Сельскохозяйственная биология, 2010, № 5, с. 87-91.

УДК 634.75:631.527.5:581.142:575.2

ОСОБЕННОСТИ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯНОК АГАМОСПЕРМНЫХ ПОТОМКОВ Fragaria x ananassa Duch. ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХ СЕМЕННОЙ РЕПРОДУКЦИИ

С.О. БАТУРИН¹, Е.В. АМБРОС²

У партеногенетических потомков Fragaria x ananassa Duch. (2n = 8x = 56) сорта Пурпуровая сравнили скорость прорастания семянок при инбридинге, аутбридинге и агамоспермии. Показано, что выявленные различия обусловлены генотипически. При инбридинге и аутбридинге всхожесть семянок партеногенетических потомков существенно выше, чем у исходного сорта. Сеянцы агамоспермного происхождения можно успешно использовать в селекции крупноплодной земляники благодаря высокой всхожести семянок.

Ключевые слова: Fragaria x ananassa Duch., всхожесть семянок, динамика прорастания, инбридинг, аутбридинг, агамоспермия, селекция.

Крупноплодная земляника Fragaria x ananassa Duch. (2n= 8x = 56) по занимаемым площадям относится к ведущим ягодным культурам в мире. Ее сортимент постоянно пополняется за счет реализации научно обоснованных селекционных программ (1). Основной селекционной технологией остается гибридизация для получения семянок в различных комбинациях скрещиваний. У крупноплодной земляники в благоприятных условиях реализуется половой (зиготический) способ формирования семян посредством двойного оплодотворения. При этом семянки могут развиваться как в результате самоопыления (автогамия), так и перекрестного опыления (ксеногамия). Т.С. Фадеева (2) относит F. x ananassa к факультативным перекрестно опыляющимся растениям.  

Показано, что у крупноплодной земляники семянки прорастают не одновременно, а всхожесть зависит от генотипических особенностей сорта (3, 4). Семянки, полученные от перекрестного опыления (аутбридинга), имеют очень хорошую всхожесть (3). В то же время в ряде исследований отмечается достаточно низкая всхожесть и частичная гибель проростков (5-7). Частота этих проявлений обусловлена характерным для аутбридинга или инбридинга действием летальных факторов в генотипе растения (2). Поливариантностью систем и способов развития семянок у F. x ananassaобеспечивается формирование широкой генетической изменчивости в семенном потомстве, что необходимо для осуществления первичного селекционного отбора. Известно, что у крупноплодной земляники наряду с зиготическим способом семяобразования может реализовываться апозиготический (агамоспермный) (8-11). Для Fragaria характерна апогамоспермия псевдогамного типа, которая реализуется в неблагоприятных условиях опыления и при затруднениях оплодотворения (10). Агамоспермные потомки сохраняют число хромосом материнской формы и проявляют генетическую изменчивость, достаточную для отбора перспективных сеянцев — кандидатов в сорта (10, 11). Помимо этого агамоспермные сеянцы могут успешно использоваться в селекционных программах в качестве одной из родительских форм, поскольку их генотипический статус соответствует сеянцам, по-лученным от самоопыления (12).

Цель настоящей работы — изучить процесс прорастания семянок у агамоспермных потомков крупноплодной земляники, полученных при ин-бридинге, аутбридинге и агамоспермии.

Методика. Эксперименты проводили на опытном участке Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск) в открытом грунте. В качестве материнских форм F. x ananassa использовали октаплоидные образцы агамоспермного происхождения, полученные от сорта Пурпуровая: Ю-541 и Ю-545 — в результате чужеродного опыления пыльцой лапчатки гусиной (Potentillaanserina, 2n = 4x = 28), Д-344 — при опылении пыль-цой мускатной земляники (F. moschata, 2n = 6x = 42), подвергнутой рентгеновскому облучению (186 Гр). Эти образцы имели биоморфологическое  сходство с материнской формой, но по проявлению некоторых признаков отличались как друг от друга, так и от материнского сорта (13).

В контролируемых скрещиваниях применяли изоляторы из прозрачного упаковочного пищевого целлофана, которые надевали на цветонос (прокладка из ваты у основания цветоноса исключала проникновение насекомых-опылителей). При аутбридинге цветки кастрировали при помощи пинцета в состоянии нераскрытого бутона и использовали пыльцу экспериментального образца F. x ananassa — сортолинейного гибрида Л-1-17-2 (2n = 56), которую собирали из нераскрытого бутона и подсушивали при 20-22 °С без доступа прямых солнечных лучей. Опыление производили мягкой кисточкой однократно. Семянки агамоспермного происхождения получали, индуцируя диплоидный партеногенез (10, 11). Для этого применяли чужеродное (межродовое) опыление кастрированных и изолированных цветков. В качестве опылителя использовали пыльцу местного экотипа лапчатки гусиной (P. anserina L., 2n = 4x = 28), выделенную из бутонов и подсушенную также при температуре 20-22 °С без доступа прямых солнечных лучей. Контролем при оценке динамики прорастания служили семянки сорта Пурпуровая, сформировавшиеся в результате открытого опыления. 

