DISTANT HYBRIDS OF ×TRITITRIGIA WITH ELYTRIGIA INTERMEDIA AND ELYMUS FARCTUS

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.125.76
Issue: № 11 (125), 2022
Suggested:
10.10.2022
Accepted:
28.10.2022
Published:
17.11.2022
157
10
XML PDF

Abstract

The article is dedicated to the research of grain quality of 8-10 generations (F8-F10) of unique hybrids of two crossing combinations ×Trititrigia ×Elytrigia intermedia and ×Trititrigia ×Elymus farctus obtained in the Remote hybridization department of the Tsitsin Main Botanical Garden of Academy of Sciences and included in its collection. These hybrids were created as new sources of valuable traits for the breeding of soft wheat and as "bridges" for further transfer of these traits to soft wheat. The study showed that both studied combinations have high grain quality. According to the sedimentation indices of hybrids of combination ×Trititrigia ×E.intermedia, 4 samples out of 15 studied can be classified as valuable wheat, 11 samples belong to strong wheat (two of them have sedimentation indices 9,5 and 9,6 ml). Gluten content is high - from 30.0% to 35.0%, mostly of quality group I; the samples of the hybrid combination ×Trititrigia ×E.intermedia have light gluten with a pronounced yellow shade. In the crossing combination, Trititrigia ×E. farctus, 3 samples (out of 15 examined) belong to valuable wheat, 12 samples are strong wheat, 5 of them have sedimentation values of 9.0 ml and 9.6 ml. Gluten content is high (up to 37.5%) of quality groups I and II, gluten color with a pronounced yellow shade. The hybrids ×Trititrigia ×E.intermedia and Trititrigia ×E. farctus are sources of high grain quality and can be used in wheat breeding.

1. Введение

Важнейшей задачей современной селекции является улучшение мягкой пшеницы за счет передачи ей ценных свойств от диких сородичей [1], [2]. Как известно, большинство диких сородичей пшеницы, в отличие от культурных сортов злаков, более пластичны, легче приспосабливаются к условиям окружающей среды, а также устойчивы ко многим заболеваниям [3], [4]. Именно эти особенности диких видов необходимы современным сортам пшеницы в связи с изменением климатических условий и ухудшением экологии [5], [6].

В конце 90-х годов, наряду с прочими исследованиями, сотрудники Отдела отдаленной гибридизации Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН проводили скрещивания синтетического рода ×Trititrigia cziczinii Tsvel., также известного как «многолетняя пшеница» [7], с двумя представителями третичного генофонда – видами пырея - Elytrigia intermedia (Host)Nevski (образец, ранее не использовавшийся в подобных скрещиваниях) и Elymus farctus (Viv.) Runemark ex Melderis для получения новых гибридов, которые в последующем могли бы служить в селекции мягкой пшеницы источниками хозяйственно-ценных признаков. Включение в гибридизацию ×Trititrigia было обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, этот синтетический род имеет в  составе своего генома пырейные хромосомы [8], часть которых может быть гомеологична хромосомам опылителей, что облегчает скрещиваемость. Во-вторых, мы предположили, что гибриды с ×Trititrigia послужат «мостиком» для переноса генетического материала диких видов пшенице при дальнейших скрещиваниях полученных гибридов с сортами мягкой пшеницы.

Были получены гибриды в обеих комбинациях скрещивания. Однако,  в силу различных обстоятельств, подробное изучение полученных образцов не проводили, но регулярно пересевали их, и, на сегодняшний день, мы имеем в коллекции Отдела отдаленной гибридизации образцы восьмого-десятого (F8-F10) поколений в комбинациях ×Trititrigia× E.intermedia и ×Trititrigia×E. farctus. В настоящее время исследования возобновлены и на данном этапе работы мы сосредоточились на оценке качества зерна полученных гибридов.

Цель исследования - создание новых источников ценных свойств для использования в селекции мягкой пшеницы.

Актуальность работы обусловлена запросом на получение  урожайных и адаптивных сортов пшеницы с хорошим качеством зерна.

2. Методы и принципы исследования

Работу вели на полях Отдела отдаленной гибридизации ГБС им. Н.В. Цицина РАН в Московской области, селе Рождествено.

