Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр`єва УААН

Тефері Йосеф Вондиму

УДК 631.528:633.16

СТВОРЕННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ СЕЛЕКЦІЇ

ЯРОГО ЯЧМЕНЮ З РОЗДІЛЬНИМ І КОМПЛЕКСНИМ

ЗАСТОСУВАННЯМ ГАММА-ПРОМЕНІВ І ХІМІЧНИХ МУТАГЕНІВ

06.01.05 - селекція і насінництво

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків – 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному аграрному університеті імені В.В. Докучаєва, Міністерство аграрної політики України

Науковий керівник –кандидат сільськогосподарських наук, професор
ПРОСКУРНІН Микола Васильович
Харківський державний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва, завідувач кафедри генетики, селекції та насінництва | Офіційні опоненти:доктор сільськогосподарських наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України,
МАНЗЮК Віталій Тимофійович,
Інститут рослинництва ім В.Я. Юрєва УААН, завідувач відділу селекції і генетики ячменю | кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник
РАДЧЕНКО Микола Кирилович,
Донецький інститут агропромислового виробництва УААН, завідувач лабораторії селекції озимої пшениці | Провідна установа – | Сумський державний аграрний університет,

кафедра селекції і насінництва,

Міністерство аграрної політики України, м. Суми |

Захист відбудеться "19" грудня 2000 р. о 13 годині
на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.366.01 в Інституті рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН, 61060 м. Харків, проспект Московський, 142, тел. 92-23-78

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН, м. Харків, проспект Московський, 142

Автореферат розісланий "14" листопада 2000 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Петренкова В.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Пошук генозахисних модифікаторів радіаційного та хімічного мутагенезу вважається одним з найбільш радикальних і перспективних шляхів підтримки на оптимальному рівні частоти індукованих мутацій і корекції токсичної дії мутагенів.

Актуальною є розробка ефективних методів мутаційної селекції та прийомів модифікування радіаційних і хімічних пошкоджень рослин. Застосування модифікаторів з певним механізмом дії на кліткові структури й обмінні процеси допоможе наблизитися до розуміння механізмів становлення хромосомних аберацій і до вирішення проблеми управління мутаційним процесом, що дуже важливо при створенні вихідного матеріалу.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Інтенсивні дослідження з експериментального мутагенезу та мутаційної селекції рослин проводяться в різних науково-дослідних закладах України, в тому числі у ХДАУ ім. В.В.Докучаєва на кафедрі генетики, селекції та насінництва. Дисертаційна робота є частиною комплексних досліджень, які виконуються на кафедрі під керівництвом професора М.В.Проскурніна з теми “Розробка і вдосконалення методів експериментального мутагенезу та використання їх в селекції ярого ячменю”. Державний реєстраційний номер дисертаційної теми 0100U000200.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень було одержання нового вихідного матеріалу для селекції ярого ячменю в результаті мінливості поколінь (М1,М2, М3) при дії радіації та хімічних мутагенів як при роздільному, так і спільному їх застосуванні.

Виходячи з головної мети, були поставлені такі завдання:

­

­

­

­

­

­

­

Об'єкт дослідження. Розробка і вдосконалення методів експериментального мутагенезу на сортах ярого ячменю різних еколого-географічних груп: Старт, Звершення, Спомин.

Предмет дослідження. Радіація в малій дозі гамма-променів (500Р), хімічний мутаген в малій концентрації (ЕІ 0,0001%) як модифікатор в поєднанні з g-променями та з хімічними мутагенами при попередній і постмутагенній обробках насіння.

Методи дослідження. Дію гамма-променів і хімічних мутагенів вивчали методом поєднання малих і великих доз з метою корекції токсичної дії мутагенів і підвищення частоти мутацій у ярого ячменю.

Наукова новизна одержаних результатів. На відміну від розроблених раніше методів індукованого мутагенезу і їх модифікування при створенні вихідного матеріалу в селекції ярого ячменю вперше вивчено ефективність дії малих доз радіації (g 500Р) і хімічного мутагену (ЕІ 0,0001%) при спільній обробці з основними мутагенами g-променями та хімічними мутагенами у прямій та зворотній послідовності на зміни у сортів ярого ячменю Старт, Звершення, Спомин основних морфологічних, фізіологічних і господарчо-корисних ознак.

Встановлено, що додаткова g-променями і ЕІ в малих дозах викликала захисну реакцію і знижувала негативну дію основних мутагенів на хромосомний аппарат, на ріст і розвиток рослин ячменю в М1 і зумовила підвищення загальної частоти мутацій в М2.

Експериментально доведено, що дія мутагенів підвищувала мінливість якості зерна ячменю в М3, особливо при спільній обробці хімічними мутагенами і g-променями. Відпрацьовано методику відбору мутантних ліній з підвищеним вмістом білка та незамінних амінокислот з гетерогенної популяції.

