Генетический анализ некоторых ценных признаков у люпина узколистного

     Курсовая работа по генетическому анализу.

«Генетический анализ некоторых ценных признаков  у люпина узколистного» 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                     Выполнила: студентка 406 группы                                  

                                                                                 Агрономического факультета

                               Колесникова Ю.Н. 

                                                                       Работу проверил:  Соловьев А.А. 
 
 
 
 
 
 
 

                                             Москва 2011 года

ВВЕДЕНИЕ

      Род Lupinus относится к семейству Fabaceae  - бобовые. Он насчитывает около 850 видов, которые занимают огромную территорию в обоих полушариях Земного шара. В сельскохозяйственном производстве в настоящее время используется 4 вида люпина – желтый (L. luteus), узколистный (L. angustifolius),  белый (L. albus) и многолетний (L. polyphyllus).

      Введенные в культуру виды люпина являются очень  ценными в кормовом и агротехническом  отношении растениями. Основным достоинством люпина является его биологическая  способность хорошо расти и развиваться на очень бедных песчаных почвах. Обладает наивысшей азотфиксирующей способностью среди однолетних бобовых культур. Люпин способен  фиксировать при нормальном развитии в среднем 160-180 кг/га атмосферного азота, а при инокуляции семян эффективными штаммами клубеньковых бактерий и благоприятных почвенно-климатических условиях – до 400 кг/га, что соответствует в среднем 0,5 тонн, а в лучших вариантах – до 1 и более тонн аммиачной селитры [Такунов И.П., 1996]. По сравнению с другими бобовыми люпин имеет более компактную корневую систему, что обеспечивает большее количество клубеньков на единицу объема почвы (60-90% клубеньков находятся на главном корне, остальные – в радиусе 10-12 см), но глубина проникновения симбиотического аппарата достигает 25-27 см [Посыпанов Г.С., 1991].

      Корневая  система люпина с помощью специальных  выделений способна растворять труднодоступные  фосфорные соединения, в отличие  от других культур, и накапливать  в почве усвояемые формы фосфора. Благодаря глубоко проникающей корневой системе, люпин усваивает в подпочвенных горизонтах промытые туда ранее и недоступные для других растений питательные вещества, в том числе калий и другие макро- и микроэлементы, накапливает их в собственной биомассе и возвращает в пахотный слой почвы при запашке зеленой массы или пожнивных остатков и соломы. Люпин выступает в роли биологического мелиоранта, предотвращая миграцию подвижных химических элементов в грунтовые воды. Зеленая масса, запаханная в почву, эквивалентна по своему действию такому же количеству внесенного навоза, обогащает почву органическим веществом, повышает в ней содержание гумуса, значительно улучшает её физико-химические и биологические свойства и пищевой режим. Люпин оказывает большое влияние на улучшение качества сельскохозяйственной продукции. Запаханная зеленая масса люпина разлагается постепенно, и в растениях не накапливается свободный азот, что часто наблюдается при избыточном минеральном азотном питании растений. Люпин обладает ещё одним ценным свойством – является   высокобелковым кормовым растением. В семенах возделываемых однолетних видов люпина содержится в среднем 34 – 45% белка. Белок люпина отличается высоким качеством, высокой переваримостью, низким содержанием ингибиторов трипсина, из-за чего может использоваться на корм любым видом животных без предварительный обработки высокой температурой, в отличие от соевого белка. Использование зерна люпина в качестве белковой добавки в рационах дойных коров, откормочного молодняка КРС и свиней, овец, кроликов, птицы и рыбы в размере 20-25% его концентратной части позволяет сбалансировать рацион по содержанию перевариваемого протеина, значительно повысить продуктивность животных и снизить расход кормов на единицу продукции. Дерть и мука из зерна люпина по своей питательности равноценны дорогостоящему соевому и подсолнечниковому шроту и  могут полностью их заменить в рационах вышеуказанных животных.

      Наибольшее  количество белка с единицы площади  получают при выращивании и использовании  в корм животным вегетативной зеленой массы кормовых сортов люпина, в сухом веществе которой содержится в среднем 18-23% белка. Урожайность зеленой массы однолетних кормовых люпинов составляет в среднем 300-500 ц/га, а в наиболее благоприятные годы достигает 700-800. Зеленая масса люпина хорошо поедается всеми видами животных, как в свежем виде, так и в виде приготовленных кормов – силоса, сенажа, витаминной муки, гранул, брикетов.

      Люпин используется в совместных посевах  с ячменем для получения зернофуража  и с овсом, кукурузой и другими культурами на зеленый корм и силос, что повышает продуктивность пашни.

