Способ ускорения получения нерасщепляющихся гибридных популяций льна масличного с пониженной реакцией на длину дня
Владельцы патента RU 2555540:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта" (ФГБНУ ВНИИМК) (RU)
Изобретение относится к области биохимии, в частности к способу ускорения получения нерасщепляющихся гибридных популяций льна масличного с пониженной реакцией на длину дня. Указанный способ включает подбор родительских пар сортов, посев их семян в ранневесенние оптимальные сроки, гибридизацию, отбор гибридных растений по селектируемым признакам, уборку урожая и использование его для получения последующего поколения, пересев гибридной популяции до получения семян. Заявленный способ позволяет ускорить процесс расщепления и достижения высокой гомозиготности гибридных популяций льна масличного путем получения двух гибридных поколений в течение одного года в полевых условиях и отбора селекционных элит в гибридной популяции F4. 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при селекции льна масличного.
Известно, что лен масличный - ценная техническая культура многостороннего использования. Благодаря высокому содержанию полиненасыщенных жирных кислот его масло обладает хорошей высыхаемостью с образованием прочной и стойкой пленки. Масло льна находит широкое применение в полиграфической, кожевенно-обувной, текстильной, электротехнической, пищевой, медицинской, парфюмерной и других отраслях промышленности.
Стране безусловно необходимы новые селекционные сорта льна масличного с комплексом признаков, позволяющих превзойти стандартный сорт. Но создание сорта льна масличного с новыми свойствами в сравнении с лучшим районированным в зоне возделывания стандартным сортом - процесс очень длительный, продолжающийся порой более 10 лет. Поэтому интенсификация селекционного процесса создания новых сортов льна масличного - задача актуальная, но сложная.
Первый этап селекции видов растений со строгим или факультативным самоопылением (во вторую группу видов растений входит лен масличный) - это гибридизация, которая преследует две важнейшие и взаимосвязанные цели: первая - получение максимально широкого расщепления признаков у гибридов, вторая - обеспечение обязательного завершения расщепления признаков у гибридных потомств путем их регулярного пересева в течение нескольких поколений. Первая цель легко реализуется увеличением количества опыленных цветков или увеличением площади питания гибридных растений с целью получения наибольшего количества семян. Скорость процесса расщепления большей части гибридных признаков до достижения достаточно высокой гомозиготности (нерасщепляемости) определяется обязательностью выращивания нескольких последовательных поколений гибридных потомств, в которых динамика снижения гетерозиготности (гибридности) подчиняется правилу бесконечно убывающей геометрической прогрессии со знаменателем -½. Согласно этому правилу в первом гибридном поколении F1 гетерозиготность гибридов равна 100%, соответственно, их гомозиготность равна нулю. В поколении F2 гетерозиготность гибридов снижается на ½ и становится равна 50%, гомозиготность возрастает до 50%. В поколении F3 гетерозиготность гибридов опять снижается на ½ и становится равна 25%, гомозиготность возрастает до 75%. В поколении F4 гетерозиготность гибридов снижается до 12,5%, гомозиготность возрастает до 87,5%, и так далее.
Гомозиготность выше 99% достигается только в поколении F8; гомозиготность выше 99,9% достигается только в поколении F11; гомозиготность выше 99,99% - в поколении F15. Однако в практической селекции весь период от гибридизации до передачи сорта в производство, как правило, ограничен не более чем 10 годами. Поэтому из-за сжатых временных рамок принято пересевать расщепляющиеся гибридные комбинации только до поколения F4, когда гетерозиготность снижается до 12,5%. Этот уровень гетерозиготности принято считать уже достаточно низким и приемлемым для начала отбора элитных растений в гибридной популяции. При этом только не более 12,5% потомств отобранных растений могут дорасщепиться и дать гетерогенные популяции. Остальная часть потомств уже будет гомозиготной и послужит основой для формирования гомогенных нерасщепляющихся линий.
Отбор элитных растений в более ранних, чем F4 поколениях неизбежно приводит к высокой вероятности отбора недорасщепившихся гетерозиготных растений. Размножение потомств ранних гибридных растений, например, в F2, приводит к 50%-ной вероятности их расщепления и 50%-ной частоте образования гетерогенных популяций. При этом выщепившиеся растения будут обладать уже другим сочетанием признаков, в разной степени утеряв те свойства и качества, ради которых элитные растения и были отобраны. В этой ситуации селекционер вынужден в продолжающих расщепляться популяциях опять и опять отбирать элитные растения с нужными признаками (позитивный отбор) для их последующего размножения, несколько раз повторяя те же операции, что и при предыдущем отборе, до тех пор, пока расщепление в основном не завершится.
В целом при преждевременном отборе растений в продолжающих расщепляться ранних гибридных популяциях бессмысленно тратится большое количество времени, средств и ресурсов на неоднократное повторение одних и тех же операций, связанных с выращиванием гибридных популяций и отбором, вместо однократного отбора на правильно выбранном этапе.
В качестве альтернативы селекционер в расщепляющихся потомствах излишне рано отобранных элитных растений может удалить из расщепляющейся популяции только худшие растения с неприемлемыми и сильно отличающимися от остальной массы признаками, оставляя все остальные растения для последующего размножения (негативный отбор). Однако в этом случае результатом селекции будет не линейный сорт, а сорт-популяция с высокой степенью гетерогенности по всем хозяйственно ценным признакам, при любом отклонении условий выращивания неконтролируемо раскладывающийся на серию морфологически и физиологически различающихся биотипов.
Таким образом, доведение путем неоднократного пересева расщепляющейся гибридной популяции строгого или факультативного самоопылителя до достаточно высокой гомозиготности (не менее 87,5%) составляющих ее особей, является принципиально важной операцией, без которой практически невозможен эффективный отбор элитных растений и получение от них гомогенных нерасщепляющихся потомств для последующей оценки на урожайность и другие хозяйственно ценные признаки.
