SPRAWOZDANIE O STANIE REALIZACJI ZADANIA. w 2011 roku

Transkrypt

1 pieczątka SPRAWOZDANIE O STANIE REALIZACJI ZADANIA z wykonania badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej w 2011 roku 1. Nr decyzji MRiRW: HOR hn /11 zadanie nr Nazwa tematu: Analiza sposobu dziedziczenia cech u otrzymanych mutantów rzepaku ozimego (Brassica napus L.) oraz ocena ich przydatności do hodowli 3. Podmiot realizujący temat: Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Wojska Polskiego 28, Poznań. 4. Wydział/Pracownia/ Pracownie: Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Katedra Genetyki i Hodowli Roślin 5. Kierownik tematu (zgodnie z kartą tematu): prof. dr hab. Tadeusz Łuczkiewicz. Wykonawcy: dr hab. Jerzy Nawracała, pracownicy techniczni 6. Informacja o realizacji prac w roku 2011 a) Materiały i metody: 6.1. Materiał roślinny Materiał roślinny w doświadczeniu stanowiło (jak w latach ubiegłych) 144 linie mutacyjnych rzepaku ozimego. Zostały one otrzymane w Katedrze Genetyki i Hodowli Roślin w rezultacie wieloletnich prac prowadzonych od połowy lat siedemdziesiątych nad indukowaniem mutacji u rzepaku ozimego. W ramach tych prac od 1979 roku poddawano wielokrotnemu działaniu czynnika mutagennego nasiona tej samej populacji z trzech odmian jednozerowych: Jet Neuf, Brink i Janpol. Zastosowano następujące dawki 0,0 Gy, 500,0 Gy i 1000 Gy. Dawka 100,0 Gy jest dawką krytyczną dla tego gatunku. Począwszy od pokolenia M 1 z każdej rośliny zbierano 1 2 łuszczyny i powtórnie poddano działaniu promieniowania jonizującego (3 dawki, 3 odmiany). Podobną procedurę zastosowano w kolejnych 22 latach doświadczenia. Od pokolenia M 2 w każdym roku selekcjonowano rośliny odbiegające fenotypowo od wzorca. Rośliny te izolowano a potomstwo oceniano na jedno rządkowych poletkach w roku następnym. W ten sposób wyselekcjonowano w różnych pokoleniach szereg linii różniących się od wzorca pod względem wielu cech jakościowych i ilościowych. 1

2 6.2a Analiza biometryczna linii mutacyjnych Doświadczenie ze 144 liniami mutacyjnymi założono w Rolniczym Gospodarstwie Doświadczalnym Dłoń w sierpniu 2010 r. Odmianą kontrolną była odmiana Californium. Każda linia została wysiana na poletku jedno - lub dwurzędowym o długości 6 m. Rozstawa rzędów wynosiła 50 cm. Liczba roślin na m 2 około 50. Zabiegi uprawowe, nawożenie, oprysk herbicydem oraz przeciwko słodyszkowi rzepakowemu wykonano zgodnie z zaleceniami dla uprawy rzepaku. W okresie wegetacji przeprowadzono obserwacje cech zmienionych i wykonano dokumentację fotograficzną. Na każdym poletku zakładano dwa izolatory w celu zachowania linii. Do opracowania biometrycznego wybierano losowo 10 pojedynków z poletka. Opracowanie biometryczne dotyczyło 9 cech fenotypowych roślin (wysokość roślin, wysokość do I rozgałęzienia, liczba rozgałęzień, liczba łuszczyn, długość łuszczyn, liczba nasion z rośliny, liczba nasion w łuszczynie, masa nasion z rośliny, masa 1000 nasion) jak i 12 cech związanych ze składem chemicznym nasion. Łącznie przeanalizowano w ten sposób ponad 1000 roślin. W sezonie wegetacyjnym 2010/2011 szczególną uwagę poświęcono doświadczeniu z genotypami nieosypującymi się. 6.2.b. Doświadczenie z liniami mutacyjnymi wykazującymi mniejszy stopień osypywania. Ocena osypywania Do analiz biometrycznych (1) z poletka wybierano losowo 50 roślin (razem 100 z genotypu) w momencie dojrzałości technicznej roślin. Przeprowadzono analizę biometryczną. Określono liczbę osypanych i nie osypanych łuszczyn na roślinach Analizom biometrycznym (2) poddano około 40 roślin z każdego poletka miesiąc po osiągnięciu dojrzałości technicznej. Policzenie osypanych i nie osypanych łuszczyn na analizowanych roślinach Ocena bonitacyjna osypywania nasion została przeprowadzona w obu w/w terminach przez 3 osoby (w drugim terminie): - pierwszy raz 16 sierpnia 2011 roku tj. po osiągnięciu dojrzałości technicznej roślin, - drugi raz po 5 tygodniach od dojrzałości technicznej. Analizę zawartość kwasów tłuszczowych i glukozynolanów w nasionach odmiany Californium i 4 rodów mutacyjnych rzepaku ozimego wykonano w laboratorium należącym do Hodowli Roślin Strzelce Sp. Z o.o. w Oddziale Małyszynie. Analizy biochemiczne wykonano przy użyciu 2

