DOI: https://doi.org/10.21498/2518-1017.13.3.2017.110701

Breeding and genetic peculiarities of modern spring barley varieties for grain number per main ear

С. П. Васильківський, В. М. Гудзенко, О. А. Демидов, О. Б. Барбан, С. С. Коляденко, І. В. Смульська

Abstract


Purpose. To reveal breeding and genetic peculiarities of modern spring barley varieties for the “number of grains per main ear” trait and identify genetic sources of increased combining ability for involving in hybridization.

Methods. Investigations were carried out at the V. M. Remeslo Myronivka Institute of Wheat of NAAS of Ukraine. Modern varieties of domestic (‘Virazh’, ‘Talisman Myronivskyi’, ‘Komandor’) and foreign (‘KWS Aliciana’, ‘KWS Bambina’, ‘Zhana’, ‘Explorer’) breeding were involved in crossing for a full (7´7) diallel scheme. Parents and F1 were studied in field conditions during 2014–2016.

Results. The analysis of variance of combining ability has shown a significant advantage in varying of general combining ability (GCA) effects. The mean square of specific combining ability (SCA) was significantly less than the GCA, but reliable throughout the years. The reciprocal effect was reliable only in 2014. Stably high effects of GCA during all years of investigations were noted in the varieties ‘KWS Aliciana’ (1.18–1.62) and ‘Virazh’ (1.33–1.48). The variety ‘KWS Bambina’ was characterized by lower but reliable positive effects of GCA (0.43–0.99) as compared to mentioned above. Non-allelic gene interaction was not found, that allowed to calculate the basic parameters of genetic variation. During all years of investigations, dominant effects of genes (H1 and H2) prevailed over the additive (D) ones in phenotypic expression of grain number per main ear. Mean degree of dominance in the experiment (H1/D) has shown overdominance. The same pattern was also distinctive for the index of mean degree of dominance in the loci . The dominance was reliably directed. Dominant effects of genes increased grain content, and recessive ones reduced it. At least 3–4 genes (groups of genes) have been revealed which determined the effects of dominance. At the same time, recessive genes (F<0) or gene effects were prevailed quantitatively in the varieties investigated. A high coefficient of heritability in broad sense (H2 = 0.98) has shown a significant determination of phenotypic variability with genetic factors. The coefficient of heritability in narrow sense (h2 = 0.66–0.68) confirmed that despite the advantage of dominant effects over the additive ones, the contribution of the latter was also significant.

Conclusions. The prevalence of dominant effects of genes in the phenotypic expression of the number of grains per main ear causes the need for sufficient sample size of hybrid material and points to the expediency of conducting a more “rigid” selection for phenotype in later generations. At the same time, the considerable contribution of additive effects and high values of heritability indices give reason to predict the efficiency of selections aimed at increasing the trait in created hybrid material. The varieties ‘Virazh’, ‘KWS Aliciana’, ‘KWS Bambina’ should be used as effective genetic sources to increase grain content in combination breeding.


Keywords


spring barley; diallel crossings; breeding and genetic characteristics; numbers of grain per main ear; genetic parameters; combining ability; heritability; genetic sources

References


Trofimovskaya, A. Ya. (1972). Yachmen (evolyutsiya, klassifikatsiya, selektsiya) [Barley (evolution, classification, breeding)]. Lenin­grad: Kolos. [in Russian]

Jinks, J. L., & Hayman, B. I. (1953). The analysis of diallel cros­ses. Maize Genetics Cooperation Newsletter, 27, 48–54. 3. Hayman, B. I. (1954). The theory and analysis of diallel crosses. Genetics, 39(6), 789–809.

Hayman, B. I. (1957). Interaction, heterosis, and diallel crosses. II. Genetics, 42(3), 336–355.

Hayman, B. I. (1958). The theory and analysis of diallel crosses. II. Genetics, 43(1), 63–85.

Hayman, B. I. (1960). The theory and analysis of diallel crosses. III. Genetics, 45(2), 155–172.

