Кримський державний агротехнологічний університет

Гаврилюк Валерій Борисович

УДК: 633.12: 581.15

СТВОРЕННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ

СЕЛЕКЦІЇ ГРЕЧКИ ДІЄЮ МУТАГЕНІВ

НА ВЕГЕТУЮЧІ РОСЛИНИ

06.01.05 – селекція рослин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук

Сімферополь – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Подільській державній аграрно-технічній академії Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: академік АНВШ України, заслужений діяч науки і техніки України, доктор сільськогосподарських наук, професор, Алексеєва Олена Семенівна, Подільська державна аграрно-технічна академія, завідувач кафедри селекції, насінництва та генетики.

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор, Шепель Микола Андрійович, Кримський державний агротехнологічний університет, завідувач кафедри рослинництва і селекції;

кандидат сільськогосподарських наук, Бочкарьова Любов Павлівна, Український інститут експертизи сортів рослин, старший науковий співробітник.

Провідна установа: Вінницький державний аграрний університет, кафедра рослинництва, селекції та насінництва, Міністерство аграрної політики України, м. Вінниця.

Захист відбудеться “6” липня 2004 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .805.02 при Кримському державному агротехнологічному університеті за адресою: Україна, 95492, м. Сімферополь, смт. Аграрне.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кримського державного агротехнологічного університету, м. Сімферополь, смт. Аграрне.

Автореферат розісланий “5” червня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ю.М. Дементьєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Гречка - одна з найбільш важливих круп’яних культур в Україні. Зерно її характеризується високими поживними та дієтичними якостями. Завдяки короткому вегетаційному періоду гречку з успіхом вирощують у літніх посівах як післяукісну та післяжнивну культуру. Вона – один із кращих медоносів.

Та врожайність цієї важливої культури все ще залишається досить низькою і потреба в продуктах її переробки на даний час не задовольняється.

Одним із основних чинників у вирішенні цієї проблеми є виведення і впровадження у виробництво стабільно врожайних сортів з високими технологічними і біохімічними якостями зерна.

В свою чергу успіх селекції забезпечується наявністю в розпорядженні селекціонера різноманітного вихідного матеріалу. Актуальним є завдання пошуку факторів і способів впливу на мінливість ознак рослин з наступним залученням цінних із них в селекційний процес.

Так як поліморфізм у гречки звичайної досить вузький і запити селекції не можуть бути забезпечені лише спонтанними мутаціями, які виникають вкрай рідко, тому одним із найбільш суттєвих методів, з допомогою якого можна посилити формотворчий процес у рослин, є метод індукованого мутагенезу.

Основні дослідження в напрямку використання експериментального мутагенезу в селекції гречки ведуться в Науково-дослідному інституті круп’яних культур Подільської державної аграрно-технічної академії. В результаті в інституті виведено ряд сортів і створена Колекція мутантів світового генофонду гречки.

Мутагенні фактори використовувались переважно при обробці насіння. Питання впливу фізичних та хімічних мутагенів на вегетуючі рослини вивчені не досконало, роботи проводились в невеликих масштабах, дослідження не доведені до логічного кінця. Тому даний напрямок є новим і перспективним в селекції гречки.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Досліди є складовою частиною держбюджетної тематики Науково-дослідного інституту круп’яних культур №0196UO16342 “Формування вихідного матеріалу в селекції гречки для безвідходної технології її використання та модернізація технології вирощування для південно-західного регіону України” ( проблема 0.51.03, завдання 12.01.Р.8 ).

Мета досліджень полягала у створенні нового вихідного матеріалу шляхом застосування мутагенів на рослинах під час вегетації для виведення сортів гречки з високими врожайними та технологічними якостями зерна.

Задачі досліджень:

-

-

-

-

-

-

-

Об’єкт досліджень – мутагени та їх вплив на індукцію нових форм, цінних для селекції гречки.

Предмет досліджень - сорти і гібриди гречки, вегетуючі рослини яких піддавались дії мутагенів для отримання нового вихідного матеріалу.

Методи дослідження - візуальний - для реєстрації фенологічних фаз росту і розвитку та фіксації морфологічних новоутворень; вимірювально-ваговий - для аналізу пробних снопів за морфологічними показниками; ваговий - для визначення врожайності зерна з облікових ділянок та технологічних якостей плодів; порівняльний - для встановлення відхилень від вихідного сорту і стандарту; математично-статистичний - для оцінки достовірності одержаних результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів.

Новизна роботи полягає у встановленні впливу хімічних мутагенів при обробці проростків гречки (перша фаза органогенезу) на мінливість ознак і вихід новоутворень. Такий спосіб більш результативний, тому що в цей період в точці росту починається диференціація клітин, закладаються провідні пучки і формуються інші тканини. Саме на цьому етапі під впливом мутагенів відбуваються зміни на генетичному рівні.

Визначені габітуальні морфологічні зміни окремих органів і в цілому рослин, які можна використовувати в якості маркерних ознак скритої спадкової мінливості комплексу господарсько-цінних ознак, що відбулися внаслідок дії мутагенів на рослини.

Встановлені ефективні мутагени, їх концентрації та експозиції обробки проростків гречки, які раніше не використовувались в практиці індукованого мутагенезу.

