Створення вихідного матеріалу в селекції троянди для урбанізованого середовища.

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії зі спеціальності 201 Агрономія (20 Аграрні науки та продовольство). Уманський національний університет садівництва, Умань, 2023 р. У вступній частині дисертаційної роботи висвітлено та обґрунтовано актуальність обраної теми, сформульовано мету досліджень, яка полягала у вивченні біологічних особливостей сортів троянди кафедри садово-паркового господарства Уманського національного університету садівництва та проведення відбору нового вихідного матеріалу з високою адаптивною здатністю та декоративністю для селекції гібридів троянд і дослідити вихідний матеріал для створення нових сортів, які були придатні для ландшафтного озеленення урбанізованого середовища. Згідно поставленої мети було сформульоване завдання, висвітлено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі проаналізовано та узагальнено світові та вітчизняні дослідження селекції роду Rosa L. Розглянуто біологоекологічну характеристику троянд і виявлено, що троянди з селекційного погляду – культигенний комплекс, генотип, якого було ускладнено впродовж багатовікової культури. Висвітлено про залучення біотехнологічної ланки в селекції троянд і використання їх в урбанізованому середовищі. Дослідження виконувалися впродовж 2019–2022 рр. в умовах Правобережного Лісостепу України на ботанічній ділянці кафедри садово паркового господарства Уманського національного університету садівництва. Під час проведення досліджень метеорологічні показники відрізнялись по роках, що дає можливість для кращого оцінювання сортів і новоствореного вихідного матеріалу за основними показниками. Схемою досліджень передбачалось вивчення інтродукованих сортів троянд, підбір батьківських складових для селекції, проведення розмноження троянд різними методами, вводячи і біотехнологічну ланку. Отримані гібриди вивчали за загальноприйнятими методиками. Визначено, що у троянд перший період цвітіння є найбільш продуктивніший, другий – у 1,2–1,5 рази триваліший за перший, спостерігається пік масового цвітіння. Третій період є менш продуктивніший за два попередні періоди і для низки сортів є останнім періодом. Четвертий період масового цвітіння спостерігається в окремих сортів і для певних сортів є найбільш тривалим. Середня тривалість цвітіння за період вегетації складає 141 добу. Сорти Gebruder Grimm, Westpoint та Pomponella перевищують цей показник. У дослідах вивчались якісні та кількісні показники троянд. Виявлено, що висота рослини змінювалась від 39 см – сорт Friesia до 102 см – сорт Hans Gonewein Rose. Середній показник по сортах – xсер = 70 см. Визначено, що у сортів Charles De Gaulle та Whisky на пагонах були відсутні шипи. Серед 94,3 % сортів – дуже велику, середню і малу кількість шипів. З’ясовано що 92 % сортів мали повні квітки і тільки сорти – Ambassador, Angela та Sophia Loren мали напівповну квітку. Проаналізовано корелятивну залежність окремих параметрів квітки троянд. Так, діаметр квітки має тісну залежність з довжиною пелюстки – r = 0,686 та шириною пелюстки – r = 0,599. Коефіцієнт кореляціє є достатньо на низькому рівні r = 0,242 між діаметром квітки і кількістю пелюсток. Кореляційний зв’язок між шириною та довжиною пелюстки є сильним (r = 0,839; R2 = 0,703). Виявлено сорти з сильним ароматом: Big Purple, Charles De Gaulle, Chippendale, Duftrausch, Friesia, Gebruder Grimm, Gloria Dei, Kerіо, Кораловий сюрприз, Minerva, Santa Monika, Sophia Loren, Tchaikovski, Whisky. Крім цього виділено сорти які мали дуже слабкий аромат: Alan Titchmarsh, Angela, Black Baccara, Goldelse, Imperatrice Farah, Lavaglut, Lets Selebrait, Pomponella. Визначено сорти, що мають стійкість до найпоширеніших хвороб у Правобережному Лісостепу України – Big Purple, Chippendale, Duftrausch, Imperatrice Farah, Кораловий сюрприз, Lavaglut, Nostalgie, Pomponella, Rose des 4 Vents, Sophia Loren, Tchaikovski та Westpoint. Визначено сорти які адаптовані до абіотичних чинників довкілля, зимо- і морозостійкі сорти – Angela, Gebruder Grimm, Pomponella і Tchaikovski. Посухостійкими сортами є 94% сортів. Виділено високодекоративні та перспективні сорти: Chippendale та Lexhcaep, Gebruder Grimm, Cream Abundance та Tchaikovski. Ці сорти рекомендовані для використання в озеленення урбанізованого середовища. Було визначено найбільшу зав’язуваність насіння у сортів: