15УДК 634.1:631.52
Комплексный подход к селекционному совершенствованию яблони
Ульяновская Е.В., д.с.-х.н. Богданович Т.В., к.с.-х.н. Супрун И.И., к.б.н. Токмаков С.В., к.б.н.
ФГБНУ Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства, 350901, Россия, г. Краснодар, ул. 40 лет Победы, 39, [email protected]
Аннотация
Приведены результаты комплексной оценки генотипов яблони с помощью полевых и лабораторных методов исследования. Использованы селекционные программы и методики, а также молекулярно-генетические методы исследования. У селекционного материала яблони идентифицированы гены иммунитета к парше и влияющие на качество плодов. В процессе изучения выделены генотипы 12/2-20-34, 29-5-49 (созданные в СКФНЦСВВ совместно с ВНИИСПК), превышающие стандартные сорта по комплексу ценных признаков. Дана их краткая характеристика.
Ключевые слова: сорт, яблоня, селекция, иммунитет, парша
An integrated approach to the selection of apple trees
Ulyanovskaya E.V., dr agri. sci. Bogdanovich T.V., cand. agri. sci. Suprun I.I., cand. biol. sci. Tokmakov S.V., cand. biol. sci.
Federal State Budgetary Scientific Institution «North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture», Krasnodar, Russia
Abstract
Results of a complex assessment of genotypes of an apple-tree by means of field and laboratory methods of research are given. Selection programs and techniques, and also molecular and genetic methods of research are used. At selection material of an apple-tree genes of immunity to a scab and influencing quality of fruits are identified. In the course of studying genotypes 12/2-20-34, 29-5-49 (created in NCFSCHVW together with VNIISPK), the exceeding standard grades on a complex of valuable signs are allocated. The short characteristic of forms of an apple-tree is given. Key words: grade, apple-tree, selection, immunity, scab
Введение
Яблоня - основная плодовая культура, обладающая высокими адаптационными способностями. Однако, в последние годы в южном регионе России значительно участились негативное воздействие абио- и биотических стрессоров на растение яблони. Один из путей повышения экологической безопасности и экономической эффективности промышленного садоводства - создание адаптивных сортов яблони, иммунных и устойчивых к основным грибным патогенам, способных к возделыванию по природоподобным технологиям. Эта проблема достаточно важна для отрасли садоводства, так как средства химической защиты в садах яблони наносят непосредственно на плоды, употребляемые в пищу в свежем виде (Подгорная, 2003). Создание и культивирование новых отечественных сортов яблони, иммунных и высокоустойчивых к основным грибным патогенам, с показателями качества плодов на уровне зарубежных аналогов, сможет обеспечить успешное решения данной проблемы (Седов и др., 2010; Ульяновская и др., 2012).
Место проведения, объекты и методика исследования
Объекты исследований - сорта и формы яблони (Malus х domestica Borkh.). Использован ЦКП «Исследовательско-селекционная коллекция генетических ресурсов садовых культур». Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и администрации Краснодарского края (проект № 16-44-230-250 р_а) и госзадания ФАНО. НИР проводили в полевых и лабораторных условиях, в садах ОПХ «Центральное» (г. Краснодар). Сады 2004-2012 гг. посадки; подвой М9. Схемы посадки 5х2; 5х1,5. В работе использованы селекционные программы и методики (Орел, 1999; Краснодар, 2013), а также молекулярно-генетические методы исследования (Murray et al, 1980; Afunian et al, 2004; Costa et al, 2008; Longhi et al, 2012). Жизнеспособность пыльцы определяли методом проращивания ее в 15 %-ном растворе сахарозы (Паушева, 1980). В работе использовано оборудование ЦКП СКФНЦСВВ, в том числе микроскоп Olympus BX 41; увеличение 10х10х2.
Результаты исследований, их обсуждение
Научные исследования по формированию и изучению генофонда необходимо проводить с учетом будущих тенденций развития технологий отрасли садоводства, различных систем природоохранной и ресурсосберегающей деятельности, а также коммерческих предпочтений потребителей. Основное селекционное направление яблони в мире - совмещение высокого качества плодов и устойчивости к грибным патогенам. Комплексный подход к ускорению процесса селекции предполагает использование молекулярно-генетических, цитологических, морфологических и др. методов оценки селекционного материала.
