Дисциплины:
Стандартний метод виведення нових самозапильних ліній найпоширеніший в селекції кукурудзи.
Він включає наступні етапи:
1. Багатократне самозапилення (інбридинг або інцухт);
- відбір в поколіннях інбридингу продуктивних, стійких до вилягання і хвороб, рослин;
- проведення топкросних схрещувань за участю відібраних рослин (сімей, константних ліній) і випробування гібридів;
- відбір за наслідками випробування гібридів константних ліній з високою КЗ.
Стандартний метод. Суть його полягає в проведенні самозапилення рослин протягом шести-семи поколінь, яке сполучається з добором ліній за комплексом цінних ознак. Лінії S6 – S7 достатньо однорідні за морфологічними ознаками.
1 рік. Самозапилення в об’ємі, який визначається генетичними особливостями вихідного матеріалу (міжлінійні гібриди піддають самозапиленню – 20 – 50 рослин. а при використанні сортів, міжсортових, сортолінійних гібридів, синтетиків – 100 - 200 рослин). В S0 вибраковують небажані рослини і початки.
2 рік. Від кожного самозапиленого качана висівають 25 – 30 зерен на один рядок і проводять самозапилення кращих 5-8 рослин (залишають три-п’ять кращих початків.
На 3 рік від кожної сім’ї висівають насіння 3-5-ти початків окремими рядками (проводять браковку і на кращих рядках самозапилюють рослини з наступним добором 3-5 початків на цих ділянках.
У наступні роки (4, 5, 6 і 7-й) продовжують самозапилення кращих рослин і добір до того часу, поки не настане вирівняність за ознакми рослини і качана.
Паралельно з створенням ліній стандартним методом проводять оцінку їх комбінаційної здатності (КС) або тестування, тобто схрещування з тестером- аналізатором. При штучному запиленні ізолюють жіночі суцвіття до появи маточкових ниток. Попередньо верхівку листків обгортки зрізують, щоб забезпечити більш рівномірний вихід маточок.
Чоловічі суцвіття волоті ізолюють під час появи пиляків на центральній вісі. Як правило, через 2 дні спостерігається вихід маточкових ниток. Ізоляцію проводять не менше ніж за 24 год до запилення, щоб пилок, потрапивши на волоть з інших рослин, втратив життєздатність.
У день запилення, яке краще виконувати в ранніші години після спадання роси, збирають пилок з волоті. Якщо погода пасмурна і вологість повітря підвищена, то запилення можна проводити протягом усього дня. Для цього волоть з ізолятором нахиляють в бік і струшують декілька разів, щоб пилок потрапив на дно ізолятора, і потім знімають його з волоті. Ізолятор з пилком опускають на початок, з якого перед цим знімають ізолятор, запобігаючи потраплянню на приймочку пилку з інших рослин. Потім ізолятор, переміщений з волоті на початок, обережно струшують, розпилюючи пилок на приймочки маточок. Після запилення ізолятор закріплюють на стеблі.
При дослідженні впливу інцухту на основні ознаки кукурудзи установлено, що найбільш широкий формоутворюючий процес під дією інцухту спостерігається в перших трьох генераціях самозапилення.
Отже, для інбридингу (близькоспорідненого схрещування) потрібно підібрати такі рослини, гібриди яких дають максимальний ефект гетерозису.
Гетерозис («гібридна сила») Це явище, при якому гібриди по ряду ознак і властивостей перевершують батьківські форми. Гетерозис характерний для гібридів першого покоління, перше гібридне покоління дає прибавку врожаю до 30%. У наступних поколіннях його ефект послаблюється і зникає. Тому використовують ЦЧС.
Цитоплазматична чоловіча стерильність (ЦЧС). На практиці виробляють подвійні або трилінійні гібриди. Щоб отримати врожай від подвійного гібрида, потрібно брати в якості материнської форми F1 одного парного гібрида, а F1 іншого парного гібрида використовувати як батьківської форми.