Известен способ селекции льна масличного, включающий подбор адаптированных к зоне выращивания родительских пар сортов, подготовку почвы к посеву, посев семян в ранневесенние оптимальные сроки, уход за посевами, гибридизацию, отбор гибридных растений по селектируемым признакам, уборку урожая и использование его для получения последующего поколения, ежегодный пересев гибридной популяции до F4 и далее. (Галкин Ф.М. Лен масличный: селекция, семеноводство, технология возделывания и уборки. / Под общ. ред. Н.И. Бочкарева - Краснодар, 2008. - С.58-65) - прототип.
Недостатком известного способа является значительная гетерозиготность (не менее 50%) гибридного поколения F2, в котором проводится массовый отбор селекционных элит (индивидуальных растений с ценными признаками), вызывающая необходимость массового удаления выщепляющихся по фенотипу особей в течение нескольких последующих лет. При этом даже через несколько лет фенотипически выровненные популяции сохраняют скрытую высокую гетерогенность и содержат в себе значительное количество генетически отличающихся су 6 линий. Кроме этого недостатком известного способа является значительная продолжительность полного цикла процесса селекции, не позволяющего получать в полевых условиях более одного поколения в год.
Задача, решаемая изобретением, состоит в ускорении процесса расщепления и ускоренного достижения высокой гомозиготности гибридных популяций льна масличного путем получения двух гибридных поколений в течение одного года в полевых условиях и отбора селекционных элит в гибридной популяции F4.
Цель изобретения - обеспечить возможность осуществления двух посевов в сезон в полевых условиях, позволяющих получать полноценные семена от первого посева к сроку, обеспечивающему, в свою очередь, возможность прохождения всех этапов онтогенеза второго поколения в оптимальные по температурным условиям сроки и получение полноценных семян для пересева гибридных популяций два раза в год, а также возможность визуального отбора особей с пониженной фотопериодической чувствительностью.
Технический эффект достигается тем, что в известном способе селекции льна масличного, включающем подбор родительских пар сортов, посев семян в ранневесенние оптимальные сроки, гибридизацию, отбор гибридных растений по селектируемым признакам, уборку урожая и использование его для получения следующего поколения, пересев гибридной популяции до F4 далее, согласно изобретению убирают зеленые материнские растения с незрелыми семенами F1 через 20-25 дней после гибридизации, искусственно дозаривают их в течение 5 дней, отделяют от растений коробочки с семенами, досушивают их в течение суток, обмолачивают, полученные семена используют для второго посева в этом же сезоне, выращенные от второго посева гибридные растения убирают при достижении влажности семян F2 в центральных коробочках не более 14%, собранные семена F2 используют для посева в ранневесенний оптимальный срок в следующем году, зеленые гибридные растения F2 убирают через 20-25 дней после начала цветения, искусственно дозаривают их в течение 5 дней, отделяют от растений коробочки с семенами, досушивают их в течение суток, обмолачивают, полученные семена F3 используют для второго посева в этом же сезоне, в гибридных популяциях F3, полученных от летнего посева, отбирают для уборки созревшие гибридные растения по признакам «тип куста» и «форма соцветия», которые фенотипически приближаются к родительским сортам, получаемым при оптимальных сроках посева, уборку их осуществляют при достижении влажности семян в центральных коробочках не более 14%, полученные семена F4 используют для посева в ранневесенний оптимальный срок в следующем году и выращивают растения до полного естественного созревания их семян, причем дозаривание зеленых растений от первых в сезонах посевов осуществляют путем упаковывания отдельных растений или снопов из них в плотную бумагу или полиэтиленовую пленку, досушивание коробочек с семенами осуществляют естественным путем или с помощью обдувания теплым воздухом с температурой не выше 30°C в зависимости от остаточной влажности в них после дозаривания, второй посев в сезоне осуществляют в условиях Краснодарского края со II декады июня по I декаду июля включительно, а перед вторым посевом в сезоне производят разовый полив подготовленного под посев участка почвы из расчета не менее 0,1 м3 воды на 1,0 м2 поверхности почвы при условии недостаточного запаса влаги для получения дружных всходов.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от прототипа условиями осуществления действий, а именно: «используемым веществом» (используют для повторного посева в сезоне не «обычные» семена льна, полностью созревшие на растениях, а искусственно дозаренные семена F1 с зеленых материнских растений, а также гибридные семена F3 с зеленых гибридных растений F2, убранных фактически в фазе начала налива семян), а также режимом осуществления действия «посев» (пересев гибридной популяции осуществляют не один раз в год, а два раза, например в условиях Краснодарского края: в оптимальные ранневесенние сроки - I-II декады апреля, и с II декады июня по I декаду июля). При этом в гибридной популяции F3 отбирают созревшие гибридные растения по признакам «тип куста» и «форма соцветия», которые фенотипически приближаются к исходным родительским сортам, выращенным в оптимальные ранневесенние сроки посева на фоне оптимальных фотопериодов. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию патентоспособности «НОВИЗНА».
Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, мы не обнаружили решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными. Эти отличительные от прототипа признаки, содержащиеся в независимом пункте формулы изобретения, для специалиста в области растениеводства явным образом не следуют из известного на сегодня существующего уровня техники.
Нашими исследованиями была выявлена возможность стабильного получения в полевых условиях юга России двух поколений гибридных семян льна масличного в год, обеспечивающего ускорение процесса расщепления и ускоренного достижения высокой гомозиготности гибридных популяций, а также эффективный отбор наиболее желательных высокофертильных генотипов с пониженной фотопериодической чувствительностью. В наших исследованиях мы исходили из следующего:
Традиционно в условиях Краснодарского края созревание посеянного в оптимальные апрельские сроки льна масличного происходит в конце июня - начале июля, то есть убранные семена льна как бы можно повторно посеять в июле. Однако, созревание растений льна масличного при июльском посеве происходит во II-III декадах октября при пониженных температурах воздуха и на фоне учащающихся осенних осадков. Выпадение осадков в период созревания растений июльских сроков посева вызывает увлажнение созревших коробочек с семенами, набухание и ослизнение семян, что влечет за собой существенную потерю их всхожести, а также необходимость дополнительной просушки снопов, отдельных растений и обмолоченных семян.
