Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАММА-ЛУЧЕЙ, ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУ­ЧЕНИЯ И ЭТРЕЛА В СОЗДАНИИ ИСХОДНОГО МАТЕРИА­ЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАММА-ЛУЧЕЙ, ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУ­ЧЕНИЯ И ЭТРЕЛА В СОЗДАНИИ ИСХОДНОГО МАТЕРИА­ЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ"

На правах рукописи

КУИМОВА Елена Васильевна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАММА-ЛУЧЕЙ, ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЭТРЕЛА В СОЗДАНИИ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

Специальность 06.01.05. - селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Москва 2006

Диссертацнонная работа выполнена на кафедре селекции и семеноводства ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор рЩ'дин Г.П,

Официальные оппоненты:

доктор с.-х.наук, член-корреспондент РАСХН, Медведев А.М. кандидат с.-х. наук, доцент Пыльнева Е.В.

Ведущая организация:

ГУ Зональный НИИ сельского хозяйства Северо-Востока им. Н.В, Рудницкого

Защита состоится <<30» «Лсаур- 2'Юо я [Ч^ чаго.г; диссертационного совета Д 220,043,10. при р<- « 1 г рарном университете - МСХА имени К.А, 7,. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в и, 5'

ни К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан «1^»

■ - г?.ч ед^нки • аг-550, г.

' ХА име-

Ученый секретарь —^ л

диссертационного совета / , -—Карлов 1.И,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экспериментальный мутагенез является одним из действенных методов генетики и селекции, способный создать богатый исходный материал за относительно короткий промежуток времени. Наиболее важно в селекции получение жизнеспособных полезных мутаций. Поэтому перед учёными стоит задача поиска «мягких» мутагенных факторов широкого спектра действия, дающих большой выход селекционно-ценных изменённых форм без резкого угнетения жизнедеятельности организма. Одни из таких факторов — лазерный красный свет и регуляторы роста растений. На современном этапе актуальным так же является вопрос защиты живого от «жёстких» мутагенов, вызывающих большое количество негативных наследственных изменений. Для этого изучается возможность модификации мутагенных эффектов посредством агентов-антимутагенов (Лекявичус, 1983; Алекперов, 1989).

Цель н задачи исследований. Целью настоящей работы является изучение мутагенной активности у-излучения, красного лазерного света с 1=632,8нм и раствора этрела как индивидуально так и в сочетании друг с другом при создании исходного материала для селекции ярового ячменя. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

— изучить влияние вышеуказанных факторов н их совместного применения на рост и развитие растений ячменя в первом поколении.

— выявить И сравнить мутагенное действие у-лучей, лазерного красного света н этрела;

— определить наиболее эффективное сочетание мутагенов по выходу мутаций;

— сравнить модифицирующее действие красного света и этрела по отношению к гамма-излучению;

— отобрать генетически- и селекционно-ценные мутанты ячменя. Провести их оценку на продуктивность, устойчивость к полеганию, головнёвым заболеваниям и внутристеблевым вредителям.

Научная новизна исследований. Впервые на яровом ячмене изучена мутагенная эффективность у-излучения и этрела в совместных вариантах, а также сочетаниях с ЛКС. Установлена возможность модификации этрелом гамма-эффекта в до- н пост радиационный период.

Практическая ценность работы. На основании результатов, полученных в эксперименте, предложены для практического применения в селекции способы мутагенной обработки семян ярового ячменя в разных комбинациях факторов друг с другом. Получены мутантяые формы ячменя, которые отличаются от исходного сорта Зазерский 85 и гу^л"'"Л'ЧУСПА ""*""'" "7' 1 ценность по скороспелости, продуктш юсти, содешмндя'Шлка карли

ковости, устойчивости к полеганию, (му

Фонд наузныи литературы

тантов ячменя, имеющие ценные признаки и свойства, переданы во ВНИИР им. Н.И. Вавилова.

