CC BY
67
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2017, том 52, № 1, с. 129-142
Род Brassica: молекулярные маркеры и in vitro методы в селекции
УДК 635.127:631.524.022:631.524.5/.6:577.21 doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.129rus
ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ КАЧЕСТВА У ОБРАЗЦОВ КОЛЛЕКЦИИ Brassica rapa L. ВИР*
А.М. АРТЕМЬЕВА1, А.Е. СОЛОВЬЕВА1, Ф.А. БЕРЕНСЕН1, Н.В. КОЧЕРИНА1,
Ю.В. ЧЕСНОКОВ2
Особенность химического состава культур вида Brassica rapa L. (высокое содержание воды и низкое — жиров) обусловливает низкую калорийность капустных растений. Для них характерно высокое содержание углеводов и белков, включающих все незаменимые аминокислоты. Биохимический состав растений в пределах вида B. rapa сильно варьирует. Нами впервые проведена многофакторная комплексная оценка морфологических и биохимических признаков качества, обусловливающих потребительскую ценность растений из стержневой коллекции Brassica rapa L. Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР, 96 образцов) в разных эколого-географических зонах (Южный Китай и Ленинградская обл.) в полевых условиях и в теплице. С помощью отобранных SSR (simple sequence repeats) маркеров, находящихся в неравновесном сцеплении с QTL морфологических и биохимических признаков, впервые осуществлен молекулярно-генетический анализ геномов различных (листовых, корнеплодных и масличных) форм у образцов из стержневой коллекции B. rapa ВИР, в результате чего среди культур вида выявлены новые генетические источники признаков качества. При изучении особенностей проявления некоторых признаков, обусловливающих потребительскую ценность растений вида B. rapa, установлено, что различия по морфометрическим показателям образцов (длина и ширина листовой платинки, размер черешка, опушенность, окраска) при выращивании в полевых условиях Южного Китая и Ленинградской области в среднем невелики, в то время как в теплице при загущенной посадке размеры листовой пластинки уменьшаются (у пекинской, китайской, ноздреватой капусты, репы, культурной сурепицы в полевых условиях листья были на 512 см длиннее и шире). По биохимическим признакам в полевых условиях обнаружены значимые и высокозначимые корреляции сухое вещество (СВ)—аскорбиновая кислота (АК) (r = 0,51, p < 0,05), СВ—хлорофилл a (Ха) (r = 0,59, p < 0,05), СВ—каротиноиды (Кд) (r = 0,55, p < 0,05), СВ—каротины (Ка) (r = 0,67, p < 0,05), СВ—ß-каротин (ß-К) (r = 0,59, p < 0,05), СВ—белок (Б) (r = -0,49, p < 0,05); Ха—Хb (r = 0,93, p < 0,001), Ха—Кд (r = 0,59, p < 0,05), Ха—Ка (r = 0,49, p < 0,05) Xa—ß-К r = 0,99 (p < 0,001); ХЬ—ß-К (r = 0,92, p < 0,001); Кд—Ка (r = 0,49, p < 0,05), Кд—ß-К (r = 0,63, p < 0,05); Ка—ß-К (r = 0,49, p < 0,05). В теплице соответствующие значения r были следующими: СВ—АК r = -0,59 (p < 0,05), СВ—Xb r = 0,58 (p < 0,05), СВ—Кд r = -0,53 (p < 0,05), СВ—Ка r = 0,71 (p < 0,001); АК—Xb r = -0,59 (p < 0,05), АК—Кд r = 0,83 (p < 0,001), АК—Б r = 0,58 (p < 0,05); Xa—Xb r = 0,74 (p < 0,001), Xa—Ка r = 0,67 (p < 0,05), Xa—ß-К r = 0,95 (p < 0,001); Xb—Кд r = -0,48 (p < 0,05), Xb—Ка r = 0,87 (p < 0,001), Xb—ß-К r = 0,64 (p < 0,05); Ка—ß-К r = 0,63 (p < 0,05). Выявлены новые генетические источники изучаемых биохимических признаков (образцы полукочанной пекинской капусты Сяо-бай-коу и Дунганская, китайской капусты Майская и Ching Pang Ju Tsai, выделившийся особенно высоким содержанием хлорофиллов и каротина) с показателями в поле и в теплице по СВ — соответственно 5,44-7,03 и 4,20-5,40 % (выше среднего значения для культуры), Б — 12,61-24,66 и 24,12-33,23 %, АК — 32,56-46,46 и 30,00-61,47 мг/100 г, Хa — 33,35-110,64 и 53,82-95,99 мг/100 г, ХЬ — 12,20-53,80 и 17,89-44,78 мг/100 г, ß-К — 1,80-6,75 и 3,006,04 мг/100 г. Подтверждено, что найденные SSR-маркеры BRMS051, KS51082, BRMS043 и KS50200 ценных морфологических и биохимических признаков могут быть использованы для скрининга коллекционного и селекционного материала. Кроме того, полученные оригинальные результаты позволяют вплотную подойти к практическому осуществлению ассоциативного картирования и идентификации конкретных генетических детерминант, определяющих проявление изучаемых морфологических и биохимических хозяйственно ценных и экономически значимых признаков качества на основе использования уникального коллекционного материала B. rapa, сохраняемого в ВИР.
Ключевые слова: Brassica rapa, морфологические и биохимические признаки качества, молекулярные маркеры, скрининг коллекции.
Репа (Brassica rapa L.) — широко распространенный на Земном шаре вид, который включает экономически важные скороспелые и продуктив-
* Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ № 13-04-00128-а.
ные культуры (масличные, овощные, кормовые) с ценным химическим составом. Низкое содержание жиров и высокое — воды делает их малокалорийными, а значительное количество биологически активных веществ (витаминов, ферментов и др.) у культурных представителей вида положительно влияет на здоровье человека, стимулирует иммунную систему и препятствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Во Всероссийском институте генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) ведется поиск и привлечение в коллекции образцов B. rapa с улучшенными морфологическими и биохимическими признаками качества. Генетический анализ этих важных для человека количественных признаков (quantitative trait loci — QTL) возможен благодаря наличию у культур вида значительной генетической изменчивости. Биохимический состав растений в пределах вида B. rapa сильно варьирует (1-5). В последнее десятилетие установлены особенности накопления основных метаболитов, в том числе биологически активных веществ, у ранее малоизученных восточноазиатских капустных культур B. rapa, включая различные сортотипы (6, 7). Объяснение широчайшей изменчивости морфологических признаков у B. rapa предложено K. Lin с соавт. (8), обнаружившими уникальные гены у трех морфотипов B. rapa — корнеплодной репы и короткостадийной формы, геномы которых секвенировали и сравнили с геномом кочанной пекинской капусты.
Ранее (9-12) мы картировали локусы хромосом, отвечающие за проявление семи морфологических и пяти биохимических признаков качества в популяциях линий удвоенных гаплоидов листовых, корнеплодных и масличных культур вида B. rapa L. Всего (с учетом контроля одним локусом одних и тех же признаков в разных условиях выращивания или нескольких признаков одновременно) было картировано 140 QTL, детерминирующих формирование указанных хозяйственно значимых свойств у линий удвоенных гаплоидов B. rapa в полевых условиях и при выращивании в теплице. Установлены молекулярные маркеры, генетически сцепленные с изучаемыми QTL, дискутируется блочная геномная структура построения генетических компонент (локусов хромосом и групп сцепления), вовлеченных в экспрессию морфологических и биохимических признаков качества. Однако достигнутые результаты до конца не раскрывают характер наследования и молекулярно-генетический контроль этих признаков, представляющих интерес для изучения генетического разнообразия у вида B. rapa.