Griffing, B. (1956). Concept of general and specific combining ability in relation to diallel crossing system. Aust. J. Biol. Sci., 9, 463–493.

Griffing, B. (1956). A generalised treatment of the use of diallel crosses in quantitative inheritance. Heredity, 10(1), 31–50.

Turbin, N. V., Khotyleva, L. V., & Tarutina, L. A. (1974). Diallel’nyy analiz v selektsii rasteniy [Diallel analysis in plant breeding]. Minsk: Nauka i tekhnika. [in Russian]

Fedin, M. A., Silis, D. Ya., & Smiryaev, A. V. (1980). Statisticheskie metody geneticheskogo analiza [Statistical methods of genetic analysis]. Moscow: Kolos. [in Russian]

Volf, V. G., Litun, P. P., Khavelova, A. V., & Kuz’menko, R. I. (1980). Metodicheskie rekomendatsii po primeneniyu matematicheskikh metodov dlya analiza eksperimental’nykh dannykh po izucheniyu kombinatsionnoy sposobnosti [Methodical recommendations on the application of mathematical methods to analyze experimental data for the study of combinational ability]. Kharkov: N.p. [in Russian]

Vashchenko, V. V. (2009). Genetic control of the grain number per ear in spring barley varieties. Selektsia I Nasinnitstvo [Plant Breeding and Seed Production], 97, 189–195. [in Russian]

Vashchenko, V. V. (2013). Ekoloho-henetychni aspekty selektsii yachmeniu yaroho v umovakh pivnichnoi pidzony Stepu Ukrainy [Ecological and genetic aspects of spring barley breeding under conditions of the northern subzone of the Steppe of Ukraine] (Extended Abstract of Dr. Agric. Sci. Diss.). Institute of Agriculture of Steppe zone of NAAS of Ukraine, Dnipropetrovsk, Ukraine. [in Ukrainian]

Madić, M. A., Paunović, A., Đurović, D., Kraljević-Balalić, M., & Knežević, D. (2005). The analysis of gene effect in the inheritance of kernel number per spike in barley hybrid. Genetika, 37(3), 261–269. doi: 10.2298/GENSR0503261M

Kozachenko, M. R., Zaika, O. V., & Vasko, N. I. (2008). Breeding and genetic features of traits in F1 and F2 diallel hybrids of spring barley. Tavriiskyi naukovyi visnyk [Tavria Scientific Bulletin], 57, 8–13. [in Ukrainian]

Kozachenko, M. R., & Solonechna, O. V. (2012). Selection and genetic peculiarities of modern spring barley cultivars for the components of genetic dispersion, inheritance and correlation of quantitative traits in F1 and F2 diallel crosses hybrids. In M. R. Kozachenko (Ed.), Selektsiino-henetychni doslidzhennia yachmeniu yaroho [Breeding and genetic studies of spring barley] (pp. 103–110). Kharkiv: N.p. [in Ukrainian]

Solonechnyi, P. M., Kozachenko, M. R., & Vasko, N. I. (2009). Selection and genetic patterns of quantitative traits expression in hybrids of varietal forms of spring barley. In Stan ta perspektyvy rozvytku roslynnytskoi haluziv umovakh zmin klimatu: zbirnyk tez IV Mizhnar. nauk. konf. molodykh vchenykh [The state and development prospects of crop production under of climate change conditions. Abstracts of the IVth Int. Sci. Conf. of Young Scientists] (pp. 68–69). July 1–3, 2009, Kharkiv, Ukraine. [in Ukrainian]

Kozachenko, M. R., Solonechnyi, P. M., & Vasko, N. I. (2010). Breeding and genetic peculiarities of varietal forms of spring barley. Selektsia I Nasinnitstvo [Plant Breeding and Seed Production], 98, 53–67. [in Ukrainian]

Kozachenko, M. R., Solonechnyi, P. M., & Vasko, N. I. (2011). Features of determination of quantitative traits of varie­tal forms of spring barley for genetic variation and inheri­tan­ce. Visnik HNAY. Roslinnictvo, selekcia i nasinnictvo, plodo­ovocivnictvo [The Bulletin of Kharkiv National Agrarian University. Crop production, breeding and seed production, horticulture], 6, 13–32. [in Ukrainian]

