Гаметная и зиготная селекция
Традиционным для селекционера является отбор на уровне спорофита.
Между тем в жизненном цикле однолетних растений из 12 этапов органогенеза 7 относятся к репродуктивным фазам развития:
- формирование цветков,
- микро и макроспорогенез,
- гаметогенез,
- прорастание и рост пыльцевых трубок,
- зигото,
- эмбриогенез.
Именно на этих этапах жизненного цикла растения происходит интенсивная элиминация нетрадиционных рекомбинантных генотипов, носящая характер стабилизирующего отбора. До стадии взрослого растения доходит только очень малая частями прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок, оплодотворяю» способность. Образцы выращивали в открытом грунте при общепринятой агротехнике.
Для получения семенного потомства, устойчивого к свинцу и кадмию, проводили искусственное опыление своей и чужеродной пыльцой на сортах Доходный и Beta.
Предварительно на рыльца пестиков наносили пипеткой следующие растворы:
- дистиллированную воду (контроль);
- нитрат свинца в концентрации 100 мг/л;
- ацетат кадмия — 20 мг/л.
Жизнеспособность пыльцы перед опылением определяли методом проращивания на искусственной питательной среде (Лях, 1985). При оценке солеустойчивости мужских гамет и состав среды дополнительно вводили нитрат свинца и ацетат кадмия в указанных выше концентрациях. Длину пыльцевых трубок измеряли в делениях окуляр-микрометра. Устойчивость пыльцы к тяжелым металлам определяли как отношение жизнеспособности пыльцы в опыте к ее жизнеспособности в контроле, умноженное на 100%.
Наиболее полно характеризует воздействие тяжелых металлов на пыльцу такой показатель, как устойчивость
Мы сгруппировали все исследуемые образцы в четыре группы (таблица). Устойчивой к кадмию и свинцу оказалась пыльца сортов Partero и WPR-188. Линия 4 устойчива к кадмию и неустойчива к свинцу. Образцы Beta и L.pimpinellifolium неустойчивы к кадмию, но устойчивы к свинцу. Неустойчивы к обоим тяжелым металлам остальные 15 образцов.
Изучение длины пыльцевых трубок у исследуемых сортов выявило их сортоспецифическую реакцию как в контроле, так и в опыте. Значимое уменьшение длины пыльцевых трубок получено в опытных вариантах практически у всех испытуемых форм, причем на кадмий они реагируют в большей степени, чем на свинец. Выявлено, что при прорастании пыльцы на среде с кадмием у пыльцевых зерен происходило растворение пыльцевых трубок. Длина пыльцевых трубок уменьшалась в зависимости от образца в 1,5 - 4,5 раза.
При отработке методики гаметной селекции на устойчивость к токсикантам путем создания селективной среды на рыльце пестика при опылении выявлено, что раствор нитрата свинца снижал завязываемость плодов томата в 2 раза по сравнению с контролем, в то время как раствор ацетата кадмия большей частью не влиял на данный показатель. Отмечено, что у сорта Доходный при опылении своей пыльцой на фоне селективного агента достоверно уменьшается осемененность, в то время как у сорта Beta такой реакции не обнаружено. Ранее нами было показано, что пыльца сорта Доходный неустойчива к кадмию и свинцу, а пыльца сорта Beta превосходит ее по устойчивости к кадмию в 3,3 раза и по устойчивости к свинцу в 6,9 раза. Вероятно, концентрацию селективного агента надо подбирать индивидуально для каждого сорта.
Таблица. Устойчивость пыльцы томата к тяжелым металлам.
Образец |
Рb(NО3)2 |
Cd(CH3COO)2 |
||||
1992 г. |
1993 г. |
в среднем |
1992 г. |
1993 г. |
в среднем |
|
Устойчив к Cd и Pb (>50%) |
||||||
Purtero |
89,0 |
52.0 |
70.5 |
60.0 |
50,5 |
55,3 |
WPH 188 |
66,0 |
57.8 |
61.9 |
71.0 |
57,2 |
64.1 |
Устойчив к, Cd. неистойчив к РЬ |
||||||
Пиния 4 |
74,0 |
25.8 |
| 49,9 |
59.0 |
50,8 |
54,9 |
Неистойчив к Cd, цстойчив к РЬ |
||||||
Beta |
69,0 |
61.3 |
65.1 |
47.0 |
42,2 |
44,6 |
L. pimpinel- llfolium |
102,0 |
37,4 |
69.7 |
46,0 |
48,4 |
47.2 |
Неистойчив к Cd и Pb (<50%) |
||||||
Yawor |
27,0 |
23,8 |
25,4 |
57,0 |
40,5 |
48.7 |
New Yorker |
29,0 |
34,9 |
31,9 |
54,0 |
22,2 |
38,1 |
S.a.mini |
61,0 |
35.5 |
48.2 |
57,0 |
34,5 |
46,7 |
Opus |
6,0 |
21.4 |
13.7 |
18,0 |
23,5 |
20.7 |
Povarck |
21,0 |
32.5 |
26,7 |
29,0 |
46,2 |
37.6 |
Radek |
9,0 |
16,6 |
12,8 |
27,0 |
49.2 |
38.1 |
Salto |
24,0 |
35,7 |
29,8 |
38,0 |
41.1 |
39.5 |
Wcda |
18,0 |
14,9 |
16,4 |
23.0 |
21.8 |
22.4 |
Ilka |
21,0 |
41.1 |
31,0 |
34.0 |
33.7 |
33,9 |
Линия 1 |
21,0 |
67.7 |
44,3 |
10,0 |
19.3 |
14,6 |
Линия 7 |
47,0 |
38.0 |
42,5 |
14,0 |
24.1 |
19,0 |
Спринт |
17.0 |
69.6 |
43,3 |
38,0 |
27.6 |
32,8 |
Калинка |
30,0 |
53.5 |
41.7 |
50.0 |
47.0 |
48,5 |
Riposta |
16,0 |
41.0 |
28.5 |
45,0 |
42.9 |
43,9 |
П 7 |
7.0 |
40,3 |
23,6 |
17,0 |
32.9 |
24,9 |
Доходный |
10,0 |
— |
— |
14,0 |
— |
— |
Талалихин |
7.0 |
— |
— |
17,0 |
— |
— |
Таким образом, нами в результате анализа жизнеспособности пыльцы и ее устойчивости к тяжелым металлам установлена сортовая реакция пыльцы на токсиканты; выявлены сорта, устойчивые по мыльце к одному или двум тяжелым металлам (кадмий, свинец), испытана методика гаметной селекции на устойчивость к токсикантам путем создания селективной среды на рыльце пестика.
В целом следует отметить, что гаметная и зиготная селекция имеет большие перспективы как метод адаптивной селекции в связи с ее относительной простотой и возможностью оперировать с большим числом генотипов. Однако в каждом конкретном случае необходимо подтверждение связи между устойчивостью гаметофита и спорофита растения.