ІНСТИТУТ ЗЕМЛЕРОБСТВА

УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

Орлов Олексій Ігорович

УДК 631.527.575:633.11

ГЕНЕТИЧНА АКТИВНІСТЬ ФІЗИЧНИХ ТА ХІМІЧНИХ МУТАГЕННИХ ФАКТОРІВ НА ОЗИМІЙ ПШЕНИЦІ ПРИ ПРЯМІЙ І КОМБІНОВАНІЙ ДІЇ

Спеціальність: 06.01.05 – селекція і насінництво

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ

2002 рік

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України протягом 1998 – 2001 рр.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Чугункова Тетяна Володимирівна,

Національний аграрний університет,

професор кафедри генетики, селекції і насінництва

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Солодюк Наталія Володимирівна,

Інститут землеробства УААН,

головний науковий співробітник відділу селекції

доктор сільськогосподарських наук

Васильківський Станіслав Петрович,

Білоцерківський державний аграрний університет,

декан агрономічного факультету, професор кафедри селекції

Провідна установа: Миронівський інститут пшениці ім. В.М. Ремесла УААН

Захист відбудеться 21 травня 2002 року о 10 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 27.361.01 при Інституті землеробства УААН за адресою: 08162, смт. Чабани Київо- Святошинського р-ну Київської обл.,

Інститут землеробства УААН

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту землеробства УААН

Відгуки на автореферат у двох примірниках, завірені печаткою, просимо надсилати на ім’я вченого секретаря Спеціалізованої вченої ради

Автореферат розісланий 17 квітня 2002 року

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради, Л. О. Кравченко

кандидат сільськогосподарських наук

Загальна характеристика роботи

В сучасних умовах розвитку аграрного виробництва актуальним є вдосконалення існуючих шляхів збільшення урожайності та покращення якості сільськогосподарської продукції. Без генетичного вдосконалення рослин та створення нових сортів сільськогосподарських культур вирішити цю проблему неможливо. Поліпшити господарсько-цінні ознаки у рослин можна шляхом використання методів сучасної мутаційної селекції та аналізу механізмів спонтанної та індукованої спадкової мінливості.

Актуальність теми. Однією з актуальних задач в мутаційній селекції пшениці є розробка методів та пошук нових методичних засобів, що підвищують вихід практично-цінних мутацій. Серед таких методів заслуговує на увагу комбінована дія фізичних та хімічних мутагенних чинників. Вдосконалення методів мутаційної селекції та розробка ефективних прийомів генетичного вдосконалення рослин, дослідження специфічності дії мутагенів при роздільному та спільному застосуванні їх на різних генотипах можуть сприяти прогресу у вирішенні питання спрямованого керування мутаційним процесом. Вивчення генетичної активності фізичних та хімічних мутагенних факторів на озимій пшениці при комбінованій їх дії є актуальним для вибору найбільш ефективних в індукуванні корисних мутацій поєднань мутагенів. Використовуючи комбінації мутагенних чинників можливо створити нові вихідні мутантні форми для виведення сортів, які б поєднували в одному генотипі високу продуктивність з хорошими якостями зерна та стійкістю проти біотичних і абіотичних факторів (Зоз Н.Н., 1974; Моргун В.В., Логвиненко В.Ф., 1995). Ці мутанти після селекційно-генетичного вдосконалення повинні мати комплекс господарсько-цінних параметрів. Для створення конкурентоспроможних сортів з такими ознаками необхідно збільшити ефективність традиційних і знайти нові методи індукування мутантних форм. Дослідження генетичної активності мутагенів на рослинах озимої пшениці, як при відокремленій, так і комбінованій їх дії, важливе для подальшої організації роботи в галузі експериментального мутагенезу та отримання форм - донорів цінних генів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукова робота, виконана за темою дисертації, була складовою частиною комплексного плану досліджень, які проводяться у відділі експериментального мутагенезу Інституту фізіології рослин і генетики НАН України і належить до державної НТП НАН України: “Ефективність низьких доз мутагенних факторів в індукуванні мутацій у рослин” (номер державної реєстрації 0199U000291).

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень було експериментальне обґрунтування можливостей ефективного використання комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів для створення нового перспективного вихідного матеріалу з комплексом цінних ознак та властивостей для селекції озимої пшениці. Для досягнення мети досліджень були поставлені такі задачі:

- дослідити вплив фізичних і хімічних мутагенних факторів та їх комбінацій на проростання насіння та ріст і розвиток рослин різних сортів озимої пшениці у першому поколінні (М1);

- виявити дію і взаємодію гамма-променів та хімічних мутагенів при їх прямому та комбінованому застосуванні на мінливість частоти хромосомних аберацій та їх спектр у мітозі апікальної меристеми первинних корінців проростків пшениці;

- визначити загальну частоту та частоту цінних мутацій в М2 – М3;

- проаналізувати спектр та охарактеризувати за комплексом параметрів мутації, індуковані прямою та комбінованою дією мутагенів;

- на основі аналізу генетичної активності використаних фізичних і хімічних мутагенних факторів визначити найкращі по ефективності комбінації та оптимальні дози впливу;

- провести оцінку найкращих мутантів озимої пшениці і створити генетичну колекцію мутантних форм, які б мали цінні у селекційному відношенні властивості.