По многолетним результатам фенотипической оценки выделены сорта и формы яблони отечественной и зарубежной селекции. Среди генотипов селекции СКФНЦСВВ совместно с ВНИИСПК высокую дегустационную оценку плодов в баллах (4,5-4,9 балла) имеют: Азимут, 12/1-20-6 (из семьи Делишес х Балсгард 0247Е); 12/1-21-79 (Старк Джон Граймс х Прима); Гранатовое, Шанс, 12/1-20-59, 12/1-20-71, 12/3-21-28 (Айдаред х Балсгард 0247 Е); Алиса, Марго, Ника, 29-5-49, 12/1-21-60 (из семьи Голден Делишес тетраплоидный х 2034 [F2 M. floribunda х Голден Делишес]); 12/2-20-22, 12/2-20-28, 12/2-20-34, 12/2-21-65 (Корей х Прима); 12/1-21-76 (Голден Делишес тетраплоидный х [Вольф Ривер х (Вольф Ривер х M. atrosanguinea 804/240-57)]) и др., кроме того, большинство из них сочетают высокие вкусовые достоинства с селекционно-ценным признаком - равномерной окраской плодов (зеленой, чисто желтой или ярко красной различной интенсивности). Эти сорта и формы яблони созданы в СКФНЦСВВ совместно с ВНИИСПК (г. Орел) с использованием доноров иммунитета к парше и, в ряде случаев, с использованием доноров нередуцированных гамет. Высокую дегустационную оценку плодов в баллах (4,5-4,9 балла) имеют сорта зарубежной селекции: Стеллар, Моди, ЦИВГ 98, Фуджион, Гайя, Гала Шнига, Аувил Эрли, Пинова, Флорина, Либерти, Джонаголд Декоста, Джонаголд Принц, Хоней Крисп, Пинк Леди и др. Значительный интерес для селекции представляют зеленоплодные зарубежные сорта, с длительным сроком хранения: Стеллар, Гранни Смит спур, а также сорта с красной мякотью плодов: Скарлет сюрпрайз, Виола. Кроме того, из коллекционного фонда выделены перспективные для селекции (по комплексу признаков адаптивности, качества плодов, в том числе ценного биохимического состава и срокам хранения) кребы и полукультурные формы яблони: Пиотош, Темновишневое, Джон Дауни, Кетни, Виктория, Транс Люценс и др.
Для успешного привлечения в гибридизацию перспективных сортов и форм яблони изучали жизнеспособность пыльцы. Согласно полученным данным оценки качества пыльцы лучшие показатели отмечены у сортов и форм яблони: Либерти, Ренет Симиренко, Любимое Дутовой, Пирос, Топаз, Камео, Престиж, 29-5-49, 12/2-20-34, кребов: Пиотош, Джон Дауни, Кетни и др. (80-98%) (рисунок 1).
Рисунок 1 - Жизнеспособность пыльцы сортов яблони
В настоящее время молекулярная селекция является одним из наиболее эффективных методов отбора селекционного материала. Метод ДНК-анализа использован для отбора генотипов яблони путем идентификации качественных показателей плодов (ген Md-PG1, достоверно влияющий на процесс размягчения мякоти при хранении; Md-EXP7 - определяющий качество и плотность мякоти плодов (особенно аллели с размером амплифицированной последовательности 198 и 202 п.н.)). Для генов Md-EXP7 и Md-PG1 использованы функциональные ДНК маркеры - SSR-локусы, косегрегирующие с данными генами. Согласно двухступенчатой модели регуляции, первый этап размягчения мякоти плодов обусловлен действием экпансинов, в то время как на втором этапе данный процесс детерминирован ферментами полигалактуроназами. Главный локус количественного признака (major QTL) Md-PG1 яблони детерминирует активность этилен-зависимой эндополигалактуроназы и достоверно влияет на процесс размягчения мякоти плодов при хранении. Выделены наиболее ценные для селекции
на комплекс признаков «качество плодов + ген Vf» зарубежные сорта: Моди, ЦИВГ 98, Гайя, а также элитные формы 29-5-49 и 12/2-20-34, созданные в СКФНЦСВВ совместно с ВНИИСПК.
