Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке

Aims. Describe the status of work in the field of reproductive biology and breeding of sugar beet with the beginning of work in the field of breeding in Russia. Results. A brief historical review of major achievements in the field of reproductive biology of sugar beet in connection with problems of...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Фактори експериментальної еволюції організмів
Дата:2014
Автор: Малецкая, Е.И.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2014
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178347
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке / Е.И. Малецкая // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 15. — С. 205-209. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859998377590128640
author Малецкая, Е.И.
author_facet Малецкая, Е.И.
citation_txt Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке / Е.И. Малецкая // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 15. — С. 205-209. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Фактори експериментальної еволюції організмів
description Aims. Describe the status of work in the field of reproductive biology and breeding of sugar beet with the beginning of work in the field of breeding in Russia. Results. A brief historical review of major achievements in the field of reproductive biology of sugar beet in connection with problems of selection. Conclusions. Briefly outlined the prospects for work in the field of reproductive biology and breeding.
 
 Key words: agamospermy, haploids, reproductive biology, mixoploidy.
first_indexed 2025-12-07T16:35:07Z
format Article
fulltext 205 7. Куценко В.С., Осипчук А.А., Подгаєцький А.А. та ін Методичні рекомендації щодо проведення досліджень з картоплею. – Немішаєве, 2002. – 183 с. LAVRYNENKO U.O., VOZHEGOVA R.A., BALASHOVA G.S., KOTOVA H.I. Institute of Irrigating Agriculture NAAS, Ukraine, 73483, Kherson, Naddneprianskoe, e-mail: lavrin52@mail.ru INFLUENCE OF LIGHT REGIME AND RIVERM ON THE INDUCTION OF POTATO MICROTUBERS PRODUCTION IN MERISTEM IN VITRO CULTURE Aims. In order to implement new regulators of growth it is necessary to assess their physiological activity according to the integral indicators of growth, plant development and crop yield, and also their interaction with other factors in growing through in vitro culture, such as light intensity and photoperiod. Methods. In order to determine an optimal regime of tuber production in meristem in vitro culture of the potato variety Svitanok Kyivsky under the conditions of a microclonal laboratory an experiment was done according to the generally adopted techniques. There were three factors to study: Factor A – photoperiod (10 and 16 hours), Factor B – light intensity (1500 and 3000 lux), Factor C – the concentration of the growth regulator Riverm (without Riverm; 0.5 and 5.0 mg/l). The observations of the plant growth and development proved that on the 20th day the height gain of the plants and the number of internodes in both photoperiods differed inconsiderably. Results. The productivity of the potato variety Svitanok Kyivsky obtained through in vitro culture depends on the concentration of Riverm, light intensity and photoperiod. Conclusions. In order to provide high intensity of tuber production of the potato variety through in vitro culture it is necessary to use the photoperiod of 16 hours and light intensity of 3000 lux with the concentration of Riverm in nutrient medium of 5.0 mg/l: the weight of an average microtuber being 296.5 mg, the weight of microtubers per plant being 281.5 mg. Key words: tuber production, plant height, number of internodes, growth regulator, light intensity, nutrient medium, weight of microtubers. УДК 63(091):633.63:631.53:631.527.8 МАЛЕЦКАЯ Е.И. Институт цитологии и генетики ФАНО, Россия, 630090, г. Новосибирск, пр. Лавреньева, 10, e-mail: e_mal@bionet.nsc.ru РЕПРОДУКТИВНАЯ БИОЛОГИЯ И МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В ХХ ВЕКЕ Сахарная свекла относительно молодая сельскохозяйственная культура. Датой её рождения считается 1789 год, когда немецкий физик-химик Франц Ахард опубликовал результаты своих опытов с дикими и столовыми формами свекловицы, предложив метод промышленного извлечения сахара. Прежде чем широко распространиться новая культура должна была пройти необходимую адаптацию к различным условиям возделывания. Она достаточно быстро вошла в культуру вначале в Германии и Франции, а затем ее стали возделывать и в Российской Империи. Хотя первая выработка сахара из свеклы в России относится