      Люпин используется также в пожнивных  и поукосных посевах, особенно перспективен для этих целей узколистный люпин  как наиболее скороспелый и быстрорастущий в начальный период своего развития. Люпин является наилучшим предшественником для озимых и других культур, кроме бобовых. Многолетний люпин находит широкое применение как декоративное растение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Типы  ветвления люпина 

 Узколистный люпин с точки зрения селекционной проработки является молодой культурой.  С помощью селекции дикое растение превратилось в культурное с разнообразным использованием – сидеральным, кормовым, пищевым. Но многие современные сорта имеют недостатки, а именно  невысокая технологичность, связанная с неограниченным ростом растений.

     Такие сорта имеют ветвистый тип ветвления или индетерминантный. Его низкая технологичность заключается в сильном ветвлении, что создает проблемы при уборке, в связи с неравномерностью созревания различных ветвей.

 Проблемы  так же возникают и при послеуборочной  доработки. Семена сильно варьируют  по фракционному составу.  В  связи с чем одно из главных  направлений селекции, как раз  и является создание детерминантных  сортов или по другому сортов  с ограниченным ветвлением.

 Существует  два типа роста с ограниченным  ветвлением: детерминантный  и фасциированный.

 Детерминантный тип. Характеризуется ограниченным боковым ветвлением, что дает более высокую технологичность сортов. Вместо побегов в пазухах листьев образуются генеративные органы-цветки или цветоносы в виде кистей. В свою очередь образование генеративных органов блокирует дальнейший рост и побегообразование у растений. Особенностью так же можно отметить, что такие формы представляют собой прекрасный исходный материал для создания ультраскороспелых сортов зернового направления.

 Впервые детерминантный мутант люпина узколистного был выделен в НИИСХ ЦРНЗ из алакалоидного сорта сидерального использования Немчиновский синий.

 Фасциированные формы отличаются компактным расположением бобов. У таких форм главный побег разрастается, образуя утолщения в верхней части стебля, где в большом количестве скученно располагаются цветки. Из этих цветков в дальнейшем компактной группой образуются созревающие одновременно бобы. Такие формы обладают повышенной семенной продуктивностью и высокой технологичностью. 

 Алкалоидность узколистного люпина 

 Как известно, алкалоиды представляют собой гетероциклические азотсодержащие физиологически чрезвычайно активные вещества, имеющие щелочной характер.

 Алкалоиды  являются специфическими продуктами  азотного обмена, в основном из  группы покрытосеменных растений, хотя обнаружены и у голосеменных, хвощей, папоротников, мхов. Но не только в растительной клетке были обнаружены алкалоиды, в последнее время ряд алкалоидов был выделен из микроорганизмов, насекомых и даже животных.

 Алкалоиды имею широкую сферу применения, они могут применятся: в медицине, ветеринарии, парфюмерии, пищевой промышленности и в народном хозяйстве. В пищевой же промышленности их используют как лекарственных, тонизирующих и наркотических веществ. Но не все так просто, некоторые алкалоиды являются токсическими веществами и в определенной концентрации являются опасными как для человека, так и для животных.

 Наибольшее распространение и количественное содержание имеют такие алкалоиды-это люпинин, люпанин, гидроксилюпанин, спартеин и т.д. Ведущая роль их образования принадлежит листьям и надземным органам растений (цветки, семена), причем «значительную роль в процессе синтеза у люпина играют семядоли и гипокотиль». Больше всего содержится в люпине люпанин и в меньшем количестве гидроксилюпинан и люпинин.

 У алкалоидных форм люпина, содержание их составляет примерно 0.005-3.3%. Первые семена с минимальным содержанием алкалоидов были найдены в 1927году Р. Зенгбушем, а с введением в культуру  безалкалоидных форм, где содержание их составляет 0.001-0.02%, люпин стал ценной кормовой культурой.

 В настоящее время люпин имеет 5 градаций по содержанию люпина, в соответствии с международной классификацией:

Очень низкое, содержание алкалоидов менее 0.025%

Низкое, содержание алкалоидов 0.025-0.099%

Среднее, содержание алкалоидов 0.1-0.399%

 Высокое,  содержание алкалоидов 0.4-1%

Очень высокое, содержание алкалоидов более 1%

 Образцы люпина узколистного имеющие очень низкое содержание алкалоидов являются сладкими и с успехом используются для пищевых целей. Образцы второй группы, с низким содержанием алкалоидов, являются мало алкалоидными, а образцы с средним содержанием алкалоидов (0.3%) относятся к кормовым и допускаются к скармливанию животным. Остальные же формы, являются «горькими» и используются только для сидеральных целей.

 Содержание алкалоидов так же зависит от агроклиматических условий. В наиболее благоприятные годы по влажности, температуре, освещенности, когда получаются наиболее высокие показатели урожайности семян, будет наименьшее количество алкалоидов. В других же случаях, а именно при низкой урожайности по какой либо причине, происходит повышение содержания алкалоидов, так как накопленные алкалоиды в зеленой массе переходят в меньшее количество семян.

