Способ аналитической селекции сельскохозяйственных растений

 

Изобретение относится к селекции. Технической задачей изобретения является осуществление счетно-позиционного контроля в морфогенезе и следовательно повышение производительности труда в селекционном процессе. Способ реализуется за счет того, что измеряют количественные признаки в популяциях растений и анализируют анатомо-морфологические и физиологические счетно-размерные признаки у различных сортов растений. При этом для двух любых связанных признаков проводят анализ размещения модальных частот одного признака относительно другого в рассматриваемой совокупности. После чего группируют их в интервальный вариационный ряд и по полимодальным кривым варьирования частоты встречаемости исследуемых парных величин судят о возможности получения нового сорта с заданными признаками. 3 табл.

Изобретение относится к селекции возделываемых растений и может быть использовано в сельском хозяйстве. Цель изобретения - точное осуществление счетно-позиционного контроля в морфогенезе, создание эффективно действующего эталона времени, морфологического поля и морфологической длины, точное предсказание эмпирического результата и в конечном итоге повышение производительности труда в селекционном процессе.

Известен способ аналитической селекции растений, основанный на выявлении кванта онтоморфогенеза с использованием разных приемов биометрии [1]. Этот способ аналитической селекции дает единственный статистический результат, не позволяет шкалировать величины счетно-размерных признаков в виде иерархических арифметических рядов. При этом различия между парными признаками недостаточны и неполны, подбор форм для селекции затруднен. В изучении онтоморфологии растений отсутствует аспект пространственно-временной организации. Элементы, блоки, позиции, временной интервал измеряются и подсчитываются вне физической связи.

Новый способ аналитической селекции включает использование собственно-биологической пространственно-временной шкалы в качестве инструмента при осуществлении структурного контроля. Для этого сначала по модальным частотам выявляют элементарную величину счета и размера в структурной организации морфологического поля и морфологической оси. Данные по счетно-размерным признакам не обезличивают, как это принято при статистической обработке данных, а дуплетно противопоставляют частоты и величины, не искажая движущую картину их варьирования и композиции.

Многовершинность кривой получают путем включения в выборку гетерогенного материала, принадлежащего к разным генеральным совокупностям: разные сорта, взятые из разных типов местообитаний; естественные и индуцированные мутанты; виды и роды растений одного семейства.

В выбранном гетерогенном материале измерение с использованием собственно-биологических упорядоченно-хаотических (мозаичных) шкал проводят следующим образом. В начале при любом зафиксированном значении одного из рассматриваемых признаков (длины колосового стержня или количества колосков, площади поля зрения микроскопа или густоты устьиц) находят всегда одно и то же значение другого признака, связанных с первым функционально в равномощных или равных отношениях. Далее при любом зафиксированном значении одного из них проводят измерение или подсчет значений другого признака в колебательном режиме.

При изучении изменчивости длины колосового стержня и количества колосков измерение и подсчеты выполняют на сухом материале. Объем выборки при этом берут достаточно большим - не менее 1500 - 2000 колосьев, собранных в фазе восковой спелости зерновок. Длину колосового стержня у мягкой и твердой пшеницы измеряют соответственно с точностью 0,25 и 0,20 см (экспериментальные величины).

Подсчет густоты устьиц на эпидермисе проводят в середине листа ближе к центральной жилке. Материал собирают в фазе цветения растений (фиксированное время). В пределах каждого листа проводят 10 подсчетов. Поле зрения микроскопа передвигают по препарату в режиме фиксаций целых устьиц. В противном случае легким смещением препарата в сторону убирают из поля зрения микроскопа нецелые устьицы. Единицами измерения при этом принимают зафиксированное значение площади поля зрения микроскопа и целочисленные значения густоты устьиц.

Для нахождения кванта счета при варьировании густоты устьиц сначала проводят анализ размещения модальных частот в рассматриваемой совокупности мультикопийных дат, затем применяют группировку их в интервальный вариационный ряд. Частоты густоты устьиц вместе с частотами поля зрения микроскопа распределяют строго по своим местам соответственно своему значению. В центре классового интервала располагают кратные значения густоты устьиц, а влево и вправо от него по 3 минимальных и максимальных значения.

Объектами для апробации данного способа послужили сорта мягкой пшеницы Лютесценс 62, Саратовская 29, Артемовка, Мироновская 808, гибриды Мироновская 808 х Ульяновка и твердой пшеницы Народная, а также искусственные мутанты этих же сортов. В апробируемый материал вошли также литературные данные по пшенице [2], картофелю [3], редису и редьке [4] и кукурузе [5].

Установлено, что у разных видов растений густота устьиц на 1 мм² эпедермиса листа по модальным частотам образует квантированный ряд чисел, кратных базовому числу хромосом. Например, независимо от того, что твердая пшеница имеет 2х = 28, а мягкая - 2х = 42 хромосомы, внутривидовое варьирование густоты устьиц у них происходило одинаково с кратным числом 7 (табл. 1).