Amelia, Chippendale, Cream Abundance, Gebruder Grimm, Goldelse, Hans Gonewein Rose, Lidka, Minerva, Nostalgie, Santa Monika, Lavaglut, Pomponella, Tchaikovski, вони можуть бути надалі залучені в селекційний процес. Розглянуто та вивчено процеси подолання несхожості насіння. У порівнянні з контролем насіння проростало швидше при використанні стратифікації і скарифікації. Найкращі показники одержано за холодної стратифікації (86,3±3,1 діб) і за механічної скарифікації 92,3±3,4 діб. Найбільший показник схожості насіння мали при механічної скарифікації 31,4 %. Насіння проростало на 14,3 доби раніше за цього способу обробки. Серед стратифікацій найбільше сходів було отримані за холодної – 14,3 %. Досліджено вегетативне розмноження троянд методом живцювання. Виявлено, що найкращий показник укорінення під час літнього періоду за використання НОК (нафтилоцтової кислоти) в концентрації 25 мг/л – 97,5 % у сорту Pomponella. Також цей сорт у середньому мав найвищий показник укорінення – 93,2% у порівняні з іншими сортами. У результаті проведених досліджень щодо включення біотехнологічної ланки у селекцію троянди було визначено, що найефективнішим стерилізувальним агентом є гіпохлорид натрію за експозиції 20 хвилин – 90 %, ефективність стерилізації та вихід стерильних життєздатних експлантів становить 92 %. Найкращим період введення експлантів in vitro у період початкової фази та активної вегетації інтактних рослин – березень – липень. Підібрано живильні середовища з оптимальними концентраціями регуляторів росту для проліферації і ризогенезу. Виділено найкращі генотипи, серед обраних для клонального мікророзмноження з найбільшою кількістю утворених мікропагонів є сорти Tchaikovski (6,50 шт.) та Кораловий сюрприз (6,27 шт.). Найкращими середніми показники частоти укорінення сортів троянди були за використання 0,5 мг/л ІМК (3-індолілмасляної кислоти) та 1,0 мг/л ІМК – відповідно 91,2 % та 90,2 %. Обраний кращий субстрат для етапу укорінення ex vivo за якого ефективність адаптованих рослин досягає 98 % – торф, дерновий ґрунт і перліт (1 : 1 : 1). При вивчені отриманих гібридних популяцій виявлено, що більшість сортів передають певні ознаки однаково, незалежно в ролі якої складової виступає сорт (материнської чи батьківської лінії). У більшості випадків успадкування ознаки залежить від генотипу вихідних сортів. Було проаналізовано оцінку домінантності та гетерозис у гібридів першого покоління. Порівняно з батьками, досліджувані нащадки зазвичай мали від’ємний справжній і гіпотетичний гетерозис. Ступінь домінантності (hp) у більшості гібридів за кількісними показниками мали від’ємне наддомінювання (hp < -1). Серед комбінацій найбільше позитивного гетерозису (Ггіп та Гспр) за досліджуваними показниками було у гібридів Н5, Н6, Н18 та Н26. Серед усіх гібридів першого покоління від’ємний гетерозис за всіма показниками зустрічався у 31,3 % . Розраховане акліматизаційне число для гібридів. Більшість його мали 92 та 95, а гібриди Н4 і Н16 – 79. Однак ці межі згідно методики відповідають добрій адаптації рослин до умов Лісостепу України. Досліджено стійкість гібридів до найпоширеніших хвороб. Найкращу стійкість до іржі, чорної плямистості та борошнистої роси мали сіянці: Н3, Н7, Н11, Н17, Н19, Н20, Н24 та Н32. Надалі ці гібриди можна використовувати як для селекційної програми на стійкість, так і можуть бути впровадженні для озеленення урбанізованого середовища. Розраховано комплексна оцінка гібридів та виявлено, що середній показник по сортах дорівнював 77,2 бали. Найменший показник спостерігали у гібридів Н19 і Н32 – відповідно 58 і 56 балів. Ці гібриди не рекомендуються для впровадження у зелене будівництво, однак ці комбінації мають добрі показники за стійкістю до біотичних і абіотичних чинників, тому їх можна впроваджувати в селекційний процес. Найкращу комплексну оцінку мали гібриди Н1, Н3, Н5, Н7, Н8, Н9, Н11, Н13, Н20, Н22, Н23, Н24, Н26 та Н30 і перевищували 80 балів. Ці гібриди є достатньо перспективними для використання для зеленого будівництва. Також їх можна використовувати у селекційному процесі, як носіїв декоративно-цінних і біологічних показників. The introductory part of the dissertation highlights and substantiates the relevance of the chosen topic, defines the purpose of the research, which was to study the biological characteristics of rose varieties of the Department of Landscape Gardening of the Uman National University of Horticulture and to select new source material with high adaptive capacity and ornamentality for the selection of rose hybrids and to study the source material for the creation of new varieties that were suitable for landscape gardening of the urbanized environment. In accordance with this goal, the task was formulated, the scientific novelty and practical significance of the results obtained were highlighted. 