальное развитие эндосперма и зародыша – «зиготическая стерильность» [5].
У триплоидов сильно выражена стерильность. В их потомстве появляются в различных соотношениях диплоидные и анеуплоидные формы. Объясняется это очень сильным нарушением мейоза вследствие образования тривалентов, а также наличием унивалентых хромосом [3]. У бессемянного винограда, также нарушен процесс оплодотворения.
В последнее время экспериментальным получением полиплоидов занимаются во многих цитогенетических и селекционных лабораториях. Методика этих работ очень разнообразна: изменение температурных условий, использование ионизирующего излучения и всевозможных химических (действие различных мутагенов) и механических воздействий (удаление верхушки побегов, пасынкование и др). Наиболее успешные результаты получены при использовании некоторых химических веществ, например колхицина, аценофтена и др. Как бы сильно не отличались между собой все перечисленные реагенты, применение их сводится к воздействию на механизм митоза и мейоза для получения полиплоидных клеток.
Полиплоиды можно получать, применяя химические вещества, которые, оказывая наркотическое действие на митотический аппарат (блокада веретена), задерживают расхождение сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки в процессе митоза, вследствие чего число хромосом удваивается. В дальнейшем из этой тетраплоидной клетки, которая приобретает способность к нормальному делению, образуется ткань, затем побег и репродуктивные органы.
Однако, после обработки мутагенами и полиплоидогенами вегетативных органов растений, в частности колхицином, образуются в большей степени мозаичные, в том числе и миксоплоидные растения, реже получаются периклинальные и секториальные химеры. В процессе онтогенеза миксоплоидных растений химерность изменяется и чаще появляются периклинальные химеры. В дальнейшем часто побеги «расхимериваются», но их нижняя часть состоит из плоидных тканей [6].
Имеются сведения о получении с помощью колхицина полиплоидных форм винограда [2].
Существуют различные методы получения полиплоидных форм. Среди них обработка семян, обработка сеянцев в семядольном состоянии, обработка побегов окорененных черенков (метод Дермена). Концентрация раствора колхицина 0,12; 0,25, и 0,5% [7].
Каждая клетка организма реагирует на колхицин как самостоятельная единица. При применении различных способов обработки колхицином большого количества сортов установлено, что в зависимости от генотипа и состояния объекта по разному происходит как проявление мутаций, так и сохранение мутагенного эффекта [5].
Известно, что полиплоидия не является вполне устойчивой и в ряде случаев индуцированные полиплоиды возвращаются в диплоидное состояние. Плоидность тканей часто меняется в онтогенезе, что отмечается при повторных цитологических исследованиях обработанных растений и при получении изменений морфологических признаков. Тетраплоидные клетки делятся медленнее диплоидных, поэтому наблюдается постепенное вытеснение первых. Большинство измененных побегов, достигнув 20 см, расхимериваются, но нижняя часть побегов всегда имеет мутантные ткани.
С помощью обработки колхицином вегетативных частей растений и семян получить тетраплоидное растение винограда, состоящее на 100 % из тетраплоидных клеток, невозможно. Большинство исследователей создавших с его помощью искусственные полиплоиды самых разнообразных культур отмечают, что при этом, как правило, образуются химеры, состоящие из диплоидных и тетраплоидных клеток и тканей, а не 100 % – ные полиплоиды. Установлено, что если перицикл состоит из полиплоидных клеток, то генеративные органы растения или отдельного побега – цветки и семена – также являются полиплоидными. Растения с полиплоидным перициклом при макро- и микроспорогенезе в семяпочках и пыльниках образуют два вида макро- и микроспор, а соответственно и половых клеток – диплоидные ( n = 38) и гаплоидные (n = 19) гаметы, которые в результате оплодотворения приводят к формированию разногаметного потомства, состоящего из ди- три- и тетраплоидных сеянцев. Согласно исследованиям Ш. Г, Топалэ, 100 % – ный тетраплоид винограда можно вырастить только из семян. Нельзя сравнивать «сырые» митотические полиплоиды с мейотическими, полученными с помощью гибридизации [5].
Цель настоящих исследований заключалась в получении крупноягодных полиплоидных бессемянных форм винограда путем гибридизации обработанных колхицином материнских и отцовских форм, изучение влияния обработки колхицином почек виноградного растения и формирование миксо-и полиплоидных форм, определение фазы развития для обработки, подбор концентраций раствора, установление продолжительности обработки для получения полиплоидных побегов, соцветий, диплоидных и гаплоидных гамет.
В опыте использовали в качестве исходных шесть материнских гибридных форм (далее г.ф.), имеющих функционально женский тип цветка, три из которых имеют в генотипе бессемянные сорта.
Гибридная форма Лора имеет очень большие по величине грозди, очень крупные овальные, желтой окраски ягоды. Консистенция ягод отличается весьма мясистой мякотью, кожица при еде не ощущается.
У г.ф. Талисман ягоды достигают массы до 24 грамм. Эта форма обладает высокой морозостойкостью – 25 ºС, а также хорошей всхожестью семян, до 40 %, высокой жизнеспособностью сеянцев и передачей своему гибридному потомству признака крупноплодности ягод.
На примере г.ф. Подарок Запорожью полученной в результате гибридизации Талисман на Восторг, мы наблюдаем передачу признака крупноплодности ягод, от исходной материнской формы Талисман. Данная г.ф. обладает повышенной устойчивостью к грибным заболеваниям милдью и оидиуму.
Г.ф. Гурман ранний получена в результате скрещивания Талисмана с бессемянным сортом Кишмиш лучистый. В представленной форме прослеживается наследование признака крупноплодности ягод от исходной материнской формы Талисман, что подтверждает вероятность использования г.ф. Талисман в качестве донора источника крупноплодности.
Сорта Аркадия на Кишмиш лучистый являются исходными родительскими формами г.ф. Прометей. В этом потомстве мы наблюдаем передачу бессемянным сортом Кишмиш лучистый розовой окраски ягод. Данная форма обладает ярко выраженным мускатным вкусом.
Г. ф. София из той же семьи Аркадия на Кишмиш лучистый. Имеет также розовую окраску ягод, но не столь интенсивную как у Прометея. Эта форма имеет очень большие нарядные грозди, очень крупные ягоды с мускатным ароматом.
Из данных приведенных в таблице 1 видно, что основной принцип подбора исходных форм заключается в передаче гибридному потомству крупноплодности ягод, величины грозди, нарядной окраски а также различных сроков созревания.
Таблица 1. Краткая характеристика материнских исходных форм