Видно, что у селекционных линий твердой и мягкой пшеницы среднеарифметические и индивидуальные величины по модальным частотам густоты устьиц представлены кратными числами: 28 - 35 - 42 - 49 - 56 - 63 - 70 - 77 - 84 У ежи сборной (2х = 28 хромосом) густота устьиц оказалась ровно в 4 раза выше, чем у пшеницы. Модальные частоты по густоте устьиц возвышаются именно там, где размещаются квантированные величины счетного признака (табл. 2).

Из данных табл. 2 видно, что несмотря на различия по частоте встречаемости вариантов, среднее значение признака в любом классе, особенно там, где должны стоять квантовые числа, сводится к замене классовых интервалов их центральными значениями, что свидетельствует о наличии собственно-биологический единицы счета в распределении густоты устьиц на эпидермисе листа. В сжатом виде квантированные числа, по густоте устьиц представлены числами (шт/мм²): 112 - 140 - 168 - 196 - 224 - 252 - 280 - 308 - 336 Видно, что семиричный ритм распределения густоты устьиц на эпидермисе листа весьма удачно укладывается в десятичный цифровой код.

По данным [5] разнообразия рядов зерен в початке кукурузы определяются величинами от 8 до 42. Отсутствуют здесь признаки с числами 2, 4, 6 рядов зерен. Однако они встречаются в колосе пшеницы, ржи и ячменя. Квантированный ряд зерен в початке кукурузы можно записать в виде блока двух рядов с девятью структурными элементами: 8 - 10 - 12 - 14 - 16 - 18 - 20 - 22 - 24 26- 28 - 30 - 32 - 34 - 36 - 38 - 40 - 42 Первый вариационный ряд завершается утроенным числом 24, а второй - инверсией этого числа. А с точки зрения соразмерности, пропорциональности и симметрии оба ряда являются по отношению друг к другу инверсными.

В морфологии колоса установлено, что у сортов мягкой и твердой пшеницу имеется внутренний ритм изменения структуры колоса, который на многочисленном материале (n = 2778 и 2844) представлен взаимно однозначным кратным варьированием длины колосового стержня и количества колосков в колосе соответственно в отношении 1 : 2 и 0,8 : 2. Количественный анализ показывает наличие почти полной зависимости между этими признаками (r = +0,92 ±0,06). При этом количество колосков в колосе колебалось от 8 до 24, а длина колосового стержня - от 4 до 12 см у мягкой пшеницы. Ниже приводятся данные по мягкой пшенице (табл. 3).

Из данных табл. 3 видно, что модальные частоты, подчеркнутые внизу, у 1/4 растений определяют равномощное паритетное отношение между рассматриваемыми признаками в виде 6:12, 6,5:13, 7:14 и т.д. У другой 3/4 растений при любом зафиксированном значении одного из них значение другого признака, несовпадающего с данным кратным отношением, предельно отклоняется от него в плюс и минус стороны на одну и ту же величину. При этом длина колосового стержня с девятью структурными элементами, независимо от количества колосков в колосе, предельно отклоняется на плюс и минус 1,0 см с ритмичностью 0,25 см, а количество колосков - на два колоска с ритмичностью 0,5 колосков. По отклонениям и ритмам снова устанавливается равномощный паритет. В колосе кроме развитых колосков формируются недоразвитые, число которых варьирует от 1 до 3. Снова утроенный ритм, но теперь малого кванта. По отношению к большому кванту малый квант равноценен эффекту 0,5 колосков.

В наших опытах у ежи сборной подсчет устьиц проводился при поле зрения микроскопа S = 0,5356 и S = 0,57 мм². При этом получены следующие квантированные ряды: 60 - 75 - 90 - 105 - 120 - 135 - 150 - 165 - 180 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90 - 100 - 110 - 120
Нетрудно заметить, что кратные счетные числа по густоте устьиц содержат в кратное число раз зафиксированный размер. Так, в составе первого ряда размер круга S = 0,5356 мм² представлен в виде "матрешки" и повторяется соответственно в 112 -...- 336 раз. Последний ряд соответствует также геометрическому расположению густоты устьиц на 1 мм² эпидермиса листа. Другой геометрический размер S = 0,57 мм² в составе чисел 40 -...- 120 повторен в кратное число раз с числами 70 - 105 - 140 - 175 - 210. Размер при этом выступает как постоянный равномощный спутник счета, что говорит о наличии функциональной пространственной связи между ними.

Обращаясь к литературе мы нашли еще две работы, где можно заметить у картофеля [3] , редиса и редьки [4] определенную генетическую связь между количеством устьиц и числом хромосом. Если число хромосом у этих растений представлено с кратным числом 6, то и количество устьиц на 1 мм² листовой поверхности делится на 6 в кратное число раз.

