козаченко михайло романович

ДК 631.528:633.16

ефективність способів індукування і використання мутацій в селекції ярого ячменю

06.01.05 – елекція і насінництво

автореферат

исертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

ніпропетровськ – 2001

исертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті рослинництва ім. В. Я. Юрєва УААН (м. Харків) у 1969-1999 рр.

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор Константінов Станіслав Іванович,

Інститут рослинництва ім. В. Я. Юрва УААН,

головний науковий співробітник лабораторії селекції проса

доктор сільськогосподарських наук, професор

Алексєєва Олена Семенівна,

Подільська державна науково-технічна академія,

завідувач кафедри рослинництва і селекції

доктор сільськогосподарських наук, професор,

лауреат Державної премії України

Шелепов Володимир Васильович,

Миронівський інститут пшениці ім. В.М. Ремесла УААН,

завідувач лабораторії селекції інтенсивних сортів озимої пшениці

ровідна організація: Інститут землеробства УААН, відділ селекції круп`яних культур,

смт. Чабани, Києво-Святошинського р-ну, Київської обл.

Захист відбудеться 2001 р. о 10 годині на

засіданні спеціалізованої ученої ради Д 08.353.01 в Інституті зернового господарства УААН, 49027, м. Дніпропетровськ, вул. Дзержинського, 14;

Тел.: 45-02-36

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту зернового господарства УААН за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, вул. Дзержинського, 14.

Автореферат розіслано “______” травня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ученої ради Мусатов А.Г.

загальна характеристика роботи

Ячмінь – цінна зернова культура різностороннього використання, що за посівними площами посідає четверте місце в світі і друге в Україні. Потреба в кормовому і пивоварному зерні ячменю суттєво перевищує його виробництво. Проблема неухильного збільшення виробництва зерна ячменю полягає в подальшому підвищенні рівня урожайності цієї важливої кормової, круп’яної та пивоварної культури.

Успіх у вирішенні цієї задачі значною мірою залежить від створення високопродуктивних сортів ярого ячменю.

Останнє ставить перед селекцією все нові завдання щодо вдосконалення існуючих генетичних методів створення селекційного матеріалу. Сучасний і майбутній прогрес селекції ячменю значною мірою залежить від розвитку на новому методичному рівні класичних її методів: гібридизації і експериментального мутагенезу.

У звязку з цим важливими є дослідження, направлені на розробку способів підвищення ефективності індукування і використання мутаційної мінливості в селекції різними методами та створення нових практично цінних сортів ярого ячменю.

Актуальність теми. Для успішного вирішення завдань у створенні нових сортів ячменю необхідно постійно розвивати методи селекції, зокрема метод експериментального мутагенезу. Дослідження з цього питання віднесено в державних НТП до найбільш актуальних фундаментальних теоретичних основ селекції.

Серед відомих мутагенів найбільш ефективними є хімічні супермутагени та іонізуюча радіація, проте і їх можливості обмежені. Тому дослідження з мутаційної селекції в світі направлено на підвищення частоти і розширення спектра мутацій шляхом розробки методів контролювання мутаційним процесом при його модифікації різними факторами.

З нашої точки зору актуальними є дослідження нових закономірностей в індукуванні мутаційної мінливості та її реалізації в спадкових ознаках на організменому рівні ячменю, критеріїв визначення мутабільності, оптимальних варіантів мутагенної дії в нестабільних погодних умовах Східного Лісостепу України, а також можливостей контролювати мутаційний процес.

У цьому відношенні актуальними є дослідження можливостей і розробка способів підвищення ефективності і прискорення використання мутацій, закономірностей поєднання мутаційної мінливості з комбінаційною, а також вірогідності одержання і генетико-селекційного застосування мутацій з новими ознаками.

Розробка вказаних актуальних проблем експериментального мутагенезу спрямована, перш за все, на підвищення ефективності цього методу та його використання в мутаційній селекції і дозволяє науково обґрунтувати технологію мутаційно-селекційного процесу та забезпечити більшу результативність створення нових сортів ярого ячменю.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження виконано автором особисто у відділі селекції і генетики ячменю Інституту рослинництва імені В. Я. Юрєва (ІР) у 1969-1999 рр. у відповідності з державною тематикою: 17 х.51.151 г (1969-1970 рр.); 0.51.176і/1б (№ держ-реєстрації 72004629) і КОЦ РЕВ (Координаційний центр РЕВ) 1.3 (1971-1975 рр.); 09.03: 03.2, 03.3, 03.4 (№ держреєстрації 76028196) і КОЦ РЕВ 1.3 (1976-1980 рр.); 051.104.02.02. НІ і 9.02, 9.03 (№ держреєстрації 01829004300) і КОЦ РЕВ 1.3 (1981-1985 рр.); 01.05.Н4: 0.СХ.03.02.Н1.Н1б (№ держреєстрації 01870003598) і КОЦ РЕВ 1.3: 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 (1986-1990 рр.); 2.05.Н1. ОКП – 049717 (№ держреєстрації ІА 01003885Р) – 1991-1995 рр.; 1.07. КП – 00497176 (№ держреєстрації 0197U012423) – 1996-2000 рр. “Закономірності збільшення індукованої мутаційної мінливості та прискорення її використання в генетичній системі гомо- і гетерозиготних форм з метою створення принципово нового вихідного матеріалу і високопродуктивних сортів ярого ячменю нового покоління”.

