ZMIENNOŚĆ CECH MORFOLOGICZNYCH LINII WSOBNYCH KUKURYDZY

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 517: ZMIENNOŚĆ CECH MORFOLOGICZNYCH LINII WSOBNYCH KUKURYDZY Henryk Bujak 1, Jan Kaczmarek 1, Stanisław Jedyński 1, Katarzyna Dmochowska Huba 1, Artur Topolski 2 1 Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Hodowla Roślin Rolniczych Nasiona Kobierzyc Sp. z o. o. Wstęp W celu praktycznego wykorzystania heterozji, konieczne jest wyhodowanie linii na drodze chowu wsobnego lub technik podwojonych haploidów [MAŁUSZYŃSKI i in. 2003; WARZECHA i in. 2005], a następnie przeprowadzenie testowania i selekcji. Spośród ośmiu gatunków tylko kukurydza szklista, koński ząb, cukrowa i pękająca mają znaczenie gospodarcze. Głównie z form szklistych (typ flint) i końskiego zębu (typ dent) wyprowadza się linie wsobne, które wykorzystywane są do tworzenia handlowych mieszańców kukurydzy [ADAMCZYK 2005]. Uzyskanie zestawu wartościowych linii wsobnych nie jest proste, bowiem corocznie na świecie inicjuje się hodowlę milionów linii, a tylko nieliczne z nich wchodzą do formuł mieszańców [ADAMCZYK 1998]. Nowo uzyskane linie powinny charakteryzować się wysokim stopniem homozygotyczności, silnym i zdrowym fenotypem oraz dobrą zdolnością kombinacyjną [ALLARD 1968]. Nie wyhoduje się dobrej odmiany, jeśli firmy hodowlane nie będą dysponować odpowiednio wartościowym materiałem wyjściowym i nie zastosuje się właściwej metody hodowlanej [ADAMCZYK 1998, 2001, 2005]. Czynniki ekonomiczne i technologia uprawy kukurydzy preferują tworzenie mieszańców pojedynczych i trójliniowych. Linie wchodzące w skład takich odmian muszą charakteryzować się wysoką plennością i wyrównaniem. Celem badań było określenie zmienności cech morfologicznych linii wsobnych stanowiących część materiałów wyjściowych hodowli kobierzyckiej. Materiał i metody W firmie hodowlano-nasiennej Nasiona Kobierzyc znajduje się kolekcja, z której

2 206 H. Bujak i inni wybrano 25 linii wsobnych celem wykonania oceny zmienności cech morfologicznych. Materiał badawczy reprezentowany był przez linie wyhodowane w Kobierzycach. W wybranej kolekcji znajdowało się 16 linii zębokształtnych - (9 wyprowadzonych z materiałów północnoamerykańskich i 7 z europejskich). Spośród 4 linii semident trzy były pochodzenia europejskiego, a jedna pochodziła z USA. Trzecią grupę stanowiło 5 linii typu flint, z których jedną wyprowadzono z materiałów europejskich, a 4 z amerykańskich. Stopień wsobności wahał się od S 8 do S 20.. Nazwy linii i ich pochodzenie oraz stopień wsobności podaje tabela 1. Pochodzenie i stopień wsobności linii Origin and generation of inbred lines Tabela 1; Table 1 Typ ziarna Type of grain Nazwa linii Name of line Stopień osobności Generation Pochodzenie Origin Dent K 157, K 231, K 389, K 401, K 420, K 423, K 424 S 8 do S 20 Europa K 244, K 343, K 352, K 378, K 402, K 409, K 411, K 412, K 427 S 9 do S 16 USA Semident K 355 S 16 USA K 397, K 407, K 408 S 10 do S 12 Europa Flint K 217 S 18 Europa K 341, K 372, K 387, K 388 S 12 do S 15 USA Linie wysiano 22 kwietnia 2005 roku w kolekcji obserwacyjnej w 5-6 rzędach po 20 roślin w rzędzie, w rozstawie 70 x 20 cm. W okresie wegetacji badano następujące cechy bonitacyjne: datę pylenia i znamionowania, wyleganie korzeniowe oraz poraŝenie roślin przez głownię guzowatą. Ponadto na dziesięciu roślinach wykonano pomiary biometryczne: wysokości roślin, wysokości osadzenia 1-szej kolby, długości i średnicy kolby, średnicy osadki, liczby rzędów i ziarn z kolby oraz masy ziarn z kolby po wysuszeniu do 15% wilgotności. Uzyskane wyniki pomiarów poddano obliczeniom statystycznym wykonując jednoczynnikową analizę wariancji i wyliczając stopień genetycznego międzyliniowego zróŝnicowania h 2 jako stosunek wariancji genetycznej do wariancji fenotypowej. Warunki klimatyczne były korzystne dla wegetacji kukurydzy. Przebieg temperatury w całym okresie wegetacyjnym charakteryzował się niewielkimi dodatnimi odchyleniami, w porównaniu do średniej wielolecia z lat Ilość opadów bardzo róŝniła się od średniej dla wielolecia. W maju i lipcu wystąpiły znacznie większe opady. Szczególnie deszcze z silnym wiatrem i gradem w lipcu spowodowały, Ŝe część roślin wyległa lub została zniszczona przez połamanie. Wyniki i dyskusja