3 spektrometru (NIRS, model 6500 NIR Inc., Silverspring, MD, USA). Spektra odbiciowe (log 1/R) w zakresie od nm mierzono przy interwale 2 nm. Każda próba zawierała około 2 g nasion. 6.2c. Analiza dziedziczenia 4 zmutowanych cech roślin rzepaku ozimego. W roku 2011 przeprowadzono analizę pokolenie F 2 krzyżówek wykonanych w 2009 r. Uwzględniono potomstwa 4 krzyżówek linii mutacyjnych rzepaku z odmianą Californium, a mianowicie: Mutacja o krótkosłupkowych kwiatach i zmienionej morfologii kwiatów (jednakowa długość pręcików, brak miodników itp) Mutacja o pomarszczonych płatkach korony Mutacja o wąskich płatkach korony Mutacja o jasno - żółtych płatkach korony 6.2d. Doświadczenie z roślinami pokolenia F 1 i F 2. W końcu sierpnia 2010 r w RGD Dłoń założono doświadczenie z liniami mutacyjnymi, mieszańcami F 1 i mieszańcami F 2 krzyżówek wykonanych w 2008 i 2009 i 2010r. Linie oraz mieszańce wysiano na poletkach o długości 6m w rozstawie 50 cm. Liczba roślin na poletkach z mieszańcami F 1 wahała się od kilkudziesięciu do kilkuset. Liczba roślin F 2 wynosiła w końcu wegetacji jesiennej powyżej 500. Zabiegi uprawowe i ochrony roślin przeprowadzono podobnie jak w pozostałych doświadczeniach. Obserwacje cech zmutowanych przeprowadzono na wszystkich roślinach pokolenia F 2. W 2011 roku analizy zawartości białka, tłuszczu i glukozynolanów wykonano na nasionach zebranych z około 400 roślin linii rodzicielskich, pokolenia F 1 i F 2 pochodzących z wybranych kombinacji krzyżowania. Analizy przeprowadzono w laboratorium należącym do Hodowli Roślin Strzelce Sp. Z o.o. w Oddziale Małyszynie. 6.2e Prace wykonane w Hodowli Roślin Strzelce - Oddział Borowo 7. Wyniki Wykonanie krzyżowania pomiędzy liniami mutacyjnymi a liniami hodowlanymi rzepaku w 25 kombinacjach krzyżowania Przeprowadzenie krzyżowania wstecznego (back cross) mieszańców F 1 otrzymanych w roku ubiegłym z odmianami uprawnymi b) Szczegółowe omówienie wykonanych prac i uzyskanych wyników (łącznie dla wszystkich Pracowni realizujących temat). 3