Отличительная особенность настоящей работы заключается в том, что впервые проведена многофакторная комплексная оценка морфологических и биохимических признаков качества, которые обусловливают потребительскую ценность растений B. rapa. Анализ геномов различных форм B. rapa с использованием молекулярно-генетических маркеров, находящихся в неравновесном сцеплении с QTL морфологических и биохимических признаков, позволил выявить перспективные образцы — генетические источники для селекции на качество у B. rapa. При этом найденные молекулярные маркеры могут служить эффективным инструментом при массовом скрининге образцов коллекции и селекционного материала.
Цель работы заключалась в морфологической, биохимической и мо-лекулярно-генетической оценке коллекции Brassica rapa L. ВИР в различных эколого-географических зонах в полевых условиях и в теплице.
Методика. Исследовали 96 образцов разного происхождения из стержневой коллекции ВИР, отражающей ботаническое разнообразие вида B. rapa. Использовали таксономическое деление по C.E. Specht и A. Diederichsen (13), за исключением выделения ssp. sylvestris (Lam.) Janchen в отдельный от ssp. oleifera подвид. Все образцы оценивали в многолетних полевых испы-
таниях в Пушкинском филиале ВИР (г. Санкт-Петербург) и на Южнокитайской опытной станции фирмы «Enza Zaden» (г. Гуанчжоу, провинция Гуандун, Китай) в 2010 году, а также в 2013-2016 годах в условиях зимней теплицы (Пушкинский филиал ВИР). Схема посева в полевых тестах 70^30 см, в теплице — 25^20 см. Морфологическое описание и биохимическую оценку растений проводили по представленным ранее методикам (3, 4, 14, 15), используя 20 растений каждого образца.
ДНК выделяли из молодых зеленых листьев растений по методике Д.Б. Дорохова и Э. Клоке (16). Молекулярно-генетический скрининг образцов методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводили согласно описанному ранее протоколу (17). В реакционную смесь (25 мкл) вносили 10* инкубационный буфер (2,5 мкл), 0,5 мкл каждого dNTP (10 мМ), по 1 мкл праймера (10 пмоль/мкл), 0,5 мкл Taq ДНК-полимеразы (5 ед/мкл) («Сибэнзим», Россия) и 20 нг геномной ДНК. ПЦР-амплификацию осуществляли в ДНК-термоциклере («Bio-Rad», США) с индивидуальной программой для каждого типа маркеров в соответствии с базой данных генетических маркеров овощных культур (http://vegmarks.nivot.affrc.go.jp/). Результаты визуализировали при помощи ДНК-электрофореза в 1,8 % агарозном геле с окрашиванием бромистым этидием. Для регистрации паттернов использовали документационную систему («Bio-Rad», США).
Данные обрабатывали с помощью программы Statistica 6.0 («StatSoft Inc.», США). Использовали уровень значимости p < 0,05.
Результаты. Образцы коллекции B. rapa (табл. 1) оценивали в условиях теплицы (посев 1 февраля) и в полевых тестах (посев в Гуанчжоу 25 мая, в Пушкине 25 июня) по ряду морфологических признаков качества, обусловливающих продуктивность и потребительскую привлекательность растений: длина, ширина, окраска, опушенность, характер поверхности ткани листовой пластинки, а также длина и ширина черешка наиболее развитого листа среднего яруса.
1. Список образцов стержневой коллекции вида Brassica rapa L. из мировой коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Подвид, разновидность
Сортотип Номер в каталоге ВИР Название Происхождение
Дунганская 139 Дунганская Казахстан
Сяо 53 Местный Казахстан
74 Сяо-бай-коу Китай
89 Доу-образная раннеспелая Китай
Чиримен 100 Hikoshima spring Япония
Нагасаки 238 Nagoya Market Япония
Шантунг 58 Би-це Киргизия
210 Kiriba Santo Япония
108 Местный Китай
Касин 132 Kasin Япония
247 Хасинбечу Корея
Чосен 122 Лен-син-дзон Китай
207 Chosen Япония
Аити 63 Местный Китай
131 Aichi Япония
Нозаки 111 Nozaki early Япония
327 Nozaki Harumaki Япония
Кага 103 Kaga Япония
88 Цзюй-син-бао-тоу-бай-цай Китай
Хоторен 127 Hotoren Япония
Чи-фу 48 Wong-Bok Нидерланды
110 Matsushima Япония
Кенсин 222 Kensin Япония
Гранат 164 Michihli Канада
71 Хэ-тоу-вень Китай
Да-цин-коу 56 Да-цин-коу Китай
128 Цужита Япония
198 Местный Китай
(пекинская)
Продолжение таблицы 1
ssp. chinensis (L.) Hanelt Пиорбай 75 Пиорбай Китай
(китайская) Сыюсман 77 Сыюсман Китай
Вр.930 Майская 8 Китай
Тайсай 46 Тай-на Россия
106 Янцай Китай
214 Nicanme Jukijiro Taisai Япония
Ю-тсай (var. utilis) 195 Местный Китай
203 Ching Pang Ju Tsai Китай
var. rosularis (Tsen & Lee) Та-гу-цай 84 Хэе-ю-та-цай Китай
Hanelt (розеточная) 129 Та-гу-цай Китай
var. narinosa (Bailey) Hanelt Хризантемум 154 Chrysanthemum heart Китай
(ноздреватая) 213 Bitamin na Япония
var. purpuraria (Bailey) Bailey
(пурпурная) 391 Xing Yang Китай
ssp. nipposinica (Bailey) Hanelt Мибуна 115 Mibuna Япония
(японская) Мизуна 159 Mizuna Япония
241 Shiroguki Kyona Япония
ssp. rapa L. f. Komatsuna Комацуна 215 Uzuki Komatsuna Япония
(листовая репа комацуна) 242 Goseki Late Япония
Курона 264 Kurona Япония
Японские листовые овощи Мана 372 Bansei Mana Япония
Сирона 98 Osaka Market Япония
217 Okute Osaka Shirona Япония
Хиросимана 335 Hiroshimana Япония
Стабильные гибриды между 96 Шантай Китай
подвидами 302 Гурин Дэбюу Япония
331 White Long Petiole Япония
436 Benrina Япония
ssp. rapa L. Китайский 163 Местный Китай
(репа корнеплодная) Остерзундомский 307 Остерзундомский Россия
Бортфельдский 385 Бортфельдский Украина