3 ZMIENNOŚĆ CECH MORFOLOGICZNYCH LINII WSOBNYCH Termin kwitnienia roślin kukurydzy jest cechą złoŝoną. ZaleŜy zarówno od genotypu jak i wielu czynników środowiskowych np. temperatury, zapotrzebowania na składniki pokarmowe i inne [GÓRNY 2005]. Odmiany kukurydzy, szczególnie te przeznaczone na ziarno, oprócz wysokiego plonowania i odporności na choroby i szkodniki, powinny charakteryzować się wczesnością. Miarą wczesności jest między innymi liczba dni wegetacji roślin od siewu do pylenia i znamionowania. W tabeli 2 porównano liczby dni pylenia i znamionowania badanych linii z formą wzorcową F2. Wzorzec jest starą linią francuską pylącą i znamionującą po 80 dniach i wybraną przez hodowców do testowania wczesności materiałów hodowlanych. Stwierdzono, Ŝe dwie linie K 341 i K 388 są wyraźnie wcześniejsze (o 5 dni) od wzorca F2. U nich liczba dni od siewu do znamionowania wynosiła 75. W przypadku najpóźniejszych linii okres ten wydłuŝył się do 95 dni. Rok 2005 ze względu na występowanie gwałtownych wichur z deszczami był dobry do oceny linii pod względem skłonności do wylegania. Tabela 2; Table 2 Liczba dni od siewu do pylenia i znamionowania, wyleganie roślin i poraŝenie głownią guzowatą Days from sowing to pollen shedding and silking, lodging and infection with smut Nazwa linii Line Pylenie Pollen shedding Znamionowanie Silking Znamionowanie (odchylenie od linii F2) Deviation from line F2 F ,0 Wyleganie skala od 0 do 5 Lodging 0-5 scale Głownia guzowata (liczba poraŝonych roślin) Smut no. of infected plants K ,0 0 0 K ,0 2 0 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 4 0 K ,0 0 1 K ,0 2 1 K ,0 3 1 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 0 1 K ,0 0 0 K ,0 5 0 K ,0 3 0 K ,0 0 0

4 208 H. Bujak i inni K ,0 2 0 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 0 0 K ,0 0 1 K ,0 5 0 _ W tabeli 2 podano ocenę wylegania według 6-cio punktowej skali, w której 0 oznacza brak wylegania, a 5 pełne wyleganie. RóŜne nasilenie wylegania obserwowano u 8 linii wsobnych. PoraŜenie głownią guzowatą wystąpiło na pojedynczych roślinach pięciu linii. Stopień genetycznego zróŝnicowania linii h 2 pod względem badanych cech kukurydzy Degree of genetic differentiation of lines h 2 in respect of the studied characters Tabela 3; Table 3 Wysokość roślin Plant height Wysokość zawieszenia pierwszej kolby Ear height Długość kolby Ear length Średnica kolby Ear diameter Średnica osadki Cob diameter Liczba rzędów w kolbie No of rows/ear Liczba ziarn z kolby No of grains/ear Masa ziarn po wysuszeniu Grain weight after drying h 2 0,94 0,57 0,14 0,27 0,29 0,42 0,63 0,44 Uzyskane wyniki pomiarów biometrycznych poddano jednoczynnikowej analizie wariancji i na podstawie testu F Snedecora stwierdzono istotność średnich kwadratów zmienności dla wszystkich analizowanych cech. Po obliczeniu oczekiwanych średnich kwadratów dla genotypów i środowiska oszacowano współczynniki h 2 określające stopień genetycznego międzyliniowego zróŝnicowania. Był on bardzo wysoki dla wysokości roślin (h 2 = 0,94) natomiast zdecydowanie niŝszy dla liczby ziarn z kolby (h 2 = 0,63) i wysokości zawieszenia 1-szej kolby (h 2 = 0,57). Bardzo niskie współczynniki h 2 stwierdzono dla długości kolby (h 2 = 0,14), średnicy kolby (h 2 = 0,27) i średnicy osadki (h 2 = 0,29), (tab. 3). W tabeli 4 przedstawiono podział linii na grupy jednorodne dla ośmiu badanych cech. Wydzielono bardzo liczne grupy i dlatego większość linii zaliczono jednocześnie do kilku grup jednorodnych zachodzących na siebie. Największą liczbę grup jednorodnych uzyskano dla cech o wyŝszych współczynnikach genetycznego międzyliniowego zróŝnicowania. Zestaw linii wchodzących w skład poszczególnych grup jednorodnych był inny w przypadku kaŝdej z analizowanych cech. Jednak istotne i stosunkowo wysokie