На основі трирічних досліджень розроблено пропозиції для селекційної практики щодо використання даних методів в мутаційній селекції ячменю

Практичне значення одержаних результатів. Застосування малих доз радіації та хімічних мутагенів як модифікаторів має ряд переваг, зокрема малу токсичність і можливість викликати реакцію адаптивної відповіді, підвищуючи стійкість генетичних структур до наступного опромінювання у великих дозах. Ця властивість дає можливість спільно застосовувати радіацію та хімічні мутагени при утворенні як вихідного матеріалу, так і сортів з новими господарсько цінними ознаками, які неможливо отримати традиційними методами селекції.

В результаті трирічних досліджень одержано різноманітні мутантні форми ячменю. На основі відбору господарсько цінних мутантів створено їх колекцію. Найбільш цінні за окремими ознаками або за комплексом ознак мутанти рекомендовано для включення до селекційної програми лабораторії селекції ячменю при кафедрі генетики, селекції та насінництва ХДАУ ім. В.В.Докучаєва.

Особистий внесок здобувача. Експериментальні результати, представлені в дисертації, одержані при особистій участі автора, яка полягає в розробці методики дослідження, проведенні польових і лабораторних дослідів, в аналізі результатів, у виявленні мутантних форм, їх описі та випробуванні. Аналіз мутантів і нативних ліній на вміст білка та лізину проведено в лабораторії якості зерна, математичну обробку даних – у відділі генетики і фізіології Інституту рослинництва ім. В.Я.Юр’єва.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались і обговорювались на засіданні кафедри генетики, селекції та насінництва ХДАУ ім. В.В.Докучаєва (1997, 1998, 1999 рр.), на наукових конференціях професор-сько-викладацького складу аграрного університету (1997, 1998, 1999 рр.), на науковій конференції молодих учених і спеціалістів ХНУ ім. В.Н.Каразіна (Харків, 1996 р).

Публікації. За матеріалами проведених досліджень опубліковано чотири наукові праці у фахових журналах та 1 тези доповідей.

Об’єм і структура дисертації. Дисертація викладена на 199 сторінках комп’ютерного тексту, складається зі вступу, шести розділів, висновків, пропозицій для селекційної практики, списку використаної літератури. Робота вміщує 37 таблиць, 5 рисунків, 17 таблиць-додатків. Список використаних літературних джерел нараховує 256 найменувань, в тому числі 59 публікації зарубіжних авторів.

Основний зміст

Огляд літератури

Розглядаються викладені різними дослідниками особливості та методи індукованого мутагенезу: радіаційний і хімічний мутагенез, модифікування індукованого мутагенезу, генетичні ефекти спільного застосування радіації та хімічних мутагенів при створенні вихідного матеріалу в селекції.

Умови, матеріал і методика досліджень

Експерименти проводилися в 1996-1999 рр. на дослідному полі Харківського ДАУ. Грунтовий покрив представлений міцним структурним чорноземом на глинистому карбонатному лесі.

Метеорологічні умови в роки проведення дослідів відрізнялися за температурним режимом і зволоженням. Коливання температурного режиму та кількості опадів вище і нижче середньої норми негативно вплинули на ріст і розвиток рослин ячменю. В квітні 1996 р. кількість опадів була на рівні середньої багатомісячної. Це сприяло появі сходів. Однак у травні, червні та липні було сухо і середньомісячна температура перевищувала середню багатолітню. Це вплинуло на ріст і розвиток рослин, знижуючи їх життєздатність і фертильність в М1. В 1997 р. достатня кількість вологи та невисока температура сприяли росту і розвитку рослин в М2. В 1998 р. комбінована посуха (незначна кількість води в грунті, сухе, спекотливе повітря протягом всього вегетаційного періоду) мала негативний вплив на ріст і розвиток рослин ячменю.

Дослідження проводились на сортах ярого ячменю різних еколого-географічних груп: Старт, Звершення, Спомин. Насіннєвий матеріал сортів Звершення та Спомин представлений Інститутом рослинництва ім. В.Я.Юр’єва, насіння сорту Старт - кафедрою генетики, селекції та насінництва ХДАУ.

Як хімічні мутагени для обробки насіння використовували діетілсульфат (ДЕС) в концентраціях 0,05; 0,1; 0,2% та етиленімін (ЕІ) в концентраціях 0,0001; 0,006; 0,012; 0,025%. Експозиція обробки складала 12 годин. Потім насіння промивали в проточній воді протягом однієї години і підсушували. Контролем було насіння, намочене у воді. опромінювали насіння в лабораторії кафедри молекулярної та прикладної біофізики ХНУ g-променями 60Со у дозах 500, 5000, 10000 та 15000Р з інтенсивністю 800 Р/хв та енергією випромінювання 1 МеВ. Контролем було неопромінене насіння.

При спільному застосуванні мутагенів і модифікатора (малої дози мутагена) обробку насіння проводили різними способами. В одному випадку насіння ячменю сорту Спомин у повітряносухому стані спочатку опромінювали g-променями в дозі 500Р, а потім намочували в розчинах ДЕС (0,05; 0,1; 0,2%) і ЕІ (0,006; 0,012; 0,025%) протягом 12 годин. У другому випадку насіння спочатку намочували в розчинах ДЕС (0,05; 0,1; 0,2%) і ЕІ (0,006; 0,012; 0,025%) при тій же експозиції, потім підсушували до повітряносухого стану й опромінювали дозою (?500Р).