Карельская 738 Карельская Россия
Гробовская 821 Гробовская Россия
Миланская белая 826 Миланская белая Россия
Петровская 830 Петровская Россия
Тельтовский 894 Тельтовская Германия
Норфолькский
фиолетовоголовый 984 Норфолькский Франция
Волынский 1050 Волынский Украина
Золотой шар 1283 Золотой шар Нидерланды
ssp. oleifera (DC.) Metzger 68 Местный Китай
f. annua (сурепица яровая) 1 Kun Min ai u-zai Китай
2 Hue Zin u-zai Китай
11 Gute Финляндия
13 Местный Аргентина
25 Zsjan Su U uan-uzai 5082 Китай
63 Pahsi Индия
106 Lotni mustard Индия
108 Arlo Швеция
114 Local (tetraploid) Пакистан
163 LGL Пакистан
192 Mustard Непал
248 Local Испания
251 Vat-cawte Танзания
301 BHLS Непал
339 Jui-cai-tai Китай
374 Local 88/47 Бутан
ssp. oleifera (DC.) Metzger 166 Root mustard Тунис
f. biennis (сурепица озимая) 337 U-zai-zsi Китай
ssp. dichotoma (Roxb.) Hanelt 53 Local toria Индия
(коричневый сарсон) 100 Local Непал
135 Ds 17 Индия
161 Toria selection Пакистан
205 Sarson Пакистан
ssp. trilocularis (Roxb.) Hanelt 131 Type 1 Индия
(желтый сарсон) 188 Palton sarson 66 Индия
299 Sangam Индия
338 Chen-du-ai-u-zai Китай
ssp. sylvestris (Lam.) Janchen 176 Италия
(сурепица лесная дикая) 218 Nabo silvestre Перу
Установлено, что средняя по коллекции длина и ширина листовой пластинки в полевых условиях в Китае и при выращивании в Пушкин-
ском филиале ВИР различались несущественно, тогда как в теплице размеры листовой пластинки оказались значительно меньше (табл. 2). В то же время в условиях Китая размеры листовой пластинки были существенно больше у китайской капусты, ноздреватой и пурпурной капусты (все культуры южно-китайского происхождения), а также у корнеплодной репы; незначительно больше — у южно-китайской розеточной капусты и сурепицы. Размеры листовой пластинки у пекинской капусты и листовой репы, а также длина пластинки у японской капусты оказались больше при выращивании в условиях Ленинградской области. Очевидно, это вызвано, очень высокими летними температурами в Южном Китае (35 °С и выше), лимитирующими быстрый рост вегетативных органов у некоторых культур. У пекинской капусты размеры листовой пластинки достоверно превышали средние по популяции: в полевых тестах в Китае, Пушкине и в условиях теплицы длина составляла соответственно 38,22±1,61; 41,82± 1,03 и 31,87±0,71 см, ширина — 19,33±0,80; 25,02±0,78 и 16,02±0,45 см. Размер листа у листовой репы в полевых условиях также превышал средние значения по коллекции, в теплице — не отличался от среднего для вида. Листовая пластинка у культурной сурепицы была значительно меньше (на 3040 % независимо от условий выращивания), чем в среднем по популяции, а дикая сурепица и розеточная капуста выделялись наименьшими размерами. Листовые пластинки у пекинской, китайской, ноздреватой капусты, репы, культурной сурепицы в полевых условиях были на 5-12 см длиннее и шире, чем в теплице, у розеточной и японской капусты, а также дикой сурепицы в тех же условиях — практически не различались по размеру.
2. Средние размеры листа у культур вида Brassica rapa L. в контрастных условиях
Длина, см Ширина, см
Культура полевой опыт П, полевой опыт П,
К 1 П теплица К 1 П телица
Ли с т о в а я п ластинка
Пекинская капуста 38,22±1,61 41,82± 1,03 31,87±0,71 19,33±0,80 25,02±0,78 16,02±0,45
Китайская капуста 26,10±2,58 21,36± 1,08 16,13±1,16 19,20±1,30 16,33±1,06 11,18±0,58
Розеточная капуста 14,50±0,50 12,30±2,00 13,93± 1,11 11,50±0,50 10,45±1,05 10,05±1,03
Ноздреватая и пурпурная
капуста 24,70± 1,86 21,50± 1,98 16,73±0,42 22,30±2,61 18,60±0,38 11,17±0,42
Японская капуста 18,00±3,06 24,63±2,20 24,10±7,03 9,67±2,40 9,50±3,10 8,37±1,19
Репа 24,78±3,14 19,12±1,39 19,10±0,83 19,00±1,78 12,26±0,91 15,95±0,95
Листовая репа 27,58±2,09 33,84±2,63 21,79± 1,01 18,75± 1,22 23,51±1,32 12,45±0,67
Сурепица 19,04± 1,13 16,67±0,52 12,75±0,48 13,72±0,64 12,96±0,47 10,38±0,40
Сурепица дикая 13,50±0,50 11,50± 1,00 14,03±2,01 11,50±0,50 9,50±0,50 11,85±1,86
Среднее по коллекции 25,75±1,09 26,34±1,20 20,63±0,85 16,92±0,53 17,61±0,67 12,85±0,35
НСР05 3,31 3,62 2,55 1,60 2,04 1,05
Черешок
Китайская капуста 16,00± 1,79 15,41±1,74 12,35±1,35 3,33±1,39 3,39±0,23 2,06±0,09
Розеточная капуста 9,00±2,01 10,50±0,10 12,28±1,65 2,20±0,25 1,95±0,35 1,51±0,09
Ноздреватая и пурпурная
капуста 21,00± 1,53 13,87±1,25 15,73±1,73 3,67±0,34 3,40±0,15 1,64±0,08
Японская капуста 16,30±2,17 14,43±0,66 15,76±3,06 0,97±0,03 1,10±0,15 1,03±0,09
Репа 21,25± 1,36 23,39± 1,04 30,90±2,54 2,00±0,29 1,63±0,15 1,44±0,09
Листовая репа 14,80±1,84 12,68±1,66 11,11±0,95 2,90±0,28 3,81±0,32 1,97±0,14
Сурепица 16,20±0,85 15,63±0,58 14,71±0,80 1,10±0,07 1,16±0,10 0,71±0,05
Сурепица дикая 14,00±3,01 10,50±0,50 15,15±3,16 0,90±0,10 0,75±0,25 0,64±0,13
Среднее по коллекции 16,53±0,64 16,07±0,65 16,33±1,37 1,98±0,14 2,04±0,13 1,29±0,07
НСР05 1,93 1,95 4,11 0,43 0,41 0,22
Примечание. К — Южный Китай, г. Гуанчжоу (провинция Гуандун), П — Пушкинский филиал Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова — ВИР, г. Санкт-Петербург. Полевые опыты выполняли в Китае в 2010 году, в Пушкине в 1997-2016 годах, эксперименты в условиях теплицы — в 2013-2016 годах. Латинские обозначения культур см. в таблице 1. Результаты получены при анализе 96 образцов из стержневой коллекции ВИР. Приведены средние (Х) и ошибки средних (±$х).