Об’єкт дослідження – морфо-біологічні мутантні форми озимої м’якої пшениці в поколіннях М1 – М3.

Предмет дослідження - генетична активність фізичних (гамма-промені) та хімічних (нітрозоетилсечовина, нітрозометилсечовина) мутагенних факторів при прямій і комбінованій дії.

Методи досліджень - методи отримання, виявлення та вивчення індукованих мутацій пшениці; визначення цитогенетичної активності мутагенів із застосуванням світлової мікроскопії; математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше виявлена ефективність поєднання гамма-променів (100 Гр) і хімічних мутагенів (НЕС, НМС у різних концентраціях) для одержання мутацій на сортах озимої м’якої пшениці різних еколого-географічних типів: Скіф’янка, Поліська 90, Одеська 267. Оптимізовано методику цитогенетичних досліджень частоти та спектру хромосомних аберацій, визначена генетична активність застосованих різних комбінацій мутагенних чинників. Встановлено, що комбінована дія гамма-променів та нітрозоалкілсечовин у невеликих дозах викликає розширення спектру і збільшення загальної частоти мутаційних змін у рослин озимої пшениці. Доведено, що комбінована дія мутагенів підвищує спектр мутацій по господарсько-цінних ознаках в М2 – М3, особливо при використанні комбінацій гамма-променів (100 Гр) та низьких доз нітрозоалкілсечовин (0.005 %).

Покращена методика добору мутантних ліній з господарсько-цінними властивостями на основі комплексного застосування лабораторних та польових методів аналізу структури рослинних популяцій. Визначено, що при використанні комбінованої дії мутагенних чинників на рослини різних сортів озимої м’якої пшениці, оптимальними дозами впливу є гамма-промені (100 Гр) + (НЕС, НМС – 0.005 %) . Виділені мутантні форми з комплексом господарсько-цінних ознак (М – 39165/01, М – 39177/01, М – 39201/01), (М–6757/01, М–41217/01, М–41401/01), (М–6700/01, М–6757/01, М–39712/01, М–40084/01).

Практичне значення одержаних результатів. На основі результатів експериментальних досліджень розроблені пропозиції для селекційної практики, які розширюють можливості використання експериментального мутагенезу при створенні сортів озимої м’якої пшениці; рекомендовано оптимальні дози мутагенних факторів різної природи при їх відокремленому та комбінованому застосуванні для створення нового вихідного селекційного матеріалу озимої пшениці; методом двократного індивідуального добору створено мутантні лінії з комплексом цінних ознак, які перевершують вихідні сорти Скіф’янка, Поліська 90, Одеська 267 за продуктивністю; створено генетичну колекцію мутантних форм озимої пшениці, яка використовується в селекційній роботі науково-дослідних установ.

Результати досліджень використовуються в навчальній роботі кафедри генетики, селекції і насінництва НАУ при підготовці фахівців для агропромислового комплексу України.

Особистий внесок здобувача полягає в узагальненні наукових даних вітчизняної та зарубіжної літератури, теоретичному обгрунтуванню теми дисертації і напрямку експериментальної роботи, безпосередньому здійсненні лабораторних і польових досліжень та їх науковом узагальненні. Здобувачем проведено аналіз результатів експерименту, статистична обробка дослідних даних на ЕОМ “View Sonic 14 ES”, зроблено висновки. Внесені пропозиції для селекційної практики.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на міжнародній конференції молодих вчених “Сучасні проблеми генетики, біотехнології і селекції рослин” (26–30 червня 2001 року, м. Харків), VII конференції молодих вчених “Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття” (18-20 жовтня 2000 року, ІФРГ, м. Київ); першій всеукраїнській конференції молодих вчених - аграріїв “Роль молодих вчених в реформуванні аграрного сектору України” (15-16 березня 2001 року, НАУ, м. Київ); звітній науково-технічній конференції співробітників Луганського державного аграрного університету за результатами наукової роботи у 2000 році (секція “Агрономічна”, 15-16 січня 2001 року, м. Луганськ); наукових конференціях професорсько-викладацького складу, наукових співробітників та аспірантів за підсумками науково-дослідної роботи у 1999, 2000 роки (секція “Агрономічна”, НАУ, м. Київ). Матеріали дисертації доповідались та обговорювались на засіданнях кафедри генетики, селекції та насінництва НАУ (1999, 2000, 2001 роки), на засіданнях відділу експериментального мутагенезу Інституту фізіології рослин і генетики НАН України (1999, 2000, 2001 роки).

Публікації. За результатами досліджень по темі дисертації опубліковано 8 наукових праць, у тому числі 6 у провідних фахових виданнях.

Структура роботи. Дисертаційна робота викладена на 216 сторінках машинописного тексту і складається із вступу, огляду літератури, умов і методики досліджень, чотирьох розділів експериментальної частини, висновків, рекомендацій, списку використаних джерел. Містить 49 таблиць, 29 рисунків, включає 18 додатків. Список використаних джерел налічує 218 найменувань, в т.ч. 36 латиницею

Зміст роботи

Комбінована дія мутагенних факторів як засіб для розширення мутаційної мінливості рослин (огляд літератури)

Розглядаються опрацьовані різними дослідниками особливості використання комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів для створення нових форм в мутаційній селекції сільськогосподарських культур. Аналізується ефективність комбінованої дії мутагенів як засобу для розширення мутаційної мінливості рослин.