Для вивчення взаємодії різних концентрацій хімічних мутагенів насіння спочатку обробляли мутагенами ДЕС і ЕІ вказаних концентрацій, а потім замочували на протязі 12 годин у розчині ЕІ низької концентрації (0,0001%).

В одному з варіантів насіння ячменю піддавали дії g-променів (5000; 10000; 15000Р) після попереднього опромінення малою дозою (500Р). При зворотній послідовності повітряносухе насіння піддавали впливу малої дози (500Р) після попереднього опромінення їх дозами 5000, 10000 та 15000Р.

Для визначення модифікуючого впливу низької концентрації ЕІ (0,0001%) на опромінене насіння ячменю спочатку діяли вказаними вище дозами, а потім намочували його протягом 12 годин у розчині ЕІ 0,0001% концентрації. У всіх дослідах паралельно проводили обробку насіння у воді.

Для лабораторних цитологічних досліджень використовували 100 насінин кожного варіанта. Насіння пророщували в чашках Петрі. Пророслі корінці довжиною 3-5 мм фіксували в суміші етилового спирту й оцтової кислоти (3:1) при експозиції 12 годин. Зберігали корінці в 70% спирті. Готували тимчасові ацетокармінові препарати. Розглядали їх під світловим мікроскопом типу МБІ-3. Враховували хромосомні порушення в анафазах мітозу, розглядаючи по 700-1050 анафаз в кожному варіанті за методикою Абрамова З.В. (1992р.).

В М1 проводили фенологічні спостереження, визначали польову схожість і життєстійкість рослин, враховували морфологічні аномалії та стерильність рослин.

Для одержання другого мутантного покоління (М2) посів проводили цілим колоссям з розрахунку 24 колоси на 1 м2. Протягом усього періоду вегетації облічували хлорофільні, стерильні і морфофізіологічні мутації. Рослини зі зміненими ознаками описували, етикетували та прибирали окремо. Проводили підрахунки випадків мутацій на 100 сімей. Всі відібрані в М2 рослини висівали посімейно окремо рядками для вивчення характеру спадковості та подальшої мінливості в М3.

Біохімічний аналіз зерна ячменю на вміст білка та лізину проводили в технологічній лабораторії Інституту рослинництва ім. В.Я.Юр’єва УААН і в лабораторії масових аналізів ХДАУ. Для цієї мети аналізували індуковані мутанти М3, а також нативні лінії сортів Старт і Звершення, відібрані підряд в М2 з варіантів ДЕС (0,05; 0,1; 0,2%), ЕІ (0,006; 0,012%) і g-опромінювання (5000; 10000; 15000Р). У сорту Спомин були відібрані нативні лінії серед нащадків немутованого насіння М2 і серед фенотипів змінених нащадків М2.

Статистичну обробку даних проводили визначенням процентної величини та методом обчислення дисперсійних аналізів і коефіцієнтів кореляції (r) та варіації (V). Різницю між окремими варіантами дослідів визначали показником НІР.

Математичну обробку даних було здійснено на ПЕОМ за допомогою пакета прикладних програм обробки результатів селекційних і генетичних експериментів (ППП “ОСГЕ”), створеного у відділі генетичних основ селекції інституту рослинництва ім. В.Я.Юр’єва УААН за методиками Літуна П.П., Бєлкіна О.О., Белянського О.І. (1992-1994 рр).

Дія радіації та хімічних мутагенів при роздільному і спільному

застосуванні на хромосоми, ріст і розвиток ярого ячменю в М1

Цитогенетичний аналіз. Аналіз частоти хромосомних перебудов показав, що хімічні мутагени і g-промені вплинули на структуру хромосом, порушивши хід мітозу в клітинах проростків. Спостерігалася пряма залежність виходу хромосомних перебудов від доз мутагену.

При спільному застосуванні хімічних мутагенів і малої дози g-променів майже у всіх випадках спостерігалося зниження частоти хромосомних порушень в порівнянні з роздільним застосуванням на сорті Спомин. Більш істотним це зниження було у варіанті з високою концентрацією хімічного мутагена ДЕС – 0,2%, який при роздільному застосуванні саме в цій концентрації викликав стовідсоткову летальну дію (ЛД100). Менш істотним вплив мутагена був на фоні g-опромінення насіння. Додаткова ж обробка g-опроміненого насіння мутагеном ЕІ 0,0001% істотно знижувала частоту хромосомних порушень (рис. 1,2).

Цитогенетичний ефект залежав від сполучення мутагенних факторів та їх послідовності: був синергичним, тобто перевищував суму ефектів, викликаних кожним мутагеном у окремому випадку (варіанти g 500Р+ДЕС 0,2% в прямій і зворотній послідовності; g 5000 Р + g 500 Р; g 15000Р+g 500Р; ДЕС 0,2%+ЕІ 0,0001%); адитивним, тобто дорівнював сумі ефектів кожного сполучення в цьому ж дозуванні (варіант g 10000Р+g 500Р); антагоністичним, тобто знаходився на більш низькому рівні, ніж у випадку дії одного мутагенного фактора (варіанти g 500Р+ДЕС 0,1%; g500Р+ g 5000Р; g 500Р + g 10000Р; g 5000Р+ЕІ 0,0001%; g 10000Р+ЕІ 0,0001%; g15000+ЕІ 0,0001%).