Средняя по популяции длина черешка при всех условиях выращивания была стабильной, ширина черешка в условиях юга Китая и Ленинградской области разнились незначительно, но в теплице оказалась суще-
ственно меньше (см. табл. 2). У пурпурной и ноздреватой капусты, японской капусты, листовой репы и дикой сурепицы длина черешка в условиях юга Китая была значительно больше, чем в Ленинградской области, у культурной сурепицы — незначительно больше, у репы и розеточной капусты — меньше. В теплице у китайской капусты, листовой репы и сурепицы черешок был короче, чем в поле, у остальных культур — длиннее (у репы — в 2 раза длиннее среднего по популяции). Все образцы пекинской капусты имели цельные сидячие листья без черешка. Длинный, относительной широкий черешок был характерен для корнеплодной репы, ноздреватой и японской капусты (на 15-30 % длиннее среднего значения по коллекции), короткий — для розеточной капусты. У образцов длина черешка в полевых условиях и в теплице в основном различалась незначительно (на 1-4 см), за исключением японской капусты и корнеплодной репы, у которых черешок в теплице оказался на 10-15 см длиннее, чем в полевых условиях. Самый широкий черешок обнаружили у образцов китайской и ноздреватой капусты и листовой репы, тонкий — у японской капусты и сурепицы. В полевых тестах черешок был достоверно шире у всех культур, за исключением японской капусты и дикой сурепицы.
Поверхность листовой пластинки у образцов коллекции различалась в зависимости от ботанической принадлежности генотипа — от гладкой до складчатой или слабо-, средне- и сильноморщинистой, характер опушения варьировал (от отсутствия до сильной степени проявления), окраска пластинки изменялась от светло- до темно-зеленой.
3. Образцы вида Brassica rapa L., выделившиеся по размеру продуктовых органов в контрастных условиях
Образец, номер по каталогу ВИР Длина пластинки, см Ширина пластинки, см Длина черешка, см
полевой опыт П, полевой опыт П, полевой опыт П,
К 1 П теплица К 1 П теплица К 1 П теплица
Пекинская капуста (бесчерешковая культура) Kiriba Santo, к-210 55,0±2,6 45,9±3,3 36,3±4,2 22,0±1,7 22,6±1,5 14,8±1,2 Chosen, к-207 50,6±2,8 42,1±2,1 37,9±2,7 25,6±2,4 20,2±1,9 18,1±2,6
Среднее по культуре 38,2±1,6 41,8±1,0 31,8±0,7 19,3±0,8 25,0±0,8 16,0±0,4
Китайская капуста Тай-на, к-46 24,2±2,3 22,8±2,7 16±3,1 19,0±2,6 18,2±2,2 13,8±2,8 13±1,8 22,8±3,0 16,7±2,5
Nicanme Jukijiro
Taisai, к-214 26,5±2,8 23,3±2,5 12,9±2,8 21,5±1,4 18,1±1,8 10,3±1,6 25,4±2,4 19,5±2,7 17,1±2,0
Среднее по культуре 26,1±2,5 21,3±1,1 16,1±1,2 19,2±1,3 16,3±1,1 11,2±0,6 16,0±1,8 15,4±1,7 12,3±1,3
Листовая репа
Goseki Late, к-242 40,3±3,7 40,5±2,9 25,9±3,2 21,5±2,8 23,1±2,0 9,5±1,9 16,6±2,3 11,5±2,2 9,6±1,6 Bansei Mana, к-372 50,4±3,2 45,2±3,6 22,6±2,6 36,8±3,4 26,9±2,6 15,4±1,4 9,1±2,1 9,8±2,1 8,4±1,2 Среднее по культуре 27,6±2,1 33,8±2,6 21,8±1,0 18,7±1,2 23,5±1,3 12,4±0,7 14,8±1,8 12,7±1,7 11,1±0,9 Примечание. К — Южный Китай, г. Гуанчжоу (провинция Гуандун), П — Пушкинский филиал Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова — ВИР, г. Санкт-Петербург. Полевые опыты выполняли в Китае в 2010 году, в Пушкине в 1997-2016 годах, эксперименты в условиях теплицы — в 2013-2016 годах. Латинские обозначения культур см. в таблице 1. Результаты получены при анализе 96 образцов из стержневой коллекции ВИР. Приведены средние (Х) и ошибки средних (±Sx).
В стержневой коллекции в качестве генетических источников мы выделили образцы, у которых размеры продуктовых органов были достоверно выше среднепопуляционных показателей (табл. 3). При этом у ряда образцов в контрастных условиях испытания длина и ширина листовых пластинок и черешков стабильно превышала средние значения для культуры, что свидетельствует о высокой адаптивной способности. Незначительную изменчивость по этим признакам отмечали у образцов пекинской капусты Kiriba Santo, Chosen, китайской капусты Тай-на, Nicanme Jukijiro Taisai, местной китайской репы (к-163), формирующей товарный корнеплод и листовую розетку высокого салатного качества. Настоящее исследование подтвердило, что для выращивания в теплице более подходят листовые и полукочанные сорта пекинской капусты в отличие от типично
кочанных сортов, о чем сообщалось ранее (6); адаптивные свойства коллекционных образцов других культур вида при сравнительных испытаниях в теплице и в полевых условиях нами оценены впервые.
Отсутствие опушения и яркая окраска повышают потребительские качества листовых культур B. rapa. У выделившихся образцов опушение отсутствовало или проявлялось очень слабо, а окраска листовой пластинки варьировала от ярко-светло-зеленой до ярко-темно-зеленой.
Биохимические исследования показали (табл. 4), что содержание сухого вещества в среднем по стержневой коллекции вида B. rapa в полевых условиях составляло 7,77±0,25 % и достоверно превышало аналогичный показатель в теплице — 5,36±0,15 %, причем у всех культур, кроме пекинской капусты, превышение было значительным — на 30-140 % (см. табл. 4). Содержание сухого вещества достоверно различалось у разных культур вида и колебалось от 5,65 % у пекинской капусты до 11,24 % у листовой репы в полевых опытах и от 4,44 % у китайской капусты до 6,62 % у репы в теплице. Таким образом, амплитуда изменчивости по содержанию сухого вещества в полевых условиях была значительно больше, чем в теплице.