В якості посівного матеріалу використовують різні форми гібридів, що відрізняються за типом отримання посівного матеріалу з інбредних ліній:
А × В =простий або парний гібрид (single cross)
(A × B) × (C × D)= подвійний гібрид (double cross)
(А × В) × С= трилінійний гібрид (three-way cross)
(А × В) × сорт= сортолінійний гібрид (top cross)
На практиці для цього засівають 6 або 8 рядків материнськими формами і 2-4 рядка - батьківськими. Завдяки однодомна у рослин кукурудзи з роздільними чоловічими та жіночими квітками можна дуже легко проводити кастрацію у жіночої форми шляхом видалення мітелок. Таким чином на стовпчики качанів материнської форми може потрапляти тільки пилок рослин батьківської форми (лінії або F1 парного гібрида).
Видалення мітелок у материнської форми проводять вручну і обов'язково до цвітіння. Це вимагає великої і ретельної роботи. При запізненні з видаленням мітелок знижується якість посівного матеріалу. Як правило, для якісного виконання цієї операції потрібно чотири проходу.
Незважаючи на трудомісткість ручного видалення мітелок, біологічні системи створення чоловічої стерильності у материнської лінії на основі генів цитоплазматичної чоловічої стерильності практично не застосовуються на практиці, так як для створення фертильних гібридів потрібно і чоловічий партнер з відновлюючими генами, що подовжує термін створення і випробування інбредних ліній. Крім того, в 70-х роках на величезних площах кукурудзи в США, несучої так звану техаську (Т) цитоплазматичну чоловічу стерильність, з'явилася вірулентна раса Т-збудника південного гельмінтоспоріозу (Cochiobolus heterostrophus, анаморф Bipolaris maydis southern blight), до якої в високій мірі сприйнятливі всі форми з геном Tcms. Це викликало великі втрати, що послужило причиною відмови від використання цього механізму. Однак в насінництві Росії цей метод отримання посівного матеріалу все ще використовують.
Методи добору
Одними із найперших і найпростіших методів селекції кукурудзи були
масовий та індивідуальний добори (добір кращих качанів).
Добір –цепроцес створення порід, сортів, штамів шляхом систематичного збереження особин з певними, цінними для людини ознаками і сприяння їхньому розмноженню.
3.3.1. Масовий добір. До кінця ХІХ ст. головним методом селекційної роботи з кукурудзою був масовий добір. Основний його зміст полягав у доборі кращих рослин за ознаками початка, об’єднання насіння від них і посів від них насіння для вирощування наступного покоління. Масовий — вибраковування усіх особин, які за фенотипом не відповідають породним або сортовим стандартам (його значення − збереження сталості породних та сортових якостей).
Отже, це найстаріший метод при якому відбирають кращі особини за їх фенотипом , без врахування родинних зв’язків.
Переваги - простота.
Недоліки-робота з матеріалом тривалий час.
Розрізняють: позитивний і негативний масові добори.
Негативний масовий добір – це видалення рослин популяції які не відповідають меті селекції.
Позитивний масовий добір – це виділення з популяції найкращих особин з наступним їх поєднанням в популяцію,яка є основою для наступного циклу добору. Так створено значне число видатних сортів кукурудзи, які також стали цінним вихідним матеріалом для селекції. Однак в наступному було встановлено, що великих досягнень по врожайності при використанні цього метода досягнути неможливо.
Масовий добір поділяється на:
- одноразовий,
- багаторазовий,
- безперервний.
Одноразовий масовий добір - з маси рослин відбираються рослини з бажаними ознаками,які потім змішують і висівають разом на ділянці.
Багаторазовий масовий добір – проводиться для поліпшення популяцій за якими то певними ознаками. Сутність полягає в тому, що на першому етапі він здійснюється як і одноразовий масовий добір. На наступний рік із нової сформованої популяції знову добирають кращі рослини,які об’єднують із новою утвореною популяцією – знову здійснюють добір. Добір може тривати протягом декількох поколінь,допоки не буде досягнуто певної мети.
Нині для перехреснозапильних рослин таких як кукурудза соняшник існують модифікації масового добору - це масовий добір при контрольованому запиленні і рекурентний добір за фенотипом.
Повторний (рекурентний) добір за фенотипом. Цей метод передбачає використання повторних рекомбінацій від схрещування відібраних кращих генотипів з метою підвищення концентрацій бажаних генів у популяції. Він забезпечує найвищий ступінь контролюючого запилення — аутогамію.