Практичне значення одержаних результатів.

Створено новий вихідний матеріал, частина якого використовується безпосередньо в селекційних програмах, інша передана в розсадник гібридизації НДІКК ПДАТА.

Визначено оптимальні параметри габітусу рослин детермінантного типу для отримання продуктивних сортів.

Сформовано перспективні селекційні номери 446/96 і 447/96, які розмножуються і готуються для передачі в Державне сортовипробування.

Ряд цінних новоутворень передано в колекцію світового генофонду гречки та інші науково-дослідні установи.

Особистий внесок здобувача. Автор проаналізував стан досліджуваної проблеми, безпосередньо брав участь у складанні програми й методики досліджень, проведенні польових дослідів, виконанні лабораторних аналізів, статистичного аналізу результатів досліджень. Сформулював наукові положення дисертації, висновки і рекомендації для селекційної практики та виробництва.

Апробація результатів дисертації. Основні результати науково-дослідних робіт з теми дисертації доповідались на міжнародній науково-практичній конференції “Селекція, насінництво і технології вирощування польових культур” (м. Кам’янець - Подільський, 1995), регіональній науково-практичній конференції “Селекція, насінництво та технологія виробництва гречки” (м. Кам’янець - Подільський, 1997), щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Подільської державної аграрно-технічної академії (1992......2000 р. р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 10 наукових праць, в тому числі 7 статей в наукових фахових виданнях; інші є тези регіональної та міжнародної конференцій.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація викладена на --сторінках друкованого тексту, містить -таблиць, 25 рисунків, 4 додатки. Вона складається із вступу, п’яти розділів, висновків та практичних рекомендацій. Список використаних джерел налічує 233 посилань, в тому числі 29 публікацій іноземними мовами.

ЗМІСТ РОБОТИ

Мутагенез вегетуючих рослин в селекційних програмах.

( огляд літератури )

Розглянуто і висвітлено питання історії зародження та розвитку індукованого мутагенезу як дійового методу створення нового вихідного матеріалу в селекції різних культур, зокрема гречки. Проаналізовано результати досліджень вітчизняних і зарубіжних вчених по впливу фізичних і хімічних мутагенів на вегетуючі рослини, теоретично обгрунтовано їх дію на різних етапах органогенезу. Підсумовано спроби деяких дослідників виявити специфічність дії мутагенів на вихід селекційно - цінних форм та роль генотипу сорту в індукції окремих ознак і властивостей.

Умови, матеріал і методи досліджень

Робота виконувалась в період з 1992 по 2000 роки в Науково - дослідному інституті круп’яних культур Подільської державної аграрно-технічної академії. Польові досліди закладались в селекційній сівозміні дослідного поля, розміщеного в південній лісостеповій частині Хмельницької області, грунтово-кліматичні умови якої відповідають біологічним вимогам культури гречка.

Роки досліджень значно відрізнялись за погодними умовами, що дозволило об'єктивно оцінити вихідний селекційний матеріал.

Для одержання нового вихідного матеріалу (1992 р.) використовувались фізичні і хімічні мутагени. Із фізичних застосовувались гамма-промені в дозах від 5,32 до 603,4 сГр в залежності від віддалі розміщення вегетуючих рослин до джерела опромінення (ізотопом 60Со) на Кишинівському гамма-полі. Установка “Флора М” для опромінення рослин у відкритому грунті. Насіння висівали секторами в гнізда по 50 шт., через 60 см. Із хімічних: - N-нітрозоетилсечовина ( НЕС ), N-нітрозометилсечовина ( НМС ) та етиленімін ( ЕІ ) в концентраціях 0,02 % і 0,012 %, експозиціях 6, 12 і 18 годин. Дводенні проростки гречки намочували в розчині мутагену і висаджували по 300 шт. на кожну ділянку вегетаційного досліду; на контролі проростки намочувалися у дистильованій воді.

В попередні роки (1990-1991) вихідний селекційний матеріал одержували шляхом: а) застосування медичного шприца (ін’єкція мутагену в третє міжвузля рослини); б) обробка рослин в фазі бутонізації у газовому середовищі (10 рослин ізолювали целофановим мішечком, 20 мл мутагену наносили на вату і поміщали в чашку Петрі, яку розташовували під целофановий мішечок з рослинами). В дослідах застосовували НЕС і НМС в концентраціях 0,02, 0,012%, тривалість обробки 12 і 18 год.

Матеріалом для досліджень служили різні сорти і гібриди НДІКК та інших науково-дослідних установ. Для обробки проростків взято сорти Вікторія – селекції НДІ землеробства і тваринництва західних районів України та Аніта – Білоруського НДІ землеробства. Хронічному опроміненню піддавались вегетуючі рослини сорту Вікторія. Мутантний матеріал попередніх років, вивчення яких продовжувалось в наших дослідженнях, отриманий обробкою вегетуючих рослин сортів Вікторія і Аніта, а також сортів Балада, Снєжить, Скороспєлая 81 і 86 - селекції ВНДІЗБКК; Орлиця, Курська 87 – ВНДІЗБКК, Орловської і Курської ДС; Ідель, Казанка, Казанська крупноплідна - Татарського НДІСГ; Ірменка – Татарського НДІСГ та Сибірського НДІ; Клімовка – Гомельського відділення ВНДІЗБКК, гібриди – НДІКК ПДАТА.