4. Содержание (X+Sx) питательных и биологически активных веществ у культур вида Brassica rapa L. при разных условиях произрастания
Сухое вещество, % Аскорбино- Хлорофилл, мг/100 г Каротино-иды, мг/100 г ß-Каротин, мг/100 г
Культура Белок, % вая кислота, мг/100 г а b
Капуста: пекинская китайская розеточная ноздреватая и пурпурная японская Репа:
корнеплодная, листья листовая Сурепица Сурепица дикая Среднее по коллекции НСР05
Капуста: пекинская китайская розеточная ноздреватая и пурпурная японская Репа:
корнеплодная, листья листовая Сурепица Сурепица дикая Среднее по коллекции НСР05_
В полевых условиях (2006-2016 годы)
5,65+1,47 9,99+1,91 9,41+1,98
8,36+3,29 9,17+0,10
8,81+1,62 11,24+3,67 7,45+1,34 10,64+0,73
7,77+0,25 0,77
4,84+0,08 4,44+0,13 4,72+0,28
5,40+0,18 5,44+0,12
6,62+0,17 4,46+0,23 6,08+0,14 5,80+0,28
5,36+0,10 0,29
23,73+3,86 50,45+14,82 24,85+2,73 65,21+13,36 27,80+3,24 58,03+13,69
29,09+2,00 23,49+3,01
46,24+5,93 46,24+1,36
24,66+3,82 71,91+10,29
21,35+1,28 77,52+10,26
27,95+3,13 69,74+21,15
17,99+1,04 68,68+4,80
26,21+12,04 11,72+5,94 64,51+11,96 29,03+9,87 98,87+9,06 55,46+6,79
74,71+4,91 37,69+6,83 86,47+6,86 40,73+5,54
78,26+25,09 43,16+20,32 98,61+4,12 47,15+3,83 81,83+11,69 47,29+14,08 75,25+0,64 41,09+1,09
24,87+0,39 58,70+1,65 59,06+3,27 30,63+2,09 1,17 4,95 9,83 6,29
В теплице (2014 год)
31,06+0,48 35,00+1,44 24,12+0,98 30,00+4,21 23,65+0,90 19,00+3,01
20,46+0,58 27,23+1,51
25,32+0,67 27,36+0,98 27,69+0,55 25,32+2,98
27,50+0,40 1,2
19,00+1,15 38,00+5,20
15,00+0,63 37,00+4,54 20,00+0,53 21,00+0,71
27,03+1,16 3,47
48,15+2,54 18,23+1,32
73,30+4,49 36,03+2,88
63,22+0,78 33,34+0,33
64,11+5,09 36,77+3,63
87,60+6,67 37,41+3,47
77,26+4,03 57,62+5,23 65,70+1,45 78,24+9,88
63,24+1,71 5,12
50,29+3,46 27,85+6,78 46,11+2,37 56,08+12,01
35,15+1,72 5,16
10,30+4,28 17,60+3,62 18,74+2,05
16,18+2,58 21,43+3,50
15,56+4,75 20,71+10,1 12,99+4,30 10,77+1,02
14,06+0,55 1,64
23,07+0,76 27,85+3,78 20,46+0,56
16,93+3,38 36,39+2,42
14,65+1,08 25,19+2,81 11,79+0,56 15,28+4,28
19,77+0,94 2,81
1,82+0,85 4,12+0,67 6,34+0,63
4,56+0,19 5,39+0,26
4,89+1,53 6,24+0,83 5,05+0,89 4,55+0,03
3,77+0,19 0,56
2,97+0,16 4,46+0,30 4,09+0,01
3,78+0,31 5,45+0,38
4,70+0,26 3,56+0,30 4,02+0,07 4,73+0,49
3,88+0,10 0,31
Примечание. Содержание белка указано в расчете на сухую, биологически активных веществ — на сырую массу. Испытания проводились в Пушкинском филиале Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР, г. Санкт-Петербург). Латинские обозначения культур см. в таблице 1. Результаты получены при анализе 96 образцов из стержневой коллекции ВИР.
По белку мы не выявили подобных закономерностей: в полевых опытах его содержание было значительно ниже среднего по коллекции у дикой сурепицы и значительно выше — у ноздреватой и пурпурной капусты (см. табл. 4), а в теплице у ноздреватой капусты, наоборот, отмечали
наименьший показатель при наибольшем у пекинской капусты. В среднем по коллекции содержание белка повышалось в теплице, однако размах изменчивости признака (11 %) сохранялся независимо от условий произрастания. У китайской капусты, репы и сурепицы содержание белка при сравнительных испытаниях было практически стабильным, у пекинской и японской капусты, листовой репы и сурепицы — оказалось выше в теплице, у розеточной, ноздреватой и пурпурной капусты — в полевых условиях. В отношении последней группы растений причина, возможно, связана с их относительно медленным ростом или с характерным проявлением анализируемого признака, общим для указанных ботанически близких культур.
Культуры вида B. rapa — важные источники аскорбиновой кислоты, каротиноидов, хлорофиллов. В наших исследованиях содержание аскорбиновой кислоты у образцов B. rapa варьировало достаточно широко: минимальные значения соответствовали средним для белокочанной капусты, максимальные превосходили их в несколько раз. В среднем по коллекции показатели были в 2 раза выше в полевых условиях (58,7± 1,65 против 27,03±1,16 мг/100 г), и эту закономерность отмечали для всех культур, за исключением японской капусты, у которой разница оказалась не такой значительной. Напротив, содержание аскорбиновой кислоты у розеточной и ноздреватой капусты, корнеплодной репы и сурепицы при выращивании в поле было выше в 3 раза и больше, чем в теплице. Наибольшее накопление аскорбиновой кислоты в поле наблюдали у китайской капусты, репы и сурепицы, в теплице — у пекинской и японской капусты и листовой репы.
В среднем по коллекции каротиноиды достоверно активнее накапливались в условиях теплицы (19,77±0,94 против и 14,06±0,55 мг/100 г, НСР05 соответственно 2,81 и 1,64). Это особенно важно в зимний и весенний периоды, когда пища бедна витаминами. Самым богатым источником каротиноидов были тепличные растения японской капусты, затем следовала китайская капуста, дикая сурепица и листовая репа. В полевых условиях по этому признаку выделялись образцы японской, китайской, розеточной капусты и листовой репы. У пекинской капусты и дикой сурепицы превышение количества каротиноидов в теплице было более чем 2-кратным относительно регистрируемого в поле. У розеточной, ноздреватой и пурпурной капусты, сурепицы и репы количество каротиноидов оказалось относительно стабильным. Примерно 20 % фракции каротиноидов составляют каротины. Собственно каротин на 80-90 % представлен ß-формой. В среднем содержание ß-каротина мало различалось (в теплице и в поле — соответственно 3,88±0,1 и 3,77±0,19 мг/100 г). Его накопление было стабильным у китайской и японской капусты, репы, дикой сурепицы, у пекинской капусты оно было достоверно выше в теплице (2,97±0,16 против и 1,82±0,85 мг/100 г, НСР05 соответственно 0,56 и 0,31), у розеточной, ноздреватой и пурпурной капусты, листовой репы — в поле, а максимальным накоплением характеризовалась японская, китайская и розеточная капуста.
Хлорофилл играет значительную роль в диетическом питании: употребление в пищу зеленых листьев повышает количество гемоглобина и эритроцитов в крови. В среднем по коллекции содержание хлорофиллов a и b было несущественно выше в теплице (сумма 63,24±1,71 и 35,15±1,72 против суммы 59,06±3,27 и 30,63±2,09 мг/100 г). Практически стабильное содержание хлорофиллов (особенно хлорофилла а) при обоих способах выращивания отмечали у японской капусты, репы и дикой сурепицы, повышение показателя в теплице — у пекинской и китайской капусты, в поле — у розеточной и ноздреватой капусты, листовой репы и сурепицы. При недостатке свежих салатных овощей в зимне-весенний период в теплицах
выращивают главным образом быстро растущие культуры (пекинскую и китайскую капусту), ценность которых, таким образом, повышается благодаря способности накапливать зеленые пигменты в этих условиях. В качестве тепличных культур можно также рекомендовать розеточную, ноздреватую, японскую капусту и листовую репу, значительно превосходящие пекинскую капусту по содержанию хлорофиллов (их максимальное количество отмечали у розеточной и японской капусты и листовой репы).