Мета і задачі дослідження. Основна мета досліджень – на основі розробки, вдосконалення, розвитку і використання різних способів вирішення практичних проблем індукування і використання мутацій підвищити ефективність методу експериментального мутагенезу і мутаційно-селекційного процесу та створити практично цінні сорти ярого ячменю.

Для досягнення зазначеної мети було поставлено такі основні завдання:

-

-

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження: мутаційно-селекційний процес у ярого ячменю.

Предмет дослідження: способи індукування і використання мутацій в селекції ярого ячменю.

Методи дослідження: ефективність варіантів мутагенезу визначали за частотою мутацій М2 на 100 потомств рослин М1, сімей М2, рослин М2; розробку способів мутагенезу проведено методом поєднання дії на насіння різних модифікаторів і мутагенів, зокрема при вакуум-інфільтрації; ефективність використання мутацій в селекції визначали методами прямого індукування їх, повторного мутагенезу, поєднанням методів мутагенезу та гібридизації — усе на основі модифікації мутаційного процесу; генетичну природу мутацій визначали методом аналізу потомств; селекційне вивчення проведено за методикою сортовипробування; достовірність одержаних результатів визначали методом дисперсійного аналізу якісних і кількісних ознак.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше в умовах східного Лісостепу на ярому ячмені установлено особливості індукування селекційно цінних мутацій в залежності від взаємодії відносної специфічності різних мутагенів та генотипу сортів і мутантів інтенсивного типу; вперше установлено ефективність методу передмутагенної вакуум-інфільтрації хімічних модифікаторів в насіння; вперше виявлено високу модифікуючу ефективність нових хімічних модифікаторів леворин, ністатин, кармін, фуксин основний, аурамін та розроблено винахід із застосування цитологічних барвників і розширено його використання способами одночасної вакуум-інфільтрації модифікатору і мутагена та послідовної дії модифікатору, радіації і хімічного мутагена; вдосконалено використання модифікаторів левоміцетин, гетероауксин, параамінобензойна кислота методом передмутагенної вакуум-інфільтрації; розвинуто спосіб передмутагенної модифікаційної дії червоного лазерного випромінювання 632,8 нм; установлено ефективність комплексу методів використання мутаційної мінливості при застосуванні модифікаційно-мутагенних способів прямого та повторного мутагенезу на гомо- і гетерозиготних генотипах; науково обґрунтовано мутаційно-комбінаційну технологію поєднання методів мутагенезу і гібридизації в одному селекційному процесі на основі взаємодії трьох факторів (модифікатору, мутагена і гетерозиготного генотипу); установлено ефективність цих розроблених способів підвищення ефективності мутаційної селекції для створення вихідного матеріалу з новими селекційними ознаками і нових практично цінних сортів ярого ячменю.

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці нових способів підвищення у 2-4,45 разів ефективності експериментального мутагенезу та прискорення на 4-5 років використання мутаційної мінливості в селекційному процесі, які згідно актів впроваджено селекціонерами в селекції ячменю, проса, сої, квасолі; у створенні оригінальних мутацій ярого ячменю як цінного вихідного матеріалу з новими селекційними ознаками, які передано різним селекційним установам, де вони згідно актів впроваджені в селекційний процес; у створенні на основі розроблених способів 16 нових сортів ярого ячменю, 5 з яких було занесено в реєстр сортів рослин України (Екзотик, Джерело, Бадьорий, Гама, Фенікс) і 2 в Російській Федерації (Харківський 84, Харківський 99) і впроваджено в сільськогосподарське виробництво, що завдяки високому рівню врожайності і високій якості забезпечить збільшення виробництва зерна кормового та пивоварного ячменю.

Особистий внесок здобувача. Особиста участь дисертанта в розробці положень, що виносяться на захист, полягає в методичному плануванні та проведенні польових і лабораторних експериментів, аналізі і узагальненні літератури і результатів досліджень. Особистий внесок дисертанта в наукових працях, надрукованих у співавторстві, складає 50-80 % і включає виконання експериментальних досліджень, одержання і оцінку вихідних форм, аналіз і узагальнення результатів експериментів. Авторство в створених практично цінних сортах ярого ячменю складає 30-50 %. В публікаціях з дослідження мейотичних мутантів особистий внесок автора полягає в індукуванні мутантів та генетичному аналізі їх. Автором проведено аналіз хімічних показників зерна, які визначені у відділі якості зерна.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися всього на 54-х наукових форумах:

-

-

-

-

-

Результати досліджень демонструвалися на ВДНГ СРСР і України і нагороджені у 1987 р. ювілейною пам’ятною медаллю до 100-річчя з дня народження М. І. Вавилова та у 1991 р. срібною медаллю ВДНГ СРСР.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 104 наукові праці: 1 брошура, 39 статей в наукових виданнях, 8 авторських свідоцтв, 44 тези наукових з`їздів УТГіС і ВТГіС ім. М. І. Вавилова, Міжнародного Ботанічного Конгресу, конференцій, симпозіумів і нарад, 10 методичних рекомендацій і посібників, 2 звіти КОЦ РЕВ (Одеса, ВСГІ).

Структура та обсяг роботи. Дисертація містить вступ, 7 розділів, висновки, практичні рекомендації, список використаних джерел, додатки. Робота викладена на 466 сторінках і містить 67 таблиць, 49 рисунків, 32 додатки, список 1330 використаних літературних джерел (з них 401 з країн дальнього зарубіжжя і 116 наукових праць автора дисертації) на 295 сторінках.