7 The first section analyzes and summarizes the world and domestic research on the selection of the genus Rosa L. The biological and ecological characteristics of roses are considered and it is found that roses from the breeding point of view are a cultivated complex, the genotype of which has been complicated during centuries of culture. The involvement of biotechnology in the selection of roses and their use in an urbanized environment is highlighted. The research was carried out during 2019–2022 in the conditions of the Right Bank Forest-Steppe of Ukraine at the botanical site of the Department of Landscape Gardening of the Uman National University of Horticulture. During the research, meteorological indicators differed by year, which makes it possible to better evaluate varieties and newly created source material by key indicators. The research scheme provided for the study of introduced rose varieties, selection of parental components for breeding, and rose propagation by various methods, including biotechnology. The resulting hybrids were studied according to generally accepted methods. The phenological observations of the experimental rose varieties were analyzed. It has been determined that the first flowering period is the most productive in roses, the second is 1.2–1.5 times longer than the first, and the peak of mass flowering is observed. The third period is less productive than the two previous periods and is the last period for a number of varieties. The fourth period of mass flowering is observed in some varieties and is the longest for certain varieties. The average duration of flowering during the growing season is 141 days. The Gebruder Grimm, Westpoint and Pomponella varieties exceed this figure. The experiments studied the qualitative and quantitative indicators of roses. It was found that the height of the plant varied from 39 cm - Friesia to 102 cm – Hans Gonewein Rose. The average figure for the varieties is xavg = 70 cm. It was determined that Charles De Gaulle and Whisky varieties had no thorns on the shoots. Among 94.3 % of the varieties, there was a very large medium and small number of thorns. It was found that 92 % of the varieties had full flowers and only the varieties Ambassador, Angela and Sophia Loren had half-full flowers. 8 The correlation of individual parameters of a rose flower was analyzed. Thus, the diameter of the flower has a close relationship with the length of the petal – r = 0.686 and the width of the petal – r = 0.599. The correlation coefficient is quite low at r = 0.242 between flower diameter and number of petals. The correlation between petal width and length is strong (r = 0.839; R2 = 0.703). Varieties with a strong aroma were identified: Big Purple, Charles De Gaulle, Chippendale, Duftrausch, Friesia, Gebruder Grimm, Gloria Dei, Karyo, Koralovyy syurpryz, Minerva, Santa Monika, Sophia Loren, Tchaikovski, Whisky. In addition, there were varieties that had a very weak flavor: Alan Titchmarsh, Angela, Black Baccara, Goldelse, Imperatrice Farah, Lavaglut, Lets Selebrait, Pomponella. The varieties with resistance to the most common diseases in the Right-Bank Forest-Steppe of Ukraine were identified – Big Purple, Chippendale, Duftrausch, Imperatrice Farah, Koralovyy syurpryz, Lavaglut, Nostalgie, Pomponella, Rose des 4 Vents, Sophia Loren, Tchaikovski and Westpoint. The varieties adapted to abiotic environmental factors, winter and frost resistant varieties were identified – Angela, Gebruder Grimm, Pomponella and Tchaikovski. Drought-resistant varieties account for 94 % varieties. Highly decorative and promising varieties have been identified: Chippendale and Lexhcaep, Gebruder Grimm, Cream Abundance and Tchaikovski. These varieties are recommended for use in landscaping in an urbanized environment. The highest seed set was determined for the varieties: Amelia, Chippendale, Cream Abundance, Gebruder Grimm, Goldelse, Hans Gonewein Rose, Lidka, Minerva, Nostalgie, Santa