Поэтому с целью получения нормально вызревших и всхожих семян с повторных в это же сезоне посевов льна масличного они должны созревать в более ранние календарные сроки на фоне более высоких температур воздуха и сниженной вероятности выпадения осадков. Наиболее приемлемым в этом случае является повторный посев льна в I декаде июня, определяющий естественное созревание растений во II-III декадах сентября. Однако, посев льна в I декаде июня фактически приходится за месяц до естественного созревания оптимальных апрельских посевов льна. В этот период на растениях льна апрельского срока посева семена центральных коробочек находятся в начале фазы налива, а семена коробочек на боковых цветоносах 2-3 порядков - в фазе формирования. Семена имеют молочную консистенцию, интенсивно окрашены хлорофиллом и после подсушивания непригодны для посева в поле из-за очень низкой энергии прорастания и всхожести.
Нашими исследованиями установлено, что повышение жизнеспособности, энергии прорастания и всхожести незрелых семян льна возможны при искусственном дозревании (дозаривании) целых зеленых растений льна масличного с коробочками, например при помещении их в полиэтиленовые пакеты, или пакеты из плотной бумаги, или в специальные контейнеры и выдерживании в упаковке в течение 5 суток при комнатных температурах. При постепенной потере влаги изолированными упаковкой растениями и семенами, хлорофилл, ингибирующий прорастание незрелых семян, полностью или частично разрушается с образованием гормонов старения и созревания - абсцизовой кислоты и этилена. Абсцизовая кислота распределяется по проводящей сосудистой системе по всем тканям растений и семян, а этилен также частично растворяется в клеточном соке и распределяется по тканям растений, а также частично в виде газа выделяется через устьица листьев в окружающую среду. Замкнутый объем, достигаемый изоляцией растений, препятствует улетучиванию этилена и способствует насыщению замкнутого объема воздуха этим газообразным гормоном старения. За счет механизма устьичного дыхания этилен повторно проникает через устьица в ткани растений льна и дополнительно ускоряет процессы созревания семян. При этом в условиях ускоренного созревания семян образующиеся продукты распада хлорофилла используются на синтез дополнительного количества ферментных комплексов прорастания, повышая, таким образом, энергию прорастания семян. Таким образом, обеспечение высокой всхожести незрелых семян в результате их искусственного ускоренного дозаривания позволяет сдвинуть сроки повторного посева в этом же сезоне и уборки на более ранние сроки, оптимальные для получения полноценных семян, пригодных для посева в следующем году.
Нашими исследованиями была выявлена возможность стабильного получения в полевых условиях юга России двух поколений гибридных семян льна масличного, т.е. возможность ускорения процесса расщепления и ускоренного достижения высокой гомозиготности гибридных популяций льна масличного, а также эффективный отбор среди них наиболее желательных высокофертильных генотипов с пониженной фотопериодической чувствительностью именно за счет отличительных признаков заявляемого способа. Поэтому можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».
Заявляемое техническое решение соответствует и критерию патентоспособности «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ», так как оно может быть использовано в сельском хозяйстве, и, кроме того, в описании изобретения представлены средства и методы, с помощью которых возможно осуществление технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлена динамика всхожести незрелых семян льна масличного при разных сроках отбора и способах высушивания:
а - для сорта ВНИИМК 620; б - для сорта ВНИИМК 630;
при обычном высушивании на открытом воздухе;
при искусственном дозаривании в полиэтиленовой пленке;
при искусственном дозаривании в бумажном пакете.
На фиг.2 показано влияние способов дозаривания незрелых семян, убранных через 22 дня после начала цветения растений сорта льна масличного ВНИИМК 630, на их всхожесть:
а - обычное выдерживание растений с незрелыми семенами на открытом воздухе; б - искусственное дозаривание в полиэтиленовой пленке.
На фиг.3 представлены морфологические изменения форм соцветий фотопериодически чувствительных сублиний льна масличного при разных сроках посева:
а - типичное соцветие, сформировавшееся при оптимальном (апрельском) сроке посева; б - упрощенное соцветие с укороченными боковыми цветоносными осями при майском сроке посева; в - упрощенное соцветие с очень короткими боковыми цветоносными осями при июньском сроке посева; г - чашеобразное соцветие с длинными боковыми цветоносными осями при июльском сроке посева.
На фиг.4 показано фотопериодически детерминированное варьирование типов соцветий в сорте Ручеек (а) и в гибридной популяции F2 Ручеек×РПЛ-36 (б) льна масличного при повторном (июньском) сроке посева: стрелками показаны растения со слабой фотопериодической чувствительностью на неоптимальные длины дня.
На фиг.5 показана дифференциация генотипов льна масличного с различной фотопериодической чувствительностью по типу соцветия в пределах сорта при повторном (июньском) сроке посева на примере сорта ВНИИМК 620: стрелкой показано селекционно ценное растение со слабой фотопериодической чувствительностью.