Рис. 1. Частота хромосомних аберацій в залежності від концентрації хімічних

мута-ге-нів і способу обробки модифікаторами (g 500Р и ЕІ 0,0001%) в клітинах кореневої меристеми проростків ячменю сорта Спомин

Рис. 2. Частота хромосомних аберацій в залежності від дози g-променів і способу обробки модифікаторами (g 500Р и ЕІ 0,0001%) в клітинах кореневої меристеми проростків ячменю сорту Спомин

Аналізуючи одержані дані, можна припустити, що g 500Р у попередній обробці та ЕІ 0,0001% у післямутагенній обробці справляли репарагенну дію, знижуючи рівень пошкоджень хромосом, викликаних хімічними мутагенами та g-променями. Захисний ефект малої дози g-променів (500Р) пояснюється, певно, безпосередньою реакцією цієї дози мутагена з ДНК і білками хромосом у клітині, що активізує синтез ДНК та РНК і призводить до репарації пошкоджень хромосом, індукованих мутагенами. Генозахисні дії ЕІ 0,0001% є, певно, ефектом комбінованої дії фізичних і хімічних мутагенних факторів, тобто толерантності.

Роздільна дія радіації та хімічних мутагенів на ріст і розвиток рослин ячменю в М1. Польова схожість насіння ячменю змінювалася під впливом хімічних мутагенів і g-променів у більшості варіантів обробки. При цьому позначився вплив як мутагенів та їх доз, так і сортових особливостей. ЕІ у всіх концентраціях знижував польову схожість насіння, в концентрації 0,025% виявився летальний ефект у всіх сортів. Навіть в концентрації 0,012% цей мутаген виявився дуже токсичним для сорту Спомин. ДЕС в концентрації 0,2% також справив летальну дію на цей сорт. При застосуванні 0,05 і 0,1% концентрацій ДЕС виявилися стимулюючі реакції у сортів Старт і Звершення (табл. 1,1).

При застосуванні g-променів у високих дозах спостерігалася пригнічуюча дія для насіння сорту Спомин (майже на 50%). У випадку застосування дози g 5000Р підвищувалася польова схожість насіння сорту Старт. Цей показник збільшився в порівнянні з контролем при опромінюванні насіння сортів Звершення та Спомин середньою дозою (g 10000Р).

Таблиця 1

Вплив хімічних мутагенів і g-променів на польову схожість (1)

і виживання (2) рослин ярого ячменю в М1, %

Вид

мутагена | Доза впливу | Старт | Звершення | Спомин

1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2

Контроль (вода) | 84,2 | 82,7 | 93,6 | 81,2 | 89,8 | 67,0

ДЕС, % | 0,05 | 89,8 | 92,2 | 92,0 | 85,4 | 85,0 | 64,5

0,1 | 92,8 | 83,2 | 97,2 | 69,8 | 79,6 | 54,8

0,2 | 76,8 | 48,2 | 87,2 | 82,2 | 3,4 | 5,9

ЕІ, % | 0,006 | 88,8 | 79,1 | 89,8 | 72,6 | 78,4 | 50,5

0,012 | 80,2 | 51,4 | 87,6 | 61,0 | 19,6 | 0,0

0,025 | 7,4 | 10,8 | 1,2 | 0,0 | 0,4 | 0,0

Контроль (сухе насіння) | 87,2 | 82,2 | 91,2 | 76,5 | 87,6 | 71,5

g-промені, Р | 5000 | 92,8 | 79,7 | 86,6 | 69,5 | 85,4 | 60,0

10000 | 81,0 | 69,9 | 92,2 | 60,7 | 89,2 | 42,4

15000 | 74,0 | 64,3 | 78,0 | 58,7 | 46,2 | 1,3

НІР 0,05 | 4,3 | 5,9 | 3,6 | 6,0 | 4,3 | 7,3

Важливим показником чутливості рослин до мутагенної дії є їх виживаємість. В наших дослідженнях відмічено зниження виживаємості рослин із збільшенням концентрації мутагена (табл. 1,2). Найбільш сильний вплив на виживаємість рослин сорту Старт мав ЕІ в концентрації 0,025%: вижило лише 10,8% рослин. У сортів Звершення та Спомин ЕІ в цій концентрації викликав ЛД100. У сорту Спомин повністю загинули рослини при застосуванні ЕІ в концентрації 0,012%. В свою чергу ДЕС при високій концентрації (0,2%) справив сильну негативну дію на виживаємість рослин сорту Спомин (вижило лише 5,9% рослин) і не вплинув на цю ознаку у сорту Звершення. Але при цьому ДЕС в низьких концентраціях виявив стимулюючу дію у сортів Старт і Звершення. Це можна пояснити різною сортовою реакцією на дію мутагенів.

Застосування гамма-променів у всіх дозах не викликало зниження виживаємості рослин у сортів Старт і Звершення, а у сорту Спомин вплив був дуже сильним: у варіанті 15000Р вижило лише 1,3% рослин. Отже, дія кожного мутагена відрізнялася специфічністю і залежала від сорту. Якщо для одного сорту одна й та ж доза, або концентрація мутагена мала напівлетальний або летальний ефект, то для інших сортів виживаємість досягала досить високого рівня.