Умови, матеріал та методика досліджень

Посів розсадника мутагенезу проводився на спеціально виділеній ділянці поля селекційної сівозміни (дослідне господарство Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, с.м.т. Глеваха, Київська обл.), де щорічно здійснюється зміна культур. Попередник - зайнятий вико-вівсяною сумішкою пар. Система основного і передпосівного обробітку ґрунту загальноприйнята для зони.

Територія дослідного поля знаходиться в правобережній частині Лісостепової зони України на Придніпровському плато. Кліматичні умови сприятливі для формування високих врожаїв озимої пшениці. Ґрунти дослідного поля світло-сірі і сірі опідзолені супіщані та їх глеюваті відміни на лесових породах. Вміст гумусу 2.04-2.70 % (по Тюрину). Середній показник рН ґрунтів 5.0-5.1 (ступінь кислотності - слабо кислі). Вміст обмінного калію (К2О) по методу Кірсанова 122 мг/кг ґрунту (підвищений). Забезпеченість азотом по Корнфільду 109–119 мг/кг ґрунту (середнє). Вміст рухомого фосфору 53–70 мг/кг ґрунту по Корнфільду.

Як вихідний матеріал були використані сорти озимої м'якої пшениці (Triticum aestivum L.): Скіф’янка (lutescens), Поліська 90 і Одеська 267 (erythrospermum). Роботу з мутаційної селекції озимої пшениці проводили за схемою, загальноприйнятою для самозапильних культур. З хімічних мутагенів використовували N-нітрозо-N-етилсечовину (НЕС) та N-нітрозо-N-метилсечовину (НМС). Експозиція намочування насіння у розчині мутагену 18 годин. У варіантах з використанням комбінованої дії гамма-променів і нітрозоалкілсечовин, насіння перед замочуванням опромінювали гамма-променями у дозі 100 Гр. Кількість насіння, що обробляли мутагенами та висівали у польових умовах, для кожного варіанта становила 1500 штук. У досліді вивчали 42 варіанта обробки мутагенами. Для проведення цитологічного аналізу, насіння (по 100 штук на кожен варіант), оброблене мутагенами і промите водою, переносили у чашки Петрі для пророщування. Була оптимізована методика виготовлення тимчасових давлених цитологічних препаратів для підрахунків частоти та спектру хромосомних аберацій в клітинах меристеми зародкових корінців. Хромосомні аберації підраховували на стадіях анафази та ранньої телофази. Частоту хромосомних перебудов визначали як відношення кількості клітин що мали хромосомні перебудови до загальної кількості вивчених клітин. Для синхронізації мітотичного поділу клітин Triticum aestivum L., використовували метод холодового впливу (24 години) та оптимальний час фіксації первинних корінців (півтори - дві години після холодового впливу). При застосуванні цієї методики значно збільшувалась ефективність підрахунків хромосомних аберацій на тимчасових давлених препаратах. У М1 визначали наступні показники (у польових умовах): польова схожість насіння; виживання рослин після перезимівлі; строки формування репродуктивних органів; біологічна стійкість, середня висота рослин на момент збирання; урожайність рослин. Біологічна стійкість розраховувалась як відношення кількості нормально розвинутих рослин, що досягають повної стиглості, до числа сходів. Протягом вегетаційного періоду перед збиранням і в лабораторних умовах фіксували усі морфологічні зміни у рослин. Орієнтовно підраховували їх частоту. Для посіву М2 відбирали та обмолочували по 500-800 колосів на кожен варіант. Насіння висівали родинами. Протягом вегетаційного періоду фіксували усі видимі зміни рослин, здійснювали фенологічні спостереження; проводили класифікацію мутацій, визначали їх спектр (за методикою Моргуна В.В.). Мутації підраховували шляхом визначення відсотку родин з мутаціями. Аналізували рослини за елементами структури врожаю (за методикою державної комісії України по випробуванню та охороні сортів рослин). Проводили добір мутантів з цінними ознаками.

Вплив мутагенних факторів на рослини пшениці першого покоління (М1)