основний зміст роботи

Огляд літератури. В розділі зроблено аналіз стану досліджень з таких питань:

-

-

-

-

На основі аналізу основних етапів розвитку наукових рішень показано необхідність проведення досліджень з ефективності способів індукування і використання мутацій в селекції ярого ячменю.

умови, матеріал і методи досліджень. Дослідження виконано в 1969-1999 рр. у відділі селекції і генетики ячменю Інституту рослинництва ім. В. Я. Юрєва і на полях наукових сівозмін дослідного господарства “Елітне”, ґрунти яких є звичайні середньогумусні і потужні малогумусні чорноземи.

Погодні умови в Східному Лісостепу України відзначаються великою нестабільністю за кількістю опадів і величиною температур як в окремі роки, так і на протязі всього періоду вегетації.

Дослідження проведено на ярому ячмені – облігатному самозапилюючому диплоїдному виді Hordeum vulgare L. sensu lato.

Вихідний матеріал: сорти, мутанти, лінії, прості та діалельні (повні, прямі, топкросні) гібриди (насіння I та II покоління).

Методи досліджень: експериментальний мутагенез, гібридизація та їх поєднання.

Мутагенній і модифікуючій дії піддавали повітряно-сухе насіння.

Фізичні мутагени: іонізуючі випромінювання радіоактивних ізотопів 60Со (50, 100, 150, 200 Гр (Грей) при 5-6 і 12 Гр/хв в ІФХ, Київ) та 137Cs (30, 50, 100, 150, 200 Гр при 3,51-4,48 Гр/хв в Інституті загальної генетики, Москва).

Хімічні мутагени (18 годин замочування): нітрозометилсечовина (НМС - 0,003; 0,005; 0,006; 0,01; 0,012; 0,0125; 0,025 %); нітрозоетилсечовина (НЕС - 0,01; 0,012, 0,0125; 0,02; 0,025; 0,03; 0,04; 0,05 %); етиленімін (ЕI - 0,003; 0,006; 0,01; 0,0125; диметилсульфат (ДМС - 0,02; 0,03; 0,04 %); діетилсульфат (ДЕС - 0,05; 0,15 %); етилметансульфонат (ЕМС - 0,04 %); 1,4-біс-діазоацетилбутан (ДАБ - 0,05; 0,1; 0,2;етиленоксид (ЕО - 0,015; 0,02; 0,025; 0,03; 0,05; 0,1 %) з 1969 р.

Модифікатори вводили в насіння методами вакуум-інфільтрації (всі операції тривали 1 годину) або замочуванням (18 годин) до чи після дії мутагена або в одному розчині під час дії хімічного мутагена: 1) фізичний модифікатор – неіонізуюче лазерне випромінювання видимого червоного спектра (КОБО-1, 632,8 нм, 0,02 мВт/см2, 30-60 хв., розсіяний пучок, в Кишинівському СГІ, 1976 р.); 2) хімічний модифікатор стрептоміцин (7, 14, 21 тис. Од./мл) в Інституті фізіології рослин (ІФР, Київ, 1973 р.); 3) цистеїн (0,01 М) в ІФР (Київ, 1973 р.); 4) цистеамін (0,007, 0,01 і 0,02 М, 0,5 і 1 г/л) в ІФР (Київ, 1973 р.); 5) левоміцетин (7,4, 10 і 15 % ) в ІФР (Київ, 1973 р.); 6) левоміцетин (0,025; 0,05; 0,1; 0,8; 1; 2,5; 5 %) в 1979 і 1984 рр. – тут і далі в себе (ІР, Харків); 7) леворин (5, 10 і 20 тис. Од./мл, 1979 і 1984 рр.); 8) ністатин (1, 5 і 10 тис. Од./мл, 1979 і 1984 рр.) 9) гетероауксин (0,001; 0,005 і 0,05 %, 1976, 1977, 1981 рр.); 10) параамінобензойна кислота (ПАБК, 0,001; 0,005; 0,025; 0,05; 0,25; 0,51984, 1985 рр.); 11) нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД, 0,005; 0,01; 0,025; 0,05; 0,2 %, 1986 р.); 12) РНК дріжджів хімічно чиста (0,1 %), аспарагінова кислота (0,03 %), лізин моногідрохлорид (0,02 %) в 1980 р.; 13) аналгін (0,8 і 1,5лимонна кислота (0,01 і 0,1), настої звіробою, евкаліпту, цмину в 1980; 14) кармін (0,1; 0,12; 0,6 і 1 %) в 1980, 1981, 1984-1998 рр.; 15) фуксин основний (0,1; 0,5; 1; 1,5 і 5 % ) в 1980-1984 рр.; 16) аурамін (0,01; 0,1; 1 і 5окремо (1980, 1981, 1984 рр.) чи одночасно з НЕС (1988, 1989 рр.).

Поєднання прямого чи зворотного порядку дії фізичного (випромінювання 137Cs в дозі 30, 50, 70, 100, 150, 200 Гр при 3,51-4,48 Гр/хв.) і хімічного мутагена НЕС (0,01; 0,02; 0,03 і 0,04 %) чи ЕI (0,003; 0,006 і 0,01 %) на повітряно-сухе насіння на фоні передмутагенної вакуум-інфільтрації карміну (0,6 %) проведено в 5-ти дослідах в 1986-1994 рр.