 Сейчас широко используется метод Терехова Ф. К. для определения алкалоидности.  Метод основан на экстракции хинолизидиновых алкалоидов из муки люпина раствором трихлоруксусной кислоты с одновременным осаждением белков и образовании окрашенного комплекса алкалоидов с йодом с последующим определением массовой доли алкалоидов по оптической плотности раствора смектрофотометрией. 

Опыт: нами проводился анализ на количество генов содержащих алкалоиды и детерминантность сорта. 

Содержание  белка и алкалоидность  люпина узколистного. 

 Направление использования зерна люпина узколистного в большой степени зависит от содержания белка и алкалоидов. Селекция ведется прежде всего на высокое содержание белка и на низкое содержание алкалоидов для использования зерновой части урожая в качестве кормовой добавки в животноводстве.

 Основным показателем пригодности зерна люпина узколистного на кормовые и пищевые цели служит уровень алколоидности. Данные литературы по гибридологическому анализу сортов и форм люпина узколистного свидетельствуют о полигенном характере наследования признака алкалоидности. По этому анализ межсортовой и внутрисортовой изменчивости данного признака очень актуален.

 В течение  трёх лет вели исследования  на содержания алколоидов в  следующих сортообразцах: Немчиновский 846, Сидерат 892, Тимир 1, Кристалл, Немчиновский 97, Сидерат 38 – Индотерминантный тип.

Ладный, Дикаф 14, ТСХА 7, Брянск 1272, Делад – детерминантный тип.

Л-253 – фасциированный тип.

 Выяснили, что при продолжительном возделывании сортов люпина узколистного происходит повышение уровня алкалоидности за счет восстановления нарушения синтеза алкалоидов. Так старые ветвистые сорта Немчиновский 846, Тимир 1 имели относительно высокий уровень алкалоидности, в то же время и современный сорт Кристалл показывает на протяжении трёх лет относительно высокий для зернофуражного сорта показатель алкалоидности (0,11-0,19 %). Это не относится к сидеральным сортообразцам Сидерат 892, Сидерат 38 и Л-253, имеющим генетически обусловленную высокую алкалоидность.

 Стабильно  низким содержанием алкалоидов  за годы исследований отличился сорт Ладный. Этот образец, обладающий ограниченным боковым ветвлением и скороспелостью, может использоваться в качестве исходного материала для выведения зернофуражных сортов со стабильно низким содержанием алкалоидов. 

Результаты  анализа алкалоидности в растениях первого поколения.

Использование детерминантных и  фасциированных форм в селекции люпина узколистного.

Изучение сортообразцов  люпина узколистного, отличающихся по типу ветвления и другим хозяйственно полезным признакам показало, что  среди них нет готовых форм полностью соответствующих модели сорта. Используя метод внутривидовой гибридизации, попытались создать исходный материал для отбора форм с заданными параметрами. Одновременно с этим был проведен гибридиологический анализ гибридов F1 и F2 с целью подтверждения данных по характеру наследований признаков ограниченного бокового ветвления и алкалоидности.

В таблицах представлены результаты анализа гибридов F1 и F2 по характеру ветвления. 
 
 

     Анализ  гибридов F1 по характеру ветвления

Комбинация	Детерминантный  тип	Ветвистый тип	Кол-во растений
Брянский 1272 × Л 253	0	56	56
Ладный×Сидерат 892	0	52	52
Ладный  × ТСХА 7	0	55	55
Сидерат 38 × Кристалл	0	60	60
Ладный  × Немчиновский 846	0	58	58
Кристалл  × Немчиновский 846	0	65	65
Ладный ×  Брянский 1272	0	63	63
Немчиновский 846 × Л 253	0	60	60

Изучение наследования признака «детерминантный рост» показало, что он контролируется одним рецессивным геном – det. Все гибриды от скрещивания детерминантных образцов с индетерминантными в первом поколении имеют обычный тип ветвления, во втором поколении происходит расщепление на ветвистые и детерминантные в соотношении 3:1.

Расщепление гибридов F₂ по характеру ветвления

Анализ комбинаций скрещивания детерминантного сортообразца Брянский 1272 с фасциированной формой – в первом поколении происходит восстановление обычного типа ветвления, а во втором по фенотипу выщепляются три класса: с обычным типом ветвления, детерминантные и фасциированные. В то время как при скрещивании ветвистого сорта Немчиновский 846 с фасциированной формой Л 253 в F₁ полное доминирование обычного типа ветвления, а в F₂ расщепление на ветвистые и фасциированные. Отсюда можно предположить, что признак фасциации стебля люпина узколистного контролируется одним геном (fas).

 Анализ гибридов  F₁ по алкалоидности  показывает восстановление высокого содержания алкалоидов в комбинациях скрещиваний алкалоидный × безалкалоидный. Это обстоятельство говорит о доминантном характере наследования признака алкалоидности. Расщепление в F₂ носит сложный характе, что подтверждает предположение  о полигенном характере наследования данного признака.

Обработанные  безалкалоидные линии оставлены  для дальнейших исследований.