Серед варіантів комбінованої дії мутагенних факторів, найбільше зниження схожості на сортах Скіф’янка та Одеська 267 викликали комбінації 100 Гр + НЕС 0.025 % і 100 Гр + НМС 0.012 %. Максимальну загибель рослин в зимовий період (99.71 %) спостерігали у сорту Скіф’янка при обробці насіння НМС (0.025 %). У контролі, виживання і загибель рослин цього сорту складали 59.82 % і 40.18 %. Такі показники були в деякій мірі обумовлені дією несприятливих кліматичних умов у зимовий період 1998-1999 років. У сорту Поліська 90 спостерігали найбільшу кількість рослин, що вижили в зимовий період. Найбільше зниження виживання при комбінованому використанні гамма-променів і нітрозоалкілсечовин, спостерігали у сорту озимої м'якої пшениці Одеська 267. Слід зазначити, що і контрольні рослини цього сорту найгірше перезимували (виживання – 30.31 %) в порівнянні з рослинами сорту Скіф’янка (59.82 %) і Поліська 90 (84.29 %). Аналізуючи вплив мутагенних факторів на строки формування генеративних органів у рослин, можна відзначити незначний вплив обробки мутагенами на колосіння і цвітіння. Тільки НМС у концентрації 0.025% призвела до затримки в настанні фази цвітіння у всіх трьох сортів озимої пшениці. Біологічну стійкість рослин значно зменшували гамма-промені в дозі 200 Гр, НЕС і НМС у концентраціях 0.025 % та 0.05 %. Для сорту озимої пшениці Одеська 267, було характерно більш помітне зниження біологічної стійкості в порівнянні з іншими сортами, що вивчались в досліді. Комбінована дія мутагенів у всіх випадках сильніше знижувала висоту рослин, у порівнянні з дією кожного мутагену окремо. У сортів озимої пшениці Скіф’янка і Одеська 267 при обробці гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.005 %, висота рослин знижувалася не так сильно, як при обробці насіння гамма-променями 100 Гр + НМС 0.005 %. Вивчали також вплив мутагенів на урожайність рослин М1. Спостерігали пряму залежність урожайності від концентрації мутагенного фактора. Вона зменшувалась у сортів озимої пшениці із збільшенням концентрації або дози мутагену. Дія однієї і тієї ж комбінації гамма-променів і нітрозоалкілсечовин була неоднаковою на різних сортах. Так, гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005 % зменшували рівень врожайності до 45.2 % (в порівнянні з контрольним варіантом) у сорту Скіф’янка, у сортів Поліська 90 і Одеська 267 до 68.4 % та 68.1 % відповідно.

У результаті дослідження показників виживання, росту і розвитку рослин озимої пшениці в М1 , підібрано орієнтовний діапазон оптимальних і критичних доз гамма-променів та хімічних мутагенів, які можна використовувати для обробки повітряно-сухого насіння озимої пшениці (табл. 1).

Таблиця 1

Оптимальні та критичні дози гамма-променів та хімічних мутагенів для обробки насіння озимої пшениці (за даними спостережень росту та розвитку рослин в М1 у польових умовах)

Мутаген | Концентрації (%), дози

Оптимальні | Критичні

Гамма-промені | 50-100 Гр | 100-200 Гр

НЕС | 0.005 | 0.025-0.05

НМС | 0.005 | 0.012-0.025

Гамма-промені + НЕС | 100 Гр +0.005 | 100 Гр + 0.025

Гамма-промені + НМС | 100 Гр + 0.005 | 100 Гр + 0.012

Примітка: - менше;

- менше або дорівнює;

- більше або дорівнює.

Частота та спектр хромосомних аберацій, індукованих мутагенними факторами

Частота перебудов хромосом була вище у варіантах з комбінованою дією і залежала від генотипових особливостей та типу мутагенного впливу (табл. 2). Низька частота хромосомних перебудов – 4.5 %, спостерігалася при обробці насіння 0.005 % розчином НЕС (Одеська 267). Висока – 50.2 %, при комбінованій дії гамма-променів 100 Гр + НМС 0.012 % (Одеська 267). Фрагменти хромосом, мости зустрічалися в контролі і в усіх варіантах обробки мутагенними факторами, що були використані в експерименті. Відстаючі хромосоми, мікроядра не спостерігалися в контролі і при дії: НЕС 0.005 % та 0.025 %, НМС 0.005 %. Не виявлено відстаючих хромосом і при замочуванні насіння сорту Скіф’янка в 0.05 %-ному розчині НЕС. Після опромінення насіння гамма-променями ( дози: 50, 100, 200 Гр) у клітинах конуса наростання первинних корінців пшениці сорту Скіфянка спостерігалися аберації: фрагменти, мости, відстаючі хромосоми, мікроядра (рис. 1, рис. 2). Замочування насіння у розчинах НЕС і НМС стимулювало появу переважно фрагментів хромосом (4.0 – 29.5 %), кількість мостів була невеликою у порівнянні з кількістю фрагментів і складала 0.4 – 8.0 %. Найбільша кількість мікроядер виявлена у варіанті гамма-промені 200 Гр, найменша 0 % - НЕС 0.005 % та 0.025 %, НМС 0.005 %. На сорті Поліська 90 мінімальна кількість фрагментів 3.8 ± 0.1% була у випадку опромінення насіння цього сорту гамма-променями 50 Гр. Найбільша кількості мостів була при опроміненні насіння гамма-променями 200 Гр, не аиявлено при: 100 Гр + НЕС 0.025 % та 100 Гр + НЕС 0.012 %, найменша – при дії НЕС 0.005 % (0.3 0.009 %), контроль – 0.2 0.003 %. Порівняно невелика кількість мостів індукувалась замочуванням насіння пшениці в розчинах НЕС і НМС – від 0.3 % (НЕС 0.005 %) до 7.7 % (НЕС 0.05 %).