Новий вихідний матеріал і селекційні номери старших поколінь вивчалися у відповідних розсадниках: мутаційному (М), селекційному ( СР ), контрольному ( КР ) розсадниках та в попередньому ( ПС ) і конкурсному ( КС ) сортовипробуваннях. М та СР закладалися ділянками з 1 – 4 рядками, обліковою площею 0,7 – 2,8 кв.м, стандарт висівався через чотири номери. Облікова площа КР – 10 кв.м, ПС і КС – 25 кв.м, стандарт через 5 – 10 номерів. Повторність в КР, ПС – трьох -, КС – чотирьох кратна. Стандарт - районований сорт Вікторія.

Закладка всіх типів розсадників проводилась в умовах екранної ізоляції тетраплоідною гречкою за методикою Е.Д. Неттевича, М.В. Фесенко ( 1964 ) і вдосконаленою О.С. Алексеєвою ( 1970 ).

Фенологічні спостереження в період вегетації проводились з визначенням повної появи сходів, початку цвітіння, побуріння плодів, достигання 75% плодів, часу збирання і обмолоту. За цими даними встановлювали тривалість вегетативного, генеративного та вегетаційного періодів. Візуально оцінку стану посівів давали в період сходів, масового цвітіння та перед збиранням урожаю. Польову схожість визначали у фазі повних сходів, виживання рослин - перед збиранням.

Частоту і спектр мінливості визначали за класифікацією мутацій, розробленою Алексеєвою О.С. та ін. ( 1976 ).

Добір і підрахунок новоутворень проводили у всіх розсадниках протягом вегетаційного періоду. В М1 візуально змінені рослини відмічалися етикетками, при потребі ізолювалися, збиралися і аналізувалися окремо; в М2 висівалися за типом селекційного розсадника для перевірки успадкування індукованих змін і добору господарсько-цінних форм. Частина рослин об’єднувалася за типами змін, інша, з особливо цінними новоутвореннями, висівалася індивідуально. Добір змінених рослин проводився і серед мутантів старших поколінь.

Реакцію на умови середовища визначали за методикою ВІР, візуально, за 5-ти бальною шкалою. Ступінь вилягання оцінювали в період цвітіння і перед збиранням. Осипання визначали в період дозрівання: по плодах, що осипались на грунт, стряхуванням рослин при збиранні, після збирання урожаю та після дощу шляхом підрахунку сходів (падалиця). Жаростійкі рослини відбирали по ступеню прив’ядання листків (втрата тургору) в самі жаркі дні та години доби.

Біометричний аналіз проводили за пробними снопами (20 типових рослин) за показниками: висота рослин, кількість вузлів на стеблі, гілках, в т.ч. першого порядку, вузол гілкування, кількість суцвіть, плодів, маса зерен з рослини та ін. згідно методичних вказівок для аналізу структури рослин гречки.

Облік врожаю проводили методом суцільного обмолоту. В мутаційному і селекційному розсадниках продуктивність номерів визначалась в грамах на 1 м2, в інших розсадниках і сортовипробуваннях - в перерахунку на ц/га, т/га. Технологічні оцінку плодів гречки визначали за методикою Святової Л.Н. (1977) за показниками: маса 1000 зерен, плівчатість та вирівняність зерна.

Статистичний аналіз результатів досліджень проводився за описовим, дисперсійним, кластерним, кореляційним і регресійним методами на персональному комп’ютері Pentium ІІІ з використанням прикладної програми Statistica-6.0.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Дія фізичних і хімічних мутагенів на рослини гречки

Хронічне гамма-опромінювання рослин. Показники схожості насіння і виживання рослин гречки залежали від відстані до джерела опромінення. На межі поля, біля земляного валу, де дози були порівняно низькими (5,32 – 6,84 сГр.), спостерігалося незначне (6,1%) стимулювання схожості. З наближенням до джерела, починаючи із дози в межах 7,67 – 8,36 сГр. схожість поступово зменшувалася, на варіантах з високою дозою (490,2 – 603,4 сГр.) суттєво різнилася від контролю і становила 58 - 42%.

Протягом вегетації на всіх варіантах опромінення спостерігалося помітне випадання рослин: при низьких дозах (5,32-6,84 сГр) виживання рослин становило 46,5 %; із збільшенням дози показник зменшувався і у варіанті 490,2-603,4 сГр дорівнював 4,8 %, тобто знаходився на межі летальності. Дія опромінення проявлялась у потовщенні і відмиранні корінців, загниванні колеоптиля, масовій появі хлорофілових мутацій; стебла набували потворної форми і поступово всихали.

Вплив гама-променів на висоту рослин гречки майже в усіх варіантах був негативний. Достовірне зниження висоти починалось вже з дози 9,12-11,4 сГр, де показник дорівнював 98,7 см ( на контролі 118,3). Із збільшенням дози висота рослин зменшувалася і у варіанті 490,2-603,4 сГр була лише 73,0 см.