Способ осуществляют следующим образом: Начинают с подбора родительских пар сортов для их гибридизации с целью получения гибридных семян F1. Посев семян родительских пар осуществляют в ранневесенние оптимальные для зоны выращивания сроки. Гибридизацию осуществляют вручную. Через 20-25 дней после гибридизации убирают зеленые растения материнской формы с незрелыми гибридными семенами F1. Убранные материнские растения искусственно дозаривают в течение 5 суток, например путем упаковывания отдельных растений или снопов из них в плотную бумагу или полиэтиленовую пленку и выдерживания их в упаковке до достижения ими влажности 14-16%. После процедуры дозаривания растения льна освобождают от бумажной или полиэтиленовой упаковки и отделяют коробочки с семенами от растений, в течение суток досушивают коробочки с семенами, например естественным путем или с помощью обдувания теплым воздухом с температурой не выше 30°C, в зависимости от остаточной влажности в них после дозаривания, до достижения ими влажности не более 14%. Затем коробочки обмолачивают, а полученные семена сразу же высевают в заранее подготовленную почву. Второй посев семян осуществляют, в частности, в условиях Краснодарского края в период со II декады июня по I декаду июля включительно, причем в случаях, когда из-за длительного отсутствия осадков перед посевом второго летнего поколения в почве недостаточно запасов влаги для получения дружных всходов, то производят разовый полив подготовленного под посев участка из расчета не менее 0,1 м3 воды на 1 м2 поверхности почвы. Зеленые гибридные растения F2 убирают через 20-25 дней после начала цветения, искусственно дозаривают их в течение 5 дней, отделяют от растений коробочки с семенами, досушивают их в течение суток, обмолачивают, полученные семена F3 используют для второго посева в этом же сезоне. В гибридных популяциях F3, полученных от летнего посева, отбирают для уборки созревшие гибридные растения по признакам «тип куста» и «форма соцветия», которые фенотипически приближаются к исходным родительским сортам, получаемым при оптимальных весенних сроках посева. Уборку их осуществляют при достижении влажности семян в центральных коробочках не более 14%. Полученные семена F4 используют для посева в ранневесенний срок в следующем году и выращивают растения до полного естественного созревания их семян.
Пример осуществления способа. Для изучения возможности получения двух поколений семян в течение одного полевого сезона в качестве модельных форм были отобраны наиболее распространенные на юге России сорта льна масличного ВНИИМК 620, ВНИ-ИМК 630 и РУЧЕЕК. Эти сорта выращивали в 2011-2012 годах в условиях Краснодарского края. При подготовке почвы к посеву исходили из того, что предпосевная обработка почвы должна обеспечить выравнивание, рыхление и крошение поверхностного слоя, поскольку семена льна масличного требуют мелкокомковатой структуры почвы для появления дружных всходов. Предшественник льна - озимая пшеница. После уборки предшественника проводили лущение стерни. Основная обработка почвы под лен - улучшенная зябь, включающая дискование на глубину 8-10 см и вспашку на глубину 22-25 см с выравниванием поверхности. Весенняя обработка зяби включала в себя однократную предпосевную культивацию на глубину 5-7 см.
В связи с климатической возможностью проведения посевов льна в несколько сроков, посев сортов льна из урожая семян предыдущего года осуществляли в 4 срока с интервалом в один месяц, начиная с I декады апреля по I декаду июля селекционной сеялкой СН-16 рядовым способом с междурядьями 15 см. Глубина заделки семян 3-5 см. Норма высева семян из расчета 7-8 млн. шт/га. Делянки восьмирядные площадью 12 м2 в четырехкратной повторности. В течение вегетационного периода за посевами льна масличного выполняли уходные работы по ручному удалению сорных растений, а также проводили фенологические наблюдения. Контролями служили растения всех изучаемых сортов, выращенных при посеве в оптимальный срок (I декада апреля), с которыми сравнивали растения соответствующих сортов, сформировавшихся при посеве в поздние (май-июль) сроки (табл.1).
| Таблица 1 | ||||||||||
| - Даты наступления всходов, созревания и продолжительность вегетационных периодов сортов льна масличного при оптимальном (I декада апреля) и поздних (май-июль) сроках посевов | ||||||||||
| Сорт | Срок посева | Дата всходов | Дата созревания | Вегетационный период, сут. | ||||||
| 2011 | 2012 | среднее за 2 года | 2011 | 2012 | среднее за 2 года | 2011 | 2012 | среднее за 2 года | ||
| ВНИИМК 620 | 1 | 19 апр | 13 апр | 16 апр | 11 июл | 18 июн | 29 июн | 83 | 66 | 75 |
| 2 | 6 май | 11 май | 8 май | 23 июл | 20 июл | 21 июл | 78 | 70 | 74 | |
| 3 | 7 июн | 10 июн | 8 июн | 5 сен | 16 сен | 10 сен | 90 | 98 | 94 | |
| 4 | 8 июл | 16 июл | 12 июл | 15 окт | 6 окт | 10 окт | 99 | 82 | 91 | |
| ВНИИМК 630 | 1 | 20 апр | 14 апр | 17 апр | 12 июл | 20 июн | 1 июл | 83 | 67 | 75 |
| 2 | 5 май | 7 май | 6 май | 26 июл | 26 июл | 26 июл | 82 | 80 | 81 | |
| 3 | 7 июн | 12 июн | 9 июн | 11 сен | 18 сен | 14 сен | 96 | 98 | 97 | |
| 4 | 8 июл | 17 июл | 12 июл | 14 окт | 17 окт | 15 окт | 98 | 92 | 95 | |
| Ручеек | 1 | 17 апр | 13 апр | 15 апр | 12 июл | 19 июн | 30 июн | 86 | 67 | 77 |
| 2 | 5 май | 11 май | 8 май | 23 июл | 20 июл | 21 июл | 79 | 70 | 75 | |
| 3 | 7 июн | 9 июн | 8 июн | 13 сен | 12 сен | 12 сен | 98 | 95 | 97 | |
| 4 | 8 июл | 16 июл | 12 июл | 15 окт | 9 окт | 12 окт | 99 | 85 | 92 |
Анализ табл.1 показывает, что при посеве всех оцениваемых сортов льна масличного в поздние (май-июль) сроки их вегетационный период, в целом, увеличивается на 19-27%. Удлинение вегетации растений на поздних сроках связано с их развитием на фоне неоптимальных длин дня, а для последнего, июльского срока - также снижением среднесуточных температур воздуха и почвы в осенний период.