Визначення частоти мутацій (лише спадкових змін М2) проведено такими методами: за % мутантних рослин М2, % мутантних сімей М2 – потомств колосів , % мутантних потомств рослин М1, а також за кількістю випадків мутацій на 100 сімей М2 та випадків мутацій на 100 потомств рослин М1.

Генетичну природу мутацій вивчали за спадковістю мутантних ознак в М3 і в F2 гібридів.

Біохімічний склад зерна визначено у відділі якості зерна методом К’єльдаля. Для виявлення мікромутантів оцінювали лінії рослин в ряді поколінь.

Частоту мутацій статистично оброблено дисперсійним аналізом 1-2-3-факторних нерівномірних комплексів для якісних ознак.

Методи використання мутацій: добір, пряме індукування і оцінки, мутагенна обробка мутантів, гібридизація і її поєднання з мутагенезом. Оцінку ефективності цих методів проведено при вивченні ліній на різних етапах селекційного процесу: в селекційних розсадниках – в М3 (метровий рядок з міжряддями 15-20 см) і М4 (6 двохметрових рядків), контрольному розсаднику – в М5 (7 восьмиметрових рядків з міжряддями 15 см), конкурсному сортовипробуванні – в М6 - М8 (7 чотирнадцятиметрових рядків з міжряддями 15 см при 4-х повтореннях). Методика оцінок загальноприйнята для сортовипробування. Математичну обробку даних сортовипробування проведено дисперсійним аналізом однофакторних дослідів для кількісних ознак з повтореннями.

Особливості реалізації мутацій в сім`ях м2 потомств рослин М1 і ефективність методів визначення частоти мутацій. На організменному рівні при виникненні і неоднаковому вищипленні (в сім’ях від 6:0 до 1:19) та проявленні в одній, кількох (2,63-15 % в радіаційному, 4-36,36 % в хімічному мутагенезі) чи усіх (2,63-18,18 %) сімях М2 (потомствах колосів М1) і виникненні різнотипних (1,39-20,75 % у генотипів чи 1,45-15,38 % в сім’ях) чи однотипних мутацій в різних сім’ях потомств рослин М1 (рис. 1) перевагу слід надавати методам визначення частоти (рис. 2) всіх випадків фенотипово різних мутацій М2 з розрахунку як на 100 потомств рослин М1, так і на 100 сімей М2 чи на 100 рослин М2 (останній метод найбільш простий).

Рис. 1. Реалізація мутацій М2 в мутантних потомствах рослин М1, дослід 1970-1971 рр.

1. - 1 - з всіма мутантними сім’ями, 2 - з однотипними та 3 – з різнотипними мутаціями в усіх сім’ях потомства, 4 - всього потомств з кількома мутантними сім’ями;

2. - А - в радіаційному, Б - в хімічному мутагенезі.

Рис. 2. Частота хімічних мутацій, визначена різними методами,

дослід 1970-1971 рр.

1 - % мутантних рослин М2,

2 - % мутантних сімей М2,

3 - випадків мутацій на 100 сімей М2,

4 - потомств рослин М1 з мутаціями в М2,

5 - випадків мутацій М2 на 100 потомств рослин М1

Оптимальні варіанти індукованого мутагенезу при взаємодії відносної мутагенної специфічності іонізуючої радіації і хімічних мутагенів та інтенсивних генотипів ячменю в умовах східного лісостепу України. Дослідження багатьох авторів привели до протилежних результатів та рекомендацій щодо ефективності використання різних мутагенів та їх доз.

В 7-ми дослідах в нестабільних умовах Східного Лісостепу України в 1969-1980 рр. установлено оптимальні дози мутагенів (для індукування високої частоти різноманітних мутацій – 0,006-0,0125 % НМС, 0,01-0,05 % НЕС, 0,006-0,0125 % ЕІ, 0,4 % ЕМС; більш стійких проти вилягання – 100-200 Гр при 6 Гр/хв. і 50-100 Гр при 12 Гр/хв. 60Co, 100 Гр 137Cs при 4,48 Гр/хв.; з невеликими змінами – 0,0125-0,05 НДМС, 0,02-0,04 % ДМС, 0,05-0,15 ДЕС, 0,2 % ДАБ, 0,1 % ЕО) і можливості одержання певних рівнів і спектрів мутації в залежності як від мутагенного варіанту (з різницею в 3-10 разів) і генотипу ячменю (лише в 1,4-3,5 разів), так і від їх взаємодії (рис. 3, 4), що дало можливість створити районований в 1988 р. мутантний сорт Харківський 84.

Способи підвищення ефективності експериментального мутагенезу при поєднанні дії мутагенів та модифікаторів. В розділі наведено розроблені способи нададитивного підвищення ефективності радіаційного і хімічного методів мутагенезу.

Установлено ефективність поєднання дії на насіння лазерного і НВЧ-випромінювання та мутагенів. У 1977 і 1978 рр. в 2-3-факторних дослідах встановлено можливість підвищення ефективності радіаційного (50 і 200 Гр) в 1,36-2,11 і хімічного (0,025 % НЕС) мутагенезу в 1,18-2,63 разів способом передмутагенного опромінення лазером червоного спектра (632,8 нм, 0,02 мВт/см2, 30-60 хв.). Випромінювання НВЧ мали незначну модифікуючу дію.

Проведено порівняння ефективності сенсибілізуючої і протекторної дії хімічних модифікаторів в експериментальному мутагенезі при замочуванні і вакуум-інфільтрації.