Положения, выносимые на защиту:

— закономерности роста и развития растений ячменя в первом поколении после обработки сухих и замоченных в воде семян изучаемыми факторами

— частота и спектр мутационной изменчивости ячменя во втором и третьем поколениях в зависимости от способа обработки семян

— скрининг мутатенных свойств у-излучения, лазерного красного света и этре-ла с помощью шаху-теста

— оценка и характеристика полученных мутантов

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований доложены на научно-практических конференциях Ижевской ГСХА (1998,1999); на V и VII молодёжных научных конференциях «Актуальные проблемы биологии» (Сыктывкар, 1998,2000); на VII Всероссийской научно-практической конференции «Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур» (Пенза, 2003), на международной научно-практической конференции «Современные аспекты селекции, семеноводства, технологии переработки овса и ячменя» (Киров, 2004); на Всероссийской, научно-практической конференции, посвящённой 117-годовщине со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов, 2004); на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Вятской ГСХА (1999,2000) и Вятского ГГУ (1999,2005).

Основные материалы и положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах.

Объём и структура работы. Диссертация изложена на 193 страницах машинописного текста и состоит из введения, семи глав, выводов, предложений для селекционно-генетической практики, списка литературы и приложений. Работа содержит 24 таблицы и 15 рисунков. Список литературы включает 277 источников, из них 42 иностранных авторов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевые опыты проводились в 1997...2003 гг, на опытном поле «Кропа-чи» Вятской ГСХА. Почва участков дерново-подзолистая, по гранулометрическому составу среднесу глинистая.

Сухие и замоченные в воде семена ярового ячменя сорта Зазерский 85 подвергали обработке гамма-лучами, лазерным красным светом (ЛКС) и раствором этрела. Гамма-облучение семян проводилось на аппарате АГАТ-РМ-112 с источником радиации 60Со в однократных дозах 50Гр и ЮОГр. В качестве источника лазерного излучения (А.=632,8нм) использовался гелий-неоновый лазер (установка ЛОБО-2). Режим облучения JIKC непрерывный, экспозиция воз-

действия'120 минут, плотность мощности луча 0,15 мВт/см2. Водный раствор этрела с концентрацией 1% служил источником фитогормона этилена. Кроме индивидуальной обработки изучаемыми факторами опыт включал варианты с прямым и обратным сочетанием указанных мутагенов. Контролем служили необработанные воздушно-сухие и замоченные в дистиллированной воде семена. Продолжительность замачивания семян в воде и в растворе этрела 8 часов. В каждом варианте обрабатывали и высевали по S00 зёрен (125 семян на одно повторение).

В первом поколении (Mi) определяли физиологическую реакцию семян и растений ячменя по отношению к изучаемым факторам, учитывая полевую всхожесть семян, выживаемость растений, динамику их развития и изменчивость некоторых количественных признаков.

Для получения второго поколения (М2) зёрна с главного колоса растений М| высевали посемейно. В течение вегетационного периода в Mj проводили учёт хлорофилл ьных мутаций (Калам, Орав, 1974), выделяли растения с видимыми морфологическими и физиологическими отклонениями от контроля. В М^ определяли спектр новообразований, частоту семей с изменениями в процентах к общему числу высеянных семей в данном варианте.

В третьем поколении (Мз) проверяли наследование изменённых признаков, выявленных во втором поколении. Частоту мутаций в Mj определяли по числу семей с мутантными признаками к количеству семей, изучаемых во втором поколении (Володин, 1975). Проводился учёт новых изменений, проявившихся в третьем поколении.

Ряд мутантных форм с хозяйственно-полезными признаками, представляющих интерес для селекции, оценивали на урожайность по методике контрольного питомника - КП (Гужов и др.,1991). Устойчивость к полеганию мутантных форм ячменя проводили глазомерным методом в полевых условиях по 9-ти балльной шкале согласно международному классификатору рода Hordeum (1983).

Определение содержания белка в зерне мутантных образцов ячменя М3 и M« проводили полумикрометодом по Кьельдалю.

У селекционно-ценых мутантных форм ячменя изучали устойчивость к болезням: каменной, пыльной, чёрной (ложной) головне (Крнвченко, 1978) и к повреждению шведской мухой (Чесноков, 1956; Мегалов, 1968).