Проведенный корреляционный анализ биохимических признаков показал, что количество сухого вещества достоверно и однонаправленно связано с содержанием хлорофиллов, каротинов и ß-каротина, независимо от условий культивирования (табл. 5). Взаимозависимость между содержанием сухого вещества и аскорбиновой кислоты, а также каротиноидов была существенной, но разнонаправленной (прямая — в полевых условиях, обратная — в теплице). В полевых условиях выявили значимую обратную связь между содержанием сухого вещества и белка, в условиях теплицы — между содержанием аскорбиновой кислоты и хлорофилла b (обратная зависимость), каротиноидов, белка (прямая зависимость). Высокодостоверной была взаимозависимость между количеством хлорофиллов a и b, а также их связь с накоплением каротиноидов и каротинов (особенно ß-каротина). Существенную корреляцию отмечали между содержанием каротинов и ß-каротина. Таким образом, образцы, сочетающие высокое содержание хлоро-филлов и каротинов, можно получить достаточно легко, тогда как селекция на одновременно высокое содержание белка и аскорбиновой кислоты будет вызывать затруднения.
5. Коэффициенты корреляции между биохимическими признаками качества у культур вида Brassica rapa L. при разных условиях произрастания
Показатель СВ АК Ха ХЬ Кд Ка ß-K Б
В полевых условиях (2006-2016 годы)
Сухое вещество (СВ) 0,51* 0,59* 0,36 0,55* 0,67* 0,59* -0,49*
Аскорбиновая кислота (АК) 0,29 0,26 -0,02 0,33 0,30 -0,39
Хлорофилл а (Ха) 0,93** 0,59* 0,49* 0,99** 0,16
Хлорофилл Ь (ХЬ) 0,32 0,37 0,92** 0,28
Каротиноиды (Кд) 0,49* 0,63* 0,09
Каротины (Ка) 0,49* 0,01
Р-Каротин (р-К) 0,16
Белок (Б)
В теплице (2014 год)
Сухое вещество (СВ) -0,59* 0,31 0,58* -0,53* 0,71** 0,36 -0,02
Аскорбиновая кислота (АК) -0,11 -0,59* 0,83** -0,42 -0,09 0,58*
Хлорофилл а (Ха) 0,74** 0,21 0,67* 0,95** -0,31
Хлорофилл Ь (ХЬ) -0,48* 0,87** 0,64* -0,37
Каротиноиды (Кд) -0,36 0,29 0,22
Каротины (Ка) 0,63* -0,18
Р-Каротин (р-К) -0,25
Белок (Б)
Пушкинском филиа-г. Санкт-Петербург).
Примечание. Испытания образцов из стержневой коллекции ВИР проводились в ле Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР, *, ** Значимые (p < 0,05) и высокозначимые (p < 0,001) коэффициенты корреляции.
На основании полученных данных мы определили новые генетические источники изучаемых биохимических признаков при выращивании в полевых условиях и в теплице с содержанием сухого вещества соответственно 5,44-7,03 и 4,20-5,40 % (выше среднего значения для культуры), белка — 12,61-24,66 и 24,12-33,23 %, аскорбиновой кислоты — 32,56-46,46 и 30,00-61,47 мг/100 г, хлорофилла a — 33,35-110,64 и 53,82-95,99 мг/100 г, хлорофилла b — 12,20-53,80 и 17,89-44,78 мг/100 г, р-каротина — 1,80-6,75 и 3,00-6,04 мг/100 г. Это образцы полукочанной пекинской капусты Сяо-бай-коу и Дунганская, китайской капусты Майская и Ching Pang Yu Tsai, вы-
делившийся особенно высоким содержанием хлорофиллов и каротина.
Для молекулярно-генетических исследований отобрали 8 SSR (simple sequence repeats) маркеров, пригодных для последующего скрининга образцов мировой коллекции. Маркеры располагались в A03 (3 маркера), A05 (1 маркер), A06 (2 маркера) и A09 (2 маркера) хромосомах, охватывая группы сцепления, на которых, по данным выполненного нами QTL-анализа (1012, 18), размещаются локусы, контролирующие морфологические и био-
А химические призна-
ки качества вида. Неравномерность распределения маркеров по хромосомам косвенно свидетельствует о присутствии на них установленных нами геномных блоков ко-адаптированных генов, а в целом по геному — на существование ко-адаптированных блоков генов. Наличие таких блоков в геноме B. rapa подтверждается нашими проведенными ранее исследованиями, в результате которых были установлены генетические детерминанты устойчивости B. rapa к разным расам Xanthomo-nas campestris pv. cam-pestris, вызывающим у растений этого вида сосудистый бактериоз (18-20). Следует отметить эффективность отобранных нами мо-Результаты ПЦР-анализа образцов вида Brassica rapa L. SSR лекулярных маркеров, (simple sequence repeats) маркерами BRMS051 (А), KS51082 (Б), поскольку некоторые BRMS043 (В) и KS50200 (Г): 46, 68, 75, 77, 84, 96, 115, 154, 159, ,,Qn™n„ 163, 213, 2 14/ 215, 241, 242, 264, 302 и 3'08 — образцы (номера по, ^^43 ВЕХш каталогу ВИР), НК — отрицательный контроль, М — маркер моле- BRMS043 и bRMS034) кулярной массы М16-ДНК-маркер 100 bp (10 фрагментов от 100 до оказались эффектив-1000 п.н., «Сибэнзим», Россия). Коллекция Всероссийского ными молекулярно-ге-института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова. нетическими дескрипторами вида по устойчивости к сосудистому бактериозу, которые мы применили для выявления коллекционных образцов B. rapa, устойчивых к каждой расе X. campestris отдельно и к патогену в целом (18, 21, 22).
При оценке 8 молекулярными маркерами в выборке из 18 образцов B. rapa мы выявили 26 полиморфных SSR-фрагментов размером от 122 до 410 п.н. Маркер BRMS051 (рис., А) при ожидаемом размере ампликона 262 п.н. у 77 % образцов был сцеплен с признаком длины и ширины листовой пластинки, причем у 58 % ее ширина составляла 20 см и более. В 60 % случаев аллели, представленные фрагментами 262 п.н. и 280 п.н., ока-
зались ассоциированы. Фрагмент (аллель) 280 п.н. проявлялся у всех линий со средней длиной листовой пластинки (до 20 см), у всех образцов розеточной капусты, у всех образцов и сортотипов китайской капусты и у 60 % стабильных гибридов, родительской формой которых выступала китайская капуста. Отметим, что эти сортотипы китайской капусты имели зеленую (но не светло- или темно-зеленую) окраску листовой пластинки. Фрагмент (аллель) 262 п.н. обнаружили у 75 % образцов листовой репы.
Маркер ^51082 (см. рис., Б) был сцеплен с QTL длины черешка. Образцы к-115, к-163 и к-214 с ожидаемым фрагментом 282 п.н. имели длинный и очень длинный черешок (22-40 см). Ампликон 282 п.н. выявили у всех образцов японской капусты и у 50 % образцов листовой репы.
С помощью маркера BRMS043 (см. рис., В) обнаружили образцы с ожидаемым размером ампликона 318 п.н., у которых в 70 % случаев поверхность листовой пластинки была гладкой и слабоморщинистой. Все образцы с парой фрагментов (аллелей) 285 и 305 п.н. имели гладкие или слабоморщинистые листья. Образцы к-115, к-154, к-163 и к-213, сочетающие фрагменты 285 и 318 п.н., выделялись по содержанию р-каротина (5,16,2 мг/100 г). При наличии ампликона 318 п.н. 71 % вариантов имели достаточно длинную или длинную листовую пластинку (26-44 см), но средней ширины (16-23 см), а у 75 % образцов с короткими листовыми пластинками (11-23 см) проявлялся фрагмент (аллель) 305 п.н. У всех образцов китайской капусты и гибрида китайской и пекинской капусты нашли аллель 285 п.н., у японской капусты в 60 % случаев проявился фрагмент 318 п.н. У половины образцов листовой репы обнаружили тот же аллель (318 п.н.), у 75 % — аллель, соответствующий фрагменту 305 п.н.