Таблиця 2

Частота хромосомних аберацій у сортів озимої пшениці, індукованих прямою і комбінованою дією мутагенів

Варіанти обробки | Скіф’янка | Поліська 90 | Одеська 267

Кількість проаналізованих мітозів, шт. | Кількість мітозів з абераціями | Кількість проаналізованих мітозів, шт. | Кількість мітозів з абераціями | Кількість проаналізованих мітозів, шт. | Кількість мітозів з абераціями

шт | % | шт | % | шт | %

Контроль – вода | 995 | 4 | 0.40±0.01 | 4096 | 19 | 0.46±0.007 | 1101 | 6 | 0.54±0.02

Гамма-промені, Г 50 | 1002 | 101 | 10.10±0.30* | 1008 | 85 | 8.40±0.30* | 1006 | 137 | 13.60±0.41*

100 | 1049 | 277 | 26.40±0.80* | 1023 | 211 | 20.60±0.60* | 1052 | 212 | 20.20±0.60*

200 | 1001 | 500 | 50.0±1.60* | 1008 | 449 | 44.50±1.40* | 1045 | 314 | 30.00±0.90*

НЕС, % 0.005 | 1058 | 76 | 7.20±0.20* | 1045 | 68 | 6.50±0.20* | 1012 | 46 | 4.50±0.10*

0.025 | 1079 | 147 | 13.60±0.40* | 1060 | 160 | 15.10±0.50* | 1020 | 128 | 12.50±0.40*

0.05 | 1035 | 323 | 31.20±1.00* | 1074 | 244 | 22.70±0.70* | 1003 | 224 | 22.30±0.70*

НМС, % 0.005 | 1031 | 91 | 8.80±0.30* | 1083 | 74 | 6.80±0.20* | 1039 | 92 | 8.80±0.30*

0.012 | 1082 | 201 | 18.60±0.60* | 1000 | 184 | 18.40±0.60* | 1019 | 146 | 14.30±0.40*

0.025 | 1071 | 402 | 37.50±1.10* | 1052 | 335 | 31.80±1.00* | 1022 | 358 | 35.00±1.10*

Гамма-промені (Гр)+НЕС(%)

100+0.005 | 1064 | 323 | 30.40±0.90* | 1042 | 296 | 28.40±0.90* | 1028 | 307 | 29.90±0.90*

100+0.025 | 1017 | 494 | 48.60±1.50* | 1011 | 366 | 36.20±1.180* | 1015 | 362 | 35.70±1.10*

Гамма-промені (Гр)+НМС(%)

100+0.005 | 1003 | 351 | 35.00±1.10* | 1021 | 380 | 37.20±1.20* | 1006 | 410 | 40.80±1.30*

100+0.012 | 1043 | 418 | 40.10±1.20* | 1007 | 493 | 49.00±1.50* | 1035 | 520 | 50.20±1.60*

* - різниця з контролем статистично достовірна при Р 0,05

За трьома сортами найбільша кількість хромосомних аберацій (фрагментів, мостів, відстаючих хромосом, мікроядер), спостерігалась при дії гамма-променів 100 Гр + НМС. При застосуванні гамма-променів 100 Гр + НМС 0.005 % на сорті Одеська 267, спостерігалось: фрагментів – 25.0 % (контроль – 0.3 %; гамма-промені 100 Гр – 12.3 %; НМС 0.005 % - 9.0 %), мостів – 35.4 % (0.2 %; 18.8 %; 1.0 %, відповідно), відстаючих хромосом – 1.5 % (0 %; 0.4 %; 0 %, відповідно) мікроядер – 11.1 % (0 %; 10.8 %; 0 %, відповідно). Після розподілу варіантів згідно збільшенню їх цитогенетичної активності, на сортах озимої м'якої пшениці Скіфянка, Поліська 90, Одеська 267 отримано такий ряд: контроль (min) НЕС НМС гамма-промені гамма-промені + НЕС гамма-промені + НМС (max).

Рис. 1. Клітина з хромосомними Рис. 2. Клітина на стадії ранньої

абераціями: а) мости; б) мікроядро. телофази з хромосомними

Сорт озимої пшениці Скіф’янка. абераціями: а) міст; б) мікроядро.

Варіант обробки: гамма-промені Сорт озимої пшениці Поліська 90.

100 Гр+НМС 0.012 %. 1500. Варіант обробки: гамма-промені

100 Гр+НМС 0.012%. 1500.

Генетична активність прямої і комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенів в індукуванні морфо-біологічних мутацій в поколіннях М1 – М3

Починаючи з фази сходів і до кінця вегетаційного періоду озимої пшениці проводили аналіз частоти та спектру видимих мутаційних змін у рослин різних поколінь. Враховували 42 типи мутацій (для визначення загальної частоти мутацій) і 6 типів для підрахунку частоти практично-цінних мутацій. Така кількість типів мутаційних змін була виявлена при проведенні польових спостережень за рослинами озимої пшениці в М1 – М3 поколіннях. З мутаційних змін, що відносяться до групи практично-цінних, спостерігали такі типи: підвищена продуктивна кущистість; великий колос; крупне зерно; ранньостиглість; стійкість до вилягання і борошнистої роси.

У більшості варіантів досліду спостерігалося підвищення частоти мутацій пропорційно збільшенню дози мутагенного фактора (табл. 3). При використанні високих доз мутагенів, частота родин з практично-цінниими мутаціями знижувалася, у зв'язку зі зниженням життєздатності і загибеллю рослин (під впливом гамма-променів 200 Гр , НЕС 0.025 %, НМС 0.012 %, гамма-променів 100 Гр + НЕС 0.025 %, гамма-променів 100 Гр + НМС 0.012 %).