Кількість зерен на рослині в усіх варіантах поступалась контролю. Якщо при низьких дозах (5,32 – 6,84 сГр.) в середньому на рослині було 86 зерен, то при високих дозах (490,2 – 603,4сГр.) – всього 18 повноцінних виповнених зерен (на контролі 120).

Пригноблююча дія гама-променів на висоту рослин спостерігалася не тільки в першому поколінні, а мала місце і в наступних. Висота рослин опромінених популяцій була помітно нижчою, ніж на контрольному варіанті. Такі рослини цінні для використання в селекції на короткостебловість, тому й добір в опромінених популяціях проводився переважно з такою метою. Протягом чотирьох поколінь була сформована група низькорослих номерів. Біометричні показники низькорослої форми наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Габітус низькорослої форми гречки № 310 ( s)

(варіант гамма-опромінення 72.2 - 115.52 сГр), М4, 1996 р.

Показник | Вікторія, вихідний сорт

+s | Низькоросла

форма

+s | Відхилення від вихідного сорту

Висота рослин, см | 119,0 ± 1,3 | 85,2 ± 5,9 | -33,8

Кількість гілок, шт., усіх | 6,5 ± 0,2 | 5,7 ± 0,5 | -0,8

в т.ч. І-го порядку | 3,3 ±0,1 | 3,1 ± 0,1 | -0,2

Висота стебла, см | 112,6 ± 1,0 | 88,7 ± 6,3 | -23,9

Кількість вузлів на стеблі, шт. | 12,4 ± 0,1 | 13,1 ±1,6 | 0,7

в т. ч. у вегетативній зоні | 4,4 ± 0,1 | 4,5 ± 0,2 | 0,1

у генеративній зоні | 8,0 ± 0,1 | 8,6 ± 1,4 | 0,6

Кількість листків, шт. | 46,7 ± 10,5 | 46,9 ± 6,2 | 0,2

суцвіть, шт. | 37,5 ± 0,9 | 38,8 ± 5,9 | 1,3

За більшістю показників габітусу низькоросла форма не різниться, або мало різниться від вихідного сорту. Достовірно нижчою була лише висота, як рослини так і стебла: на 33,8 і 23,9 см відповідно. Заслуговує на увагу деяке перевищення (3,5 см) висоти стебла над висотою гілок, стебло не губиться серед гілок, як у інших форм гречки, а піднімається над ними, тобто домінує апікальний ріст. Важливим також у габітусі короткостеблових рослин є те, що із зменшенням їх висоти, кількість суцвіть на рослині не зменшувалася, як очікувалось, а залишалася на рівні стандарту, або навіть дещо збільшувалася: 38,8 суцвіть – у мутанта, 37,5 – у стандарту.

Вплив хімічних мутагенів на приживання проростків гречки в ґрунті і виживання рослин в М1. Одним з основних критеріїв оцінки дії мутагенів на перших етапах органогенезу є польова схожість насіння, в наступних – виживання рослин. Дослідження показали, що хімічні мутагени за впливом на приживання проростків і виживання рослин в процесі вегетації в рік обробки суттєво різнилися. Показники залежали від природи мутагену, його концентрації, експозиції обробки і генотипу сорту.

Значна ступінь пригніченості спостерігалась у варіантах застосування мутагену ЕІ, який викликав затримку (на 2-4 доби) появи сходів і різке зниження показника, особливо у сорту Вікторія, де приживання було на рівні 12 - 37%, на контролі – 80%. Менш токсичними були мутагени НМС і НЕС, де значне зниження приживання спостерігалося на варіантах обробки підвищеною (0,02%) концентрацією і тривалою (12,18 год.) дією мутагенів. На ділянках обробки даними мутагенами концентрацією 0,012% в експозиції 6 год. відхилення показника в мінус-сторону було незначним, або він дорівнював контролю. Виявлена чітка залежність показника виживання від концентрації і експозиції обробки: з підвищенням концентрації від 0,012 до 0,02% і збільшенням тривалості дії з 6 до 18 год. приживання проростків зменшувалося.

При використанні мутагенів виживання рослин для селекціонера досить важливий показник. З одного боку, бажаним був би варіант, на якому після застосування мутагену збереглась більша кількість рослин, з іншого – зниження в порівнянні з контролем виживання рослин свідчить про те, що вплив мутагену мав місце і в майбутньому з певною вірогідністю можна очікувати появи змінених ознак як окремих органів, так і в цілому рослин. Фенологічні спостереження за ростом і розвитком рослин після висадження проростків в грунт показали, що на окремих варіантах обробки вже через 5 – 6 днів після приживання рослини починали жовтіти, помітно відставати в рості і на 11-12 день гинули. Негативна дія мутагенів проявлялась різкими змінами у вигляді скручених листків, деформованих стебел і гілок. На наступних етапах росту й розвитку деякі з таких рослин випадали, інші виживали, але мали значні відхилення від норми. Таке явище спостерігалось переважно на варіантах обробки ЕІ, а також НЕС і НМС в підвищеній (0,02%) концентрації і тривалій (18 год.) експозиції. ЕІ викликав 100% летальний результат на чотирьох (із шести) варіантах у сорту Вікторія, НЕС – на двох, НМС – одному варіанті у сорту Аніта. Порівняно високим 50-73%, (контроль - 75%) було виживання рослин сорту Аніта під впливом НЕС і НМС в концентрації 0,012%, сорту Вікторія – 54 – 59% - (контроль – 68%) під впливом НЕС цієї ж концентрації. Більш резистентним був сорт Аніта.