4 Obserwacje wszystkich 144 linii mutacyjnych przeprowadzono w 2011 roku podobnie jak w latach poprzednich. Wykonano obserwacje cech morfologicznych i cech struktury plonu. Z uwagi na olbrzymią liczbę pojedynków rzepaku zebranych we wszystkich doświadczeniach opracowanie wyników tego doświadczenia jest jeszcze aktualnie kontynuowane. Dokładną charakterystykę wszystkich linii przedstawiono trzykrotnie w 2008, 2009 i 2010 roku. 7.1 Doświadczenie z liniami mutacyjnymi wykazującymi mniejszy stopień osypywania. Przeprowadzone obserwacje osypywania nasion potwierdziły, że cztery wybrane do doświadczenia linie mutacyjne charakteryzują się istotnie mniejszym osypywaniem sie nasion z łuszczyn. Po 4 tygodniach od dojrzałości technicznej 44,8% łuszczyn odmiany Californium było osypanych podczas gdy procent osypanych łuszczyn u linii mutacyjnych wahał się od 8,4 (krótkosłupkowe) do 24,0 (linia 306/6). Należy podkreślić, że są to wyniki otrzymane z dokładnego policzenia osypanych łuszczyn z około 50 roślin z każdego poletka tj. 150 roślin z każdego genotypu. Również ocena bonitacyjna wykonana niezależnie przez trzy osoby wykazała podobny procent osypanych łuszczyn. Doświadczenie z liniami mutacyjnymi, które wykazują mniejszy stopień osypywania nasion założono po raz drugi. Wykazało ono, że linie mutacyjne znacznie różnią się od odmiany Californium pod względem większości badanych cech. Z czterech porównywanych linii wszystkie miały istotnie mniejszą liczbę łuszczyn z rośliny od odmiany Californium. Linie mutacyjne miały również istotnie mniejszą liczbę nasion z rośliny i liczbę nasion w łuszczynie. Natomiast linie, (prawdopodobnie z powodu znacznie mniejszej liczby nasion), charakteryzowały się większą MTN w porównaniu z odmianą kontrolną. Ostatecznie wszystkie linie mutacyjne miały mniejszą (w tym trzy istotnie) masę nasion z rośliny.w porównaniu do odmiany Californium najbardziej zbliżoną pod względem cech struktury plonu była linia 306/6 K, a zdecydowanie najmniejsze wartości cech struktury plonu miał mutant krótkosłupkowy (dwukrotnie mniejszą liczbę nasion w łuszczynie i ponad dwukrotnie mniejszą masę nasion z rośliny). Badane linie mutacyjne rzepaku w małym stopniu różniły się pod względem zawartości kwasu oleinowego, linolowego i linolenowego. Na podkreślenie zasługuje fakt, że zawartość kwasu erukowego w nasionach linii mutacyjnych pochodzących z odmian tradycyjnych była zbliżona do zawartości tego kwasu u odmiany Californium. Jedynie pojedyncze rośliny linii 306/6K zawierały kilka procent kwasu erukowego w nasionach. 4

5 W roku 2011 nie obserwowano znacznego osypywania się łuszczyn (w porównaniu do 2010). Wynikało to z korzystnego przebiegu warunków pogodowych (nie wystąpienie burz, gradu, silnych wiatrów i gwałtownych opadów w 2011) po osiągnięciu dojrzałości technicznej przez rośliny rzepaku. Po miesiącu od daty zbioru (w optymalnym czasie) procent osypanych łuszczyn zwiększył się jedynie od kilku do około 12%.(Californium). Podobnie jak w roku 2010 zarówno w czasie dojrzałości technicznej jak i w miesiąc po osiągnięciu dojrzałości technicznej linie mutacyjne charakteryzowały się znacznie mniejszą podatnością na osypywanie. Najbardziej odporną na osypywanie okazał się mutant krótkosłupkowy oraz linia mutacyjna 306/6A. Linia ta, podobnie jak w 2010 charakteryzowała się duża odpornością na osypywanie. Nasiona linii mutacyjnych nie różniły się pod względem zawartości tłuszczu, białka, ADF i NDF od odmiany Californium. Duże różnice wystąpiły pomiędzy liniami i odmianą Californium pod względem zawartością glukozynolanów. Różnice te dotyczyły zarówno sumy glukozynolanów jak i glukozynolanów alkenowych. Wartą podkreślenia jest wysoka zawartość tłuszczu w linii mutacyjnej 306/ Analiza dziedziczenia 4 cech jakościowych rzepaku ozimego W 2011 roku dodatkowo przeprowadzono analizę dziedziczenia zmutowanych cech na populacjach roślin pokolenia F 2 pochodzących z krzyżowania czterech linii mutacyjnych z odmianą Californium wykonanych w 2009 roku. Segregację pod względem zmutowanych cech obserwowano na wszystkich poletkach z roślinami pokolenia F 2. Mutacja o krótkosłupkowych kwiatach i zmienionej morfologii kwiatów (jednakowa długość pręcików, brak miodników itp). Krzyżowano rośliny linii mutacyjnej krótkosłupkowej z odmianą wzorcową Californium (matka). W pierwszym pokoleniu mieszańców wszystkie rośliny wykazywały budowę kwiatu taką jak wzorzec. Obserwacja 163 roślin pokolenia F 2 otrzymanego ze skrzyżowania linii mutacyjnej krótkosłupkowej z odmianą Californium wykazała, że 153 rośliny miały normalne płatki korony a 10 roślin miało kwiaty charakterystyczne dla linii mutacyjnej. Obliczona wartość chi kwadrat χ² = 0, dla przyjętego modelu dziedziczenia tj. segregacji fenotypowej 15 : 1 jest istotna na poziomie p = 0,99. Segregacja taka jest charakterystyczna dla allotetraploidów i pełnej dominacji allelu A 5