5 ZMIENNOŚĆ CECH MORFOLOGICZNYCH LINII WSOBNYCH skorelowanie takich par cech jak: liczba ziarn z kolby z liczbą rzędów w kolbie (r = 0,78), średnica kolby ze średnicą osadki (r = 0,77), liczba ziarn z kolby z masą ziarn po wysuszeniu (r = 0,72), liczba rzędów w kolbie ze średnicą kolby (r = 0,72) spowodowało podobne uszeregowania linii w grupach jednorodnych. Do genotypów, na które hodowcy powinni zwrócić szczególną uwagę naleŝą dwie wyraźnie wcześniejsze linie K 341 i K 388. Obie te formy nie wylegały oraz nie były poraŝone głownią guzowatą. NaleŜą do linii wyŝszych, o dobrych cechach kolby, ale jednocześnie o zbyt niskim zawieszeniu 1- szej kolby (36,8 cm, 39,4 cm). Niskie zawieszenie kolby i pochylenie roślin w czasie zbioru moŝe powodować duŝe straty plonu. Stąd uwaŝa się, Ŝe zawieszenie 1-szej kolby nie powinno być poniŝej 50 cm.

6 210 H. Bujak i inni Wnioski 1. Na podstawie przeprowadzonych obserwacji i pomiarów stwierdzono, Ŝe badana kolekcja linii wsobnych charakteryzuje się duŝą i niejednakową zmiennością dla poszczególnych cech uŝytkowych i bonitacyjnych. Stopień genetycznego międzyliniowego zróŝnicowania był bardzo duŝy dla wysokości roślin, wysoki dla liczby ziarn z kolby i wysokości zawieszenia 1-szej kolby oraz bardzo niski dla długości kolby, średnicy kolby i średnicy osadki. 2. Charakterystykę poszczególnych linii pod względem cech uŝytkowych uzyskano przypisując je do określonych i bardzo licznych grup jednorodnych, które w większości silnie zachodziły na siebie. 3. Do linii, na które hodowcy powinni zwrócić szczególną uwagę naleŝą dwie wyraźnie wcześniejsze formy K 341 i K 388. Oba te genotypy nie wylegały, nie były poraŝone głownią guzowatą i naleŝą do linii wyŝszych o dobrych cechach kolby. Ich mankamentem jest zbyt niskie zawieszenie 1-szej kolby (36,8; 39,4 cm). Literatura ADAMCZYK J Przegląd metod hodowli kukurydzy i ich przydatność w praktyce. Biul. IHAR 208: ADAMCZYK J Wprowadzenie do krajowych materiałów hodowlanych plazmy zarodkowej kukurydzy północnoamerykańskiej (Zea mays L.). Monografie i Rozprawy Naukowe IHAR 13: ADAMCZYK J Genetyczne podstawy hodowli kukurydzy, w: Zarys genetyki zbóŝ. IGR PAN Poznań, t. 2: ALLARD R.W Podstawy hodowli roślin. PWRiL Warszawa. GÓRNY A.G Genetyka kukurydzy uprawnej Zea mays L., w: Zarys genetyki zbóŝ. IGR PAN Poznań, t. 2: MAŁUSZUŃSKI M., KASHA K.J., FORSTER B. P., SZAREJKO I Doubled haploid production in crop plants. A Manual. Kluwer Academic Publishers. WARZECHA R., SOWA S., SALAK-WARZECHA K., OLESZCZUK S., ŚLIWIŃSKA E., ZIMNY J Doubled haploids in production of male sterility maintaining triticale (Triticosecale Witmack) lines. Acta Physiol. Plant 27(2): Słowa kluczowe: cechy morfologiczne, kukurydza, linie wsobne, zmienność