Спочатку було показано, що мутагенний ефект (М2 у 1974-1975 рр.) іонізуючої радіації (50-100 Гр 60Co) підвищено при передмутагенному замочуванні насіння у модифікаторах стрептоміцин (7 тис. Од./мл) до 2,07, левоміцетин (10 і 7,5 %) – до 1,49-1,78, цистеамін (0,05 %) – до 2,32 разів, але знижено при використанні цистеїну (0,1 %) – в 2,4-51,8 разів, а при 100 Гр – на 100 %.

Установлено модифікуючий ефект передмутагенної вакуум-інфільтрації левоміцетину. В подальших 4-х дослідах (1980-1982, 1981-1983, 1982-1984, 1983-1985 рр.) вдосконалено способи модифікації ефекту мутагенів шляхом вводу

ис. 3. Залежність індукованої мутабільності ячменю від інтенсивності

випромінювання (в 2 - 11 разів) і дози (в 3,5 - 10 разів) радіації 60Со та від концентрації хімічних мутагенів ДАБ і НМС (дослід 1972-1973 рр.)

1. - 1) 5 Гр/хв., 2) 12 Гр/хв, 3) ДАБ, 4) НМС.

2. - А) 50 Гр, Б) 100 Гр і В) 200 Гр 60Со; Г) 0,1% і Д) 0,2% ДАБ;

Е) 0,01% і Ж) 0,012% НМС.

Рис. 4. Специфічність хімічних мутагенів в індукуванні різних груп мутацій (дослід 1976-1977 рр.)

1. - 1) 0,0125% НЕС; 2) 0,025% НЕС; 3) 0,05% НЕС; 4) 0,015% ЕО;

5) 0,02% ЕО; 6) 0,03% ЕО; 7) 0,4% ЕМС

2. - А) Пігментні, Б) Стерильні, В) Морфо-фізіологічні і Г) Всі мутації.

модифікаторів методом вакуум-інфільтрації. Всі операції виконувалися за 1 годину замість відомого довготривалого замочування на протязі 18-24 годин. Це виключає негативний вплив двох замочувань у хімічному мутагенезі. Частота мутацій при передмутагенній вакуум-інфільтрації левоміцетину вища, ніж при замочуванні насіння в ньому (рис. 5).

Передмутагенною вакуум-інфільтрацією левоміцетину (0,1-1нададитивно підвищено генетичну ефективність методів радіаційного мутагенезу (50-100 Гр 137Cs) в 2,55-4,09 разів і хімічного (0,02-0,03 % НЕС чи 0,012 % НМС) – до 2,31-2,81 разів.

Установлено мутагенний ефект від поєднання дії вакуум-інфільтрації полієнових антибіотиків як нових модифікаторів і мутагенів. В 2-х дослідах (1979-1986 рр.) розроблено спосіб передмутагенної вакуум-інфільтрації нових модифікаторів леворин (10 тис. Од./мл) і ністатин (5 тис. Од./мл), який підвищує частоту хімічних мутацій в 2,06-2,95 разів, а радіаційних – в 2,09-2,69 разів.

Досліджено вплив після- і передмутагенної вакуум-інфільтрації гетероауксину на генетичний ефект мутагенів. В дослідах 1976-1978 і 1977-1979 рр. показано, що способом післямутагенної вакуум-інфільтрації гетероауксину (0,005 %) підвищено частоту хімічних (0,0125-0,025 % НЕС) в 1,29-1,32 разів і радіаційних (50, 200 Гр 60 Co) мутацій в 2,4-2,7 разів.

В дослідах 1981-1983 рр. при передмутагенній вакуум-інфільтрації гетероауксину в насіння (0,001-0,005 %) частоту радіаційних мутацій підвищено до 2,72-4,17, а хімічних – до 2,06-3,08 разів.

Вивчено роль параамінобензойної кислоти в модифікації хімічного мутагенезу. В дослідах 1985-1987 рр. способом одночасного замочування (18 годин) насіння в одному розчині ПАБК (0,25 %) з НЕС (0,02- 0,03 %) частота мутацій була підвищена в 1,46-3,32 разів.

Досліджено ефект передмутагенної вакуум-інфільтрації нікотинаміда-деніндинуклеотиду та інших речовин. При поєднанні дії НАД (0,01, 0,05 %) з хімічними мутагенами (0,03 % НЕС, 0,012 % НМС) в 1986-1988 рр. частоту мутацій підвищено в 1,98-2,08 разів, ще менше – від вакуум-інфільтрації РНК дріжджів, аспарагінової кислоти, лізину, лимонної кислоти, анальгіну (в 1,11-1,81 разів), а при використанні настоїв звіробою, евкаліпту і цмину червоного модифікації зовсім не виявлено.

Розроблено винахід № 1316602 АО1 “Модифікатори частоти індукування мутацій у рослин” (цитологічні барвники кармін, фуксин, аурамін) та його вдосконалення.

Подальші пошуки в 3-х дослідах (1980-1986 рр.) привели до поєднання використання як нових модифікаторів цитологічних барвників (рис. 6), які самі не викликали видимих мутацій. Способом передмутагенної вакуум- інфільтрації

Рис. 5. Мутагенний ефект передмутагенної вакуум-інфільтрації

левоміцетину (дослід 1980-1981 рр.)