На підставі відомостей про ступінь приживання проростків і виживання рослин гречки можна прогнозувати появу видозмінених рослин. Дослідники хімічного мутагенезу відмічають, що максимальна частота мутацій спостерігається на тих варіантах, де схожість коливається в межах 60 – 70, а виживання рослин біля 50%.

Мінливість ознак рослин гречки під впливом хімічних мутагенів в М1. Дослідження передбачали виділення, облік і класифікацію змінених ознак рослин. Висока частота і широкий спектр мінливості спостерігались на варіантах обробки, де мало місце різке зниження показників приживання проростків і виживання рослин гречки. ЕІ в рослинах, що збереглися, викликав до 100% змінених ознак у сорту Вікторія і 41,7 – 63,3% у сорту Аніта. Тут майже кожна рослина була з відхиленнями від нормального фенотипу, іноді з елементами виродження і аномалій. В спектрі мінливості переважали різкі зміни ознак: карликові форми, гіганти, хлорофілові мутації, зміни тератологічного порядку, “відмині мітли” і ін. Кількість змінених рослин під впливом НЕС була дещо меншою і коливалась в межах 39,4-64,7% у сорту Вікторія і 17,9-37,9% у сорту Аніта, під дією НМС – відповідно 20,9-48,4 і 27,0-50,1%. Спектр новоутворень представлений переважно фасціаціями, вкороченими міжвузлями, мутовками, розетками, штамбовими, детермінантними та ін. формами. В індукції змінених ознак чітко проявились і сортові відмінності. У сорту Вікторія від загальної кількості змінених рослин 71,3% одержано під впливом мутагену НЕС, 24,9 - НМС і тільки 3,8% дією ЕІ. У сорту Аніта, навпаки, під впливом ЕІ одержано 42,3 % новоутворень, НМС – 35,9, під дією НЕС – 21,8 %.

Узагальнена ефективність мутагенних факторів в середньому за двома сортами, наведена на рис. 1.

Рис. 1. Частка впливу мутагенних факторів на морфологічну мінливість рослин в М1 (1992 рік, середнє за сортами)

Із загальної кількості новоутворень на мутаген НЕС припадає 38,7 %, НМС - 32,1 % і ЕІ - 29,2 %. За мутагенною дією ефективнішою була концентрація 0,012 % - 59,9 % змінених рослин; решта - 40,1 % - припадає на концентрацію 0,02 %.

По різному впливала на вихід змінених форм тривалість обробки проростків. Якщо на варіантах з експозицією 6 год. частка змінених форм становила 47,4%, то на варіантах 12 і 18 год. відповідно 32,8% і 19,8%. За прийнятою методикою фіксувалися як яскраво виражені новоутворення (хлорофілові мутації, карлики, гіганти, укорочені міжвузля, детермінантні форми, фасціації, гіллясті суцвіття), так і незначні відхилення від нормального фенотипу (мутовки, розетки, “тератологічно змінені стебла”, “відьмині мітли” і ін). Всі виявлені новоутворення були класифіковані за типами змін, на цій підставі складено спектр мінливості ознак рослин гречки.

Направлений добір мутантних форм в М1 – М4. Досить результативним в мутаційній селекції може стати направлений добір видозмінених рослин з метою перевірки теоретичних припущень про зв’язок морфологічних новоутворень з більш глибокими спадковими змінами комплексу кількісних ознак. Негативні, з точки зору корисності для рослин, морфологічні й фізіологічні відхилення від норми ознаки і властивості в кінцевому результаті можуть виявитися досить цінними для практичної селекції.

Відібрані з варіантів обробки мутагенами рослини, що несуть на собі одну, або декілька змінених ознак, можна використовувати безпосередньо при виведенні нових сортів, залучати до гібридизації, або вони можуть служити маркерними ознаками певних господарсько-цінних властивостей. Так під впливом гамма - променів і високих концентрацій ЕІ в оброблених популяціях спостерігалась поява короткостеблових рослин, під дією НЕС – появлялись скоростиглі морфотипи. Із загальної кількості змінених під дією НЕС рослин - 10% виділені за ознакою “детермінант”. Явище фасціації супроводжується потовщенням стебла, укрупненням плодів тому фасційовані рослини – цінний вихідний матеріал в селекції на стійкість до вилягання і одержання крупноплідних форм. В наших дослідженнях фасційовані рослини виникали, переважно, під впливом мутагенів НЕС, ЕІ, особливо під дією підвищеної концентрації -0,02%. До числа ознак, що корелюють із крупністю зерна, віднесені розмір сім’ядольних листочків і зміни тератологічного порядку, які більше виникали під дією гамма-променів, мутагену НМС. Маркерною ознакою скоростиглості гречки є укороченість міжвузлів в зоні гілкування. Такі морфотипи і укороченість міжвузлів по всій рослині спостерігались на варіантах обробки мутагенами НМС і НЕС.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ МУТАГЕНЕЗ В ПРАКТИЧНІЙ СЕЛЕКЦІЇ