Ефект спільної дії радіації та хімічних мутагенів. Комбіноване застосування радіації та хімічних мутагенів у ряді випадків мало позитивний вплив на ріст і розвиток рослин ячменю сорту Спомин. Дія на насіння цього сорту малої дози радіації та ви-сокої концентрації мутагена ДЕС (0,2%) справила стимулюючий ефект за ознакою польової схожості: 76,4% проти 3,4% у варіанті без додаткової обробки. При зво-ротній послідовності обробки насіння тими ж дозами мутагенів також спостерігалося підвищення польової схожості, але тільки до 28,4% в порівнянні з роздільною дією.

Обробка g-опроміненого (500Р) насіння розчином ЕІ в середніх і високих кон-центраціях (і у прямій, і у зворотній послідовності) викликала негативний ефект за ознакою польової схожості. Хоч мала доза радіації як модифікатор спра-вила щось схоже на захисний ефект, викликаючи адаптивну реакцію при цих концентраціях, вона не змогла повністю відновити зруйновані ЕІ системи (табл.2).

Взаємодія низької та середньої доз g-променів при постмутагенній обробці малою дозою мутагена g 500Р не призвела до істотних змін польової схожості. А при опроміненні дозою g 15000Р після попередньої дії малої дози відбулася позитивна реакція (58,6% проти 46,2% на варіанті без додаткової обробки).

Вплив низької концентрації ЕІ (0,0001%) і води на польову схожість при постмутагенній обробці в багатьох варіантах був приблизно однаковим. ДЕС в середній і високій концентраціях, застосований спільно з ЕІ 0,0001% і водою, був менш токсичним. Таку ж реакцію на додаткову обробку виявив мутаген ЕІ. Щодо g-п-ро----менів, то тут додаткова обробка дала позитивний результат тільки при дозі 15000Р (відповідно 69,4 і 71,2% проти 46,2% на варіанті без додаткової обробки).

Таблиця 2

Вплив мутагенів на польову схожість насіння ячменю в М1

з перед- і після- обробкою малої дози мутагенів (%). Сорт Спомин

Вид

мутагена | Доза

впливу | Без

додаткової обробки | Додаткова обробка

Перед-
мутагенна | Постмутагенна

g 500Р | g 500Р | ЕІ 0,0001% | водою

Контроль (вода) | 89,8 | 81,6 | 73,8 | 75,4 | 82,8

ДЕС, % | 0,05 | 85,0 | 83,0 | 83,6 | 79,0 | 78,8

0,1 | 79,6 | 86,2 | 84,8 | 82,4 | 92,6

0,2 | 3,4 | 76,4 | 28,4 | 67,6 | 77,0

ЕІ, % | 0,006 | 78,4 | 77,0 | 70,6 | 68,6 | 66,4

0,012 | 19,6 | 33,6 | 8,8 | 40,4 | 56,0

0,025 | 0,4 | 4,4 | 1,8 | 2,2 | 5,0

Контроль (сухе насіння) | 87,6 | 96,4 | - | 79,0 | 81,6

g-промені, Р | 5000 | 85,4 | 86,6 | 84,8 | 80,8 | 83,8

10000 | 89,2 | 80,0 | 84,4 | 81,4 | 79,2

15000 | 46,2 | 58,6 | 44,4 | 69,4 | 71,2

НІР 0,05 | 4,3 | 4,7 | 4,8 | 5,1 | 4,9

Таблиця 3

Дія мутагенів спільно з малою дозою g-променів та ЕІ, а також з водою

на виживаємість рослин ячменю сорту Спомин в М1, %

Вид

мутагена | Доза впливу | Без

додаткової обробки | Додаткова обробка

Перед-мутагенна | Постмутагенна

g 500Р | g 500Р | ЕІ 0,0001% | водою

Контроль (вода) | 67,0 | 68,1 | 66,7 | 39,0 | 54,2

ДЕС, % | 0,05 | 64,5 | 69,9 | 59,8 | 56,5 | 58,1

0,1 | 54,8 | 65,0 | 63,0 | 58,0 | 60,0

0,2 | 5,9 | 58,6 | 24,6 | 35,8 | 56,1

ЕІ, % | 0,006 | 50,5 | 30,9 | 19,0 | 25,9 | 35,8

0,012 | 0,0 | 0,6 | 0,0 | 7,4 | 0,0

0,025 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0

Контроль (сухе насіння) | 71,5 | 74,3 | - | 59,5 | -

g-промені, Р | 5000 | 60,0 | 63,3 | 44,8 | 54,0 | 59,7

10000 | 42,4 | 41,5 | 24,9 | 44,5 | 22,7

15000 | 1,3 | 4,1 | 0,0 | 24,5 | 11,5

НІР 0,05 | 7,3 | 6,6 | 7,3 | 7,2 | 6,7

Вивчався вплив хімічних мутагенів і g-променів при спільному застосуванні з малою дозою мутагена g 500Р на життєздатність рослин ячменю сорту Спомин. Дослідження показали, що вплив додаткової обробки малою дозою g-променів на цей показник залежав від характеру основної обробки. У варіанті з високою концентрацією ДЕС додаткове опромінення малою дозою g-променів підвищило у 10 разів виживаємість (табл. 3). У варіанті з постмутагенною обробкою також спостерігалося підвищення виживаємості рослин в середньому в чотири рази. Додаткова обробка на фоні ЕІ (0,025%) була не ефективною.