Гибридизация ×Trititrigia с дикими сородичами была начата в самом конце 1990-х гг. [9]. В этих скрещиваниях род ×Trititrigia был материнским растением, виды пырея – опылителями. Работу проводили в полевых условиях. В связи с тем, что ×Trititrigia - озимое растение, её семена высевали в рядки в конце августа. Для гибридизации выращивали сорта М3202, М169, ЗП 26. Опылители – E. intermedia и E. farctus, которые в условиях Подмосковья могут расти на одном месте до 8 лет, выращивали на отдельных участках. Кастрацию и опыление проводили методом Твел, пыльцу наносили на пестики с помощью пинцета и использовали пергаментные изоляторы для каждого колоса.

При гибридизации ×Trititrigia с E. intermedia были получены только гибриды материнского типа внешне почти неотличимые от ×Trititrigia (2n=56) но с другими числами хромосом (2 n менее 56). При скрещиваниях в комбинации ×Trititrigia × E. farctus были получены две категории гибридов – гибриды материнского типа и промежуточный 63-хромосомный  частично фертильный гибрид, давший потомство при свободном опылении. Все гибридные образцы включены в рабочую коллекцию отдела отдаленной гибридизации. Чтобы исключить появление материнских зерновок, возможное при ошибках в процессе кастрации, у завязавшихся зерновок определяли числа хромосом и в дальнейшем работали только с проверенными растениями. Гибриды были фертильны, имели хорошую всхожесть семян и поэтому не нуждались в беккроссировании [10]. В F2 и, выборочно, в F3 также определяли числа хромосом. Гибриды первых трёх поколений выращивали рассадой. Колосья гибридных растений F1- F3 изолировали. Начиная с F4, образцы сеяли сухими семенами, выращивали при свободном опылении, хромосомы не считали. Отборы проводили по величине колоса, крупности зерна. Поражения растений полевыми инфекциями не было.

В 2020 г. (на материале урожая 2019 г.) у изучаемых гибридов определили стекловидность, массу 1000 зерен, показатель седиментации и, для отдельных образцов, количество и качество клейковины (таблица 1 и таблица 2).

Метод седиментации, основанный на способности клейковинных белков набухать в растворах слабых кислот, позволяет классифицировать сорта пшеницы по «силе муки», отражая при этом количество и качество клейковины, содержащейся в зерне. При определении показателя седиментации мы применяли микрометод, рекомендованный Государственной комиссией по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (ныне ВЦОКС) с использованием 2% раствора ледяной уксусной кислоты [10], [11].

Содержание сырой клейковины определяли стандартным методом по ГОСТ54478-2011 Зерно. Методы определения количества и качества клейковины в пшенице [13]. Стекловидность – по срезу зерна - и массу 1000 зерен – по общепринятым методикам.

3. Основные результаты

Гибриды ×Trititrigia × E. intermedia и ×Trititrigia ×E. farctus были получены в Отделе отдаленной гибридизации Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН и не имеют аналогов. Как было указано выше, подробное изучение этих гибридов только начинается. В данной статье приводятся результаты изучения качества зерна 30 образцов (по 15 образцов из каждой комбинации) изучаемых гибридов.

Образцы комбинации ×Trititrigia × E. intermedia (рис.1) не превышают стандартные сорта ×Trititrigia по продолжительности вегетационного периода, имеют прочную соломину и устойчивы к полевым инфекциям. Все образцы в той или иной степени склонны к послеуборочному отрастанию.

4. Обсуждение

Изучение качества зерна гибридов этой комбинации (таблица 1) показало, что большинство образцов относятся к среднестекловидным (от 40 до 60%).