Особливості селекції гречки при використанні хімічних мутагенів Застосування індукованого мутагенезу в селекції гречки має свою складність, обумовлену відмінним від інших культур способом запилення. Самонесумісність у гречки обмежує можливість інбридингу. Тому розробка методів виділення і використання індукованих мутацій потребує всесторонього вдосконалення та розвитку. В наших дослідженнях потомство М1 розглядалось як потенційний мутантний матеріал і умовно було поділено на дві групи: рослини з чітко виявленими змінами ознак (макромутації, або морфологічні новоутворення) і рослини без видимих змін, що можуть нести в собі мікромутації (мутації кількісних ознак). Для закріплення в потомстві виділених новоутворень застосовувався відбір та його модифікації.

1. Метод індивідуально-сімейного відбору рослин із застосуванням м’якого інбридингу в межах сім’ї з метою збереження гомозиготної основи відібраної ознаки. Використовується для закріплення різких видимих змін (макромутацій), отримання цінних оригінальних форм, які в подальшому використовуються в основному як компоненти при гібридизації.

2. Відбір і об’єднання однотипно змінених рослин в одну групу з послідуючим негативним відбором нетипових особин. Теоретичним підгрунттям об’єднання рослин з ідентичними змінами є припущення реалізації можливостей рецесивних генетичних факторів при переведенні їх на гомозиготну основу.

3. Метод хемонегативу (за аналогією радіонегатив). Із популяції гречки, що піддавалась дії мутагенів, відбираються рослини з явно вираженими змінами ознак і висіваються в ізоляції за першим методом. В процесі вегетації видаляються рослини хворі, з ознаками депресії, відхиленнями в рості і розвитку. Для пересіву залишаються здорові, життєздатні рослини зі змінами (не різкими) і без них, які вижили після дії мутагенів і залишені в процесі штучного добору. В послідуючих поколіннях генетичний фонд мутацій певного типу буде накопичуватись, деякі з них в момент виникнення можуть давати гетерозис.

4. Метод висіву мутантного матеріалу на штучних фонах: залучення в мутаційний процес географічно віддалених сортів; збирання у фазі повної стиглості для виділення стійких до осипання форм; застосування фону понижених температур для відбору рослин, стійких до приморозків; застосування фону високих норм добрив з добором на підвищену чутливість до елементів живлення.

Скоростиглі мутанти. В дослідженнях ставилась задача встановлення можливості виділення скоростиглих біотипів під дією мутагенних факторів і на їх основі отримати форми для включення в селекційні програми по виведенню сортів гречки для літніх посівів. Фенологічні спостереження в рік обробки проростків мутагенами показали, що на окремих варіантах НЕС - 0,012, НМС - 0,02% цвітіння рослин починалось на 1-2 доби раніше контрольних і на 3-4 раніше інших номерів. Для створення скоростиглих форм протягом чотирьох поколінь проводився відбір ранньоквітучих рослин, відмічалася кількість вузлів в зоні гілкування. Під час вегетації проводили негативний відбір: видаляли рослини, що пізно зацвітали, залишали рослини із запрограмованою вегетативною зоною (2 – 3 вузли). При збиранні проводили добір за крупним розміром плодів і високою продуктивністю рослин. Оцінка скоростиглих номерів за продуктивністю і масою 1000 зерен проводилась за принципом: все, що вище нульової лінії - цінні скоростиглі форми, все, що нижче – гірші, їх бракували. ( рис. 2).

Рис. 2. Модель сорту за продуктивністю й тривалістю вегетаційного періоду

Перевірка скоростиглих мутантів в наступних поколіннях показала, що ця ознака успадковується, але більша їх частина була малопродуктивною. Селекційну цінність мали лише чотири із них, що поєднали в собі ознаку скоростиглості з підвищеними показниками врожайності, маси 1000 зерен і вирівняності зерна. Всі номери були отримані під впливом НЕС в концентраціях 0,02 і 0,012%. 26/96 і 140/96 - обробкою проростків сорту Аніта, 86/97 і 28/96 - із матеріалу старших поколінь (сорт Орлиця та Ірменка). Вегетаційний період номера 86/97 коротший від стандарту на 3, 28/96 і 26/96 – на 5, 140/96 на 9 діб.

Фасційовані мутації. Фасціації (fasciata) – складне фізіологічне явище, яке пояснюється порушенням діяльності меристеми точок росту і проявляється у вигляді зрослих пагонів, квітконосів, потовщених у вигляді циліндра стебел та ін. Деякі вчені мутанти типу fasciata трактують як фенотипічні проявлення хімічного чи радіаційного ураження організму, інші (Н.П.Калініна, 1972) – як спадково обумовлені, що мають природу точкових мутацій і рецесивний характер спадковості. Результати досліджень показали, що обробка мутагенами, як проростків так і вегетуючих рослин, викликала появу фасціацій на всіх варіантах, в більшій мірі під впливом ЕІ і НЕС.

В 1992-1995 р.р. проводився відбір біотипів з бажаною ознакою: фасційовані пагони, квітконоси і в цілому рослини. Окремі рослини та родини висівалися в ізоляції з послідуючим видаленням нетипових особин. Таким чином була сформована група номерів з ознаками фасціацій.