Использование молекулярного маркера 0112^02, сцепленного с QTL опушения и окраски листовой пластинки (7), выявило четыре фрагмента — 200, 185, 175 и 140 п.н. Молекулярный анализ тех же образцов маркером BRMS014 при наличии одновременно двух ампликонов 263 и 280 п.н. установил его сцепленность с QTL окраски (от светло-зеленой до зеленой) для большей части образцов (80 %) из тех, у которых эти ампли-коны проявились. Ту же пару ампликонов обнаружили у 70 % образцов китайской капусты и ее гибридов.
Скрининг маркером ^50200 (см. рис., Г) выявил фрагменты 292, 280 и 260 п.н. Образцы, проявившие ампликон 260 п.н., в 75 % случаев имели темно-зеленую листовую пластинку шириной 15-20 см с гладким, иногда слабоволнистым краем. Ампликон 280 п.н. обнаружили у гибридов китайской и пекинской капусты, а также у 75 % листовых реп (у последних ширина пластинки — в среднем 20 см, окраска темно-зеленая, край от гладкого до слабоволнистого). У китайской капусты (75 % образцов со светло-зеленой и зеленой окраской и гладким краем листовой пластинки при ее ширине 15-21 см) проявился фрагмент, соответствующий аллелю 292 п.н. Фрагмент этого размера обнаружили у 66 % образцов японской репы с острозубчатой надрезанностью края листа.
Скрининг молекулярным маркером BRMS034, сцепленным, как сообщалось ранее при анализе картирующих популяций линий удвоенных гаплоидов (12), с признаком окраски листовой пластинки, показал наличие ампликонов 122 и 144 п.н. (у форм с ампликоном 144 п.н. она темно-зеленая), однако у изученных образцов не проявилась достоверная взаимосвязь между выявленными ампликонами и признаком.
При скрининге BRMS042 оказалось, что ампликон с ожидаемым размером 380 п.н. имелся у всех изученных образцов. У двух из трех об-
разцов ноздреватой капусты обнаружили ампликон 410 п.н., который также выявили у одного образца китайской капусты (к-46). У японской капусты и листовой репы присутствовали ампликоны размером 620-170 п.н., нехарактерные для остальных образцов изученной стержневой коллекции.
Таким образом, мы провели комплексную (морфологическую, биохимическую, молекулярно-генетическую) оценку признаков качества у форм Brassica rapa в эколого-географических испытаниях при разных способах выращивания. Отметим, что анализ геномов B. rapa молекулярно-генети-ческими маркерами, находящимися в неравновесном сцеплении с QTL таких признаков, как характер окраски листовой пластинки, содержание общего белка, p-каротина, каротиноидов, аскорбиновой кислоты, сухого вещества, никогда ранее никем не выполнялся. Эти исследования подтвердили возможность использовать найденные нами SSR-маркеры морфологических и биохимических признаков для скрининга коллекционного и селекционного материала. Кроме того, полученные оригинальные результаты позволяют перейти к практическому осуществлению ассоциативного картирования и идентификации конкретных генетических детерминант, определяющих проявление ряда хозяйственно ценных и экономически значимых признаков качества, на основе использования уникального материала B. rapa из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР).
1ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт Поступила в редакцию
генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, 20 июня 2016 г0да
190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44;
2ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский институт,
195220 Россия, г. Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14,
e-mail: [email protected]
Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2017, V. 52, № 1, pp. 129-142
ECOLOGICAL AND GENETIC EVALUATION OF MORPHOLOGICAL
AND BIOCHEMICAL CHARACTERS OF QUALITY IN Brassica rapa L.
ACCESSIONS FROM VIR COLLECTION
A.M. Artemyeva1, A.E. Solov'eva1, F.A. Berensen1, N.V. Kocherina1, Yu.V. Chesnokov2
1Federal Research Center the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources, Federal Agency of Scientific Organizations, 42-44, ul. Bol'shaya Morskaya, St. Petersburg, 190000 Russia;
2Agrophysical Research Institute, Federal Agency of Scientific Organizations, 14, Grazhdanskii prosp., St. Petersburg, 195220 Russia, e-mail [email protected] ORCID:
Artemyeva A.M. orcid.org/0000-0002-6551-5203 Kocherina N.V. orcid.org/0000-0002-8791-1899
Solov'eva A.E. orcid.org/0000-0002-6201-4294 Chesnokov Yu.V. orcid.org/0000-0002-1134-0292
Berensen F.A. orcid.org/0000-0002-0492-2024 The authors declare no conflict of interests
Supported in part by Russian Foundation for Basic Research (grant № 13-04-00128-а)
Received June 20, 2016 doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.129eng
Abstract
Peculiarity of chemical composition of Brassica rapa L. crops (high water content and low content of fats) determine their low-calorie character. They are notable for relatively high content of carbohydrates and proteins, including all essential amino acids. Biochemical composition varies greatly among B. rapa members. We are the first to carry out a multifactor evaluation of valuable morphological and biochemical traits of B. rapa accessions from the core collection of Vavilov Institute of Plant Genetic Resources (VIR, 96 samples) in eco-geographical study (South China and Leningrad region of Russia) under field trials and under a greenhouse conditions. By means of the developed SSR (simple sequence repeats) markers which are in linked disequilibrium with QTL of morphological and biochemical traits, the molecular genetic analysis was firstly carried out in leafy, rooted, and oilseed B. rapa genotypes from the VIR core collection. As a result, new genetic sources for quality parameters have been found among the samples investigated. In average, the samples did
not differ noticeably on plant morphology (leaf length, leaf width, petiole size, hairiness, colour) in field tests when growing in South China and in Leningrad region, whereas in a greenhouse at higher plant density the leaf size decreased, e.g. in Chinese cabbage, pak-choi, wutacai, and turnip the leaves were 5-12 cm longer and wider in the field tests. Under field trials, we revealed the significant and high significant correlations between dry matter (DM) and ascorbic acid (AA) level (r = 0.51, p < 0.05), DM and chlorophyll a (Chla) content (r = 0.59, p < 0.05), DM and carotenoids (Cd) (r = 0.55, p < 0.05), DM and carotins (Cn) (r = 0.67, p < 0.05), DM and p-carotene (p-C) (r = 0.59, p < 0.05), DM and protein (P) level (r = -0.49, p < 0.05); Chla and Chlb (r = 0.93, p < 0.001), Chla and Cd (r = 0.59, p < 0.05), Chla and Cn (r = 0.49, p < 0.05), Chla and p-C (r = 0.99, p < 0.001); Chlb and p-C (r = 0.92, p < 0.001); Cd and Cn (r = 0.49, p < 0.05), Cd and p-C (r = 0.63, p < 0.05); Cn and p-C (r = 0.49, p < 0.05). In the greenhouse, the significant and high significant r values were as follows: r = -0.59 (p < 0.05) for DM and AA, r = 0.58 (p < 0.05) for DM and Chlb, r = -0.53 (p < 0.05) for DM and Cd, r = 0.71 (p < 0.001) for DM and Cn; r = -0.59 (p < 0.05) for AA and Chlb, r = 0.83 (p < 0.001) for AA and Cd, r = 0.58 (p < 0.05) for AA and P; r = 0.74 (p < 0.001) for Chla and Chlb, r = 0.67 (p < 0.05) for Chla and Cn, r = 0.95 (p < 0.001) Chla and p-C; r = -0.48 (p < 0.05) for Chlb and Cd, r = 0.87 (p < 0.001) for Chlb and Cn, r = 0.64 (p < 0.05) for Chlb and p-C; r = 0.63 (p < 0.05) for Cn and p-C. The semi-headed Chinese cabbage Syaobaikou and Dunganskaya, pak-choi Mayskaya, and especially Ching Pang Yu Tsain with a distinctly high level of chlorophylls and carotene, are indicated as new promising genetic sources for valuable biochemical parameters under both field and greenhouse conditions. Their indices in the field trials and greenhouse tests were 5.44-7.03 and 4.20-5.40 %, respectively, for DM (that is higher as compared to mean value for the crop), 12.61-24.66 and 24.12-33.23 % for P, 32.56-46.46 and 30.0061.47 mg/100 g for AA, 33.35-110.64 and 53.82-95.99 mg/100 g for Chla, 12.20-53.80 and 17.8944.78 mg/100 g for Chlb, and 1.80-6.75 and 3.00-6.04 mg/100 g for p-C. It is confirmed that the SSR markers BRMS051, KS51082, BRMS043 and KS50200 may effectively screen collection accessions and breeding material for desired morphological and biochemical traits. Our original data allow to practically implement an association mapping strategy and identify genetic determinants of morphological and biochemical quality characteristics using unique B. rapa collection preserved in VIR.