Cемянки проращивали при температуре 20-23 °С в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге после стратификации при температуре 2-3 °С в течение 4 мес. Выживаемость сеянцев учитывали через 30 сут после высадки проростков в грунт.

Статистическую обработку результатов проводили с применением критерия c2 (14).

Результаты. У образцов Ю-545 и Ю-541 наблюдалось достоверно значимое снижение всхожести семянок в варианте с использованием пыльцы P. anserina L. по сравнению с показателем при самоопылении (табл. 1).

То есть можно предположить, что при межродовой гибридизации семянки не прорастают вследствие постзиготической летальности гибридного заро-дыша (5, 6). У образца Д-344 также отмечали меньшую всхожесть при чу-жеродном опылении, чем при самоопылении, но различия были недостоверны (χ² = 1,7). Иными словами, среди проросших семянок гибридные проростки (межродового происхождения) будут отсутствовать или их доля

окажется крайне мала. Результаты сравнения частоты гибели проростков при различных вариантах опыления подтвердили это предположение (табл. 2). Как при чужеродном опылении, так и при самоопылении доля погибших проростков существенно не различалась, из чего следует, что причина летальности проростков не в гибридном (межродовом) происхождении, а в проявлении генетических факторов, вызывающих их гибель.

Семянки, полученные в скрещивании Ю-545 x Л-1-17-2 (аутбри-динг), прорастали в течение 46 сут, семянки от самоопыления образца Ю-545 — 68 сут (см. рис., А), однако доля проросших семянок при этом была несколько выше (80,0 %), чем при аутбридинге (73,0 %). Комбинация скре-щивания Ю-545 x P. anserina (чужеродное опыление) имела самую низкую всхожесть (11,3 %) и растянутый период прорастания (до 78 сут).

При использовании другой материнской формы — образца Ю-541 семянки, полученные при самоопылении, прорастали медленнее сформировавшихся при аутбридинге (см. рис., Б), при этом доля проросших семянок в варианте с аутбридингом была выше (87,5 %), чем с инбридингом (76,4 %). Семянки от чужеродного опыления с участием образца Ю-541 имели растянутый период прорастания (110 сут) при конечной всхожести 12,7 %.

В отличие от образцов Ю-545 и Ю-541 у образца Д-344 семянки в разных вариантах опыления прорастали быстрее (см. рис., В): в течение 39 сут при инбридинге и 42 сут — при аутбридинге (всхожесть — соответственно 83,0 и 77,7 %). При чужеродном опылении у образца Д-344 всхожесть была существенно выше, чем у образцов Ю-545 и Ю-541, и составила 62,6 %, однако период прорастания оставался по-прежнему растянутым — 107 сут.

Известно, что крупноплодная земляника при семенном воспроизведении предъявляет повышенные требования к условиям проращивания семянок, которые часто имеют низкую всхожесть и растянутые сроки прорастания, несмотря на предварительную кратковременную обработку холодом (4). Дополнительные меры (длительная стратификация, скарификация концентрированной серной кислотой, проращивание семян invitro и т.д.) улучшают всхожесть (4, 15, 16). В нашем эксперименте ее повышение достигалось за счет реконструкции генотипа сорта Пурпуровая посредством агамоспермии. У сортов и гибридов F. x ananassa агамоспермный спо-соб образования семянок реализуется благодаря проявлению одной из форм агамоспермии — мейотической диплоспории (10). Опыты по индукции агамоспермии у F. x ananassa выявили возможность определения генотипической структуры полиплоидного материнского растения по характеру сегрегации дискретных признаков в агамоспермном потомстве (12). Так, мы показали сходный характер генетической изменчивости при инбридинге и в партеногенетическом потомстве крупноплодной земляники (10, 11). В связи с этим партеногенетические потомки имеют различные генотипы, что закономерно проявляется в наличии фенотипической изменчивости. Сеянцы агамоспермного происхождения, полученные от сорта Пурпуровая, при половом процессе (аутбридинг и инбридинг) формировали семена со всхожестью не ниже 73,0 %, в то время как у сорта Пурпуровая этот показатель составил лишь 17,9 %. Возможно, улучшенная всхожесть семянок у агамоспермных образцов обусловлена гомозиготизацией генотипа материнского сорта. При этом семянки с набором генетических комплексов, вызывающих гибель зародыша, не прорастают, а если прорастают, то проростки вскоре погибают, что и было показано в нашем эксперименте. Сеянцы партеногенетического происхождения, которые выжили, по характеру семенной репродукции близки к чистым линиям. Таким образом, однократная реконструкция генотипа сорта посредством агамоспермии по-зволяет существенно увеличить эффективность семенного размножения партеногенетических потомков, что открывает перспективы для их использования в новом селекционном направлении — создании сортов крупноплодной ремонтантной земляники, размножаемой семенами (17).