6 nad a 1 i a 2. Rośliny krótkosłupkowe mają genotyp a₁a₁a₂a₂. Pozostałe genotypy mają normalną" budowę płatków korony. Mutacja - pomarszczone płatki korony rzepaku ozimego. Kwiaty o takiej budowie sprzyjają zwiększeniu się stopnia obcopylności u tego gatunku. Mutacja ta stwarza także możliwość krzyżowania bez kastracji W pierwszym pokoleniu mieszańców wszystkie rośliny wykazywały budowę kwiatu taką jak wzorzec. Analiza segregacji fenotypowej 106 roślin pokolenia F 2 otrzymanego ze skrzyżowania linii mutacyjnej o pomarszczonych płatkach korony z odmianą Californium wykazała, że 97 roślin miało normalne płatki korony a 9 roślin miało kwiaty o pomarszczonych płatkach. Obliczona wartość chi kwadrat χ² = 0, co pozwoliło na przyjecie modelu segregacji fenotypowej 15 : 1 na poziomie p = 0,99. Segregacja taka jest charakterystyczna dla allotetraploidów i pełnej dominacji allelu A nad a 1 i a 2. Rośliny o pomarszczonych płatkach korony mają genotyp a₁a₁a₂a₂. Pozostałe genotypy mają normalną" budowę płatków korony. Mutacja wąskie (rozpierzchnięte ) płatki korony. Przeprowadzono krzyżowanie pomiędzy roślinami linii mutacyjnej o wąskich, rozpierzchniętych płatkach korony i odmianą wzorcową Californium (matka) o normalnuch, szerokich płatkach korony. W pierwszym pokoleniu mieszańców wszystkie rośliny wykazywały budowę kwiatu taką jak wzorzec. Obserwacja 88 roślin pokolenia F 2 otrzymanego ze skrzyżowania linii mutacyjnej o rozpierzchniętych płatkach korony z odmianą Californium wykazała, że 80 roślin miało normalne płatki korony a 8 roślin miało kwiaty o wąskich płatkach korony. Obliczona wartość chi-kwadrat χ² = 0,531 pozwoliła na przyjęcie modelu segregacji fenotypowej 15 : 1 na poziomie p = 0,95. Segregacja taka jest charakterystyczna dla allotetraploidów i pełnej dominacji allelu A. Rośliny o wąskich płatkach korony mają genotyp a₁a₁a₂a₂. Pozostałe genotypy mają normalną" budowę płatków korony. Jasno-żółte płatki korony. Płatki korony linii mutacyjnej maj ą cytrynowo- żółtą barwę płatków korony. Cecha ta może być dobrym markerem fenotypowym. W roku 2009 wykonano krzyżówkę pomiędzy roślinami linii mutacyjnej o jasno - żółtej barwie płatków korony i odmianą Californium o żółtej barwie płatków korony. (matka). 6