29-5-49 (Голден Делишес тетраплоидный х 2034 (F2 M. floribunda х Голден Делишес тетраплоидный)) зимнего срока созревания. По результатам ДНК-анализа донор иммунитета к парше (ген Vf), по гену Md-PG1 выделен как наиболее ценный источник по характеристикам качества плодов (AA - нулевая доза аллеля 3), по гену Md-EXP7 идентифицирована аллель с размером амплифицированной последовательности 198 п. н., что характеризует высокую плотность мякоти плодов. Сопутствующие положительные признаки: слаборослость, высокая скороплодность, поздний срок цветения, высокие темпы нарастания продуктивности, урожайность (до 36-40 т/га), крупные плоды кандилевидной формы, равномерной желтой окраски, высоких вкусовых достоинств (4,8 балла), длительный срок хранения. Донор 29-5-49 обладает высокой жизнеспособностью пыльцы (85-90%).
12/2-20-34 (Корей х Прима) зимнего срока созревания - по результатам ДНК-анализа донор иммунитета к парше (ген Vf) и источник повышенного качества плодов. По гену Md-EXP7 идентифицирована аллель с размером амплифицированной последовательности 198 п. н., что характеризует высокую плотность мякоти плодов. Имеет сопутствующие положительные признаки: скороплодность (на слаборослом подвое М9 вступает в плодоношение на 2-й год после посадки), смешанный тип плодоношения, устойчивость к мучнистой росе, высокую устойчивость к засухе, морозоустойчивость в условиях региона, урожайность (до 38 т/га), крупноплодность, округло-коническую форму, красную окраску, десертный вкус плодов. Донор 12/2-20-34 обладает высокой жизнеспособностью пыльцы (> 80%), имеет высокий выход гибридных семян.
Выводы
Выделены высококачественные сорта и формы с высокой жизнеспособностью пыльцы (свыше 80%): Либерти, Ренет Симиренко, Любимое Дутовой, Пирос, Топаз, Камео, Престиж, 29-5-49, 12/2-20-34 для использования в селекционном процессе яблони.
С использованием метода ДНК-анализа для идентификации генов Vf (иммунитет к парше), Md-PG1 (влияет на лежкоспособность плодов), Md-EXP7 (определяет качество и плотность мякоти плодов) выделены в качестве доноров и комплексных доноров высококачественные, иммунные к парше элитные формы яблони 29-5-49 и 12/2-2034, созданные в СКФНЦСВВ совместно с ВНИИСПК, а также сорта зарубежной селекции: Моди, ЦИВГ 98, Гайя.
Выделенные в ходе исследований доноры яблони позволят значительно ускорить процесс получения отечественных сортов нового поколения с высокими показателями качества и устойчивости, не уступающих зарубежным аналогам по скороплодности, продуктивности и коммерческим характеристикам плодов, но превосходящих их по признакам устойчивости и адаптивности к стрессовым биотическим и абиотическим факторам региона.
Литература
1. Подгорная М.Е. Степень загрязнения почв садового агроценоза инсектицидами // Организационно-экономический механизм инновационного процесса и приоритетные проблемы научного обеспечения развития отрасли. Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2003. С. 257-260.
2. Седов Е.Н., Седышева Г.А., Серова З.М., Ульяновская Е.В. Совершенствование сортимента яблони // Вестник РАСХН, 2010. № 4. С. 49-52.
3. Ульяновская Е.В., Артюх С.Н., Ефимова И.Л. Яблоня //Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве. Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2012. С. 268-283.
4. Программа Северо-Кавказского центра по селекции плодовых, ягодных, цветочно-декоративных культур и винограда на период до 2030 года. Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2013. 202 с.
5. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Орел, 1999. 608 с.
6. Afunian M.R., Goodwin P.H., Hunter D.M. Linkage Vfa4 in Malus x domestica and Malus floribunda with Vf resistanse to the apple scab pathogen Venturia inaequalis / Plant Pathology. 2004, 53: P. 461-467.
7. Costa F., Van de Weg W.E., Stella S., Dondini L., Pratesi D., Musacchi S., Sansavini S.Map position and functional allelic diversity of Md-Exp7, a new putative expansin gene associated with fruit softening in apple (Malus x domestica Borkh.) and pear (Pyrus communis) / Tree Genetics & Genomes. 2008, Vol. 4. P. 575-586.
8. Longhi S., Moretto M., Viola R., Velasco R., Costa F. Comprehensive QTL mapping survey dissects the complex fruit texture physiology in apple (Malus х domestica Borkh.) / J Exp Bot. 2012, 63(3): P. 1107-1121.
9. Murray M.G. and Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA / Nucleic Acids Research. 1980. V.10. P. 4321-4325.
10. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Колос, 1980. 304 с.