Некоторые различия по продолжительности вегетационных периодов оцениваемых сортов в 2011 и 2012 годах определяются особенностями водного и температурного режимов, сложившихся в эти годы.
В наших экспериментах на разных этапах налива семян в 2011 году были проведено шесть сроков отбора незрелых коробочек льна масличного сортов ВНИИМК 620 и ВНИИМК 630 и проведена оценка лабораторной всхожести искусственно дозаренньгх семян. Даты начала наступления фазы цветения: сорта ВНИИМК 620 - 17 мая, сорта ВНИИМК 630 - 18 мая. Самый ранний срок отбора незрелых растений с семенами в фазе начала налива семян осуществляли за 36 суток (3 июня) до наступления полной спелости, последующие отборы растений осуществляли с интервалом в 7-8 суток вплоть до естественного полного созревания растений.
В каждом сроке отбора с каждого сорта с трех смежных рядков отбирали по 75 растений. По 25 растений каждого сорта высушивали естественным образом в помещении. Вторые 25 растений целиком помещали в полиэтиленовые пакеты. Третью партию в 25 растений помещали в пакеты из плотной упаковочной бумаги. Через 5 суток со всех растений всех трех вариантов собирали коробочки с семенами, доводили их до равновесной влажности в течение суток (досушивали), затем все коробочки обмолачивали вручную. У полученных таким образом семян по вариантам стандартными методами определяли лабораторную всхожесть (фиг.1-2). Оставшиеся семена со всех вариантов оставляли в резерве для повторного посева.
Как следует из представленных на фиг.1 данных уже через 15-16 суток после начала цветения часть семян на всех вариантах оказались всхожими. Проросли, преимущественно, семена из центральных коробочек, которые зацвели на растениях первыми. Всхожесть естественно досушенных семян при уборке 3 июня у сорта ВНИИМК 620 составила 7%, у сорта ВНИИМК 630 - 3%. Всхожесть искусственно дозаренных в полиэтиленовом пакете семян при этом сроке отбора у сорта ВНИИМК 620 составила уже 36%, а у сорта ВНИИМК 630 - 29%, а при дозаривании в бумажном пакете - 35 и 37% соответственно.
При сроке отбора растений на 10 июня (22-23 дня после начала цветения) всхожесть незрелых семян у сортов ВНИИМК 620 и ВНИИМК 630 при обычном высушивании соответственно составляла 18 и 35%. Всхожесть искусственно дозаренных в полиэтиленовом пакете семян у сортов ВНИИМК 620 и ВНИИМК 630 достигала 96 и 90% соответственно, а при дозаривании в пакетах из плотной бумаги этот показатель у обоих сортов составил 86%. При последующих сроках отбора незрелых растений всхожесть естественно высушенных семян постепенно возрастала. А всхожесть искусственно дозаренных семян при дозаривании растений в полиэтиленовых пакетах и плотной бумаге стабильно сохраняла высокую всхожесть 91-97% вплоть до полного созревания растений 11-12 июля.
Таким образом, уборка незрелых растений льна масличного через 20-25 суток после начала цветения, то есть за месяц до их естественного созревания, и их искусственное ускоренное дозаривание в течение 5 суток обеспечивали получение высокой всхожести семян.
Резервы искусственно дозаренных семян каждого срока уборки сразу после завершения процедуры искусственного дозаривания повторно высевали в поле вручную по вышеописанной технологии. Уход за растениями, полученными из дозаренных семян, также аналогичен вышеуказанной методике. Контролями служили нормально вызревшие семена тех же сортов урожая предыдущего года. В течение всей вегетации за повторными посевами льна масличного проводили фенологические наблюдения, отмечая массовое созревание всех растений по всем вариантам (табл.2).
| Таблица 2 | ||||||
| - Даты появления всходов, начала цветения, наступления созревания и вегетационный период сортов льна масличного, повторно посеянных в летние сроки искусственно дозаренными семенами из незрелых растений оптимального (апрель) срока посева 2011 г. | ||||||
| Сорт | Дата отбора незрелых растений | Календарные даты | Вегетационный период, сут. | |||
| посева | всходов | начала цветения | созревания | |||
| ВНИИМК 620 | 3 июнь | 9 июнь | 18 июнь | 17 май | 14 сентябрь | 88 |
| 10 июнь | 16 июнь | 22 июнь | 17 май | 20 сентябрь | 90 | |
| 18 июнь | 24 июнь | 29 июнь | 17 май | 28 сентябрь | 91 | |
| 25 июнь | 1 июль | 7 июль | 17 май | 14 октябрь | 99 | |
| 2 июль | 8 июль | 12 июль | 17 май | 16 октябрь | 96 | |
| 11 июль (зрелые семена) | 12 июль | 17 июль | 17 май | 23 октябрь | 98 | |
| ВНИИМК 630 | 3 июнь | 9 июнь | 20 июнь | 18 май | 16 сентябрь | 88 |
| 10 июнь | 16 июнь | 23 июнь | 18 май | 21 сентябрь | 90 | |
| 18 июнь | 24 июнь | 30 июнь | 18 май | 1 октябрь | 93 | |
| 25 июнь | 1 июль | 8 июль | 18 май | 14 октябрь | 98 | |
| 2 июль | 8 июль | 13 июль | 18 май | 18 октябрь | 97 | |
| 12 июль (зрелые семена) | 13 июль | 17 июль | 18 май | 25 октябрь | 100 |
Анализ таблицы 2 показывает, что наиболее пригодными сроками отбора незрелых растений льна масличного являются 3 июня и 10 июня, которые обеспечивают нормальное естественное созревание растений повторного (летнего) посева во второй - начале третьей декады сентября.
При сроке отбора 18 июня растения льна из дозаренных семян созревают в самом конце сентября - начале октября в условиях увеличения вероятности осадков и снижения температуры. Более поздние сроки отбора (25 июня, 2 и 11 июля) и посевы дозаренных семян приводят к созреванию растений еще позже - во 2-3 декадах октября.