Keywords: Brassica rapa, morphological and biochemical quality characteristics, molecular markers, screening of plant collection.
REFERENCES
1. Solov'eva A.E., Artem'eva A.M. Trudy po prikladnoi botanike, genetike i selektsii, 1999, 157: 142-148 (in Russ.).
2. Solov'eva A.E., Artem'eva A.M. V knige: Katalog mirovoi kollektsii VIR. Vypusk 756 [VIR Wold collection catalog]. St. Petesburg, 2004. Iss. 756 (in Russ.).
3. Solov'eva A.E., Artem'eva A.M. Agrarnaya Rossiya, 2006, 6: 52-56 (in Russ.).
4. Solov'eva A.E., Artem'eva A.M. Agrarnaya Rossiya, 2006, 6: 56-60 (in Russ.).
5. Solov'eva A.E., Artem'eva A.M. Agrarnaya Rossiya, 2010, 3: 17-20 (in Russ.).
6. Artem'eva A.M. V knige: Geneticheskie kollektsii ovoshchnykh rastenii. Tom 3 [In: Genetic collections of vegetable plants]. St. Petersburg, 2001. V. 3: 148-166 (in Russ.).
7. Artem'eva A.M. V knige: Katalog mirovoi kollektsii VIR. Vypusk 740 [VIR Wold collection catalog]. St. Petesburg, 2004. Iss. 740 (in Russ.).
8. Lin K., Zhang N., Severing E.I., Nijveen H., Cheng F., Visser R.G.F., Wang X., de Ridder D., Bonnema G. Beyond genomic variation — comparison and functional annotation of three Brassica rapa genomes: a turnip, a rapid cycling and a Chinese cabbage. BMG Genomics, 2014, 15: 250 (doi: 10.1186/1471-2164-15-250).
9. Artem'eva A.M., Solov'eva A.E., Chesnokov Yu.V. Vestnik Rossiiskoi akademii sel'skokhozyaistvennykh nauk, 2014, 3: 38-41 (in Russ.).
10. Artem'eva A.M., Solov'eva A.E., Kocherina N.V., Chesnokov Yu.V. Ovosh-chi Rossii, 2014, 1: 10-13 (in Russ.).
11. Artem'eva A.M., Rudneva E.N., Kocherina N.V., Chesnokov Yu.V. (Ovoshchi Rossii, 2014, 2: 14-17 (in Russ.).
12. Artem'eva A.M., Solov'eva A.E., Kocherina N.V., Berensen F.A., Rudneva E.N., Chesnokov Yu.V. Fiziologiya rastenii, 2016, 63(2): 275-289 (doi: 10.7868/S0015330316020044) (in Russ.).
13. Specht C.E., Diederichsen A. Brassica. Mansfeld's Encyclopedia of agricultural and horticultural crops. P. Hanelt (ed.). Springer-Verlag, Berlin, 2001. V. 3: 1435-1465.
14. Boos G.V., Dzhokhadze T.I., Artem'eva A.M., Krivchenko V.I., Simon A.M., Timoshenko Z.V., Petrovskaya N.N., Vlasova E.A., Sinel'nikova V.N., Barashkova E.A., Ivakin A.P., Ermakov A.I., Voskresenskaya V.V. Metodi-cheskie ukazaniya po izucheniyu i podderzhaniyu mirovoi kollektsii kapusty [Study and maintenance of the cabbage global collection: Guidelines]. Leningrad, 1988 (in Russ.).
15. Ermakov A.I., Arasimovich V.V., Ikonnikova M.I., Yarosh N.P., Lu-kovnikova G.A. Metody biokhimicheskogo issledovaniya rastenii [Methods in plant biochemistry]. Leningrad, 1972 (in Russ.).
16. Dorokhov D.B., Kloke E. Genetika, 1997, 33: 358-365 (in Russ.).
17. Artem'eva A.M., Chesnokov Yu.V., Kloke E. Informatsionnyi vestnik VOGiS, 2008, 12(4): 608-619 (in Russ.).
18. Artem'eva A.M., Solov'eva A.E., Kocherina N.V., Rudneva E.N., Volko va A.I., Chesnokov Yu.V. V knige: Katalog mirovoi kollektsii VIR. Vypusk 810 [In: VIR Wold collection catalog]. St. Petesburg, 2012. Iss. 810 (in Russ.).
19. Artem'eva A.M., Volko va A.I., Kocherina N.V., Chesnokov Yu.V. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2012, 27: 73-77 (in Russ.).
20. Volko va A.I., Artem'eva A.M., Chesnokov Yu.V. Materialy konferentsii molodykh uchenykh i aspirantov «Aktual'nost' naslediya N.I. Vavilova dlya razvitiya biologicheskikh i sel'skokhozyaistvennykh nauk» [Proc. Conf. «N.I. Vavilov scientific heritage for the development of biological and agricultural science»]. St. Petersburg, 2012: 160-166 (in Russ.).
21. Volkova A.I., Artem'eva A.M., Kocherina N.V., Chesnokov Yu.V. Doklady TSKHA, 2013, 285(1): 219-222 (in Russ.).
22. Artemyeva A.M., Rudneva E.N., Volkova A.I., Kocherina N.V., Chesnokov Yu.V. Detection of chromosome loci determined morphological and black rot resistance traits in Brassica rapa L. Acta Horticulturae, 2013, 1005: 105-110.