Взаємодія мутагенних доз g-променів і малої дози цих же променів не викликала істотного підвищення виживаємості. При постмутагенній обробці спостерігалося навіть її зниження в порівнянні з контролем.

Врешті-решт мала доза g-променів як модифікатор, викликаючи епігенетичну мінливість, показала стимулюючий ефект на фоні хімічного мутагена ДЕС і не була ефективною на фоні ЕІ.

Застосування помірної концентрації ЕІ при постмутагенній обробці було ефективним за даним тестом на фоні хімічного мутагена ДЕС. Схожий результат дала постмутагенна обробка насіння водою. Додаткова обробка не дала позитивного результату у варіантах з мутагеном ЕІ, за винятком варіанта з постмутагенною обробкою ЕІ 0,0001%. На фоні g-променів додаткова обробка ЕІ 0,0001% підвищила виживаємість рослин у варіанті з найвищою дозою (g15000Р).

Дія радіації та хімічних мутагенів на мінливість ячменю в М2

при їх роздільному та спільному застосуванні

Загальна частота мутацій, індукована відповідним мутагеном, є одним з найбільш ефективних критеріїв оцінки мутагенної активності в М2. Частота мутацій при роздільній дії хімічних мутагенів і g-променів варіювала в залежності від виду мутагенного фактора, дози дії та сортових особливостей (табл. 4).

Таблиця 4

Дія мутагенів на загальну частоту мутацій у рослин ячменю в М2, %

Вид

мутагена | Доза впливу | Старт | Звершення | Спомин

кількість сімей | Частота | кількість сімей | Частота | кількість сімей | частота

Контроль (вода) | 316 | 0,0 | 345 | 0,3 | 255 | 0,8

ДЕС, % | 0,05 | 379 | 4,7 | 340 | 3,5 | 192 | 7,3

0,1 | 346 | 7,2 | 403 | 4,7 | 181 | 11,6

0,2 | 157 | 15,3 | 339 | 4,8 | 0 | -

ЕІ, % | 0,006 | 306 | 8,8 | 242 | 6,6 | 179 | 20,7

0,012 | 168 | 16,7 | 239 | 11,7 | 0 | -

0,025 | 0 | - | 0 | - | 0 | -

Контроль (сухе насіння) | 313 | 0,7 | 312 | 0,0 | 221 | 0,5

5000 | 332 | 5,7 | 265 | 3,8 | 181 | 9,4

g-промені, Р | 10000 | 250 | 9,3 | 229 | 7,4 | 116 | 17,2

15000 | 204 | 13,7 | 123 | 10,9 | 0 | -

Разом, НІР 0,05 | 2771 | 4,2 | 2837 | 3,4 | 1325 | 5,4

Як правило, частота мутацій збільшувалася з підвищенням дози мутагенів. Однак таке підвищення не завжди призводило до значної зміни частоти мутацій. Для сорту Звершення дія ДЕС в концентраціях 0,1 і 0,2% викликала приблизно однаковий вихід мутацій, що свідчить про неефективність застосування високих доз. Тому рекомендуються помірні дози мутагенів. При застосуванні ЕІ у сортів Старт і Звершення частота мутацій була високою при середній концентрації мутагена, а у сорту Спомин – при низькій. Це пояснюється тим, що і висока, і середня концентрації ЕІ у відповідних варіантах викликали ЛД100 вже в першому поколінні. При вивченні генетичної активності дії радіації на рослини ячменю найбільш ефективним виявилось опромінення в дозі g 10000Р для сорту Спомин і g 15000Р для сорту Старт.

Порівнюючи мінливість сортів ячменю при обробці насіння рослин хімічними мутагенами та g-променями, слід зазначити, що сорти проявили ранню мутабельність, що свідчить про велике значення особливостей генотипу сорту в мутаційному процесі. Величина загальної частоти мутацій у сорту Спомин була вищою майже у 2,5 рази, ніж у сорту Звершення, і майже у 1,5 рази вище, ніж у сорту Старт.

Досліди на сорті Спомин показали, що генетичні ефекти від дії мутагенів змінювалися під впливом малої дози радіації та хімічного мутагена. Загальна частота мутацій в М2 збільшилася в порівнянні з роздільною обробкою (табл. 5). При застосуванні g 500Р у передмутагенній обробці відмічено збільшення частоти мутацій. Особливо висока загальна частота мутацій спостерігалась у варіанті з опроміненням дозою g 10000Р і у варіанті з етиленіміном у концентрації 0,006% – відповідно: 23,4 і 26,7% проти 17,2 і 20,7% у варіанті без додаткової обробки.