Таблиця 3

Частота морфо-біологічних мутацій, індукованих дією фізичних і хімічних мутагенів у рослин озимої пшениці за сортами: Скіф’янка, Поліська 90, Одеська 267 (М2-М3)

Варіант обробки | Вивчено родин, всього (шт) | Мутантних родин

шт | %

Контроль-вода | 711 | 2 | 0.28±0.01

Гамма-промені, Гр 50 | 1439 | 57 | 3.96±0.10*

100 | 1201 | 73 | 6.08±0.18*

200 | 407 | 29 | 7.13±0.35*

НЕС (%) 0.005 | 1648 | 45 | 2.73±0.07*

0.025 | 223 | 52 | 4.25±0.28*

0.05 | 565 | 46 | 8.14±1.01*

НМС (%) 0.005 | 1248 | 68 | 5.45±0.15*

0.012 | 803 | 57 | 7.10±0.25*

0.025 | рослини загинули

Гамма-промені (Гр) + НЕС (%) 100 + 0.005 | 597 | 147 | 9.20±0.38*

100+0.025 | 1671 | 184 | 11.01±0.27*

Гамма-промені (Гр)+НМС (%) 100+0.005 | 1207 | 134 | 11.10±0.32*

100+0.012 | 244 | 30 | 12.30±0.79*

*- різниця з контролем статистично достовірна при Р 0.05

Комбінована дія гамма-променів та хімічних мутагенів була у багатьох випадках значно ефективніше, ніж відокремлене застосування тих самих мутагенів. Частота родин з мутаціями в сукупності, що досліджувалась, складала 9.20 % у варіанті з дією гамма-променів 100 Гр + НЕС 0.005 %, 11.1 % – гамма-променів 100 Гр + НМС 0.005 %, 5.4 % – НМС 0.005 %, 2.7 % – НЕС 0.005 %, 6.1 % – гамма-променів 100 Гр. Максимальну кількість родин з мутаціями (12.3 %) виявлено при застосуванні комбінації мутагенних факторів гамма-промені + НМС 0,012 %. Мінімальний показник частоти сімей з мутаціями складав 2.7 % і спостерігався у варіанті з дією НЕС 0.005 %. Частота родин, які мали цінні в селекційному відношенні зміни була в межах 0.7 – 3.3 %. Мінімальну частотусімей з практично-цінними змінами спостерігали при застосуванні гамма-променів 200 Гр, найбільшу– гамма-променів + НМС 0.005 % (табл. 4). Частота родин з цінними мутаціями залежала від сорту озимої пшениці, методу обробки, природи мутагену та його дози. Аналіз частоти та спектру цінних мутацій, індукованих у озимої м’якої пшениці різними мутагенними чинниками при їх прямій та комбінованій дії, засвідчив, що більш генетично активною комбінована дія гамма-променів (100 Гр) і невисоких доз хімічних мутагенів (НЕС, НМС – 0.005 %).

Таблиця 4

Частота селекційно-цінних мутацій, індукованих дією гамма-променів та хімічних мутагенів у рослин озимої пшениці (за трьома сортами: Скіф’янка, Поліська 90, Одеська 267)

Варіант обробки | Всього вивчено родин, шт | Мутантних родин

шт | %

Контроль-вода | 711 | 1 | 0.14±0.05

Гамма-промені, Гр 50 | 1439 | 19 | 1.32±0.03*

100 | 1201 | 19 | 1.58±0.04*

200 | 407 | 3 | 0.74±0.04*

НЕС (%) 0.005 | 1648 | 17 | 1.03±0.02*

0.025 | 223 | 20 | 1.64±0.11*

0.05 | 565 | 9 | 1.59±0.07*

НМС (%) 0.005 | 1248 | 19 | 1.52±0.04*

0.012 | 803 | 12 | 1.49±0.05*

0.025 | рослини загинули

Гамма-промені (Гр) + НЕС (%) 100 + 0.005 | 1597 | 39 | 2.44±0.06*

100+0.025 | 671 | 22 | 1.32±0.05*

Гамма-промені (Гр)+НМС (%) 100+0.005 | 1207 | 40 | 3.31±0.10*

100+0.012 | 44 | 4 | 1.64±0.10*

*- різниця з контролем статистично достовірна при Р 0.05

Комбінована дія гамма-променів та нітрозоалкілсечовин збільшувала частоту родин з видимими мутаціями (у тому числі і позитивними). Найбільшою генетичною активністю визначились комбінації: гамма-промені 100 Гр + НМС 0.005 %, гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005 %. Усі мутації з комплексом корисних ознак відбирались для подальшої селекційної роботи, випробувань та формування генетичної колекції цінних мутантних форм. Проведено добір найкращих рослин і сімей для подальшого вивчення в цілях виділення перспективних форм для селекції (так, відсоток відібраних форм на 100 сімей М2, складав: 100 Гр – 16.1%, НЕС 0.005% – 24.4 %, НМС 0.005 % – 24.9 %, гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005% – 25.2 %, гамма-промені 100 Гр + НМС 0.005 % – 30.9 %). Відібрано також морфологічно незмінені рослини з підвищеною продуктивністю.