К низкостекловидным образцам можно отнести № 3 и №14 (стекловидность 37% и 34% соответственно). Образцы, обладающие высокостекловидным зерном - № 2 и № 10 (стекловидность 78% и 63%.). Все исследованные образцы имеют довольно крупное зерно (масса 1000 зерен более 30 г). Самое крупное зерно у № 2 (42,6 г). По показателю седиментации все образцы предварительно можно охарактеризовать как образцы высокого качества (более 5 мл). К ценной пшенице (от 6 до 8 мл) можно отнести образцы №№ 12, 8, 5 и 14 (7,1 мл; 7,3 мл; 7,5 мл и 7,6 мл соответственно). К сильной пшенице (более 9 мл) относятся № 3 (9,5 мл) и № 13 (9,6мл). Остальные 9 образцов также относятся к сильной пшенице (более 8 мл). Одним из основных показателей качества зерна является содержание и качество клейковины в зерне. Содержание клейковины высокое – от 30,0 до 35,0 %, преимущественно I группы качества. Из таблицы 1 видно, что к первой группе качества (характеризуется как хорошая) и высоким содержанием клейковины обладают образцы № 2,4,6,13. Несколько меньше (30%) клейковины хорошего качества у образцов № 5,8,9,10. Все изученные образцы данной комбинации имеют желтый оттенок клейковины.

Таблица 1 - Качество зерна гибридов ×Trititrigia × E.intermedia

Образец

Стекловидность, %

Масса 1000 зерен, г

Показатель седиментации, мл

Содержание клейковины, % и группа качества

1

56

40,5

8,5

35,0 (II)

2

78

42,6

8,4

34,0 (I)

3

37

37,2

9,5

35,0 (II)

4

44

37,4

8,7

32,0 (I)

5

54

37,6

7,5

30,0 (I)

6

38

39,8

8,5

34,2 (I)

7

51

39,5

8,1

-

8

48

40,7

7,3

30,0 (I)

9

51

39,1

9,0

30,0 (I)

10

63

34,7

8,8

30,0 (I)

11

43

35,6

8,8

-

12

43

38,8

7,1

-

13

50

33,2

9,6

32,0 (I)

14

34

38,8

7,6

-

15

47

40,2

9,0

-

Примечание: урожай 2019 г.

Гибридная комбинация ×Trititrigia × E. farctus (рис.2), как уже упоминалось выше, состоит из двух частей: гибриды материнского типа и потомство 63-хромосомного промежуточного гибрида. В исследование качества зерна гибридов было вовлечено 15 образцов (таблица 2). 3 образца № 1, № 2 и №4 – гибриды материнского типа, изначально фенотипически близкие ×Trititrigia, остальные 12 – потомство 63-хромосомного гибрида. Обе группы гибридов хорошо зимуют и не подвержены инфекциям. У гибридов материнского типа продолжительность вегетационного периода равна сортам ×Trititrigia, вегетационный период второй группы длиннее на неделю. Все образцы (особенно образцы второй группы) хорошо отрастают после уборки.

Анализируя данные таблицы 2, видим, что в комбинации ×Trititrigia × E. farctus 11 образцов из 15 имеют низкую стекловидноть (ниже 40%). Высокостекловидное зерно (63%) у образца №7. Самая высокая масса 1000 зерен у № 3 (39,4 г) и у № 14 (38,6 г). У остальных образцов этой комбинации масса 1000 зерен от 18,6 г (№ 15) до 35,6 г (№1). Показатель седиментации высокий. На уровне очень хорошей сильной пшеницы (показатель седиментации 9,0 мл,9,6 мл) находятся 5 образцов, 7 образцов - на уровне сильной пшеницы (8,0 – 8,9%) и три образца имели более низкий показатель седиментации (6,5 - 7,8%), что, между тем, позволяет классифицировать их как ценные пшеницы. Количество и качество клейковины определено у 10 образцов и находится в пределах от 28,0% до 37,5%. Клейковина первой и второй группы качества (I и II). У образцов №№ 6 и 11 отмечено наибольшее содержание хорошей по качеству клейковины. В гибридной комбинации ×Trititrigia × E.farctus у всех номеров клейковина имела желтый оттенок, наиболее ярко выраженный у образца №13.

При сравнении качества зерна гибридных комбинаций выяснилось, что, в среднем, стекловидность у образцов ×Trititrigia × E. farctus существенно ниже и зерно, в среднем, мельче, чем у образцов ×Trititrigia × E. Intermedia.