Таблиця 5

Загальна частота мутацій у рослин ячменю сорту Спомин в М2 під дією

мутагенів з перед- і постмутагенною обробкою малими дозами

радіації та хімічного мутагена, а також водою, %

Вид

мутагена | Доза впливу | Без

додаткової обробки | Додаткова обробка

Перед-мутагенна | Постмутагенна

g 500Р | g 500Р | ЕІ 0,0001% | водою

Контроль (вода) | 0,8 | 1,4 | 1,7 | 5,2 | 0,0

ДЕС, % | 0,05 | 7,3 | 10,4 | 8,2 | 10,9 | 6,6

0,1 | 11,6 | 14,5 | 13,2 | 8,8 | 10,5

0,2 | - | 17,5 | 25,0 | 23,8 | 15,7

ЕІ, % | 0,006 | 20,7 | 26,7 | 22,7 | 25,8 | 19,8

0,012 | - | - | - | - | -

0,025 | - | - | - | - | -

Контроль (сухе насіння) | 0,5 | 2,2 | - | 2,6 | 0,0

g-промені, Р | 5000 | 9,4 | 12,4 | 11,3 | 11,3 | 8,0

10000 | 17,2 | 23,4 | 20,5 | 19,1 | 17,5

15000 | - | - | - | 32,6 | 22,7

НІР 0,05 | 5,4 | 6,3 | 7,4 | 7,6 | 6,0

Мала доза радіації в постмутагенній обробці підсилювала мутагенну ефективність у варіантах з попередньою обробкою низькими та середніми дозами мутагенів. При застосуванні дози g 500Р вихід мутацій в цілому не дуже відрізнявся в залежності від послідовності обробки. Додатково опромінені g 500Р варіанти мали більшу частоту мутацій на фоні хімічних мутагенів, але не так чітко виражену на фоні g-променів. Варіанти з ЕІ 0,0001% мали зворотний характер. Саме у варіанті з g 15000Р + ЕІ 0,0001% вихід мутацій був найбільшим – 32,6% проти 22,7% на контролі з водою. Слід зазначити, що дія g-опромінення в дозі 15000Р як при самостійній обробці, так і у сполученні з g 500Р в будь-якій послідовності викликала ЛД100 вже в першому поколінні. Аналогічна закономірність спостерігалася на фоні ДЕС 0,2% при самостійній дії мутагена. Однак при сполученні ДЕС 0,2% як з ЕІ 0,0001%, так і з опроміненням g 500Р вдалося одержати нададитивний ефект в М2. Роздільна дія цих мутагенів викликала повну загибель рослин в М1. При додатковій обробці збереглася частина рослин М1 і підвищилася загальна частота мутацій в М2.

В наших дослідах в М2 виявлено хлорофільні, стерильні та морфофізіологічні мутації, в тому числі селекційно цінні. При роздільній, а також при спільній дії мутагенів із збільшенням їх доз зменшувалося число морфофізіологічних мутацій, особливо селекційно цінних, одночасно збільшувалася кількість летальних і стерильних форм. Спільна дія радіації та хімічних мутагенів давала в середньому у варіантах більший вихід морфофізіологічних мутацій порівняно з варіантами без додаткової обробки та варіантами з використанням води як додаткового фактора.

Спектр морфофізологічних мутацій при спільній обробці мутагенами був різним у різних випадках: в одних варіантах розширювався, в інших вужчав. При роздільній і спільній обробці у всіх варіантах з різною частотою виявлено мутації за ознакою, яка стосується ширини листової пластинки, висоти рослини, будови колоса, вищербленості остей, довжини вегетаційного періоду та багатьох інших ознак і властивостей.

Характер мінливості та рівень успадкування

морфофізіологічних змін в М3

Аналіз відібраного матеріалу показав різну мутабельність сортів ячменю, які вивчалися, при врахуванні нових змін в М3. Загальна частота мутацій варіювала від 0,0 до 10,3% у сорту Старт, від 1,6 до 14,0% у сорту Звершення, від 3,8 до 17,0% у сорту Спомин, в залежності від виду мутагенів, їх доз і особливостей сорту. В М3 сорт Звершення виявився більш мутабельним порівняно із сортом Старт.

При спільній обробці у випадку дії g 500Р та ЕІ 0,0001% на фоні хімічних мутагенів і g-променів у більшості варіантів вихід мутацій зменшувався порівняно з незалежною дією фонового мутагена на сорті Спомин. Загальна частота мутацій була високою у випадках поєднання g 500Р з ДЕС 0,2%. Застосування опромінення g 500Р на фоні ЕІ 0,006% не викликало перевищуючий ефект по відношенню до контролю. Однак дія g 500Р на фоні g-променів виявилась ефективною при опроміненні у дозі 5000Р. В М3 постмутагенна обробка малою дозою g-променів порівняно з передмутагенною була більш ефективною. Можливо, це пов’язано з різним ефектом радіобіологічної толерантності.

У досліді із застосуванням ЕІ 0,0001% в постмутагенній обробці відзначалося зменшення виходу мутацій. На фоні ДЕС при концентрації 0,1% та на фоні g-променів у дозі 5000Р кращим був варіант з водою.