Оценка показателя по 9-бальной шкале МОВВ*, баллы

Размер грозди, (202)

Размер ягоды (220)

Окраска кожицы (225)

Особенности вкуса (236)

Срок созревания (303)

Степень устойчивости листьев к милдью (452)

Селекция винограда на бессемянность, крупноягодность и раннеспелость на полиплоидном уровне – Селекция винограда – Фото и литература

Содержание материала

Фото 1. Морфологические изменения листьев винограда после обработки распускающихся почек колхицином (слева после обработки, справа контроль без обработки).

Фото 2. Увеличение формы и размеров ягод у г.ф. Талисман после обработки колхицином почек во время закладки в них генеративных органов (верхний ряд после обработки колхицином, нижний ряд контроль без обработки).

Фото 3. Изменение формы и размеров семян после обработки колхицином почек во время закладки в них генеративных органов (верхний ряд после обработки колхицином, нижний ряд контроль без обработки).

Литература
1. Атабекова А. И., Устинова Е. И., Цитология растений. – М.: Колос, 1967. – 232 с.
2. Голодрига П.Я., Топалэ Ш.Г. Экспериментальное получение тетраплоидных форм винограда. III Всесоюз. совещ. по полиплоидии. Тез. докл. Минск, 1970. – с. 117-118.
3. Гуляев Г.В. Генетика. – М.: Колос, 1977. – 360 с.
4. Дикань А.П., Вильчинский В.Ф., Верновский Э.А., Заяц И.Я. Виноградарство Крыма. Пособие. – Симферополь: Бизнес –Информ, 2001. – 408с.
5. Киреева Л.К. Новые методы в селекции винограда. Ялта: ВНИИВиПП «Магарач».- 1991. – 140 с.
6. Мельничук М.Д. та iн. Бiотехнологiя рослин: Пiдручник – К.: Полiграф Консалтинг; 2003. – 520 с.
7. Методические указания по селекции винограда. – Ереван. 1974. – 226 с.
8. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Агропромиздат, 1988. – 271 с.
9. Смирнов К.В., Кострикин И.А., Майстренко Л.А., Шевцов А.Н., Бельчиков Э.А., Ключиков И.А., Ключиков Е.А. Бессемянные сорта и гибридные формы винограда. Новочеркасск – Запорожье: Дар. – 2002. – 54 с.
10. Стрельчук С. И. Основы экспериментального мутагенеза. – Киев. – Вища школа, 1981. – 216 с.
11. Топалэ Ш.Г. Полиплоидия у винограда. Кишинев: Штиница. – 1983. -216с.
12. Nebel B. R. Zur zytologie von Malus und Vitis. – Gartenbauwissensch; 1929, 1, 6.
13. Olmo H. P. Bud mutation in the vinifera grape. II. Sultanina gigas. – Proc. Amer. Soc. Hort. Sci., 1935, 33.
14. Olmo H. P. Breeding new tetroploid grapes. – Proc. Amer, Soc. Hort. Sci., 1942, 41
15. Olmo H. P. Breeding tetroploid grapes. – Proc. Amer, Soc. Hort. Sci., 1952, 59