Kozachenko, M. R., & Solonechnyi, P. M. (2012). Breeding and genetic peculiarities of varietal forms of spring barley for quantitative traits in F1 and F2 hybrids obtained from diallel crossings. In M. R. Kozachenko (Ed.), Selektsiino-henetychni doslidzhennia yachmeniu yaroho [Breeding and genetic studies of spring barley] (pp. 194–200). Kharkiv: N.p. [in Ukrainian]

Vazhenina, O. Ye., Kozachenko, M. R., & Vasko, N. I. (2008). Genetic components, inheritance and correlations of productivity traits and protein content in spring barley hybrids. Henetychni resursy roslyn [Plant Genetic Resources], 5, 169–176.

Vazhenina, O. Ye., Kozachenko, M. R., & Vasko, N. I. (2009). Breeding and genetic peculiarities of productivity traits and protein content in F1 and F2 spring barley hybrids. In Stan ta perspektyvy rozvytku roslynnytskoi haluzi v umovakh zmin klimatu: zbirnyk tez IV Mizhnar. nauk. konf. molodykh vchenykh [State and prospects of crop production development under conditions of climate change. Abstracts of the IV Int. Sci. Conf. of Young Scientists] (pp. 18–19). July 1–3, 2009, Kharkiv, Ukraine. [in Ukrainian]

Kozachenko, M. R., & Vazhenina, O. Ye. (2016). Components of genetic dispersion, inheritance of productivity traits and protein content in spring barley hybrids. In M. R. Kozachenko (Ed.), Henetychni zakonomirnosti selektsii yachmeniu yaroho [Genetic regularity in spring barley breeding] (pp. 146–152). Kharkiv: N.p. [in Ukrainian]

Kozachenko, M. R., & Ivanova, N. V. (2012). Breeding and genetic peculiarities of spring barley forms with different expression of beardedness. In M. R. Kozachenko (Ed.), Selektsiino-henetychni doslidzhennia yachmeniu yaroho [Breeding and genetic studies of spring barley] (pp. 318–326). Kharkiv: N.p. [in Ukrainian]

Mareniuk, O. B. (2015). Genetic determination of quantitative traits of productivity and grain quality in barley cultivars. Tavriiskyi naukovyi visnyk [Tavria Scientific Bulletin], 90, 69–76. [in Ukrainian]

Mareniuk, O. B. (2015). Selektsiino-henetychna otsinka vykhidnoho materialu yachmeniu yaroho v umovakh pidvyshchenoi kyslotnosti gruntiv Pravoberezhnoho Lisostepu [Breeding and genetic evaluation of source material of spring barley in increased soil acidity conditions of the Right-Bank Forest-Steppe zone] (Extended Abstract of Cand. Agric. Sci. Diss.). Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet of the NAAS, Kyiv, Ukraine. [in Ukrainian]

Kozachenko, M. R., & Naumov, O. H. (2011). Breeding and genetic peculiarities of barley with different content of amylopectin in starch. Visnik HNAY. Roslinnictvo, selekcia i nasinnictvo, plodoovocivnictvo [The Bulletin of Kharkiv National Agrarian University. Crop production, breeding and seed production, horticulture], 10, 8–21.

Kozachenko, M. R., & Naumov, O. H. (2016). Breeding and genetic peculiarities of barley with different content of amylopectin in starch for components of genetic dispersion (variation). In M. R. Kozachenko (Ed.), Henetychni zakonomirnosti selektsii yachmeniu yaroho [Genetic regularity in spring barley breeding] (pp. 234–242). Kharkiv: N.p. [in Ukrainian]

Usikova, A. A. (1975). The study of genetic properties of spring barley cultivars using diallel crosses. Tsitol. Genet. [Cytology and Genetics], 9(2), 110–115. [in Russian]