7 ZMIENNOŚĆ CECH MORFOLOGICZNYCH LINII WSOBNYCH Streszczenie W pracy badano zmienność cech morfologicznych 25 linii wsobnych kukurydzy znajdujących się w kolekcji spółki Hodowli Roślin Rolniczych Nasiona Kobierzyc. Materiał badawczy reprezentowany był przez 16 linii zębokształtnych (dent), 5 szkliste (flint) i 4 pośrednich (semident). Stopień wsobności wahał się od S 8 do S 20. Analizowano następujące cechy: poraŝenie roślin przez głownię guzowatą, wyleganie korzeniowe, liczbę dni od siewu do pylenia i znamionowania roślin, wysokość roślin, wysokość osadzenia pierwszej kolby, długość kolby, średnicę kolby i osadki, liczbę rzędów ziarn i masę ziarn z kolby. Stwierdzono, Ŝe badana kolekcja 25 linii była róŝnorodna pod względem cech bonitacyjnych i uŝytkowych. Stopień genetycznego zróŝnicowania był najwyŝszy dla wysokości roślin (h 2 = 0,94), liczby ziarn z kolby (h 2 = 0,63) i wysokości zawieszenia 1-szej kolby (h 2 = 0,57). Zmienność genetyczna dla długości kolby, średnicy osadki i kolby była bardzo mała. Spośród badanych linii 17 było odpornych na wyleganie natomiast dwie (K 401, K 427) silnie wyległy. Głownia guzowata wystąpiła tylko u pięciu linii: K 355, K 372, K 378, K 389 i K 424. Najwcześniej zakwitły linie K 341 i K 388, u których liczba dni od siewu do 50% znamionowania roślin wynosiła 75. Najpóźniejszymi były linie K 427, K 423, K 424 i K 420, które znamionowały po 90 dniach. U trzech linii K 401, K 420 i K 343 pojedyncze rośliny nie wykształciły kolb. VARIABILITY OF MORPHOLOGICAL CHARACTERS IN MAIZE INBRED LINES Henryk Bujak 1, Jan Kaczmarek 1, Stanisław Jedyński 1, Katarzyna Dmochowska-Huba 1 Artur Topolski 2 1 Department of Plant Breeding and Seed Production, University of Environmental and Life Sciences 2 Breeding Stadion Nasiona Kobierzyc Key words: morphological characters, maize, inbred lines, variability Summary The variability of morphological characters of 25 maize inbred lines was studied. Inbreds developed at plant breeding station Kobierzyce consisted of 16 dents, 5 flints and 4 semidents. The degree of inbred ranged from S 8 to S 20. The following characters were evaluated: smut infection, root lodging, days from planting to pollen shedding and silking, plant height, ear length, ear diameter, cob diameter, no. of grain rows, no. of grains/ear and grain weight/ear. It was shown that there were differences beteen the lines in regard to the analysed characters. The highest degree of genetic differentiation was found for plant height (h 2 = 0.94), no. of grains/ear (h 2 = 0.63) and ear height (h 2 = 0.57). Low values of genetic variability were calculated for ear length, ear diameter and cob diameter. Out of 25

8 212 H. Bujak i inni lines, 17 showed resistance to lodging, whereas two (K 401, K 427) lodged heavily. Smut infection was observed in five lines: K 355, K 372, K 378, K 389 and K 424. The earliest lines were K 341 and K 388 scoring 75 days from planting to silking. Lines K 427, K 423, K 424 and K 420 were late and flowered after 90 days. A few plants in lines K 401, K 420 and K 343 failed to develop ears. Dr hab. Henryk Bujak, prof. nadzw. UP Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24a WROCŁAW bujak@ozi.ar.wroc.pl