к началу XIX в., ее селекция началась примерно с 1870-х гг., когда на территории Польши, входившей в состав России, к селекционно-семеноводческим работам присту- пили сначала Александр Янаш, а затем Юлиан Добжанский [1]. Первые селекционно- семеноводческие работы со свеклой включали проведение массовых отборов и акклиматизацию чужого исходного материала. За последующие годы произошло существенное улучшение сахарной свеклы благодаря методу индивидуального отбора корнеплодов по сахаристости, предложенного в 1856 г. французским селекционером Л. Вильмореном [2]. Метод массового отбора в сочетании с индивидуальным вскоре были дополнены поляриметрическим отбором, используя который стали получать педигри – родоначальники новых сортов. Материалы и методы В настоящем сообщении в историческом контексте рассмотрены проблемы 206 репродуктивной биологии свеклы и их связь с методами селекции. В первый период работы со свеклой внимание исследователей и селекционеров концентрировалось на признаках продуктивности (урожайность и содержание сахара в корнях) и отсутствовали исследования по репродуктивной биологии этой культуры, т.е. исследования по развитию семян и плодов у свеклы. Трудности изучения процессов воспроизводства семян у свеклы состояли не столько в специфичности менделевского анализа наследования тех или иных признаков, сколько в проведении наблюдений за массовыми процессами, каковыми являются цветение, опыление, процессы оплодотворения и эмбриогенеза семян, карпогенез плодов, что в совокупности и составляет предмет репродуктивной биологии свеклы. Значительный вклад в развитие исследований по репродуктивной биологии свеклы внесли украинские ученые, в частности, по проблеме одноростковости плодов. Стремление свекловодов избавиться от затрат ручного труда, неизбежного при фабричном выращивании многоростковых сортов, стиму- лировало поиск таких растений, у которых на цветоносных побегах закладываются не соцветия-клубочки, а одиночные цветки. Доно- ры однорост-ковости впервые были найдены на Украине в 1930-х гг. [3], а в середине 1950 гг. в СССР появились первые два одноростковых сорта – «Ялтушковская односемянная» и «Белоцерковская односемянная» [4]. Кроме изменений в типах цветков и соплодий, были найдены растения, у которых формируются летальные пыльцевые зерна (цитоплазматическая мужская стерильность – признак ЦМС). Впервые ЦМС у свеклы в 1940-х гг. обнаружил американский генетик Оуэн [5]. Это открытие позволило существенно изменить методы селекции и контролировать скрещивание селекционных образцов в полевых условиях. Два открытия в области репродуктивной биологии и генетики свеклы в 1930–1940 гг. (одноростковость посевных единиц и цитоплазматическая мужская стерильность) положили начало современной гибридной селекции. Несмотря на большие успехи в изучении этих признаков, достигнутых за последние десятилетия, дальнейшие исследования по экспрессии одноростковости плодов и признака ЦМС у сахарной свеклы сохраняют актуальность. Результаты и обсуждение Большее понимание проблемы реализации признака одноростковости плодов произошло после детального изучения биологии цветения, строения и эмбриогенеза цветков и плодов у свеклы. Формирование соцветий у свеклы исследовала Е.И. Харечко-Савицкая [6]. Показано, что у раздельноцветковых (РЦ) растений из меристе-матического бугорка на цветоносах сначала образуется небольшой вырост – будущий околоцветник, затем – пыльники, тычиночные нити и ткани гинецея, состоящие из трех плодолистиков, образующие впоследствии завязь и рыльце, на дне которой формируется семяпочка. У сростноцветковых (СЦ) растений первый цветок в соцветии закладывается аналогично вышеописанному, а последующие цветки в соцветии-клубочке закладываются из ткани первого цветоложа. «Из меристемы первого цветоложа могут возникнуть 2–4 или большее число новых цветолож, прикрепленных к общей цветоножке» [7]. Работы по репродукции семян у сахарной свеклы, казалось бы, однозначно свидетельствовуют, что сахарная свекла является строгим перекрестноопыляющемся растением [6], у которой самооплодотворение предотвращается системой генов самонесовместимости [8, 9]. Однако многие исследования по воспроизводству семян у свеклы показывали иной способ воспроизводства семян – многие растения свеклы склонны к агамоспермному способу воспроизводства [10, 11]. Впервые об этом сообщил Н.