Usikova, A. A., & Demidenko, V. G. (1979). The use of the results of diallel analysis in barley selection planning. Selektsiya i semenovodstvo [Plant Breeding and Seed Production], 43, 32–37. [in Russian]

Nikitenko, G. F., Polukhin, M. A., & Gorshkova, V. A. (1978). The use of the results of diallel analysis in barley breeding for productivity and quality. Genetika [Genetics], 14(11), 1975–1984. [in Russian]

Il’in, A. V. (1984). Sozdanie i ispytanie iskhodnogo materiala dlya selektsii yachmenya v Povolzh’e [Creation and testing source material for barley breeding in the Volga region] (Extended Abstract of Cand. Agric. Sci. Diss.). All-Union Breeding and Genetics Institute, Odessa, Ukraine. [in Russian]

Riggs, T. J., & Hayter, A. M. (1973). Diallel analysis of the number of grains per ear in spring barley. Heredity, 31(1), 95–105.

Ivanova, N. V. (1987). Selektsiya yarovogo yachmenya na pro­duktivnost’ i skorospelost’ s ispol’zovaniem diallel’nykh skreshc­hivaniy ozimykh i yarovykh sortov [Spring barley breeding for productivity and early ripeness using diallel crosses of winter and spring cultivars] (Extended Abstract of Cand. Agric. Sci. Diss.). Leningrad Agricultural Institute, Leningrad–Pushkin, Russia. [in Russian]

Eshghi, R., & Akhundova, E. (2009). Genetic analysis of grain yield and some agronomic traits in hulless barley. Afr. J. Agric. Res., 4(12), 1464–1474.

Dragavtsev, V. A., Tsil’ke, R. A., Reyter, B. G., Vorob’ev, V. A., Dub­rovskaya, A. G., Korobeynikov, N. I., … Fedotov, A. M. (1984). Genetika priznakov produktivnosti yarovykh pshenits v Zapadnoy Sibiri [Genetics of productivity traits of spring wheat in the Western Siberia]. D. K. Belyaev (Ed.). Novosibirsk: Nauka. [in Russian]

Gamzikova, O. I., & Kalashnik, N. A. (1988). Genetika priznakov pshenitsy na fonakh pitaniya [Genetics of wheat traits on nutrition backgrounds]. Novosibirsk: N.p. [in Russian].

Dospekhov, B. A. (1985). Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul’tatov issledovaniy) [Methods of field experiment (with the basics of statistical processing of research results)]. (5th ed., rev.). Moscow: Agropromizdat. [in Russian]

Hudzenko, V. M., & Vasylkivskyi, S. P. (2016). Spring barley yielding capacity depending on hydrothermal conditions of cropping season in the Central Forest-Steppe zone of Ukraine. Agrobìologìâ [Agrobiology], 2, 11–17.


GOST Style Citations


Трофимовская А. Я. Ячмень (эволюция, классификация, селекция). Ленинград : Колос, 1972. 296 с.

Jinks J. L., Hayman B. I. The analysis of diallel crosses. Maize Genetics Cooperation Newsletter. 1953. Vol. 27. P. 48–54.

Hayman B. I. The theory and analysis of diallel crosses. Genetics. 1954. Vol. 39, No. 6. P. 789–809.

Hayman B. I. Interaction, heterosis, and diallel crosses. II. Genetics. 1957. Vol. 42, No. 3. P. 336–355.

Hayman B. I. The theory and analysis of diallel crosses. II. Genetics. 1958. Vol. 43, No. 1. P. 63–85.

Hayman B. I. The theory and analysis of diallel crosses. III. Genetics. 1960. Vol. 45, No. 2. P. 155–172.

Griffing B. Concept of general and specific combining ability in relation to diallel crossing system. Aust. J. Biol. Sci. 1956. Vol. 9. P. 463–493.

Griffing B. A generalised treatment of the use of diallel crosses in quantitative inheritance. Heredity. 1956. Vol. 10, Iss. 1. P. 31–50.

Турбин Н. В. Хотылёва Л. В., Тарутина Л. А. Диаллельный анализ в селекции растений. Минск : Наука и техника, 1974. 184 с.