Monika, Lavaglut, Pomponella, Tchaikovski, and they can be further involved in the breeding process. The processes of overcoming seed germination were considered and studied. Compared to the control, seeds germinated faster when stratification and scarification were used. The best results were obtained with cold stratification (86.3±3.1 days) and with mechanical scarification (92.3±3.4 days). The highest rate of seed germination was obtained with mechanical scarification 31.4 %. Seeds germinated 14.3 days 9 earlier with this method of treatment. Among the stratifications, the highest number of seedlings was obtained with cold stratification – 14.3%. The vegetative propagation of roses by cuttings was studied. It was found that the best rooting rate during the summer period when using NАА (naphthylacetic acid) at a concentration of 25 mg/l was 97.5 % in the Pomponella variety. Also, this variety had the highest rooting rate on average – 93.2 % compared to other varieties. Research on the inclusion of a biotechnological link in rose breeding has shown that sodium hypochlorite is the most effective sterilizing agent with an exposure of 20 minutes – 90 %, sterilization efficiency and the yield of sterile viable explants is 92 %. The best period for in vitro introduction of explants during the initial phase and active vegetation of intact plants is March–July. The culture media with optimal concentrations of growth regulators for proliferation and rhizogenesis were selected. The best genotypes were identified; among those selected for clonal micropropagation with the largest number of micropropagules formed are Tchaikovski (6.50) and Koralovyy syurpryz (6.27). The best average rooting frequency of rose varieties was obtained with the use of 0.5 mg/l IВА (3-indolylbutyric acid) and 1.0 mg/l IВА - 91.2 % and 90.2 %, respectively. The best substrate for the ex vivo rooting stage, where the efficiency of adapted plants reaches 98 %, was selected: peat, turf soil and perlite (1 : 1 : 1). When studying the resulting hybrid populations, it was found that most varieties transmit certain traits in the same way, regardless of which component is the variety (maternal or paternal). In most cases, the inheritance of a trait depends on the genotype of the original varieties. The dominance score and heterosis in first-generation hybrids were analyzed. Compared to their parents, the studied offspring usually had negative true and hypothetical heterosis. The degree of dominance (hp) in most hybrids had negative overdominance (hp < -1) by quantitative indicators. Among the combinations, hybrids H5, H6, H18 and H26 had the highest positive heterosis (Hip and Hspr) for the studied parameters. Among all the hybrids of the first generation, negative heterosis for all indicators was found in 31.3 %. 10 Among the combinations, hybrids H5, H6, H18 and H26 had the highest positive heterosis (Ghyp and Gtrue) in terms of indicators. Among all the hybrids of the first generation, negative heterosis for all indicators was found in 31.3 %. The acclimatization number for hybrids was calculated. Most of them had 92 and 95, and hybrids H4 and H16 had 79. However, these limits, according to the methodology, correspond to good adaptation of plants to the conditions of the Forest Steppe of Ukraine. The resistance of hybrids to the most common diseases was studied. Seedlings had the best resistance to rust, black spot and powdery mildew: H3, H7, H11, H17, H19, H20, H24, and H32. In the future, these hybrids can be used both for a breeding program for resistance and can be implemented for landscaping an urbanized environment. A comprehensive evaluation of the hybrids was calculated and it was found that the average score for the varieties was 77.2 points. The lowest score was observed for hybrids H19 and H32 - 58 and 56 points, respectively. These hybrids are not recommended for implementation in green building, but these combinations have good indicators of resistance to biotic and abiotic factors, so they can be introduced into the breeding process. Hybrids H1, H3, H5, H7, H8, H9, H11, H13, H20, H22, H23, H24, H26, and H30 had the best comprehensive score and exceeded 80 points. These hybrids are quite promising for use in green building. They can also be used in the breeding process as carriers of decorative and biological indicators.