В. Фаворский в 1928 г., обнаружив и описав сформированные зародыши в закрытых цветках свеклы [12]. Это означало, что система воспроизводства семян у сахарной свеклы включает несколько вариантов – перекрестное опыление и оплодотворение, самооплодотво- рение и агамоспермию. Дальнейшие исследова- ния подтвердили возможность партеногенети- ческого способа воспроизводства семян у свеклы [13–15]. До середины ХХ в. все селекционные работы по сахарной свекле проводили на многоростковых формах, и потому не было необходимости в работах по изучению многоростковости в отдельных плодах свеклы. Значимость этого признака для селекции оказалась весьма актуальной после появления в производстве одноростковых сортов и гибридов свеклы. Принято считать, что завязь в цветках свёклы всегда одногнездная с одной семяпочкой [16]. Но, как показали наши многолетние наблюдения, множественность семяпочек в завязях цветков свеклы довольно 207 распространенное явление (рис. 1, 2) [17, 18]. Как видно из представленной схемы, многоростковыми могут быть не только соплодия-клубочки, полученные от СЦ растений, но и отдельные плоды от РЦ растений, если у них под крышечкой плода содержится не один, а два или большее число семян. Кроме того, если в одном семени содержится не один, а несколько зародышей, то имеем дело с многоза- рошевостью (рис. 1, 2). Показано, что в одиночных плодах может формироваться от двух до пяти и более семян [17–19] (рис. 2). Наша работа с многосемяпочковостью завязей цветков у свеклы в начале 1980-х гг. была связана с надеждой получить гаплоидные проростки от многосемянных плодов, которые многие авторы ошибочно рассматривали как «близнецов» [17, 20, 21]. Теперь очевидно, что гаплоидия и множественность семяпочек разные ипостаси – в рамках репродуктивной биологии их надо относить к разным понятиям: гаплоидия – это одиночные наборы хромосом в ядрах клеток (клеточный уровень), а множественность семяпочек в завязях цветков – понятие из эмбриологии (тканевой уровень). Низкая частота встречаемости гаплоидов (10–5 – 10–6) в семенных партиях, воспроизво- димых двуродительским способом [21, 22], побудила исследователей искать более эффективные методы получения гаплоидов у свеклы. Нами в 1990-е гг. был разработан беспыльцевой (однородительский) метод воспроизводства семян у сахарной свеклы (партено-генетический или апозиготический) [13]. Многолетними исследованиями показано, что при саморепродукции у пыльцестерильных растений (агамоспермия) формируется достаточно большое число семян как гаплоидных, так и дигаплоидных семян [15, 23]. Выход гаплоидных сеянцев в семенных партиях составляет 5–8 % (иногда и больше) от числа проросших семян. Это значение выше на несколько порядков, нежели выход гаплоидов, получаемый при двуродительской форме воспроизводства семян свеклы, и даже несколько выше, чем выход гаплоидов в культуре in vitro. Затраты же труда при апозиготическом способе воспроизводства семян на порядок ниже, чем при любых других способах получения гаплоидов. Очевидно, что дигаплоидные семена при апозиготии возникают из клеток, прошедших мейотическое деление [13]. Гаметы с нередуцированным числом хромосом возникают спонтанно у многих видов растений, и нередукция числа хромосом связана с эпигеномной изменчивостью ядер в клеточных популяциях [24]. Процесс образования гаплоидов связан с типом клеточных делений в эмбриональных тканях семяпочек. Показано, что кроме обычного митотического деления клеток в семяпочках на 3–5-й день после начала цветения происходит другой быстрый (амитотический) способ их размножения. Рис. 1. Схематическое изображение одно- многоростковых посевных единиц у свеклы. РЦ – раздельноцветковые, СЦ – сростноцветковые, ОСП – односемяпочковые, МСП – многосе- мяпочковые, ОЗ – однозародышевые, МЗ – многозародышевые 208 Рис. 2. Один плод с тремя семяпочками, каждая из которых имеет хорошо сформированный проросток «Деление начинается почкованием ядрышек, которые затем полностью отделяются и отходят к периферии ядра. Вокруг новообразовавшихся ядрышек обособляются участки ядра, что ведет к возникновению новых маленьких ядер внутри старого <…> в цитоплазме около него закладывается клеточная перегородка. Процесс немито-тического деления носит массовый характер и различные его фазы видны почти во всех ядрах ткани нуцеллуса» [16]. Это наблюдение говорит о том, что пути получения гаплоидных семян не ограничиваются их традиционными схемами: опыление цветков свеклы пыльцой дикорастущих видов; нанесение инактивированной пыльцы после ее обработки радиацией; обработка растений эпимутагеном и т.