Главная >> Статьи >> Методы биотехнологии в селекции бессемянных сортов винограда

Методы биотехнологии в селекции бессемянных сортов винограда

УДК 634.8: 631.527
МЕТОДЫ БИОТЕХНОЛОГИИ В СЕЛЕКЦИИ БЕССЕМЯННЫХ СОРТОВ ВИНОГРАДА
Н.В. Берникова
Всероссийский НИИ виноградарства и виноделия им. Я.И. Потапенко, г. Новочеркасск
Предложен способ получения исходного материала для селекции из изолированных семяпочек бессемянных сортов винограда с использованием методов биотехнологии.
В XXI веке все более приходится учитывать неблагоприятное влияние таких факторов, как развивающийся глобальный энергетический кризис и изменение климата в мире, что может вызвать повышение уровня стрессов, воздействующих на живые организмы. В таких условиях еще большее значение, чем в прошлом, приобретают биологические и биофизические исследования, направленные на селекционное улучшение сельскохозяйственных культур, стабильность производства и снижение его потерь. Стало очевидным, что наиболее надежным и экономически выгодным фактором повышения урожайности и ее стабильности является сорт. Зависимость увеличения производства продукции от сорта неуклонно растет.
Создание продуктивных сортов стало возможным при использовании новых биотехнологических методов улучшения растений (генной, хромосомной, клеточной инженерии) в сочетании с усовершенствованными методами классической селекции. Это открывает новые возможности для целенаправленного изменения сельскохозяйственных культур и повышения их устойчивости, продуктивности и качества [1].
Одно из направлений клеточных технологий - это использование их в селекции, которое облегчает и ускоряет традиционный селекционный процесс в создании новых форм и сортов растений. Существующие методы культивирования изолированных клеток и тканей in vitro условно можно разделить на две 1руппы.
Первая группа - это вспомогательные технологии, которые не подменяют обычную селекцию, а служат ей. К ним можно отнести: оплодотворение in vitro (преодоление прогамной несовместимости), культивирование семяпочек и незрелых гибридных зародышей (преодоление постгамной несовместимости), получение гаплоидов путем культивирования пыльников и микроспор, криосохранение изолированных клеток, тканей и органов, клональное микроразмножение гибридов.
Вторая группа методов ведет к самостоятельному, независимому от традиционных методов селекции, получению новых форм и сортов растений: клеточная селекция с использованием каллусной ткани, соматическая гибридизация (слияние изолированных протопластов и получение неполовых гибридов), применение методов генной инженерии [2].
В результате широкого использования культуры изолированных зародышей и семяпочек в исследованиях, связанных с селекционным процессом, разными авторами получено много ценных для практики форм растений, которые не могли быть получены обычными методами. Среди прочих к ним относится и бессемянный виноград.
Среди почти 30 тысяч сортообразцов, которые по последним данным насчитывают мировые коллекции винограда, бессемянным сортам принадлежит особое место, что объясняется их высокой практической ценностью как в производстве сушеной продукции, так и при потреблении в свежем виде, а также при приготовлении вин, сока и других пищевых продуктов.
Среди большого числа известных и описанных сортов группа бессемянных очень малочисленна (около 2 %) и в основном представлена мелкоягодными формами, относящимися к виду V. vinifera L. восточной группы Orientalis Negr., пригодными к возделыванию в регионах с теплым климатом, высокой суммой активных температур и длинным вегетационным периодом (районы Средней Азии, Иран, Турция, Афганистан и др.). В России лишь немногие районы Южного Дагестана пригодны для возделывания бессемянных сортов винограда.
В сортименте России практически отсутствуют бессемянные сорта. Поэтому для нашей страны актуально создание новых бессемянных сортов, имеющих ценные биологические и хозяйственные признаки в сочетании с более коротким периодом вегетации, устойчивостью к морозу и филлоксере.
Основным методом получения новых сортов в селекции на бессемянность уже более 100 лет является гибридизация. В результате многолетней селекционной работы установлено, что для получения крупноягодных бессемянных сортов необходимо проводить скрещивания между семенными и бессемянными сортами. При этом в качестве материнских форм используются семенные крупноягодные сорта, а в качестве отцовских - бессемянные сорта.
Однако гибридизация на бессемянность сопряжена с рядом трудностей, главными из которых являются:

  1. рецессивность признака бессемянности, в связи с чем в гибридном потомстве бывает низка доля бессемянных сеянцев;
  2. невозможность использования бессемянного сорта в качестве материнской формы, которая, как известно по законам генетики, более активно передает гибридному потомству желаемые признаки;
  3. ограниченность исходного материала семенных и бессемянных форм, относящихся, за редким исключением, к одной эколого- географической группе. Из этой же группы и подгруппы в пределах V. vinifera L., в большинстве случаев, приходится подбирать и материнские формы. Такая однородность генофонда сдерживает проявление гетерозиса у гибридного потомства.