В целом, только первые два срока отбора незрелых растений в первой декаде июня обеспечивают желаемые (сентябрь) сроки созревания следующего поколения растений, выращенных из искусственно дозаренных незрелых семян. При этом самый ранний срок (3 июня) непригоден для практического использования из-за низкой всхожести дозаренных семян (фиг.1).
Поэтому наиболее пригодным сроком отбора для получения полностью вызревшего в полевых условиях текущего сезона следующего поколения гибридных семян льна масличного является отбор незрелых растений через 20-25 суток (I декада июня) после начала цветения, обеспечивающий созревание второго поколения семян во второй декаде сентября.
С целью оценки возможности использования приема искусственного ускоренного дозаривания незрелых семян при ускорении селекционного процесса в 2011 году был проведен эксперимент по получению двух поколений гибридных семян льна масличного. Для этого в оптимальные апрельские сроки по принятой технологии были посеяны две родительские формы льна - Ручеек и РПЛ-36. Начало цветения обоих сортов наступило в начале II декады мая. Между этими сортами на центральных цветках 16 мая были проведены искусственные скрещивания, и было получено 12 гибридных коробочек с гибридными семенами F1 в количестве 72 штук.
Материнские растения сорта Ручеек с завязавшимися гибридными коробочками были убраны 8 июня. Одна половина растений (6 шт.) с гибридными коробочками была помещена в полиэтиленовый пакет для дозаривания, вторая половина - в пакет из оберточной бумаги. Через 5 суток после этого от растений отделили коробочки, досушили их в течение суток до 14%-ной влажности, обмолотили, затем полученные от обоих вариантов досушки семена были вручную высеяны в поле. В процессе вегетации этих растений проводили все необходимые учеты и наблюдения (табл.3).
Анализ данных табл.3 показывает, что отбор незрелых растений льна масличного с гибридными коробочками через 23 дня после начала цветения с последующим их искусственным дозариванием путем изоляции растений полиэтиленом и оберточной бумагой в обоих случаях позволил получить высокую полевую всхожесть - 83 и 89% соответственно. При появлении массовых всходов 20 июня вегетационный период гибридных растений обоих вариантов составил 88-90 суток. Все растения созрели во второй декаде сентября в условиях сухой и теплой погоды и сформировали нормально вызревшие семена F2. Эти семена F2 использовали для посева в ранневесенний оптимальный срок в следующем году. Подготовку почвы к посеву, уход за посевами осуществляли по описанной выше общепринятой методике. В процессе наблюдения за посевами отметили дату начала цветения растений. Через 22 дня зеленые растения с незрелыми семенами убрали и поместили для дозаривания в полиэтиленовый пакет. Через 5 суток растения освободили от упаковки, отделили от растений коробочки с семенами, досушили их в течение одних суток естественным способом (на открытом воздухе) до достижения ими влажности не более 14%, обмолотили, получили семена F3 и сразу же высеяли их в заранее подготовленную почву в поле во II декаде июня этого же года. В гибридной популяции растений F3 отбирали для уборки нормально созревшие растения по признакам «тип куста» и «форма соцветия», которые фенотипически приближались к родительскому сорту Ручеек, как наиболее адаптированному к почвенно-климатическим условиям зоны проведения опытов (Краснодарский край). Полученные семена F4 использовали для ранневесеннего оптимального посева в следующем году. Уход за растениями осуществляли до полного естественного их созревания, отбор вели по основным ценным признакам (вегетационный период, группа созревания, высота и др.) и получили в итоге высокоценные гомозиготные особи льна масличного, которые могут быть использованы для дальнейшей селекции на урожайность и другие хозяйственно-ценные признаки.
| Таблица 3 | ||||||
| - Даты появления всходов, наступления созревания, вегетационный период и полевая всхожесть гибридных растений F1 льна масличного гибридной комбинации Ручеек × РПЛ-36, посеянных в летний срок искусственно дозаренными семенами из незрелых родительских растений | ||||||
| Способ искусственного дозаривания | Дата отбора незрелых растений с семенами F1 | Дата посева | Дата появления всходов | Полевая всхожесть, % | Дата массового созревания | Вегетационный период, сут. |
| В полиэтиленовом пакете | 8 июня | 14 июня | 20 июня | 83 | 18 сентября | 90 |
| В бумажном пакете | 8 июня | 14 июня | 20 июня | 89 | 16 сентября | 88 |
Наши исследования и научные опыты по получению гибридных популяций льна масличного с пониженной реакцией на длину дня основывались на следующих рассуждениях и анализе результатов опытов.
Лен относится к группе длиннодневных растений, ускоряющих прохождение всех этапов органогенеза на фоне более длинных фотопериодов. Поэтому сорта льна южного (45-50° сев. широты) происхождения, адаптированные к географическим широтам и максимальным длинам дня в конце июня в 15,5-16,5 часов, при их интродукции в более северные (55-60°) широты с длинами дня 17,5-18,5 часов в период летнего солнцестояния, заметно укорачивают свой вегетационный период и высоту стеблей с образованием избыточного нижнего ветвления, при этом заметно снижая свою фертильность и семенную продуктивность.
Соответственно фотопериодически чувствительные сорта льна северного (55-60° сев. широты) происхождения, при их возделывании в более южных короткодневных регионах, заметно удлиняют свой вегетационный период и высоту стеблей, и также характеризуются снижением фертильности пыльцы и уменьшением продуктивности растений.