В цілому в М3 відмічалося звуження спектра та зниження частоти мутацій порівняно з поколінням М2. Можливо, це пов’язано із зменшенням гетерозиготності в кожному з наступних поколінь, а також із розвитком реакції адаптивної відповіді, викликаної алкиліюванням і малою дозою радіації у випадку комбінованої дії.

Перевірка мутантів на стабільність при аналізі успадкування змінених в М2 ознак у варіантах як при роздільній, так і при спільній дії показала, що не всі новоутворення успадковувалися в М3. Частина з них характеризувалася генетичною нестабільністю, тобто давала неоднорідне потомство. У ряді мутантних сімей спостерігалося розщеплення на вихідну форму, мутант і проміжну форму.

Мінливість якості зерна

Мінливість вмісту білка та лізину в зерні і лізину в білку мала протилежне співвідношення. Високобілкові мутанти (в 50% випадків) відрізнялися підвищеним вмістом лізину в зерні та зниженим вмістом лізину в білку, а низькобілкові – навпаки. Вміст лізину в зерні ячменю був високим у макромутантів із гладенькими остями і у форм без воскового нальоту відібраного з сорту Звершення у варіантах з g 10000Р і з ДЕС 0,1%, відповідно 0,575 і 0,588% на суху вагу, проти 0,528% на контролі. Аналогічна тенденція існує у низькорослого хемомутанта, одержаного в результаті дії ЕІ 0,006% на сорті Спомин: 0,550 проти 0,500% на контролі. Такої закономірності не було у аналогічного мутанта сорту Старт. Однак при цьому сполученні підвищена білковість зерна з підвищеним вмістом лізину в білку спостерігалася у g-мутанта з гладкоостими колосами, відібраного у сорту Звершення: 3,97 проти 3,69% на контролі. В останніх варіантах виявилася несполучність між вмістом білка в зерні та вмістом лізину в зерні і в білку. Прикладом може бути мутант із багаторядним колосом (g 10000Р), у якого вміст білка в зерні не перевищував контроль (0,423 проти 0,500%), а кількість лізину в білку збільшилася до 4,73% і перебуває у зворотній залежності від вмісту білка в зерні (8,95% проти 14,04% у материнській формі).

Більшість високобілкових мутантів, а також мутантів, які поєднують підвищений вміст білка та лізину в зерні і лізину в білку, одержано із застосуванням малої дози радіації (g 500Р) та хімічного мутагена (ЕІ 0,0001%) при спільній обробці ними сорту Спомин (табл. 6). Зміни вмісту лізину в зерні та лізину в мутантних формах, одержаних при спільній дії радіації та хімічних мутагенів, відбуваються у бік не тільки збільшення, а й зменшення. У більшості випадків один з цих показників збільшується. При цьому у варіантах g 500Р+g 10000Р та g 500Р+ЕІ 0,006% спостерігалося позитивне сполучення вмісту білка і лізину в зерні та вмісту лізину в білку.

Результати досліджень показали, що спільна дія мутагенів дозволяє отримати високолізинові та велокозернисті мікромутанти. Найбільший ефект спостерігався у варіантах g 500Р+10000Р; ДЕС 0,1%+g 500Р; g 10000Р+ЕІ 0,0001%. Позитивне сполучення білка та лізину в зерні і лізину в білку одержано у варіанті g 500Р + g 10000Р. В останніх варіантах спостерігалася несполучність між вмістом білка та лізину в зерні або лізину в білку паралельно з величиною зерна.

Таблиця 6

Мінливість вмісту білка та лізину в зерні мутантів ячменю в М3

Сорт, мутант | Спосіб обробки | Білок
в зерні, % | Лізин
в зерні, % | Лізин
у білку, %

Спомин – контроль | 14,04 | 0,500 | 3,56

Нативні лінії | ДЕС 0,1%+ЕІ 0,0001% | 14,82 | 0,480 | 3,24

Незмінні із

змінених сімей М2 | g 500Р+ДЕС 0,1% | 13,40 | 0,524 | 3,91

g 500Р+ЕІ 0,006% | 15,11 | 0,536 | 3,55

Велике зерно | g 500Р+g 10000Р | 14,25 | 0,541 | 3,80

Ранньостиглий | g 500Р+Вода | 18,01 | 0,368 | 2,04

Велике зерно | ДЕС 0,1%+g 500Р | 12,80 | 0,500 | 3,91

Рідкоколосий | g 5000Р+g 500Р | 14,31 | 0,486 | 3,40

Довгоколосий | g 10000Р+g 500Р | 15,39 | 0,359 | 2,33

Велике зерно | ЕІ 0,006%+ЕІ 0,0001% | 14,31 | 0,418 | 2,91

Гладкоостий | ЕІ 0,006%+ЕІ 0,0001% | 13,11 | 0,490 | 3,74

Велике зерно | g 10000Р+ЕІ 0,0001% | 10,63 | 0,451 | 4,24

Щільний колос | g 15000Р+ЕІ 0,0001% | 16,02 | 0,528 | 3,30

Таким чином, за допомогою радіації та хімічних мутагенів при роздільному і спільному їх застосуванні вдається значно розширити генетичну мінливість якості зерна ячменю, відібрати поліпшені за даною ознакою форми.

Висновки

1.