Формулы гордеинов у мутантов ячменя устанавливали методом электрофореза (Поморцев и др., 1994).

Генетическое действие применяемых факторов также изучалось с помощью тест-метода Waxy-изменениЙ в пыльцевых зёрнах ячменя (Eriksson, 1962; Вилекский, Щербаков, 1985),

з

Данные биометрии количественных признаков в М|... М4 обрабатывали по Плохинскому (1969), Доспехову (1985), Моисейченко и др.()99б). Оценку показателей качественной (альтернативной) изменчивости проводили по Вольфу (1966). Математический анализ цифрового материала осуществляли с помощью компьютерной программы «Agros» на ПЭВМ Celeron 500.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние гамма-лучей, лазерного красного света и этрела на рост н развитие ячменя в первом поколении. Различное влияние изучаемых факторов отчётливо проявляется уже на ранних этапах онтогенеза ячменя. Достоверное снижение всхожести семян отмечено во всех вариантах, кроме ЛКС и HjO+ЛКС. Особенно сильное отрицательное воздействие оказала обработка этрелом и применение гамма-излучения в дозе 100Гр: взошло от 0,8% до 72,0% семян; контроль - 89,6%). Облучение дозой 50Гр предварительно замоченных в воде семян понизило всхожесть на 19,8% по сравнению с контролем. В варианте этрел+у-лучи 50Гр она уменьшилась лишь на 6,8%.

Лазерный красный свет не вызывает отклонений в сроках наступления фе-нофаз растений. Этрел 1% (2-ХЭФК) увеличил период вегетации на 5 дней по сравнению с контролем, наиболее затягивая выход растений в трубку. При использовании гамма-излучения (ЮОГр) как индивидуально, так и в комбинации с ЛКС и этрелом созревание происходит на 12...25 дней позднее контроля. Гамма-облучение дозой 50Гр предварительно замоченных в воде или этреле семян так же приводит к затягиванию сроков вегетации. Этрел незначительно модифицирует гамма-эффект, сократив время созревания на 3 дня по сравнению с вариантом Н^О+у-лучн 50 Гр,

Действие изучаемых факторов по-разному отразилось и на выживаемости растений. Лазерное красное излучение и этрел индивидуально и в сочетании друг с другом незначительно изменяют выживаемость растений по сравнению с контролем. Процент гибели растений в вариантах с использованием у-облучения дозой ЮОГр высокий — 48,3%,,,59,8%. Воздействие в сочетаниях Н20+у-лучи ЮОГр и этрел+у-лучи ЮОГр привело к полной гибели одиночных проростков в первые дни после появления всходов. Выживаемость растений ячменя в варианте этрел+у-лучи 50Гр на 20% ниже, чем в контроле и при гамма-облучении замоченных в воде семян.

Под действием изучаемых факторов произошли изменения в структуре элементов продуктивности растений ячменя в М|. ЛКС отрицательно повлиял на формирование колоса: растения имеют более короткий колос (на 0,12...0,57см) и пониженную (на 0,12...0,15г) массу зерна с него.

2-ХЭФК (этрсл) подавляет рост стебля в высоту, но достоверно увеличивает длину колоса (на 0,58см) и число колосков в нём. Обработка этрелом, следующая за лазерным облучением снимает депрессию, которую вызывает ЛКС при формировании колоса.

Под действием у-излучения дозой 1 ООГр, как одиночно так и в сочетании с ЛКС и этрелом, изменились все изучаемые в опыте количественные признаки: отмечено достоверное повышение кустистости в 1,5,..1,8 раза, короткосте-бельность (растения на 5,0...7,0 см короче контроля), формирование колоса очень низкой плотности с характерной череззерницей, обусловившей достоверное снижение массы зерна с колоса. Особенно сильные отклонения от контроля отмечены в варианте у-лучи 1 ООГр+этрел. Облучение семян меньшей дозой 50Гр оказало положительное влияние на развитие колоса: увеличилась его длина, число колосков в колосе и масса зерна. Предшествующая гамма-облучению обработка этрелом (этрел+7-лучи 50Гр) частично снимает эффект стимуляции.