Кроме того, общим слабым местом метода гибридизации является то, что при решении задачи создания новых форм в гибридный организм, в силу закона сцепления генов, переносятся нежелательные сочетания хозяйственных признаков и биологических свойств. Применительно к селекции винограда на бессемянность это выражается в том, что в гибридном потомстве бессемянность коррелирует с мелкоягодностью.
Благодаря успехам биотехнологии, в первую очередь в области культуры ткани, и появлению возможности культивирования зародыша семени в условиях in vitro, открылась перспектива получения жизнеспособного потомства от скрещивания бессемянных сортов между собой с последующим развитием зародышей семени в контролируемых условиях.
Использование методов in vitro для преодоления постзиготической аборгивности расширяет возможности селекции на бессемянность, позволяет включить в селекционный процесс стеноспермокарпические сорта и гибриды в качестве материнских форм. Эти сорта не являются истинно бессемянными, так как их ягоды содержат недоразвитые семена различных размеров. Опыление в них происходит, но зародыши затем останавливаются в развитии и семена абортируются. В настоящее время стеноспермокарпические сорта составляют 85 % мирового сортимента столового и изюмного винограда.
Наличие семян или жизнеспособных зародышей в нормальных бессемянных фенотипах показывает, что эмбрионы бессемянных сортов генетически полноценны. Их недоразвитость может быть результатом физиологического дисбаланса в родительских тканях в критический период онтогенеза. Создание благоприятных условий в течение этого периода дает возможность предотвратить разрушение и поддержать в дальнейшем развитие эмбрионов.
Одним из наиболее перспективных направлений создания межвидовых и межродовых гибридов является эмбриокультура. Этот метод представляет интерес и при выведении бессемянных сортов, так как позволяет культивировать гибридные зародыши на ранних этапах развития, препятствуя их деградации, приводящей к формированию бессемянности. В литературе рассматриваются два типа эмбриокультуры: с использованием незрелых и зрелых зародышей, а также выращивание семяпочек от свободного опыления и скрещивания бессемянных сортов между собой.
Целью наших исследований, проведенных под руководством зав. лабораторией биотехнологии, доктора сельскохозяйственных наук Н.П. Дорошенко, было изучение эмбриогенного потенциала стеноспермокарпических сортов винограда и разработатка метода получения жизнеспособных проростков и сеянцев из изолированных семяпочек в культуре in vitro.
Предметом исследований являлись семяпочки от самоопыления 14 сортов и 30 комбинаций скрещивания между стеноспермокарпическими сортами и гибридными формами винограда V. vinifera и межвидового происхождения различной категории бессемянности.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование метода культуры изолированных семяпочек позволяет получить проростки и сеянцы от самоопыления стеноспермокарпических сортов винограда. При этом выход сеянцев зависит от генотипа этих сортов. Количество жизнеспособных семян от инцухтирования сортов V.vinifera L. Белградский бессемянный, Таировский розовый (8-25-78), Вита, Перлет, Розовый бисер и Кишмиш лучистый составило 0-3,8 %. Уровень эмбриогенного потенциала сортов межвидового происхождения Русбол, Кишмиш новочеркасский, Гибрид № 311 достигал 50-60 %.
При использовании стеноспермокарпических генотипов в качестве родительских форм установлены значительные различия между комбинациями скрещивания по уровню эмбриогенного потенциала. Низкие его значения отмечены в скрещиваниях, где в качестве материнской формы взяты сорта V. vinifera L. (Кишмиш лучистый х Русбол, Белградский бессемянный х Русбол, Мечта х Русбол). Количество семяпочек с жизнеспособными зародышами в скрещиваниях [-15-5-7- х Русбол, 1-15-5-7 х Кишмиш уникальный, 1-15-7-1 х Кишмиш уникальный, составило 11-18%. Высокие показатели эмбриогенеза (37-45 %) отмечены при опылении сорта Кишмиш ЦГЛ пыльцой сортов Кишмиш уникальный, Коринка русская, Русбол.
Установлено, что количество полученных сеянцев в большой степени зависит от срока изолирования и посева семяпочек на питательную среду. При этом для разных сортов предпочтительны различные сроки изолирования.
Выявлена сильная нелинейная корреляционная зависимость между сроком изолирования семяпочек и выходом сеянцев (R2 = 0,89). Для увеличения выхода жизнеспособных растений выделение гибридных семяпочек и ввод их в культуру следует осуществлять через 65-100 дней после опыления (с учетом генотипа родительских сортов).
Одним из критериев определения оптимального срока введения семяпочек в культуру может служить соотношение количества нормальных семяпочек и рудиментов в ягоде. Исходя из этого, семяпочки сортов высокой категории бессемянности (Перлет) следует вводить в культуру в период до 50 дней с момента опыления, сортов III-IV класса бессемянности - до 80 дней после цветения, а семяпочки сортов типа Русбол - в течение всего периода созревания и полной зрелости ягод.
Испытание питательных сред выявило преимущество среды Уайта по сравнению со средой Нича для культивирования семяпочек стеноспермокарпических сортов винограда (количество развившихся зародышей у величилось с 11,1 до 36,5 %).
При вводе в культуру in vitro семяпочек винограда установлена высокая эффективность применения азотнокислого серебра в качестве стерилизующего агента. Двойная стерилизация (ягод и семяпочек, извлеченных из них) 0,8 % раствором AgNOi в течение 5-10 минут позволяет сократить количество инфицированных семяпочек до 3,9-4,6 % в сравнении со 100 % заражением при обработке 10 % раствором гипохлорита кальция с экспозицией 30 минут.
Установлено, что значительное влияние на развитие зародышей оказывают погодные условия в период формирования генеративных органов, оплодотворения и постоплодотворения (таблица).
Таблица
Коэффициент корреляции между эмбриогенным потенциалом семяпочек и погодными факторами в различные периоды вегетации