По типу опыления лен относится к растениям с факультативным самоопылением, поэтому ежегодно в посевах льна спонтанно осуществляется частичное переопыление насекомыми пыльцой от других генотипов. Особенно это актуально в селекционных питомниках, а также питомниках размножения за счет их расположения на одном поле. Сортовые прочистки позволяют удалить примесные растения, отличающиеся только по ограниченному числу фенотипических признаков, таких как окраска венчика, высота растений, окраска семян. В связи с этим практически все существующие сорта льна представляют собой смешанные популяции из некоторого количества сублиний, к тому же морфологически выровненных только в точке проведения сортовых прочисток. Выращивание таких сортов льна в отличающихся эколого-географических условиях выявляют различную реакцию составляющих сорт сублиний льна на условия окружающей среды. Это приводит к фенологической и морфологической пестроте растений в пределах сорта, и как следствие, к формированию различной продуктивности и неодновременному созреванию.
Таким образом, высоко фотопериодически чувствительные растения льна, даже обладающие высоким потенциалом продуктивности, способны давать рентабельные урожаи только в узком диапазоне географических широт. Поэтому высокочувствительные к длине дня сорта не имеют коммерческой перспективы для их интродукции в другие регионы с фотопериодами, отличающимися от таковых в пункте их выведения и внедрения в производство.
Морфометрические и фенологические оценки сортов льна масличного, выращенных при повторных летних посевах, показали, что изменения условий окружающей среды, и прежде всего фотопериодов, в позднелетний период по сравнению с оптимальными (апрельскими) сроками посева, оказывают различное влияние на ряд морфологических признаков у составляющих сорт сублиний с различной реакцией на увеличенные фотопериоды. Одним из новых признаков, иллюстрирующих различную степень фотопериодической чувствительности или нейтральности, являются форма и развитость соцветий (фиг.3).
Форма соцветия, ее развитость, количество боковых цветоносных осей, количество порядков ветвлений этих осей, их общая длина у льна обыкновенного, включая его масличную разновидность, подвержены заметному влиянию окружающей среды.
В оптимальных фотопериодических условиях окружающей среды, определяющихся при посеве семян в апрельские сроки и развитии растений на фоне постоянно увеличивающихся длин дня, у сортов льна масличного формируются кистеподобные соцветия с выраженной центральной цветоносной осью и средней длины боковыми цветоносными осями, в свою очередь имеющими несколько порядков ветвления (фиг.3а). Посев льна масличного в более поздние (май-июнь) сроки приводит к начальным этапам развития растений на фоне более продолжительных фотопериодов, что у льна, как растения длинного дня, вызывает ускорение всех процессов развития. Следствием этого является заметное уменьшение длины боковых цветоносных осей и сокращение общего количества цветков и плодов (коробочек) в соцветии (фиг.3б-3в). Посев льна масличного в июльские сроки определяет начальный рост и последующее формирование соцветия в условиях постоянно сокращающихся фотопериодов. При этом центральная цветоносная ось и боковые оси первого порядка закладываются первыми при более продолжительной длине дня и формируются укороченными. Последующие порядки боковых цветоносных осей последовательно закладываются на фоне сокращающихся фотопериодов, которые приводят к их удлинению. Самые последние порядки ветвления боковых цветоносных осей, сформировавшиеся в условиях укороченных (12,5-13,0 ч) длин дня в августе, оказываются самыми длинными, формируя характерное чашеобразное соцветие (фиг.3г). Таким образом, форма соцветия является хорошим индикатором как адаптивности растений к конкретным фотопериодическим условиям выращивания, так и чувствительности к изменению длин дня.
В целом, биотипы льна, сохраняющие форму соцветия, близкую к типичной при оптимальных условиях выращивания, но формирующуюся в условиях неоптимальных фотопериодов, которые складываются при летних сроках посева, более адаптивны к широтным условиям выращивания, и как следствие, менее чувствительны к расширению их ареала в более северные длиннодневные широты. Поэтому признак стабильности формы соцветия важен для зонального районирования и оценки коммерческой перспективности сортов этой культуры, а также для селекции сортов, пригодных для возделывания в расширенном диапазоне фотопериодов.
Оценку фотопериодической чувствительности отдельных гибридных растений льна масличного можно выполнять в различных широтных условиях, высеяв для этого резервы одной и той же гибридной комбинации в различных географических пунктах. Однако селекционный отбор в ранних гибридных (F2-F4) популяциях форм льна со стабильным типом соцветия на фоне типичных для зоны и удлиненных фотопериодов, но в одной географической точке, является более эффективной, более экономически выгодной и ускоренной альтернативой к классической оценке фотопериодической чувствительности гибридных популяций и уже выведенных сортов в различных эколого-географических и широтных зонах.
В отличие от оптимальных сроков посева, при повторном посеве в июне растения льна развиваются на фоне зеркально противоположной динамики фотопериодов. Начальные, самые фоточувствительные фазы развития растений льна начинаются на фоне максимальных июньских фотопериодов, а затем растения продолжают расти и развиваться на фоне постепенно сокращающихся длин дня, завершая свое развитие в сентябре на фоне 12-13-часовых фотопериодов.
Поэтому повторные июньские посевы очень удобны для выделения из гибридных популяций растений, сохраняющих тип соцветия, аналогичный или близкий к таковому при оптимальных апрельских сроках посева, который указывает на наличие у растений льна хозяйственно полезного признака пониженной фотопериодической чувствительности или фотонейтральности. При использовании метода получения двух поколений льна в один полевой сезон визуальная оценка стабильности форм соцветий в расщепляющихся гибридных комбинациях выполняется в повторных летних посевах после завершения цветения растений (фиг.4-5).
Фотопериодическая оценка и выделение ценных генотипов в гибридной популяции льна масличного при летних посевах может осуществляться в два этапа. Отборы слабо фотопериодически чувствительных генотипов можно проводить еще на вегетирующих зеленых растениях на стадии молочной спелости семян. Уже в этот период на фоне общего упрощения формы соцветий в фотопериодических условиях, формируемых повторным сроком посева, в популяции визуально выделяются высокорослые особи с хорошо развитыми соцветиями, близкими к типичной форме соцветий родительских форм при оптимальных по длинам дня условиях выращивания (фиг.4).