9 Tabela 4; Table 4 Podział linii na grupy jednorodne na podstawie testu Duncana Comparison of the means on the basis of Duncan s test nazwa linii line Wysokość roślin; Plant height (cm) _ grupy jednorodne homogeneous groups nazwa linii line Wysokość zawieszenia 1 kolby Ear height (cm) _ grupy jednorodne homogeneous groups nazwa linii line Długość kolby; Ear length (cm) _ grupy jednorodne homogeneous groups nazwa linii line Średnica kolby; Ear diameter (cm) _ grupy jednorodne homogeneous groups K ,0 a K ,4 a K ,8 a K 409 4,42 a K ,2 ab K ,0 a b K ,2 a b K 412 4,06 a b K ,2 bc K ,4 b c K ,1 a b K 387 4,03 a b K ,8 cd K ,2 b c K ,3 a b c K 378 4,02 a b K ,4 de K ,2 b c K ,3 a b c d K 157 3,97 a b K ,6 de f K ,2 b c K ,2 a b c d K 244 3,96 a b K ,6 de fg K ,0 c d K ,1 a b c d K 423 3,92 a b K ,4 e fg h K ,8 c d e K ,9 a b c d K 352 3,81 a b c K ,2 e fg hi K ,0 c d e K ,8 a b c d K 397 3,80 a b c K ,8 fg hi K ,4 c d e f K ,8 a b c d K 355 3,79 a b c K ,8 fg hi K ,0 c d e f K ,7 a b c d K 388 3,77 a b c K ,4 g hi K ,6 c d e f g K ,7 a b c d K 427 3,69 a b c K ,4 hi K ,8 c d e f g h K ,7 a b c d K 389 3,68 a b c K ,2 ij K ,4 d e f g h i K ,3 a b c d e K 231 3,66 a b c K ,6 ijk K ,4 d e f g h i K ,1 a b c d e K 402 3,63 a b c K ,2 jk K ,0 d e f g h i K ,0 a b c d e K 217 3,59 a b c K ,8 jk K ,4 d e f g h i K ,9 a b c d e K 341 3,54 a b c d K ,4 jkl K ,0 e f g h i K ,9 a b c d e K 408 3,51 a b c d K ,4 kl K ,0 f g h i K ,8 b c d e K 424 3,49 a b c d K ,8 lm K ,8 f g h i K ,7 b c d e K 372 3,48 a b c d K ,2 m K ,4 g h i K ,2 b c d e K 420 3,23 b c d K ,6 mn K ,8 g h i K ,2 b c d e K 411 3,22 b c d K ,8 mn K ,8 g h i K ,5 c d e K 407 2,88 c d e

10 214 H. Bujak i inni K ,0 n K ,4 h i K ,4 d e K 401 2,66 d e K ,4 o K ,8 i K 343 9,3 e K 343 2,19 e _ 179,6 58,2 13,5 3,45 NIR0,05 9,2 18,7 4,4 1,01 LSD0.05 Średnica osadki; Cob diameter (cm) Liczba rzędów w kolbie No of rows/ear Liczba ziarn z kolby No of grains/ear Masa ziarn po wysuszeniu Grain weight after drying (g) K 409 2,73 a K ,6 a K ,6 a K ,5 a K 217 2,73 a K ,2 a b K ,2 a K ,9 a b K 231 2,71 a b K ,2 a b K ,2 a b K ,1 a b K 412 2,44 a b c K ,8 a b K ,2 a b c K ,5 a b c K 423 2,39 a b c K ,4 a b c K ,0 b c d K ,5 a b c K 378 2,37 a b c K ,4 a b c K ,0 b c d K ,4 a b c d K 244 2,36 a b c K ,0 b c K ,4 b c d e K ,5 a b c d e K 341 2,35 a b c K ,6 b c d K ,8 b c d e K ,4 a b c d e K 157 2,28 a b c K ,6 b c d K ,6 b c d e K ,9 a b c d e K 427 2,26 a b c K ,6 b c d K ,8 b c d e f K ,4 a b c d e K 424 2,22 a b c K ,2 b c d K ,8 c d e f g K ,4 a b c d e K 352 2,21 a b c K ,8 b c d e K ,0 c d e f g h K ,0 a b c d e K 389 2,21 a b c K ,8 b c d e K ,8 c d e f g h K ,1 b c d e K 411 2,13 a b c d K ,4 b c d e K ,2 d e f g h K ,9 b c d e K 387 2,10 b c d K ,0 b c d e K ,0 d e f g h i K ,5 b c d e K 372 2,09 b c d K ,0 b c d e K ,2 e f g h i K ,9 b c d e K 420 2,06 c d K ,0 b c d e K ,6 f g h i j K ,8 c d e K 392 2,05 c d K ,0 b c d e K ,0 g h i j k K ,4 c d e K 355 2,05 c d K ,8 b c d e K ,6 g h i j k K ,2 c d e K 408 2,03 c d K ,8 c d e f K ,0 g h i j k K ,7 d e f K 388 2,02 c d K ,8 c d e f K ,4 h i j k K ,5 d e f K 402 1,96 c d K ,0 d e f K ,8 i j k K ,6 e f

11 ZMIENNOŚĆ CECH MORFOLOGICZNYCH LINII WSOBNYCH K 407 1,84 c d e K 420 9,2 e f K ,6 i j k K ,6 f g K 401 1,57 d e K 343 7,6 f K ,6 j k K ,4 f g K 343 1,31 e K 424 7,6 f K ,4 k K ,5 g _ 2,18 12,5 272,0 70,1 NIR0,05 0,65 3,8 95,6 28,2 LSD0.05