ПОЛИПЛОИДИЯ

ПОЛИПЛОИДИЯ (от греч. polyploos — многопутный, здесь — многократный и eidos — вид), кратное увеличение числа хромосом в ядрах клеток растительного или животного организма.

П. широко распространена как у высших, так и у низших растений, что объясняется наличием у них самоопыления, апомиксиса и вегетативного размножения. Она является важным источником изменчивости в процессе эволюции, используемым человеком в селекции. В случае П. (естественной или вызванной искусственно) наблюдаются отклонения от диплоидного (хормального) числа хромосом в соматических клетках и от гаплоидного — в половых. Причинами П. могут быть чрезмерно высокие или низкие температуры, ионизирующая радиация, некоторые химических вещества, а также различные изменения физиологически состояния клетки. Сущность действия этих факторов на организм сводится к нарушению расхождения хромосом в процессе митоза или мейоза и образованию клеток с кратно увеличенным числом хромосом по сравнению с исходной клеткой. Если при П. каждая хромосома представлена трижды (Зп), говорят о триплоидии, если четырежды (4п) — о тетраплоидии и т.д. Полиплоидные формы — полиплоиды, возникшие при кратном увеличении числа хромосом одного и того же вида, именуются автополиплоидами (см. Аутополиплоидия), а возникшие в результате кратного увеличения числа хромосом при скрещивании разных видов — аллополиплоидами (см. Аллополиплоидия). П. вызывает глубокие и разносторонние изменения морфологии, физиологии и биохимии в затронутых ею растениях по сравнению с их исходными диплоидными формами. У полиплоидных организмов часто увеличиваются размеры репродуктивных органов (цветков, плодов, семян), изменяются физиологически процессы, повышается изменчивость, пластичность и устойчивость к окружающим условиям, что в конечном итоге ведет к значительному увеличению их адаптивного потенциала. При естественной полиплоидизации многие виды растений, в т.ч. виноград, проявляют тенденцию к развитию морфологические признаков, особенно габитуса и ягод, в сторону гигантизма, что послужило основанием для ботаников назвать их gigas-формами.

Полиплоидные формы винограда выявлены у сортов Португизер, Рислинг рейнский, Кишмиш черный, Кишмиш белый овальный, Мускат александрийский и Султанина, среди крупноягодных японских, французских и др. сортов. Наибольшая практич. ценность таких полиплоидов состоит в том, что они могут служить исходными (родительскими) формами при гибридизации с различными диплоидными сортами, а это позволит создать богатый полиплоидный гибридный фонд, в рамках которого станет возможной селекция на триплоидном уровне в самых разных направлениях (бессемянность, крупноягодность, раннеспелость и т.д.).

Литература: Назаренко Б. П. Полиплоидия в растениеводстве. — Москва, 1975; Лаптев Ю. П., Юдина Т. А. Полиплоидия и ее роль в селекции. — Сельское хозяйство за рубежом, 1981, №5; Топалэ Ш. Г. Полиплоидия у винограда. — К., 1983; Lewis W. H. Polyploidy in species populations. — In: Polyploidy. New York—London, 2000.

Источники:

http://vinograd.info/publikacii/stati/selekciya-vinograda-na-bessemyannost-krupnoyagodnost-i-rannespelost-na-poliploidnom-urovne.html
http://vinograd.info/publikacii/stati/selekciya-vinograda-na-bessemyannost-krupnoyagodnost-i-rannespelost-na-poliploidnom-urovne-2.html
http://sortov.net/info/poliploidiya.html