Хорошая визуальная различимость и аналогичность фотопериодической дивергенции в фазу молочной спелости семян, входящих в популяцию биотипов по форме соцветий проиллюстрированы на примере сорта льна масличного Ручеек (фиг.4а) и гибридной популяции F2 с участием этого сорта в качестве материнской формы - Ручеек × РПЛ-36 (фиг.4б).
Если особи с пониженной фотопериодической чувствительностью слабо различимы в популяции в фазу молочной спелости семян, например из-за отсутствия различий по высоте растений, или излишнем загущении посевов, повторный отбор ценных генотипов проводится в начале созревания, как это показано на примере сорта ВНИИМК 620 (фиг.5). Повышенная чувствительность растений льна масличного к неоптимальным фотопериодам визуально проявляется не только в изменении формы соцветия, но и в снижении фертильности пыльцы и завязываемости семян. Поэтому фоточувствительные генотипы формируют пониженное количество коробочек и семян. В связи с этим при разрушении в них хлорофилла образуется мало гормонов старения - абсцизовой кислоты и этилена. Этого количества гормонов недостаточно для разрушения хлорофилла во всем растении. В итоге слабофертильные и высоко фотопериодически чувствительные растения отличаются более продолжительным вегетационным периодом и даже при созревании всех коробочек из-за дефицита образовавшихся гормонов старения остаются зелеными до глубокой осени.
В то же время слабо фотопериодически чувствительные особи льна масличного остаются высокофертильными даже в условиях неоптимальных фотопериодов и формируют повышенное количество семян и коробочек. При их физиологическом созревании гормонов старения синтезируется достаточно для лавинообразного разрушения хлорофилла во всех тканях растения. В итоге, наиболее ценные генотипы по признаку пониженной фотопериодической чувствительности быстро и равномерно созревают (фиг.5). Отбор таких генотипов в популяции на общем зеленом фоне обычных генотипов не представляет трудностей. Кроме этого из-за одновременности и равномерности созревания такие ценные генотипы, как правило, не требуют дополнительной досушки после уборки.
Итак, уборка незрелых зеленых материнских растений с гибридными семенами F1 через 20-25 суток после их гибридизации с последующим искусственным дозариванием в течение 5 суток при их изоляции в полиэтиленовых или бумажных пакетах, досушиванием коробочек с семенами в течение суток позволяет получать всхожие семена за месяц до их естественного созревания, тем самым обеспечить возможность повторного (летнего) посева полученных семян в этом же сезоне в сроки, оптимальные для получения нормально вызревших и всхожих семян F2 льна масличного (в более ранние календарные сроки на фоне более высоких температур воздуха и сниженной вероятности выпадения осадков, чем это могло бы быть при осуществлении второго посева семенами, естественно полностью вызревшими от первого ранневесеннего посева). Повторение цикла с ранневесенним посевом семян (F2) в следующем году, отбором незрелых растений (F2), их дозариванием и повторным посевом полученных семян (F3) в этом же сезоне обеспечивает получение двух гибридных поколений в течение одного года в полевых условиях, т.е. ускорение процесса получения нерасщепляющихся гибридных популяций. А визуальный отбор в гибридных популяциях F3 созревших гибридных растений по признакам «тип куста» и «форма соцветия», которые фенотипически приближаются к родительским сортам, получаемым при оптимальных сроках посева, обеспечивает получение гибридных популяций с генотипами с пониженной фотопериодической чувствительностью, т.е. с пониженной реакцией на длину дня.
Таким образом, заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение поставленной цели и решение поставленной задачи.
1. Способ ускорения получения нерасщепляющихся гибридных популяций льна масличного с пониженной реакцией на длину дня, характеризующийся тем, что включает подбор родительских пар сортов, посев их семян в ранневесенние оптимальные сроки, гибридизацию, отбор гибридных растений по селектируемым признакам, уборку урожая и использование его для получения последующего поколения, пересев гибридной популяции до получения семян, причем убирают зеленые материнские растения с незрелыми семенами F1 через 20-25 дней после гибридизации, искусственно дозаривают их в течение 5 дней, отделяют от растений коробочки с семенами, досушивают их в течение суток, обмолачивают, полученные семена используют для второго посева в этом же сезоне, выращенные от второго посева гибридные растения убирают при достижении влажности семян F2 в центральных коробочках не более 14%, собранные семена F2 используют для посева в ранневесенний оптимальный срок в следующем году, зеленые гибридные растения F2 убирают через 20-25 дней после начала цветения, искусственно дозаривают их в течение 5 дней, отделяют от растений коробочки с семенами, досушивают их в течение суток, обмолачивают, полученные семена F3 используют для второго посева в этом же сезоне, в полученных гибридных популяциях F3 отбирают для уборки созревшие гибридные растения по признакам «тип куста» и «форма соцветия», которые фенотипически приближаются к родительским сортам, получаемым при оптимальных сроках посева, уборку их осуществляют при достижении влажности семян в центральных коробочках не более 14%, полученные семена F4 используют для посева в ранневесенний оптимальный срок в следующем году и выращивают растения до полного естественного созревания их семян.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что дозаривание зеленых растений от первых в сезонах посевов осуществляют путем упаковывания отдельных растений или снопов из них в плотную бумагу или полиэтиленовую пленку и выдерживания их в упаковке.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что досушивание коробочек с семенами осуществляют естественным путем или с помощью обдувания теплым воздухом с температурой не выше 30°С в зависимости от остаточной влажности в них после дозаривания.
4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что второй посев в сезоне осуществляют в условиях Краснодарского края со II декады июня по I декаду июля включительно.
5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что перед вторым посевом в сезоне производят разовый полив подготовленного под посев участка из расчета не менее 0,1 м3 воды на 1 м2 поверхности почвы при условии недостаточного запаса влаги для получения дружных всходов.