Федин М. А., Силис Д. Я., Смиряев А. В. Статистические методы генетического анализа. Москва : Колос, 1980. 207 с.

Вольф В. Г., Литун П. П., Хавелова А. В., Кузьменко Р. И. Методические рекомендации по применению математических методов для анализа экспериментальных данных по изучению комбинационной способности. Харьков, 1980. 76 с.

Ващенко В. В. Генетический контроль количества зерен в колосе у сортов ячменя ярового. Селекція і насінництво : міжвід. темат. наук. зб. Харків, 2009. Вип. 97. С. 189–195.

Ващенко В. В. Еколого-генетичні аспекти селекції ячменю ярого в умовах північної підзони Степу України : автореф. дис. … д-ра с.-г. наук : спец. 06.01.05 «Селекція і насінниц­тво» / ДУ Інститут сільського господарства степової зони НААН. Дніпропетровськ. 2013. 44 с.

Madić M. A., Paunović A., Đurović D. et al. The analysis of gene effect in the inheritance of kernel number per spike in barley hybrid. Genetika. 2005. Vol. 37, Iss. 3. P. 261–269. doi: 10.2298/GENSR0503261M

Козаченко М. Р., Заїка О. В., Васько Н. І. Селекційно-генетичні особливості ознак у F1 та F2 діалельних гібридів ярого ячменю. Таврійський наук. вісник. 2008. Вип. 57. С. 8–13.

Козаченко М. Р., Солонечна О. В. Селекційно-генетичні особ­ливості сучасних сортів ячменю ярого за компонентами генетичної дисперсії, успадковуваністю та кореляцією кількісних ознак в F1 і F2 гібридів діалельних схрещувань. Селекційно-генетичні дослідження ячменю ярого / за ред. М. Р. Ко­заченка. Харків, 2012. С. 103–110.

Солонечний П. М., Козаченко М. Р., Васько Н. І. Селекційно-генетичні закономірності прояву кількісних ознак у гібридів різновидностних форм ячменю ярого. Стан та перспективи розвитку рослинницької галузі в умовах змін клімату : зб. тез IV Міжнар. наук. конф. молодих вчених (м. Харків, 1–3 липня 2009 р.). Харків, 2009. С. 68–69.

Козаченко М. Р., Солонечний П. М., Васько Н. І. Селекційно-генетичні особливості різновидностних форм ячменю ярого. Селекція і насінництво : міжвід. темат. наук. зб. Харків, 2010. Вип. 98. С. 53–67.

Козаченко М. Р., Солонечний П. М., Васько Н. І. Особливості детермінації кількісних ознак різновидностних форм ячменю ярого за генетичною варіацією та успадковуваністю. Вісник ХНАУ. Серія: Рослинництво, селекція і насінництво, плодоовочівництво. 2011. № 6. С. 13–32.

Козаченко М. Р., Солонечний П. М. Селекційно-генетичні особ­ливості різновиднісних форм ячменю ярого за кількісними ознаками в F1 і F2 гібридів від діалельних схрещувань. Селекційно-генетичні дослідження ячменю ярого / за ред. М. Р. Козаченка. Харків, 2012. С. 194–200.

Важеніна О. Є., Козаченко М. Р., Васько Н. І. Генетичні компоненти, успадковуваність і кореляції ознак продуктивності та вмісту білка у гібридів ячменю ярого. Генетичні ресурси рослин. 2008. № 5. С. 169–176.

Важеніна О. Є., Козаченко М. Р., Васько Н. І. Селекційно-генетичні особливості ознак продуктивності та вмісту білка в F1 та F2 гібридів ячменю ярого. Стан та перспективи розвит­ку рослинницької галузі в умовах змін клімату : зб. тез IV Міжнар. наук. конф. молодих учених (м. Харків, 1–3 липня 2009 р.). Харків, 2009. С. 18–19.