Біометричний аналіз рослин фасційованих форм приведений в табл. 2.

Таблиця 2

Ознаки габітусу рослин фасційованих форм гречки (середнє за 1992-1995рр.)

Показники | Вікторія, ст., +s | Фасціації, +s | Відхилення

Висота рослини, см | 119,0 + 1,3 | 101,5 + 4,1 | -17,5 *

Висота стебла, см | 112,6 + 1,0 | 92,5 + 4,7 | -20,1 *

Гілок першого порядку, шт. | 3,3 + 0,1 | 3,2 + 0,2 | -0,1

Всього гілок, шт. | 6,5 + 0,2 | 7,9 + 1,2 | 1,4

Кількість вузлів на стеблі, шт. | 12,4 + 0,1 | 9,8 + 0,4 | - 2,6 *

Кількість вузлів на стеблі в зоні гілкування | 4,4 + 0,1 | 4,4 + 0,2 | 0

Кількість вузлів на стеблі в зоні плодоношення | 8,0 + 0,1 | 5,4 + 0,5 | - 2,6 *

Кількість листків на рослині, шт. | 46,7 + 1,1 | 44,2 + 4,8 | - 2,5

Кількість суцвіть на рослині, шт. | 37,5 + 0,9 | 33,1 + 2,8 | - 4,4

Довжина плода, мм | 6,2 + 0,02 | 6,2 + 0,09 | 0

Ширина плода, мм | 3,9 + 0,02 | 4,2 + 0,09 | 0,31 *

Відношення довжини плода | 1,6 + 0,02 | 1,47 + 0,03 | - 0,13 *

до ширини

Товщина стебла, мм | 7,2 + 0,1 | 8,1 + 0,2 | 0,87 *

* відхилення достовірні на 5% рівні значущості.

Висота фасційованих рослин становила 101,5 см, стебла - 92,5 см, що достовірно нижче за стандарт на 17,5 і 20,1 см. За рахунок зменшення зони плодоутворення зменшилась (на 2,6 шт.) і кількість вузлів на стеблі. В зв’язку з тим, що кількість листків і суцвіть на рослині залежать від висоти і гіллястості рослин, в наших дослідженнях спостерігалося зменшення їх на 2,5 і 4,4 шт. відповідно. Досить важливою ознакою у фасційованих рослин є товщина стебла. У нашому досліді вона становила 8,1 мм (проти 7,2 мм у стандарту). Використання в селекційному процесі фасційованих мутантів з потовщеним пружним стеблом дозволяє створити стійкі до вилягання сорти гречки. При однаковій довжині плода рослини з ознаками фасціацій мають ширші плоди (4,2, проти 3,9 мм у стандарту). Для виробництва крупи бажані короткі, широкі плоди, тобто відношення довжини до ширини плода повинно бути близьким до 1. В наших умовах цей показник дорівнював 1,47 при - 1,6 у стандарту.

Отримані із фасційованих форм номери 145/95 і 147/95 за урожайністю дещо поступалися стандарту, але зерно їх характеризувалося високою масою 1000 плодів, вищою за стандарт на 3,3 і 4г і високою (85,3 – 88,3%) вирівняністю. Проведені дослідження підтвердили висновки деяких селекціонерів, що фасціації можуть служити маркерною ознакою крупноплідності.

Детермінантна форма. Серед важливих напрямків в селекційних програмах пріоритетне місце приділяється пошуку детермінантних форм, як ідеальної моделі перебудови рослини гречки. Метою досліджень було: виділити, накопичити і закріпити в поколіннях мутацію; виявити закономірності впливу детермінантності на розвиток інших ознак рослини; визначити результативність добору в цьому напрямку.

В оброблених мутагенами популяціях рослини детермінантного типу виникали в основному на варіантах обробки НЕС в концентраціях 0,02 і 0,012%, експозиціях 6 і 12 год, зрідка під впливом НМС – 0,02 і 0,012%, експозиція – 6 год. та ЕІ – 0,012%.

В ході селекційного процесу проводився як індивідуальний добір родоначальних рослин-детермінантів з послідуючим розмноженням в ізоляції, так і сівба ідентично змінених рослин групами зі строгим негативним відбором нетипових за габітусом. На протязі декількох поколінь було сформовано ряд номерів, рослини яких наслідували ознаку детермінантності, але більшість із них уступали стандарту за врожайністю, технологічними якостями зерна і тільки три - 2215/95, 2217/95, 2218/95 – перевищили стандарт за цими показниками. Аналіз структури рослин даних мутантів показав, що їм притаманні як позитивні так і негативні ознаки детермінантності, серед останніх: посилене гілкування, низькорослість, невираженість стебла, недостатня кількість суцвіть на стеблі і гілках 1-го порядку, на яких вони найбільш продуктивні. В подоланні відмічених недоліків і полягав напрямок подальшої селекції: обмеження гілкування, переміщення ростових процесів в зону стебла, збільшення зони плодоутворення, вкорочення довжини міжвузлів, збільшення кількості бокових суцвіть на стеблі, укрупнення китиць. В табл. 3 приведений аналіз структури рослин вихідного Д-1 (2218/95) і відселектованого шляхом 4-х разового добору детермінанту Д-2 – Новий.

