Формирование генетических ресурсов и их использование в селекции ячменя (стр. 3 )

- коллекция озимого ячменя ИКАРДА - 600 образцов;

- коллекция ярового ячменя – 1370 образцов 30 стран мира;

- оценка биохимических показателей (содержание белка и его фракций, амилозы, пленчатость, экстрактивность) и урожайности проведена на 23 дигаплоидных линиях ячменя;

- 30 образцов блока КСИ лаборатории селекции зернофуражных культур КазНИИЗР (ДГ-линии, сорта ярового и озимого ячменя, перспективные сортообразцы), дикие сородичи описаны по морфологическим признакам согласно УПОВ;

- сравнительный анализ по эффективности маркеров – гордеинов и ферментов в регистрации растительных ресурсов ячменя проведен на 20 дигаплоидных линиях, 75 районированных и перспективных сортах ячменя, 32 сортообразцах конкурсного сортоиспытания пивоваренного направления, 34 образцах коллекции озимого ячменя, 10 популяциях Н. spontaneum К.;

- 183 образца ярового ячменя контрольного и конкурсного питомников вегетации 2006 г. КазНИИЗР совместно с коллегами из ИКАРДА изучены в условиях Сирии (г. Алеппо, Тель – Хадия).

Методы исследований:

- методические указания ВИР по изучению мировой коллекции ячменя (Ленинград, 1981);

- закладка образцов для хранения проведена согласно Genebank Standards (FAO/IPGRI. 1994);

-  документирование генофонда проведено по руководству «Guidebook for Genetic Resources Documentation» (IPGRI, 1993).

- получение гаплоидов ячменя технологией «бульбозум» проводили в соответствии с методическими рекомендациями ВСГИ (1988);

- биохимическая оценка зерна ячменя, электрофоретическое разделение гордеинов, статистическая обработка ряда данных осуществлена с использованием многомерного кластерного анализа и интегральных оценок на основе алгоритмов и методов, изложенных в сборнике «Методы биохимической оценки коллекционного и селекционного материала (Алматы, 1996);

- морфологическое описание по УПОВ проведено согласно UPOV TG/19/7/ Guidelines for the conduct of tests for distinctness, homogeneity and stability. (UPOV, 1981);

- содержание Fe, Zn и β-глюкана в зерне ячменя определялось согласно методам, изложенным в сборнике «Crop quality evaluаtion methods and guidelines (ICARDA, Aleppo, 1988);

- полевые опыты по селекции кормового и пивоваренного ячменя заложены по методикам Доспехова (1985 г.) и Государственной комиссии сельскохозяйственных культур РК (2002 г.).

В работе использованы следующие ГОСТы: определение выполненности и выравненности зерна – ГОСТ 10939-64; метод определения массы 1000 зерен - ГОСТ 10842-89; определение содержания протеина в зерне – ГОСТ 10846-74, определение содержания крахмала – ГОСТ 10845-98 и амилозы – поляриметри-ческим и иодометрическим методами, соответственно, с использованием БИК-спектроскопии (Перуанский и др., 1996).

Достоверность полевых опытов определялась на основе дисперсионного анализа по Доспехову (1985 г.).

Результаты исследований

3 Генетические ресурсы сельскохозяйственных культур

3.1 Сбор, анализ, оценка ценности и систематизация коллекций по генетическим ресурсам растений Казахстана. В 2004-2007 годы проведена инвентаризация генетических ресурсов растений - ГРР, сохраняемым в условиях ex situ: сбор, анализ, систематизация и обобщение информации и наличия семенного материала в НИО МСХ и МОН РК Казахстана [ 2004; Aлимгазинова, Есимбекова и др., 2006). Научно-исследовательскими учреждениями поддерживались и хранились более 75,0 тыс. образцов сельскохозяйственных культур.

Структура ГРР в разрезе культур представлена на рисунке 1. Зерновые культуры составляли 53,4% генофонда; 12,5% - кормовые; 11,3% - зернофуражные; 11,3% - овощебахчевые; 4,2% - плодово-ягодные; 0,5% - сахарная свекла; 1,8% - картофель; масличные – 1,8%; 1,4% - зернобобовые; 0,9% - крупяные. В группах отмечено преобладание определенных культур. Так, более 80% коллекций зерновых культур представлены пшеницей, в генофонде кормовых растений доминируют злаковые и бобовые. Дыня и томат составляют 51,3% коллекций генофонда овощебахчевых культур. В генофонде плодовых наиболее широко представлена яблоня (48,1%).

Рисунок 1 - Объемы генетических ресурсов растений в разрезе

культур в НИО РК, в % (2007 г.)

Таким образом, как и во многих генбанках мира, в генофонде Казахстана хлебные злаки играют доминирующую роль. В связи с диверсификацией растениеводства значительное внимание уделяется селекции и производству масличных, зернобобовых, крупяных и др. Однако, в коллекциях Казахстана эти культуры занимают незначительную часть – от 1,8% до 0,9% (Национальный механизм информационного обмена для внедрения Глобального плана действий в Республике Казахстан, 2007).