д. [22]. Важным фактором репродукции у свеклы служит миксоплоидность клеточных популяций, когда наряду с доминирующей фракцией клеток встречаются клетки, у которых число хромосом в ядрах меньше или больше их основного числа [25, 26]. В таблице показаны доли клеток с разным числом хромосом в ядрах в клеточной популяции гаплоидного растения (выборка составила 383 клетки). Отмечено, что встречаются клетки с числом хромосом менее 9 (2,4 %); клетки с гаплоидным числом хромосом (х = 9) – 39,4 %; клетки с диплоидным числом хромосом (2х=18) – 16,7 %; клетки с триплоидным числом хромосом (3х = 27) – 5,7 % и клетки с числом хромосом 36 и более – 1,04 %. Кроме того, встречаются клетки, у которых число хромосом в ядрах не кратно 9 (анэуплоидные) [27]. У растений, полученных однородительским способом, уровень миксоплоидности клеточных популяций, как правило, повышен [23, 26, 27], и попадание полиплоидных клеток в зародышевые пути дает таким растениям возможность формировать дигаплоидные зародыши. Выводы В заключении можно сказать, что, по нашему мнению, основные проблемы в области селекционного улучшения сахарной свёклы будут связаны не столько с поиском правил менделевского контроля в наследовании репродуктивных или хозяйственных признаков, сколько в понимании и исследовании базовых механизмов эмбрио-и семеногенеза. Исследо- вания этих репродуктивных признаков должны опираться как на генетическую, так и эпигенетическую парадигмы наследования. Работа выполнена при поддержке Интеграционного гранта № 3 президиума СО РАН и НАН Белоруссии. Таблица. Распределение клеток по числу хромосом в ядрах, % Число хромосом в клетках (шт.) менее 9 9 10-17 18 27 36 и более Всего клеток 2,4 % 39,4 % 34,7 % 16,7 % 5,7 % 1,04 % 383 Литература 1. Шредер А. Селекция сахарной свёклы в Польше. Исторический очерк // Энциклопедия рода. Биология, генетика и селекция свёклы. – Новосибирск: изд-во Сова, 2010ю – С. 45–51. 2. Зосимович В.П. Виды дикой и происхождение культурной свеклы // Биология и селекция сахарной свеклы. – М.: Колос, 1968. – С. 7–65. 3. Бордонос М.Г. Характер расщепления и некоторые особенности свекловичных высадков с одноцветковыми семенами // Селекция и семеноводство. – 1938. – №6. – С. 24–27. 4. Роик Н.В. Создание одноростковых сортов и гибридов сахарной свёклы в Советском Союзе // Энциклопедия рода Beta. Биология, генетика и селекция свёклы. – Новосибирск: изд-во Сова, 2010. – С. 248–264. 5. Owen F.V. Cytoplasmically inherited male sterility in sugar beet // Agric. Res. 1945. – 71, N 10. – P. 423–440. 6. Харечко-Савицкая Е.И. Цитология и эмбриология сахарной свеклы // Свекловодство. – К.: Госсельхозиздат, 1940. – 1. – С. 453–550. 209 7. Savitsky H.I. Embryology of mono- and multigerm fruits in the genus Beta L. // J. Amer. Soc. Sugar Beet Technol. – 1950. – 6. – P. 160–164. 8. Owen F.V. Inheritance of cross- and self-sterility and self-fertility in Beta vulgaris L. // J. Agric. Res. – 1942. – 64. – P. 679–698. 9. Малецкий С.И. Семенное размножение сахарной свеклы // Энциклопедия рода. Биология, генетика и селекция свёклы. – Новосибирск: изд-во Сова, 2010. – С. 52–62. 10. Ширяева Э.И., Ярмолюк Г.И., Кулик А.Г., Червякова В.В. Апомиксис у самоопыленных линий сахарной свеклы и использование его в селекции // Цитология и генетика. – 1989. – 11. – С. 32–48. 11. Сеилова Л.Б. Апомиксис у сахарной свеклы и его использование в практической селекции: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Алматы, 1996. – 44 с. 12. Фаворский Н.В. Материалы по биологии и эмбриологии сахарной свеклы // Тр. Научного института селекции. – К., 1928. – Вып. 2. – С. 1–14. 13. Малецкий С.И., Малецкая Е.И. Самофертильность и агамоспермия у сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) // Генетика. – 1996. – 32, № 12. – С. 1643–1650. 14. Сеилова Л.Б. Эмбриология агамоспермии у линейных форм сахарной свёклы // Энциклопедия рода Beta. Биология, генетика и селекция свёклы. – Новосибирск: изд-во Сова, 2010. – С. 158–163. 15. Цильке Р.А., Позняк С.И., Малецкая Е.И., Юданова С.С., Малецкий С.И. Завязываемость плодов у гибридов сахарной свеклы при апозиготической репродукции в контрастных условиях выращивания // Вестник НГАУ. – 2010. – 5, № 3. – С. 19–25. 16. Зайковская Н.Э. Биология цветения, цитология и эмбриология сахарной свеклы // Биология и селекция сахарной свеклы. – М.: Колос, 1968. – С. 137–206. 17. Малецкая Е.И. Наследование признаков многосемянности и многозародышевости у сахарной свеклы // Генетика сахарной свеклы. – Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1984. – С. 79–93. 18. Малецкая Е.И. Многосемяпочковость цветков и многоростковость посевных единиц у сахарной свёклы // Энциклопедия рода Beta: биология, генетика и селекции свёклы. – Новосибирск: издательство «Сова», 2010. – С. 290–301. 19. Жужжалова Т.П. Полиэмбриония у сахарной свеклы // Матер. VII Всесоюз. Симпоз. По эмбриологии растений. – Киев: Наук. Думка, 1978. – С. 26–27. 