Аналіз спектрів і характеристика мутацій, індукованих прямою та комбінованою дією мутагенних чинників

У результаті опромінення гамма-променями повітряно-сухого насіння було отримано 27 типів мутацій. З них – 17 типів мутацій на сорті Скіф'янка (в контролі 1 тип), 19 типів на сорті Поліська 90 (в контролі 0 типів), 15 типів на сорті Одеська 267 (в контролі 1 тип). Найбільша частота мутацій спостерігалась за ознаками: високі рослини 0.16 - 0.97 %, остистий колос 0.56 – 0.71 %, безостий колос 0.34 – 2.26 %, скверхедний колос 0.16 – 0.71 %, пізньостиглість 0.17 – 1.03 %, ранньостиглість 0.64 – 1.41 %. Самою великою була група мутацій, що відносяться до забарвлення і структури колосу. Виявлено 16 типів таких мутацій, що зустрічалися з різною частотою на всіх проаналізованих сортах. У контролі морфологічних змін структури або забарвлення колосу не виявлено. Після розподілення застосованих у досліді варіантів обробки мутагенами по кількості типів індукованих морфологічних мутацій колосу отримані дані (типів мутацій, штук): гамма-промені 50 Гр – 5, гамма-промені 200 Гр –7, гамма-промені 100 Гр – 11; НЕС 0.05 % –6, НЕС 0.025 % –6, НЕС 0.005 % – 12; НМС 0.005% – 8, НМС 0.012 % –10, НМС 0.025 % –рослини загинули, гамма-промені + НЕС 0.005 % – 11, гамма-промені + НЕС 0.025 % – 13; гамма-промені + НМС 0.012 % – 11, гамма-промені + НМС 0.005 % – 12. Спектр отриманих морфологічних змін різнився по варіантах обробки комбінаціями мутагенних факторів (табл. 5).

Таблиця 5

Спектр мутацій структури та забарвлення колосу, індукованих комбінованою дією гамма-променів та хімічних мутагенів у озимої м’якої пшениці (за сортами: Скіф’янка, Поліська 90, Одеська 267)

Тип мутації колосу | Варіант обробки

Гамма-промені +НЕС | Гамма-промені +НМС

100+0.005 | 100+0.025 | 100+0.005 | 100+0.012

Світлий | 0.06±0.002* | 0.12±0.003* | 0.08±0.002* | 0.41±0.03*

Остистий | 2.47±0.06* | 2.74±0.07* | 0 | 0

Безостий | 0.60±0.02* | 0.55±0.01* | 0.79±0.02* | 0.41±0.03*

Напівостистий | 0 | 0.24±0.006* | 0.17±0.005* | 0.82±0.05*

Довгий | 0.13±0.003* | 0.18±0.004* | 0.17±0.005* | 0.82±0.05*

Рихлий | 0.06±0.002* | 0.18±0.004* | 0 | 0

Обтіпаний | 0 | 0 | 0 | 0.41±0.03*

Розпушені колоски | 0 | 0 | 0.08±0.002* | 0

Скверхедний | 1.31±0.03* | 1.38±0.03* | 0.83±0.02* | 1.23±0.08*

Спельтоїдний | 0.06±0.002* | 0.18±0.004* | 0.33±0.01* | 0.41±0.03*

Веретеноподібний | 0.13±0.003* | 0.18±0.004* | 0 | 0

Крупний | 0.44±0.01* | 0.18±0.004* | 0.91±0.03* | 0

Дрібний | 0 | 0.06±0.001* | 0 | 0.41±0.03*

Двойной | 0 | 0 | 0 | 0

Щільний | 1.19±0.03* | 1.20±0.03* | 1.08±0.03* | 0.82±0.05*

Розгалужений | 0 | 0 | 0.08±0.002* | 0

Компактоїдний | 0.19±0.005* | 0.24±0.006* | 0.08±0.002* | 0.41±0.03*

* - різниця з контролем статистично достовірна при Р 0.05

Спостерігалась залежність спектру змін колосу від генотипу сорту озимої пшениці. З високою частотою зустрічались такі мутації колосу: остистий (0.34–2.74 %), скверхедний (0.14–1.38 %), щільний (0.08–1.20 %), довгий (0.13–0.82 %). Компактоїди зустрічались з частотою 0.08–0.41 %.

Аналіз спектрів мутацій (за трьома сортами) показав наявність розходжень у значеннях частоти мутацій кожного типу й у кількості індукованих типів мутацій, в залежності від використання тієї чи іншої комбінації гамма-променів і хімічних мутагенів. Результати математичної обробки даних досліджень, свідчать про більшу генетичну активність комбінацій фізичних і хімічних мутагенних факторів, у порівнянні з їх роздільним застосуванням. Гамма-промені індукували 27 типів видимих мутацій, з них 4 типи видимих цінних мутацій. Хімічні мутагени – по 33 і 6 типів. Гамма-промені + хімічні мутагени – по 39 і 6 типів (але частота появи даних типів мутацій була вище, ніж у випадку дії хімічних мутагенів). Найбільшою генетичною активністю в індукуванні цінних видимих мутацій виділилася комбінація мутагенів: гамма-промені 100 Гр + НМС 0.005 % (6 типів цінних мутацій). По 5 типів цінних мутацій було виділено з потомств рослин, оброблених гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.005 % і гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.025 %. В результаті проведеного позитивного добору серед мутантних форм, були виділені перспективні за господарсько-біологічними властивостями мутантні лінії (таблиці 6).