1. - 1) 1%, 2а) 2,5% при вакуум-інфільтрації, 2б) 2,5% при замочуванні, 3) 5% левоміцетину

2. - А) 50 Гр, Б) 100 Гр, В) 0,02% НЕС , Г) 0,03% НЕС.

Рис. 6. Модифікація мутагенної ефективності радіації (100 Гр, 137Сs) передмутагенною вакуум-інфільтрацією цитологічних барвників в насіння лінії 2380, (дослід 1985-1986 рр.)

1. - 1А) 0,1%, 2А) 0,6%, 3А) 1% карміну.

2. - 1Б) 0,1%, 2Б) 1%, 3Б) 5% фуксину основного.

3. - 1В) 0,1%, 2В) 1%, 3В) 5% аураміну.

карміну (оптимально 0,6 %), фуксину основного (1 %), аураміну (0,1підвищено ефективність індукування мутацій в порівнянні з відомими методами хімічного мутагенезу відповідно до 2,75, 2,35-3,22 і 2,7-3,47 разів, а радіаційного – відповідно до 3,22-3,56, 2,47-3,76 і 2,37 разів. Ця розробка захищена а. с. № АО1 Н 1/04, 1/06 на винахід “Модифікатори частоти індукування мутацій у рослин”. Він значно розширює можливості мутаційної селекції щодо одержання цінних мутацій.

Установлено ефективність одночасної вакуум-фільтрації аураміну і хімічного мутагена в насіння ячменю. В 2-х дослідах 1988-1991 рр. розширено застосування розробленого винаходу способом одночасної вакуум-інфільтрації модифікатору, зокрема аураміну (0,1 %), і НЕС (0,02-0,04 %), який підвищив частоту хімічних мутацій в 2,7-4,08 разів (рис. 7). При вакуум-інфільтрації в насіння самого мутагена НЕС частота хімічних мутацій була в 1,3-1,97 (1989 р.) і 1,39-1,85 (1990 р.) разів вищою, ніж при замочуванні насіння в ньому, що підтверджує ефективність цього методу.

Показано ефективність поєднання дії різних мутагенів при передмутагенному застосуванні модифікаторів. В 5-ти дослідах 1987-1995 рр. при поєднанні обробки насіння модифікатором кармін (0,6 %), потім радіації (30-200 Гр 137Cs) і потім НЕС (0,01-0,04 %) виявлено нададитивне підвищення мутагенного ефекту в 2-4,45 разів, а в порівнянні з кращими варіантами НЕС – в 3-4,75 разів (рис. 8).

підвищення ефективності експериментального мутагенезу при мутагенній дії на гібриди різних поколінь і мутанти ярого ячменю. В 4-х дослідах 1971-1982 рр. показано високу ефективність використання гібридів ячменю різного ступеня гетерозиготності як в хімічному, так і в радіаційному мутагенезі. Частота мутацій в F2M2 гібридів вища в порівнянні з батьківськими формами в 1,24-2,76 разів, в F3M2 гібридів від прямих та від повних діалельних схрещувань – вища її середнього рівня всіх батьківських форм та всього досліду, а також вища в 1,2-2,89 разів в F3M2 гібридів від схрещування високомутабільних мутантів, що значно розширює можливості добору селекційно цінних форм.

індукування та методи використання різноманітних селекційно цінних і оригінальних мутацій ярого ячменю. Показано можливість індукувати оригінальні мейотичні мутації ячменю з генетичним контролем мейозу: з незбалансованою кількістю хромосом (від 7 до 14 і більше пар), з поліплоїдизацією МКП через відсутність синапсису і радукції хромосом та цитокінезу, а також з цитоміксисом ядер чи хромосом і зливом протопластів та виникненням синцитіїв.

Досліджено можливість індукування мікромутацій продуктивності рослин та якості зерна ячменю. Одержано мікромутації продуктивності та якості зерна (за

Сорт Харківський 99 (1989 р.) МХ-83-45-11 (1990 р.)

Рис. 7. Мутагенний ефект при одночасній вакуум-інфільтрації аураміну і НЕС а також при вакуум-інфільтрації і замочуванні мутагена НЕС в 1989 і 1990 рр.

1. - 1) 0,02%, 2)0,03 і 3)0,04% НЕС у сорту Х-99; 4) 0,02%; 5) 0,03% і 6) 0,04% НЕС у МХ-83-45-11.

2. - Аа і А1а - замочування в водному розчині мутагена НЕС

3. - А і А1 - вакуум-інфільтрація НЕС.

4. - Б і Б1 - 0,01%, В і В1 - 0,1%, Г і Г1 - 1% аураміну.

Рис. 8. Мутагенний ефект при поєднанні дії на ячмінь модифікатору кармін (0,6%) з прямим чи зворотним поєднанням радіації і хімічного мутагена НЕС, дослід 1992-1993 рр.

1. - 1а) 30 Гр + НЕС і 1б) НЕС + 30 Гр на сорт Харківський 102;

2а) 50 Гр + НЕС і 2б) НЕС + 50 Гр на сорт Стрункий;

3а) 100 Гр + НЕС і 3б) НЕС + 100 Гр на сорт Стрункий.

2. - А - 0,01%, Б - 0,02% НЕС, В - 0,03% НЕС

вмістом білка) без видимих морфологічних змін.

Вивчено ефективність індукування нових типів і розширення класифікації пігментних мутацій. Серед пігментних мутацій вперше одержано нову 1 групу з 5, нові 4 підгрупи з 20, нові 37 типів з 80 всіх виявлених.