Изучаемый фактор

Коэффициент корреляции

Сумма активных температур в период от начала вегетации до цветения, °С

0,49

Сумма осадков в период от начала вегетации до цветения. мм

0,51

Среднесуточная температура воздуха в мае, °С

0,55

Среднесуточная температура воздуха в июне, °С

0,66

Сумма активных температур за 2 недели до цветения, °С

0,69

Сумма активных температур в период цветения, °С

0,07

Сумма осадков в период цветения, мм

0,32

Корреляционный анализ показал, что наиболее тесная связь существует между эмбриогенным потенциалом семяпочек и суммой тепла в период бутонизации (г = 0,69), а также оплодотворения и постоплодотворения (г = 0,66).
Гибридный фонд пополнен новыми формами. Выделены бессемянные формы винограда: VI-15-1-2 (Кишмиш ЦГЛ х Коринка русская) III-IV класса бессемянности с ягодой массой 1,7 г, средняя масса семени 17 мг и сеянец из семьи Кишмиш ЦГЛ х Кишмиш уникальный - масса ягоды 2,3 г, семени - 30 мг.
Эмбриокультура дает возможность вырастить гибридные растения из неполноценных зародышей. Однако выход гибридных растений мал. Поэтому перед исследователями часто встает задача - размножить и сохранить полученные растения. В этом помогает метод клонального микроразмножения. Размножают гибриды путем активации развития меристемы пазушных почек (черенкованием стерильных побегов), адвентивными почками или регенерацией растений из каллусной ткани.
Сеянцы, полученные нами от скрещивания обоих бессемянных родителей, были вегетативно размножены с помощью метода клонального микроразмножения. Увеличение популяции этих форм повышает вероятность их сохранения и позволяет провести дальнейшее изучение по агробиологическим признакам с целью получения гибридов высокого класса бессемянности, обладающих повышенной устойчивостью к неблагоприятным условиям окружающей среды.
На основании проведенных исследований, разработан метод получения исходного материала для селекции бессемянных сортов из изолированных семяпочек в культуре in vitro, включающий следующие этапы:

  1. Подбор сортов для скрещивания. В качестве материнской формы рекомендован сорт Кишмиш ЦГЛ, отцовской - Кишмиш уникальный, Коринка русская, Русбол.
  2. Гибридизация по схеме: бессемянный х бессемянный.
  3. Выделение гибридных семяпочек через 65-100 дней после опыления, дезинфекция ягод и семяпочек 0,8 % раствором AgNOj с экспозицией 5-10 минут, посев на питательную среду Уайта.
  4. Стратификация семяпочек при температуре воздуха +3+5 °С в течение 3-4-х месяцев.
  5. Культивирование в контролируемых условиях: температура воздуха +25+27 °С, шестнадцатичасовой световой день при интенсивности освещения 2-3 тыс. люкс.
  6. Получение проростков и пробирочных растений.
  7. Вегетативное размножение сеянцев методом клонального микроразмножения.
  8. Пересадка сеянцев на субстрат в торфоперегнойные горшочки.
  9. Адаптация к нестерильным условиям.
  10. Высадка растений в открытый грунт.

Литература

    1. Ковалев В.М. Технологии будущего в растениеводстве // Сельскохозяйственная биотехнология. - М„ 2000. - Т. 1. - С. 228-240.
    2. Сельскохозяйственная биотехнология. - М., 1998. - С. 66-85.

По материалам конференции: Современные достижения биотехнологии в виноградарстве и других отраслях сельского хозяйства, Новочеркасск, 29-30 июня 2005 г. / ГНУ ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко.

Метки: селекция |
 
< Методология размещения винограда оздоровленного in vitro   Методы ботанического описания и изучения сортов винограда >
Искать по сайту:
или внутренним поиском:

Translator

Наверх