Козаченко М. Р., Важеніна О. Є. Компоненти генетичної дисперсії, успадковуваність ознак продуктивності та вмісту білка у гібридів ячменю ярого. Генетичні закономірності селекції ячменю ярого / за ред. М. Р. Козаченка. Харків, 2016. С. 146–152.

Козаченко М. Р., Іванова Н. В. Селекційно-генетичні особ­ливості форм ячменю ярого з різним проявом остистості. Селекційно-генетичні дослідження ячменю ярого / за ред. М. Р. Козаченка. Харків, 2012. С. 318–326.

Маренюк О. Б. Генетична обумовленість кількісних ознак продуктивності та якості зерна сортів ячменю ярого. Таврійський науковий вісник. 2015. Вип. 90. С. 69–76.

Маренюк О. Б. Селекційно-генетична оцінка вихідного матеріалу ячменю ярого в умовах підвищеної кислотності ґрунтів Правобережного Лісостепу : автореферат дис. … канд. с.-г. наук : спец. 06.01.05 «Селекція і насінництво» / Ін-т біоенергет. культ. і цукр. буряків НААН. Київ, 2015. 19 с.

Козаченко М. Р., Наумов О. Г. Селекційно-генетичні особ­ливості ячменю з різним вмістом амілопектину в крохмалі. Вісник ХНАУ. Серія: Рослинництво, селекція і насінництво, плодоовочівництво. 2011. № 10. С. 8–21.

Козаченко М. Р., Наумов О. Г. Селекційно-генетичні особливості ячменю з різним вмістом амілопектину в крохмалі за компонентами генетичної дисперсії (варіації). Генетичні закономірності селекції ячменю ярого / за ред. М. Р. Козаченка. Харків, 2016. С. 234–242.

Усикова А. А. Изучение генетических свойств сортов ярового ячменя с использованием диаллельных скрещиваний. Цитология и генетика. 1975. Т. 9, № 2. С. 110–115.

Усикова А. А., Демиденко В. Г. Использование результатов диаллельного анализа при планировании отборов у ячменя. Селекция и семеноводство : сб. науч. тр. Харьков, 1979. Вып. 43. С. 32–37.

Никитенко Г. Ф., Полухин М. А., Горшкова В. А. Использование результатов диаллельного анализа в селекции ячменя на продуктивность и качество. Генетика. 1978. Т. 14, № 11. С. 1975–1984.

Ильин А. В. Создание и испытание исходного материала для селекции ячменя в Поволжье : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук : спец. 06.01.05 «Селекция и семеноводство» / Всесоюзный селекционно-генетический институт. Одесса, 1984. 21 с.

Riggs T. J., Hayter A. M. Diallel analysis of the number of grains per ear in spring barley. Heredity. 1973. Vol. 31, Iss. 1. P. 95–105.

Иванова Н. В. Селекция ярового ячменя на продуктивность и скороспелость с использованием диаллельных скрещиваний озимых и яровых сортов : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук : спец. 06.01.05 «Селекция и семеноводство» / Ленинградский СХИ. Ленинград–Пушкин, 1987. 16 с.

Eshghi R., Akhundova E. Genetic analysis of grain yield and some agronomic traits in hulless barley. Afr. J. Agric. Res. 2009. Vol. 4, Iss. 12. P. 1464–1474.

Драгавцев В. А., Цильке Р. А., Рейтер Б. Г. и др. Генетика приз­наков продуктивности яровых пшениц в Западной Сибири / под ред. Д. К. Беляева. Новосибирск : Наука, 1984. 229 с.

Гамзикова О. И., Калашник Н. А. Генетика признаков пшеницы на фонах питания. Новосибирск, 1988. 129 с.

Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 5-е, доп. и перераб. Москва : Агропромиздат, 1985. 351 с.

Гудзенко В. М., Васильківський С. П. Урожайність ячменю ярого залежно від гідротермічних умов вегетаційного періоду у Центральному Лісостепу України. Агробіологія : зб. наук. пр. Біла Церква, 2016. Вип. 2. С. 11–17.







Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

DOI: 10.21498/2518-1017

Flag Counter