Досліджено ефективність індукування мутацій з внутрівидовими різновидностними, підвидовими, родовими ознаками ячменю та ознаками сімейства злакових і їх еволюційно-генетичне значення. Показано можливість при використанні розроблених способів індукувати цінні для генетико-еволюційних досліджень мутації з новими видовими і родовими ознаками (безтичинкові, багатовузлові, багатоквіткові, 5-тичинкові, з перетворенням тичинок в зав’язі і луски). Індукування їх вказує на можливі шляхи повернення до предкових і виникнення нових ознак.

Показано ефективність розроблених способів щодо індукування морфо-фізіологічних мутацій ячменю з селекційно цінними ознаками. Показано, що серед всіх індукованих у 1970-1979 рр. випадків морфо-фізіологічні мутації ячменю складають 28,94 %. В сімях М2 1970-1982 рр. селекційне значення мали 5,35 % випадків мутацій (з всіх 27980), в популяціях М2 1983-1995 рр. – 6,65 % індукованих мутантних рослин (з всіх 30094) з такими покращаними показниками, як: урожайність зерна, стійкість проти вилягання і хвороб, темпи розвитку, величина зерна, довжина і щільність колосу, кількість вузлів соломини, вузько- і коротколистність, незазубленість остюків, безостюко-видність, багаторядність, вміст білка, лізину і крохмалю в зерні, екстрактивність.

Вивчення генетичної природи мутацій показало, що вони майже всі рецесивні і константні. Це дає можливість легко використовувати їх в селекції. І лише окремі мутанти, одержані в константних сортів, виявилися гетерозиготними і розщеплювалися в потомстві.

Досліджено ефективність методів селекційного використання мутацій.

В стані вивчення проблеми наведено огляд методів використання мутацій в селекції.

Установлено, що ефективним є пряме індукування практично цінних мутантів розробленим способом поєднання дії модифікаторів і мутагенів на сорти і лінії ячменю лише інтенсивного типу. Цим методом при використанні відносної специфічності мутагенів створено сорт Харківський 84 (1976 р.), а при використанні розробленого винаходу з модифікації мутагенезу створено сорти Харківський 101 (1981 р.), Стрункий (1985 р.) і Екзотик (1996 р.).

Вивчено можливість добору в потомстві мутантів. Добір доцільний в потомстві нерецесивних мутантів, а також мутантів гібридів.

Установлено ефективність повторного мутагенезу при модифікаційно-мутагенній обробці мутантів інтенсивного типу і ліній гібридів. Цим методом створено 5 мутантних сортів, з яких у 1999 р. Джерело та Бадьорий занесено в реєстр сортів.

Досліджено ефективність поєднання методів мутагенезу і гібридизації при мутагенній обробці гібридного насіння. Було встановлено закономірності поєднання мутагенезу і гібридизації за простою і діалельною (повною, прямою, топкросною) схемами схрещувань, від вивчення яких залежить доцільність і ефективність такого поєднання. Їх узагальнено в слідуючих дослідженнях.

Вивчено рівень індукованої мутабільності гібридів. Гібридизація є одним з ефективних генетичних факторів підвищення індукованої мутабільності до 2,11-2,76 разів, що розширює мінливість і можливості добору.

Показано характер наслідування якісних ознак в оброблених мутагенами гібридів. Закономірності наслідування чітких якісних ознак (багаторядність-дворядність, зазубленість-незазубленість, щільність-нещільність колосу) в F1M1 і розщеплення F2M2 гібридів не залежали від мутагенної обробки, що пояснюється ненаправленістю мутаційних змін.

Вивчено характер поєднання мутаційної і комбінаційної мінливості. Поєднання мутаційної і комбінаційної мінливості є незалежним, що розширює можливість добору в процесі селекції. А ступінь її вираження генотипово обумовлений.

Установлено ефективність добору цінних ліній у гібридів, одержаних при різних схемах використання мутантів в гібридизації і оброблених способом поєднання дії модифікатору і мутагена. В 3-х дослідах (30 гібридів у 1978-1986 рр., 91 діалельний гібрид у 1981-1987 рр., 82 у 1986-1996 рр.) показано ефективність первинного добору кращих рослин MF3 (у порівнянні з контролем – F3) за наступними оцінками їх потомств і добором цінних ліній гібридів на всіх етапах селекційного процесу, що дало можливість створити зареєстровані сорти Харківський 99 і Фенікс.

Використання індукованих мутантів в селекції методом гібридизації за різними схемами мало неоднаковий ефект. Більш ефективними виявилися схрещування між мутантами з різних сортів, мутантносортові, мутантнолінійні, мутантногібридні, ніж між мутантом і вихідним сортом чи між мутантами одного сорту (рис. 9, 10).

Встановлені закономірності вказують на ефективність поєднання гібридизації з мутагенезом шляхом обробки мутагенами гібридного насіння першого чи другого покоління.

Установлено ефективність мутаційно-комбінаційної технології селекційного процесу при поєднанні вдосконалених способів експериментального мутагенезу і гібридизації в одному селекційному прийомі. У порівнянні з роздільним застосуванням спочатку методу мутагенезу і потім гібридизації (сорти створюються за 13-14 років) при мутаційно-комбінаційній

Рис. 9. Ефективність первинного добору в 1984 р. в M3F3 23-х сортомутантних (зокрема 7 гібридів між сортом і його мутантом і 16 гібридів сорту з мутантом другого сорту) та 26-ти мутантносортових гібридів прямих діалельних схрещувань 1981 року, за послідуючими оцінками потомств в 1985-1987 рр.