20. Fischer H.E. Untersuchungen an Zwillingen von Beta vulgaris L. // Zuchter. – 1956, Bd.26. – Heft 4/5. – S. 136–152. 21. Добрецова Т.Б., Лутков А.Н., Манжос А.М. Спонтанные полиплоидные и гаплоидные формы сахарной свеклы у близнецовых растений // Докл. АН СССР. – 1965. – 160, № 2. – С. 454–457. 22. Bosemark N.O. Haploids and homozygous diploids, triploids and tetraploids in sugar beet // Hereditas. – 1971. – 69. – P. 193–204. 23. Юданова С.С., Малецкая Е.И. Связь эпигеномной изменчивости с семенной продуктивностью при апозиготическом способе размножения сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) //Досягнения и проблеми генетики, селекции та биотехнологии. – Киев: Логос, 2007. – 2. – С. 221–225. 24. Frenkel R. 1975. Uber das Auftreten von unreduzieren Gameten bei Angiospermen // Arch.Zucht.Forsch. – 1975. – 5. – P. 201–208. 25. Кунах В.А., Адонин В.И., Ожередов, Блюм Я.Б. Миксоплоидия у диких и культивируемых видов крестоцветных, способных к гибридизации с рапсом Brassica Napus. // Цитология и генетика. – 2008. – 42. – С. 81–86. 26. Юданова С.С. Миксоплоидия клеточных популяций сахарной свеклы и ее связь с репродуктивными признаками: Дис. ... канд. биол. наук. С.-Пб., Всероссийский НИИ растениеводства, 2004. – 126 с. 27. Малецкая Е.И., Юданова С.С. Цитологический анализ миксоплоидии клеточных популяций в апозиготических потомствах гаплоидных растений сахарной свеклы // Сб. науч. тр.: Факторы экспериментальной эволюции организмов. – Киев: Логос, 2013. – 13. – С. 210–214. MALETSKAYA E.I. Institute of Cytology and Genetics Siberian Branch of Russian Academy of Science, Russia, 630090, Novosibirsk, av. Lavrenteva, 10, e-mail: e_mal@bionet.nsc.ru REPRODUCTION BIOLOGY OF SUGAR BEET AND METHODS OF ITS SELECTION TWENTIETH CENTURY Aims. Describe the status of work in the field of reproductive biology and breeding of sugar beet with the beginning of work in the field of breeding in Russia. Results. A brief historical review of major achievements in the field of reproductive biology of sugar beet in connection with problems of selection. Conclusions. Briefly outlined the prospects for work in the field of reproductive biology and breeding. Key words: agamospermy, haploids, reproductive biology, mixoploidy.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-178347
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 2219-3782
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:35:07Z
publishDate 2014
publisher Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
record_format dspace
spelling Малецкая, Е.И.
2021-02-18T15:25:24Z
2021-02-18T15:25:24Z
2014
Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке / Е.И. Малецкая // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 15. — С. 205-209. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.
2219-3782
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178347
63(091):633.63:631.53:631.527.8
Aims. Describe the status of work in the field of reproductive biology and breeding of sugar beet with the beginning of work in the field of breeding in Russia. Results. A brief historical review of major achievements in the field of reproductive biology of sugar beet in connection with problems of selection. Conclusions. Briefly outlined the prospects for work in the field of reproductive biology and breeding.&#xd; &#xd; Key words: agamospermy, haploids, reproductive biology, mixoploidy.
ru
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Фактори експериментальної еволюції організмів
Прикладна генетика і селекція
Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке
Reproduction biology of sugar beet and methods of its selection twentieth century
Article
published earlier
spellingShingle Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке
Малецкая, Е.И.
Прикладна генетика і селекція
title Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке
title_alt Reproduction biology of sugar beet and methods of its selection twentieth century
title_full Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке
title_fullStr Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке
title_full_unstemmed Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке
title_short Репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в ХХ веке
title_sort репродуктивная биология и методы селекции сахарной свеклы в хх веке
topic Прикладна генетика і селекція
topic_facet Прикладна генетика і селекція
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178347
work_keys_str_mv AT maleckaâei reproduktivnaâbiologiâimetodyselekciisaharnoisveklyvhhveke
AT maleckaâei reproductionbiologyofsugarbeetandmethodsofitsselectiontwentiethcentury