7 W pierwszym pokoleniu mieszańców wszystkie rośliny wykazywały budowę kwiatu taką jak wzorzec. W drugim pokoleniu obserwowano segregację fenotypową na rośliny o żółtej barwie płatków korony (42) i jasno żółtej barwie płatków korony (3). Przyjęty model dziedziczenia tej cechy (15:1) został zweryfikowany testem chi - kwadrat (chi kwadrat 0,017) na poziomie p = 0,99. - Rośliny form rodzicielskich, pokolenia F 1, F 2 opracowano pod względem analizowanych 11 cech biometrycznych oraz 12 dotyczących składu chemicznego nasion. Otrzymane wyniki posłużą do analizy dziedziczenia rozpatrywanych cech ilościowych 7.3 Prace wykonane w Hodowli Roślin Strzelce Sp. z o.o. Syntetyczna informacja o realizacji prac w 2011r.: W ramach wyżej wymienionej usługi badawczej w HR Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR Oddział Borowo wykonał następujące prace: - W polu, w szkółkach rzepaku ozimego rosło 42 mieszańce F 1 pochodzące ze skrzyżowania form odpornych na pękanie łuszczyn z najlepszymi odmianami rzepaku oraz 7 mieszańców F 2. - Z wyżej wymienionych materiałów wybrano 300 pojedynków, które przeanalizowano na NIRsie na zawartość glukozynolanów. - Formy o najniższych zawartości glukozynolanów wysiano w szkółce w celu obserwacji wartości gospodarczej i cechy niepękania łuszczyn Na wysianym materiale odnotowano początek kwitnienia, koniec kwitnienia, wysokość oraz zimotrwałość. W 2011 roku wykonano również 5 kombinacji krzyżówkowych z formą odporną na pękanie łuszczyn 306/6/09 Łuczk. z plennymi odmianami. Ponadto w polu rosło 8 mieszańców F1 wyprowadzonych z krzyżowań pomiędzy restorerami ogu i niepękającymi formami 306/6/09 i 15/09 oraz 2 mieszańce F 2 typu restorer x forma niepękająca. Otrzymane z Katedry Genetyki i Hodowli Roślin 33 formy rzepaku ozimego, z których 4 o podwyższonej odporności na pękanie łuszczyn wysiano w szklarni do krzyżowań. W Oddziale Małyszyn przeprowadzono analizy zawartości białka, tłuszczu, frakcji włókna i glukozynolanów wykonano na nasionach zebranych z 2000 roślin linii rodzicielskich, pokolenia F 1 i F 2 pochodzących z wybranych kombinacji krzyżowania. Analizy przeprowadzono przy użyciu spektrometru (NIRS) 7

8 Celem badań jest określenie sposobu dziedziczenia zmutowanych cech rzepaku ozimego i ocena przydatności niektórych zmutowanych cech w hodowli Harmonogram prac w bieżącym roku sprawozdawczym był realizowany zgodnie z planem: tak W jakim stopniu cel badania został osiągnięty: w stopniu dobrym. Bardzo niekorzystny przebieg warunków pogodowych w okresie wiosenno zimowym spowodował znaczne straty w obsadzie roślin i zamieranie kwiatów w okresie kwitnienia (mróz) 7. Najważniejsze osiągnięcia. Wieloletnie prace nad uzyskaniem genotypów rzepaku o znacznie zmniejszonej tendencji do osypywania łuszczyn rzepaku ozimego 8. Forma upowszechnienia wyników: Wyniki będą dostępne na specjalnej stronie internetowej Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Katedra Genetyki i Hodowli Roślin. Linie mutacyjne charakteryzujące się znacznie zwiększoną odpornością na osypywanie łuszczyn zostały przekazane do Hodowli Roślin Strzelce Oddział Borowo i Oddział Małyszyn. 9. Wykaz prac opublikowanych w roku sprawozdawczym dot. danego tematu: 10. Wykaz prac złożonych do druku. 1/ Łuczkiewicz T., Bocianowski J., Nawracała J.: Efekt heterozji cech ilościowych rzepaku ozimego (Brassica napus L.) u mieszańców jednozerowych linii wsobnych krzyżowanych z odmianą Californium. IX Międzynarodowe Sympozjum Genetyka Ilościowa Roślin Uprawnych czerwca 2011 roku Kudowa Zdrój 2/ Łuczkiewicz T., Nawracała J., Bocianowski J.: Dziedziczenie kilku mutacji kwiatu rzepaku ozimego.nauka dla hodowli i nasiennictwa roślin uprawnych. Zakopane, do r 11. Przyczyny ewentualnych odstępstw od harmonogramu zapisanego w karcie realizacji tematu Informacja o wynikach współpracy naukowo-technicznej krajowej i z zagranicą (przy współpracy z za granicą podać kraj, firmę, temat). 13. W przypadku udziału w konferencjach, sympozjach, szkoleniach i warsztatach itp, w szczególności zagranicznych: a/ cel i korzyści oraz stopień wykorzystania do realizacji zadania; b/ w jaki sposób wyjazd podniósł wartość merytoryczną realizowanego zadania. Data: Poznań Podpis kierownika tematu 8