1. - А) У всіх оброблених гібридів, Б) сорт свій мутант, В) сорт мутант іншого сорту, Г) мутантносортові гібриди. А1, Б1, В1, Г1 – контроль.

2. - 1) Послідуючий добір в % від первинного в 1985 р., 2) в 1986 р., 3) в 1987 р.

Рис. 10. Ефективність первинного добору в 1984 р. в M3 F3 21-го міжмутантних (від різних сортів і від одного сорту) та 21-го міжсортових гібридів прямих діалельних схрещувань 1981 року, за оцінками потомств в 1985-1987 рр.

1. - А) У всіх оброблених гібридів, Д) в міжмутантних від різних сортів і Е) - від одного сорту, Є) в міжсортових. А1, Д1, Е1, Є1 – контроль.

2. - 1) Послідуючий добір в % від первинного в 1985 р., 2) в 1986 р., 3) в 1987 р.

технології селекційного процесу строки створення сортів скорочуються на 4-5 років (добір в M2F2 - M2F3), а з використанням фітотрону – ще на 2 роки (табл. 1). Результативність її підтверджено тим, що 7 переданих на державне сортовипробування сортів створено способом поєднання в одному мутаційно-гібридному селекційному процесі методів міжмутантної (сорти Харківський 91, Харківський 102, Винахід), мутантнолінійної (сорти зареєстрований в РФ з 1994 р. Харківський 99 і Добродій), мутантносортової (зареєстрований на 2000 р. сорт Гама), мутантногібридної (зареєстрований на 2000 р. сорт Фенікс) гібридизації і вдосконаленого нашим винаходом № 1316602 експериментального мутагенезу. При поєднанні методів гібридизації і вдосконаленого мутагенезу одержано нові цінні мутантногібридні форми, в родоводі яких є наші зареєстровані мутантні і мутантногібридні сорти Екзотик, Харківський 99, Джерело, Бадьорий, Гама, Фенікс і інші.

Вивчено електрофоретичний спектр гордеїнів та його успадкування в створених мутантних і мутантногібридних сортах ярого ячменю. Показано, що більшість створених мутантних сортів успадкували, як правило, спектр гордеїнів вихідних форм. У сортів-мутантів Бадьорий (A20B17F1, 2) і Ефект (A20B17F1, 2), індукованих у мутанта Х-101 (A20B19F1, 2) змінено алель B. Мутантногібридні сорти успадкували електрофоретичний спектр одного з компонентів схрещувань.

Високі пивоварні якості зерна створених сортів ячменю були в 1992-1994 рр. за сприятливих і знижені в 1995-1998 рр. за несприятливих погодних умов. Тому оцінку сортів ячменю на пивоварні якості потрібно проводити в сприятливих і однакових умовах.

У 1992-1994 рр. високі пивоварні якості зерна мали сорти з алеллю B29 і B19, особливо Екзотик, Харківський 99, Джерело, Фенікс.

Таблиця 1

Схема і строки створення мутантних сортів при різних технологіях селекції

Рік | Звичайна технологія | Мутаційно-комбінаційна технологія

п/п | в полі | в полі | F1 - MF2 на фітотроні (УВР) в полі

І | Дія мутагена на сорт, М1 (1969 - 1998 рр.) | 1) схрещу-вання,

2) дія мутагена | схрещування | 1) схрещування,

2) дія мутагена,

3)M1F1 на УВР (1976-1980 рр.) чи фітотроні (1982-1992 рр.) восени | 1) схрещування,

2) F1 на УВР чи фітотроні восени

II | М2 (добір) | M1F1

(з 1994 р.) | 1) F1

(з 1994 р.)

2) дія мутагена | 1) M2F2 на УВР (1978-1981 рр.) чи фітотроні (1985-1993 рр.) зимою,

2) M3F3 (добір в полі) | 1) дія мутагена,

2) M1F2 на УВР чи фітотроні зимою,

3) M2F3 (добір в полі)

III | М3 (встановлення мутаційної природи в СР-І) | M2F2

(добір) | M1F2 | СР-І (селекційний розсадник 1-го року) | СР-І

IV | М4

(оцінка в СР-ІІ) | СР-І ( до-бір M3F3) | M2F3

(добір) | СР-ІІ | СР-ІІ

Продовження табл. 1

Рік | Звичайна технологія | Мутаційно-комбінаційна технологія

п/п | в полі | в полі | F1 - MF2 на фітотроні (УВР) в полі

V | КР | схрещу-вання | СР-ІІ

(СР-І) | СР-І | КР

(контрольний розсадник) | КР

VI | КСВ | F1 | КР(СР-IІ) | СР-ІІ | КСВ

(конкурсне сортовипробування) | КСВ

VII | КСВ | F2 | КСВ(KР) | КР | КСВ | КСВ

VIII | КСВ | (F3 добір) | КСВ(KCB) | КСВ | КСВ

_____________________________ | КСВ

___________________

IX | Держ.СВ | СР-І | КСВ(KCB) |

КСВ | Державне СВ | Державне СВ

X | СР-ІІ | Держ. СВ (KCB) | КСВ

XI | КР | (Держ. СВ) | Державне СВ

XII | КСВ

XIII | КСВ

XIV | КСВ

XV | Держ. СВ

висновки

1. У