Итак, у крупноплодной земляники скорость прорастания семянок, полученных при инбридинге, аутбридинге и агамоспермии, неодинакова и обусловлена генотипическими различиями. При инбридинге и аутбридин-ге всхожесть семянок у агамоспермных потомков существенно выше, чем у сорта, от которого они произошли. При чужеродном опылении развив-шиеся семянки агамоспермного происхождения прорастают медленно, а их всхожесть низка, вследствие чего доля возникающих сеянцев агамоспер-много происхождения в посеве семянок от открытого или направленного опыления, очевидно, невелика. Высокая всхожесть семянок у образцов Fra-garia x ananassa агамоспермного происхождения открывает перспективы их использования в селекции ремонтантной земляники, размножаемой семенами.

Л и т е р а т у р а

1. Г о в о р о в а  Г.Ф.,  Г о в о р о в  Д.Н. Земляника: прошлое, настоящее, будущее. М., 2004.
2. Ф а д е е в а  Т.С. Генетика земляники. Л., 1975.
3. Д у к а  С.Х. Биология и селекция садовой крупноплодной земляники (Fragaria x ananassa Duch.). Науч. тр. Украинского НИИ садоводства. Вып. 35. Киев, 1959.
4. З у б о в  А.А.,  А р х и п о в  Ю.Б. Способы повышения всхожести семян земляники. Тр. ЦГЛ им. И.В. Мичурина, 1969, 10: 72-77.
5. E l l i s  J.R. Fragaria-Potentilla intergeneric hybridization and evolution in Fragaria. Proc. Linn. Soc. London, 1962, 173(2): 99-106.
6. M a r t a  A.E.,  C a m a d r o  E.L.,  D í a z - R i c c i  J.C.,  C a s t a g n a r o  A.P. Breeding barriers between the cultivated strawberry, Fragaria ´ ananassa, and related wild germ-plasm. Euphytica, 2004, 136(2): 139-150.
7. К л и п к о  В.П. Изучение самоопыленного потомства у гибридов Fragaria. В сб.: Генетические основы селекции. Новосибирск, 1982: 219-224.
8. E a s t  E.A. The origin of the plants of maternal types which occur in connection with interspecific hybridizations. PNAS USA, 1930, 16: 377-380.
9. С у х а р е в а  Н.Б. Об апомиксисе у земляники. В сб.: Апомиксис и его значение для эволюции и селекции. Новосибирск, 1976: 152-164.
10. Б а т у р и н  С.О. Экспериментальный апомиксис у садовой земляники (Fragaria´ ananassa Duch.). Автореф. канд. дис. Новосибирск, 1997.
11. Б а т у р и н  С.О. Сравнительно-морфологический анализ апомиктического потомства крупноплодной земляники. С.-х. биол., 2001, 1: 39-43.
12. М а л е ц к и й  С.И.,  С у х а р е в а  Н.Б.,  Б а т у р и н  С.О. Наследование пола у апомиктических сеянцев земляники крупноплодной (Fragaria ´ ananassa Duch.). Генети-ка, 1994, 30(2): 237-243.
13. A m b r o s  E. Pollen sterility in Fragaria ´ ananassa. Biologia, 2003, 58(1): 103-107.
14. З а й ц е в  Г.Н. Методика биометрических расчетов. М., 1973.
15. H a m d o u n i  E.M.El.,  L a m a r t i  A.,  B a d o c  A. In vitro germination of the achenes of strawberry (Fragaria ´ ananassa Duch.) cvs. «Chandler» and «Tudla». Bull. Soc. Pharm. Bordeaux, 2001, 140: 31-42.
16. H o n g x i a n g  M.A.,  G u i h o n g Y.U.,  W e i m i n W.U.,  X i u l a n C. Effects of achene in vitro culture on seed germination percentage of strawberry. Jiangsu J. Agricul. Sci., 2001, 17(2): 87-90.
17. B e n t v e l s e n  G.C.M.,  B o u w  E.,  V e l d h u y z e n  v a n  Z a n t e n  J.E. Breeding strawberry (Fragaria ´ ananassa Duch.) from seed. Acta Horticulture, 439 (ISHS), 1997, 1: 149-153.

PECULIARITIES OF THE SEED GERMINATION OF AGAMOSPERMIC SEEDLINGS Fragaria x ananassa Duch. IN DIFFERENT BREEDING SYSTEMS

S.O. Baturin¹, E.V. Ambros²

The seeds germination dynamics of parthenogenetic progenies of the cultivar Purpurovaya Fragaria x ananassa Duch. (2n = 8x = 56) were compared during inbreeding, autbreeding and agamospermia. It was shown that the revealed differences are caused by genotypic conditions. The seed germination of parthenogenetic progenies is much higher during inbreeding and autbreeding, than the one of original cultivar from which they were breeding. It is possible to use offsprings of agamospermetic origin succesfully in garden strawberry breeding due to high seed germination.

Key words: garden strawberry, germinating capacity, seed germination rate, inbreeding, outbreeding, agamospermy, selection.

Оформление электронного оттиска