Таблиця 6

Характеристика господарсько-цінних мутантних форм озимої пшениці, отриманих при комбінованій дії фізичних і хімічних мутагенних факторів

Селекційний номер мутанта, походження | Елементи продуктивності

Довжина стебла, см | Довжина головного колосу, см | Кількість колосків в головному колосі, шт. | Кількість зерен в головному колосі, шт. | Маса зерна з головного колосу, г | Маса зерна з рослини, г | Маса 1000 зерен, г

Скіфянка, вихідний сорт | 75.6 | 8.4 | 14.8 | 34.9 | 1.7 | 4.3 | 47.8

М-6700/01, 100 Гр + НЕС 0.005 % | 73.8* | 8.5 | 16.0 | 35.5 | 1.8 | 5.3 | 49.7

М-6757/01, 100 Гр + НМС 0.005 % | 85.3* | 7.9* | 14.4* | 34.4 | 1.4 | 4.7 | 42.1

М-6753/01, 100 Гр + НЕС 0.025 % | 85.3* | 8.3 | 14.6 | 28.6* | 1.4 | 5.6 | 50.3

Поліська 90, вихідний сорт | 105.7 | 9.2 | 16.7 | 37.1 | 1.8 | 4.0 | 47.2

М-39667/01, НМС 0.012 % | 113.5* | 8.6* | 16.2 | 33.6 | 1.5 | 6.4* | 44.0

М-39712/01, 100 Гр + НЕС 0.005 % | 103.1 | 8.2* | 17.0 | 39.1 | 1.6 | 5.7 | 41.7

М-39784/01, 100 Гр + НМС 0.005 % | 104.2* | 8.5 | 16.8 | 41.8 | 1.8 | 5.4 | 43.1

Одеська 267, вихідний сорт | 95.2 | 8.1 | 16.4 | 42.8 | 2.1 | 5.0 | 48.5

М-40084, НЕС 0.005 % | 100.5* | 8.0 | 18.6* | 42.6 | 1.9 | 6.7 | 45.1

*- різниця з контролем статистично достовірна при Р 0.05

Таким чином, в результаті застосування комбінованої дії гамма-променів 100 Гр і нітрозоалкілсечовин отримано перспективні мутантні лінії: М–6700/01, М–6757/01, М–39712/01, М–40084/01, що мають істотні переваги по комплексу ознак.

М–6700/01. Отримана індивідуальним добором з мутантної популяції, створеної з насіння сорту Скіф'янка, обробленого гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.005 %. Різновидність lutescens. Стебло середньої товщини, міцнє, довжиною 67-84 см. Колос білий, веретеноподібний, щільний. Середня довжина колосу 8.5 см. Ості відсутні. Зернівка овальна, червоного забарвлення. Форма куща проміжна. Маса 1000 зерен 49.7 г. В середньому, за результатами іспитів дала збільшення врожаю насіння 182 г/ ділянки, від рівню вихідного сорту.

М–6757/01. Вихідний сорт Скіф'янка. Отримана індивідуальним добором з мутантної популяції, вирощеної з насіння, обробленого комбінацією мутагенів: гамма-промені 100 Гр + НМС 0.005 %. Різновидність lutescens. Стебло середньої товщини, міцнє, довжиною 79-89 см. Середня довжина колосу 7.9 см. Колос білий, веретеноподібній, щільний. Ості слабо розвинуті. Зернівка овальна, червоного забарвлення. Маса 1000 зерен 42.1 г. У зерні міститься 15.2 % білка, що на 0.5 % більше, ніж у вихідного сорту. Форма куща проміжна. У середньому, за результатами іспиту урожайність перевищувала рівень вихідного сорту на 140 г/ ділянки.

М–39712/01. Вихідний сорт Поліська 90. Лінія отримана індивідуальним добором з мутантної популяції, створеної з насіння, обробленого комбінацією мутагенних факторів: гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005 %. Різновидність lutescens. Стебло порівняно товстє, міцнє, довжиною 95-108 см. Лист великий, з восковим нальотом середньої інтенсивності. Форма куща проміжна. Колос білий, довжиною приблизно 8.2 см, середньої щільності. Форма колоскової луски овальна. Ості не розвинуті. Зернівка яйцевидно-довга, червона. Маса 1000 зерен 41.7 г. За результатами випробувань дала збільшення врожаю +103 г/ ділянки до рівня урожайності вихідного сорту.

М–40084/01. Вихідний сорт Одеська 267. Лінія отримана індивідуальним добором з мутантної популяції, яка створена з насіння, обробленого НЕС 0.005 %. Різновидність erythrospermum. Стебло середньої товщини, висотою 96-106 см. Форма куща проміжна. Колос білий, веретеноподібний, щільний, довжиною приблизно 8 см. Ості білі, середньої довжини, грубі, зазубрені по всій довжині. Зернівка велика, червона, довга. Маса 1000 зерен 45.1 г. За результатами випробувань перевершила вихідний сорт на 100 г/ ділянки по урожаю насіння.

Вартість прибавки врожаю від застосування створених мутантних форм озимої пшениці в якості прототипів нових сортів, може складати (по даним 2001 року): 2184 грн/га (М-6700/01), 1680 грн/га (М-6757/01), 1092 грн/га (6753/01), 840 грн/га (39667/01), 1236 грн/га (39712/01), 1500 грн/га (39784/01), 1200 грн/га (40084/01).

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення проблеми створення перспективного вихідного матеріалу з комплексом цінних ознак та властивостей, шляхом застосування в мутаційній селекції озимої пшениці комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів.

1.

2.

3.

4.