В другой работе [2] у разных видов и сортов пшеницы были обнаружены такие квантированные закономерности: число проводящих пучков в листьях всегда равно семи, а между основными семью видно по три мелких пучка, появление колоса наблюдается после образования на соломине 7 узлов, в соломине яровой пшеницы 7 пучков более крупных чередуются с другими семью несколько меньших размеров; строение стебля усложнено большим числом промежуточных пучков, обычно кратное 7; общее количество крупных пучков в 7-м междоузлии определяет собою число колосков в колосе; при непрерывном освещении преобладает число колосков 7, в естественных условиях приближается к 14, а у озимой пшеницы Украинка - к 21; количество хромосом у разных видов пшеницы кратно варьирует в пределах 14 - 28 - 42, т.е. во всех случаях изменчивость счетного признака представлена кратным числом семь, а наименьший признак утроен.

Анализ наших наблюдений показывает, что протяженность времени от всходов до цветения растений также кратна семи. Так, у ежи сборной Анненковская 18 с использованием химического мутагенеза нами был получен скороспелый мутант, который зацветает на 14 дней раньше исходного сорта. Этот мутант начинает цвести через 28 дней после начала отрастания растений. Обычно у яровой пшеницы цветение наступает через 56 дней, а у кукурузы - через 84 дня после всходов. Бросается в глаза, что на макроэволюционном уровне и числовой временной ряд также утраивается с квантовым ритмом 7 дней.

Экономический эффект от применения данного способа измерения в селекции растений еще не велик. Однако имеется большая перспектива использования данного изобретения в аналитической селекции при выведении новых форм растений, у которых численное значение измеряемых морфологических и временных признаков и свойств укладывается в квантированный арифметический ряд. В нашей работе новый способ аналитической селекции послужил основой выведения сортов растений, отличающихся пространственно-временным квантированным ритмом одной и той же природы. Так, по квантированному ритму рядов расположения зерен в початке кукурузы нами была предсказана возможность получения форм пшеницы, у которых варьирование количества колосков в колосе должно происходить в пределах от 26 до 42, т.е. ровно на 18 колосков больше, чем у обычных широкораспространенных в производстве сортов. В настоящее время нами действительно получены формы озимой пшеницы с вышеназванным варьированием количества колосков в колосе. Предсказана также возможность получения новых форм пшеницы с 2-3 колосками на одном уступе колосового стержня. Путем многократного отбора из гибридной популяции нами получены двухколосковые линии пшеницы.

Получены также сорта ежи сборной с хронобиологическим квантированным ритмом. В Ульяновской области районирован сорт ежи сборной Анненковская 18, который зацветает через 42 дня после начала отрастания. В конкурсном сортоиспытании за 1976 - 1980 годы урожайность зеленой массы и сухого вещества у этого сорта с хронологическим ритмом составила соответственно 415 и 103 ц/га против стандарта 316 и 76 ц/га. Экономический эффект при данном уровне урожайности ежегодно составляет 110 тыс.руб. с 1 га.

Источники информации
1. Магомедмирзаев М. М. Анализ структуры изменчивости морфологических признаков высших растений и его использование в решении общих и прикладных задач популяционной биологии. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук. Л., 1977.

2. Коломыцев Г.Г. К вопросу о закономерностях строения растений / Советская ботаника. М.-Л., 1936, N3, с.77-87.

3. Сизова М.А. Анатомическое строение листа некоторых видов картофеля // Тр. по прикл.бот., ген. и сел. Л : ВИР, 1976, т.37, B3.

4. Москалева Г.И. Сравнительное анатомическое изучение листа Ravanus sativus L //Бюллетень ВИР, Вып. 66, 1976.

5. Шелл Дж. Возникновение концепции гетерозиса // В кн.: Гибридная кукуруза. М., ИЛ, 1955, с. 23-72.

Формула изобретения

Способ аналитической селекции сельскохозяйственных растений, включающий физическое измерение количественных признаков в популяциях растений и квантированный анализ полученных данных, отличающийся тем, что анализируют анатомо-морфологические и физиологические счетно-размерные признаки у сортов различных экотипов, естественных и искусственных мутаций, при любом зафиксированном значении одного из признаков находят всегда одно и то же значение другого признака, связанного с первым функционально в равномощных или равных отношениях, при любом зафиксированном значении одного из признаков проводят измерении или подсчет другого признака в колебательном режиме, проводят анализ размещения модальных частот в рассматриваемой совокупности мультикопийных дат, группируют их в интервальный вариационный ряд и по полимодальным кривым варьирования частоты встречаемости исследуемых парных величин судят о возможности нового сорта с заданными признаками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2