Виділені з популяції рослини піддаються самозапиленню, а наступного року кращі потомства схрещують між собою з метою створення нових рекомбінацій. Насіння від таких схрещувань змішують на загальній ділянці (Сх). Популяція С1 є джерелом для виділення ліній за селективною ознакою. Такі цикли повторюють доти, доки ознака не виявиться максимально, тобто до зникнення ефекту добору.
Рекурентний добір за фенотипом застосовують при селекції кукурудзи на стійкість до хвороб і шкідників, до вилягання і ламкості стебла, на висоту прикріплення качана, підвищення вмісту жиру та інших речовин у зерні. Фенотиповий рекурентний добір ведуть також з метою створення ліній з двома качанами.
Масовий добір, при якому зернівки із кращих качанів змішують і висівають у наступному році, має два основних недоліки. Перший із них у тому, що при цьому методі залишається невідомим батьківський компонент, який при запиленні може суттєво впливати на майбутні потомки. Другий недолік —25 невідомо про потомків окремих рослин, а значить, неможливо встановити і властивості материнської форми. Масовий добір більш ефективний при проведенні його на ранньостиглість, форму зерна та качанів, а щодо врожайності він не завжди призводив до бажаних результатів.
Реципрокний рекурентний добір застосовують для збільшення генетичної різноманітності матеріалу, який використовується для отримання ліній. Для роботи підбирають дві різноманітні в генетичному відношенні популяції (два сорта, синтетика або простих гібрида). По кожній популяції закладають самозапилені лінії і схрещують їх з тестером. Для рослин групи А тестером використовується популяція В, і навпаки. При цьому пилок від кожної самозапиленої рослини наносять на приймочку маточки чотирьох-п’яти випадково відібраних рослин тестера.
На другий рік роботи випробовують дві групи тестерних гібридів: тестер-популяцію А х S0B і тестер-популяцію В х S0A. Наступного року насіння кращих самозапилених ліній по кожній популяції, яка виділилася після випробування, висівають початкорядним способом і схрещують в усіх можливих комбінаціях. В результаті одержують нові популяції А1 і В1, які використовують для проведення наступного цикла селекції. Лінії, що виділилися в кожному наступному циклі добору, поступово покращуються. В популяціях підвищується концентрація сприятливих алелів, які забезпечують прояв наддомінування при схрещуванні ліній, що відібрані з цих популяцій.
Метод реципрокного рекурентного добору в більшості випадків виявився ефективним. Реципрокна рекурентна селекція була успішно використана при розробці програми створення подвійного міжлінійного гібрида на основі найбільш гетерозисного міжсортового гібрида.
Груповий масовий добір, при якому виділені рослини або качани розподіляють на групи. В кожній із цих груп насіння змішують і кожну з них вирощують ізольовано, щоб пилок рослин з одних груп не перезапилював рослини інших груп. У перший рік проводять кастрацію менш цінних рослин. У наступному році бракують цілі групи рослин, а в тих, що зали- шилися, відбирають і каструють небажані рослини. На третій рік насіння з груп, яке збереглося, ділять на три частини. Першу частину його використовують для порівняльного сортовипробування, другу — для виробництва еліти, а третю — для продовження селекційної роботи.
3.3.2. Індивідуальний добір у селекції кукурудзи вперше почали застосовувати в останньому десятиріччі XIX століття в США, де він називається як качанорядковим, бо потомки одного качана завжди висівають в один рядок (по 20— 40 рослин) з різною кількістю повторень.
Найбільш яскравим прикладом результативності цього методу є застосування його з 1896 р. Хопкінсом для створення ліній кукурудзи з високим та низьким вмістом у зерні білка та олії. Досліди продовжуються і в наші дні. Якщо у вихідного сорту в зерні було 10,92 % білка і 4,7 % олії, то в лініях в останні роки зафіксований максимальний вміст білка 26 %, олії — 20 %, а мінімальний відповідно 2,5 і 0,8 %. Систематичне застосування індивідуального добору призводить до зниження врожайності тому, що при цьому збільшується з кожним роком процент близькородинного запилення рослин.
Різновидом індивідуального добору є метод половинок, який ґрунтується на тому, що насіння з одного відібраного качана поділяють на дві частини, одну з яких висівають в наступному році для вивчення, а другу — зберігають. За результатами вивчення залишки насіння з качанів, які виявилися кращими, об'єднують і висівають на ізольованих ділянках для розмноження