Таблица 2 - Качество зерна гибридов ×Trititrigia × E. farctus

Образец

Стекловидность, %

Масса 1000 зерен, г

Показатель седиментации, мл

Содержание клейковины, % и группа качества

1

9

35,6

7,8

28,0 (I)

2

29

34,2

8,9

28,3 (II)

3

30

39,4

8,5

32,8 (II)

4

42

30,4

8,6

32,9 (II)

5 (тёмное зерно)

50

24,0

9,0

-

6 (светлое зерно)

34

23,0

9,0

35,0 (I)

7

63

32,2

9,0

32,4 (I)

8

11

32,2

8,0

-

9

12

24,6

9,0

-

10

32

30,6

8,7

37,5 (II)

11

29

30,8

9,6

33,0 (I)

12

23

29,4

8,5

33,8 (II)

13

35

34,0

8,5

34,5 (II)

14 (красное зерно)

9

38,6

6,5

-

15 (тёмное зерно)

54

18,6

7,5

-

Примечание: урожай 2019 г

Показатель седиментации гибридов с E. farctus выше, чем гибридов с E. intermedia. Количество и качество клейковины сопоставимы у обеих комбинаций скрещивания. Однако в комбинации ×Trititrigia × E.intermedia выявлено большее количество образцов с хорошей по качеству клейковиной. У всех исследованных на содержание клейковины образцов гибридной комбинации ×Trititrigia × E. intermedia и ×Trititrigia × E. farctus клейковина светлая с ярко выраженным желтым оттенком. Возможно этот признак унаследован изучаемыми нами гибридами от ×Trititrigia. Известно, что для большинства образцов ×Trititrigia характерен желтый оттенок муки, клейковины и хлебного мякиша [12].

Таким образом, по основным показателям, характеризующим качество зерна гибридов и обеспечивающим хорошие хлебопекарные свойства (показатель седиментации, качество и количество клейковины), гибриды ×Trititrigia × E. intermedia, как и гибриды ×Trititrigia × E. farctus, являются перспективными источниками полезных свойств для селекционной работы по улучшению мягкой пшеницы.

5. Заключение

1. В Отделе отдаленной гибридизации Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН получены новые гибриды ×Trititrigia × E. intermedia и ×Trititrigia × E. farctus, не имеющие аналогов. Они представляют интерес с теоретической точки зрения (для изучения процессов, происходящих в клетках растений при отдаленной гибридизации).

2. В настоящее время в рабочей коллекции ГБС находятся образцы восьмого-десятого (F8-F10) поколений ×Trititrigia × E. intermedia и ×Trititrigia × E. farctus.

3. Изучены качественные показатели зерна гибридов ×Trititrigia × E. intermedia и ×Trititrigia × E. farctus. Выявлено, что стекловидность у образцов ×Trititrigia × E. farctus существенно ниже, чем у образцов комбинации ×Trititrigia × E. intermedia. Масса 1000 зерен в комбинации ×Trititrigia × E. intermedia колеблется в среднем от 35 г до 42 г, в комбинации ×Trititrigia × E. farctus – от 19 г до 39 г, то есть больше разброс по массе. По показателям седиментации, качеству и количеству клейковины образцы относятся к сильным и ценным пшеницам. Обе изученные комбинации обладают высоким содержанием сырой клейковины I и II группы качества. У гибридов с E. intermedia содержание клейковины в пределах 30,0-35,0%; у гибридов с E. farctus - от 28,0 до 37,5%. В комбинации ×Trititrigia × E. intermedia по показателям качества выделяются образцы 2,4,6,13. В комбинации Trititrigia × E. farctus высокое содержание клейковины хорошего качества показали образцы № 6 и 11.

У всех изученных образцов обеих комбинаций клейковина имеет желтоватый оттенок разной степени интенсивности.

4. Гибридные комбинации ×Trititrigia ×E. intermedia и ×Trititrigia × E. farctus являются источниками признака высокого качества зерна.

5. Гибриды ×Trititrigia × E. intermedia и ×Trititrigia × E. farctus представляют несомненный практический интерес для использования в селекции пшеницы на качество.

Образцы комбинации ×Trititrigia ×E.intermedia: слева образец № 9, справа - №3.

Рисунок 1 - Образцы комбинации ×Trititrigia ×E.intermedia: слева образец № 9, справа - №3.

Образцы комбинации ×Trititrigia × E.farctus : слева образец №2, справа - №13.

Рисунок 2 - Образцы комбинации ×Trititrigia × E.farctus : слева образец №2, справа - №13.

Article metrics

Views:157
Downloads:10
Views
Total:
Views:157