Коллекции различных групп культур сформированы определенными категориями материалов. Статус возделываемого/улучшенного сорта имеют 67% - зерновых, 46% - зернофуражных, 75% - зернобобовых, 57% - картофеля, 58% - плодово-ягодных культур, что составляет в среднем по всем коллекциям ex situ 48% (Есимбекова, 2004). Проведение инвентаризации по ГРР и целевой анализ состояния наличных коллекций показал, что национальные коллекции генетических ресурсов сельскохозяйственных растений не содержат либо имеются в малом объёме дикие и дикорастущие сородичи культурных растений местной флоры, представляющие особую ценность.

Обобщение информации по условиям хранения ГРР показало, что более 70% существующих коллекций хранятся краткосрочно с различной степенью риска в неконтролируемых условиях температуры и влажности. Стандарты хранения по температуре выдержаны при хранении 2-х семенных коллекций Научно-исследовательского института проблем биологической безопасности МОН РК: пшеницы – 18тыс. образцов; ячменя – 1,6тыс. образцов.

На основании инвентаризации ГРР в системе НИО МСХ РК и создания условий краткосрочного хранения в КазНИИЗР сконцентрированы ценные категории генетических ресурсов - свыше 15 тысяч образцов (рисунок 2). Впервые в Казахстане согласно международным протоколам организовано сохранение генетических ресурсов 29 сельскохозяйственных культур. Собран, объединен, систематизирован и репродуцирован гербарный и семенной материал 410 образцов диких сородичей, в том числе – 86 зерновых, 152 кормовых культур и 172 образцов лекарственных трав природной флоры Казахстана и на их основе сформирована коллекция местных видов указанных групп культур. На основе 3-х летнего изучения систематизированы данные по степени генетического разнообразия коллекции видов – сородичей трибы Triticeae Dum. (Роды - Hordeum L., Aegilops L., Ovena L., Triticum L) на уровне фенотипа (морфология) и генотипа (запасные белки); созданы базы данных по морфологическим и молекулярным маркерам 227 образцов (Второй Национальный отчет о состоянии генетических ресурсов растений для продовольствия и сельского хозяйства в Казахстане, 2007).

Рисунок 2 - Коллекции ex situ ГРР в разрезе культур,

заложенные на хранение в КазНИИЗР

3.2 Формирование Национальной базы данных Казахстана по агро-биоразнообразию растений. Генофонд растений, сосредоточенный в НИО МСХ РК, характеризовался значительным объемом информации в виде каталогов, записей в полевых журналах, неунифицированных баз данных. Однако, информация была не систематизирована, имела разный формат, не соответствовала международной практике. В связи с актуальностью создания банка данных по ГРР в соответствии с международными дескрипторами необходимо было: провести сбор, анализ, систематизацию и унификацию информации для эффективного использования.

Ранее нами было начато формирование базы данных с использованием компьютерной программы «САС-ДВ» для стран Центральной Азии и Закавказья, внесена информация всего лишь по 450 образцам (Стрит и др., 2004). В программе заложены основные принципы создания информационных систем ИКАРДА и ВИР. Уточнен приоритет для создания единой Национальной базы данных по генофонду растений (НБД) - документирование базы паспортных данных. За основу документирования нами принята форма с 15 полями с информацией об образце: дате регистрации, месте и статусе хранения, стране происхождения и доноре, биологическом статусе, типу развития, наличия гербарного материала и др. (Aлимгазинова и др., 2006; Ержанова и др., 2006). Дескрипторные листы, положенные в основу документирования, приняты в международной практике и служат для раскрытия 4-х полей паспортной части - статуса хранения, типа развития, типа популяции и статуса образца, каждый из которых детализирует, в свою очередь, понятия через информационные поля, количество которых достигает 7. Таким образом, с учетом полей дескрипторов документирование паспортной части НБД содержит более 30 информационных полей. Документирование сородичей культурных растений проведено по специально разработанным дескрипторам, которые включали дополнительно фиксированные GPS данные места нахождения образца (широта, долгота, высота над уровнем моря), статус образца, количество собранных растений, состояние популяции, описание места сбора и др. (Ситпаева, Есимбекова и др., 2004). В целом экспедиционные данные внесены по 1433 образцам сельскохозяйственных культур.

На завершение 2008 года Национальная база данных включала паспортную информацию по более, чем 55 тысячам образцов 15 НИУ РК (Есимбекова, Ержанова и др., 2010). Основные группы культур и количество сохраняемых и документированных образцов было различно в зависимости от специализации НИУ по селекции.

Национальная база данных содержит также согласно форме (рисунок 3) данные по 2680 образцам ячменя.

Рисунок 3 – Форма Национальной базы данных: паспортная часть ячменя

Таким образом, в результате проведения исследований, оценки и концент-рации значительного объема семенных коллекций и научной информации по генетическому разнообразию нами впервые в Казахстане организовано рациональное сохранение генетических ресурсов сельскохозяйственных растений, сформирован и охарактеризован генофонд 29 сельскохозяйственных культур (более 15тысяч образцов), создана Национальная электронная база данных ГРР, в т. ч. ячменя, единая информационная сеть для эффективного изучения и обмена семенными ресурсами и информацией между НИУ республики и региона Средней Азии. Это позволило подготовить информативный Второй Национальный отчет для ФАО о состоянии генетических ресурсов растений для продовольствия и сельского хозяйства в Казахстане (ФАО, 2007).