Таблиця 3

Аналіз структури рослин детермінантів Д-1 і Д - 2 -Новий

Ознаки габітусу | Показники ознак

Д –1 +s | Д –2 +s

Висота рослин, см | 71,55±2,13 | 75,50±1,86

Кількість гілок, шт. 1-го порядку | 3,30±0,16 | 2,80±0,16

2-го " | 1,70±0,53 | 1,20±0,39

3 -го " | 0 | 0

Всього гілок. шт. | 5,00±0,56 | 4,0±0,47

Висота стебла, см | 53,4±1,37 | 63,0±2,01

Довжина ВЗ, см | 28,0±1,21 | 29,2±1,46

" ГЗ, см | 25,4±1,0 | 33,8±1,35

Відношення ГЗ/ВЗ | 0,91±0,02 | 1,16±0,03

Кількість вузлів, шт. в ВЗ | 5,10±0,18 | 4,8±0,2

" ГЗ | 4,75±0,16 | 5,3±0,4

Кількість бокових суцвіть, шт.

на стеблі | 2,75±0,16 | 3,67±0,16

на рослині | 18,55±1,63 | 26,40±1,50

Всього суцвіть, шт. | 28,65±2,28 | 37,60±1,73

Довжина 2-го бокового суцвіття, см | 1,45±0,08 | 2,00±0,19

Кількість плодів на китиці, шт.

в т.ч. повних | 3,10±0,76 | 3,35±0,65

невиповнених | 1,40±0,41 | 1,30±0,25

Маса зерна з рослини, г | 2,81±0,53 | 3,42±0,59

Товщина стебла, см | 0,65±0,03 | 0,61±0,02

Добір на домінування стебла привів до поступового збільшення його висоти з 53,4 см у Д-1 до 63,0 см в Д-2, що складало 83,4% висоти рослини. Обмежене гілкування у рослин гречки передбачає зменшення числа гілок 1-го порядку, обмеження – 2-го і повне зняття гілок 3-го порядку. В результаті спрямованого добору у детермінанта Нового кількість гілок 1-го порядку зменшилась і складала 2,8 шт. (Д-1 – 3,3 шт.), гілок 2-го порядку – 1,2 шт. (Д-1 – 1,7 шт.). Гілки 3-го порядку відсутні в обох детермінантів. Пройшли і деякі зрушення в плані переміщення ростових процесів в генеративну зону: при майже однаковій (28,0 і 29,2 см) довжині ВЗ, ГЗ в Д-2 дорівнювала 33,8 см (Д-1 – 25,4 см). Змінилось в сторону збільшення і відношення ГЗ до ВЗ з 0,91 у Д-1 до 1,16 в Д-2. Збільшення числа бокових суцвіть на стеблі – актуальна і важлива селекційна задача: генетична детермінація цієї ознаки – характерна особливість Д-форм. В дослідженнях за чотири цикли доборів вдалось підвищити показник на одне суцвіття – з 2,75 до 3,67 шт. Добір рослин з довгими (5-6 см) китицями, термінальними і пазушними суцвіттями у формі “вилочки” та “трійчатки”, що характеризуються високою озерненістю, привів до збільшення довжини другого пазушного суцвіття: 2,0 см у Д-2 і 1,45 см у Д-1. Підвищилась кількість виповнених плодів на китиці з 3,10 до 3,35 шт., маса зерна з рослини у Д-1 дорівнювала 2,81, у Д-2 – 3,42 г. Користуючись надбанням відомих селекціонерів і результатами власних досліджень визначені і обґрунтовані параметри габітусу рослин детермінантного типу, за якими слід вести селекцію: висота рослин наближена до висоти рослин традиційного морфотипу; висота стебла – понад 90% від висоти рослини; гілок 1-го порядку 2 – 3, 2-го - 1 – 2 шт., гілки 3-го порядку відсутні; кількість вузлів на стеблі у ВЗ – 3 – 4, у ГЗ – 7 – 8 шт.; довжина міжвузлів у ВЗ – 6 – 7, у ГЗ – 7 – 8 см; відношення ГЗ до ВЗ – 1,5 – 1,6; суцвіть на стеблі – 4 – 5 шт.; вузол 1-го суцвіття – 3 – 4.

Оцінка мутантів старших поколінь. В програму досліджень входило вивчення 143 номерів, одержаних в попередні роки обробкою мутагенами вегетуючих рослин гречки в НДІКК, походження яких за вихідними сортами і мутагенами приведені в табл. 4.

Таблиця 4

Вихідний матеріал взятий для вивчення із мутаційних популяцій

старших поколінь, 1992 р.

Вихідний сорт, мутаген | Загальна кількість відібраних номерів | Розсадники вивчення | Сортовипробу-

вання

шт. | % | селек-

цій-

ний | конт-

роль-

ний | попе-

реднє | кон-

курсне

За сортами

Вікторія | 34 | 23,8 | 25 | 6 | 2 | 1

Аніта | 23 | 16,0 | 16 | 4 | 2 | 1

Ірменка | 17 | 11,8 | 13 | 2 | 1