Применяемые факторы увеличили изменчивость количественных признаков у растений ярового ячменя в М[ Максимальные коэффициенты вариации (Су) для всех рассматриваемых признаков отмечены при использовании у-облучения индивидуально и в комбинации с лазером и 2-ХЭФК. Так, Су по признаку продуктивная кустистость в этих вариантах составил 66,8.-82,8%, по признаку длина стебля— 9,5... 10,7% (контроль -30,0% и 5,9% соответственно). Более выравненные выборки характерны для вариантов с индивидуальной обработкой лазером и этрелом, например, Сч длины колоса — 11,6% и 13,3% соответственно, числа колосков в колосе - 11,4%имассы зернас колоса- 15,7% и 16,1% (Су в контроле по указанным признакам - 11,1%; 9,1%; 12,4%),

Реакцию растений ячменя на изучаемые факторы оценивали с помощью среднего суммарного показателя депрессии (Р,%) - стимуляции (Б1,%) (Володин, Лисовская, 1979; Гриб, Шишлов, Шишлова, 1987). Коэффициент О (51) рассчитывался по пяти признакам: полевая всхожесть семян, длина стебля и колоса, число колосков в колосе и масса зерна с колоса (рис.1).

Лазерный красный свет и этрел 1% незначительно угнетают рост и развитие растений ярового ячменя (1>=3,60% и 3,97% соответственно). При сочетании вышеуказанных факторов депрессия усиливается. Гамма-излучение дозой ЮОГр оказывает сильное угнетающее воздействие на растения М| как индивидуально (0=10,27%), так И в комбинации с ЛКС и этрелом. Максимальное угнетение отмечено в варианте у-лучиI ООГр+этрел (0=22,60), При гамма-облучении замоченных в воде или этреле семян дозой 50Гр обнаруживается стимулирующее действие (5<Р*3100...6,30%) в отлнчие от влияния дозы в ЮОГр,

Гамма-лучи ЮОГр+этрел

|и

Этреэт+Гамма-лучи 50 Гр

Эгмл-У ЛКС ffiSffiiygS

Гамма-лучи ЮОГр

Вода+гамма-лучи 50 Гр

D%

^craasii

Контроль (ео^а)

St%

-25

-20

-lí

-¡О

Рис. I. Реакция растений ячменя Mt на воздействие мутагенными факторами

Изменчивость ярового ячменя во втором поколении. В Мг выделены семьи и растения с хлорофилльными мутациями и видимыми морфофнзиоло-гическимн изменениями. Частота семей с хлофилльными нарушениями изменялась от 0,98% (этрел +ЛКС) до 8,90% (ЛКС+7-лучи). Достоверное увеличение частоты семей с хлорофилльными аномалиями относительно контроля отмечено в вариантах: этрел-Нучпучи 50Гр - 4,49%; у-луч и ЮОГр - 6,78%; НгО+у-лучи 50Гр - 7,86%; ЛКС+у-лучи - 8,90%. Индивидуальная обработка этрел ом и ЛКС вызывают меньшее количество хлорофилльных мутаций (1,4% и 2,2% соответственно). При сочетании 2-ХЭФК и лазерного красного света частота пигментных нарушений ниже по сравнению с одиночным воздействием этими факторами. Результат совместного использования у-лучей и ЛКС зависит от последовательности облучений: у-лучи+ЛКС - частота 1,63%, обратное сочетание - 8,90%. Обработка этрелом в комбинации с у-радиацией (дозы 50 и ЮОГр) привела к уменьшению в 2 раза количества хлорофилльных изменений по сравнению с одиночным в у-облучением.

В опыте выявлено 10 типов пигментньсх нарушений. Чаще других встречались хлорофилльные изменения типа viridis и albina. Наиболее широкий

спектр хлорофилльных изменений отмечен в вариантах: у-лучи ЮОГр - 5 типов, HjO+7-лучи 50Гр - б типов (рис.2).

Рис. 8. Спектр хлорофилльных изменений у ярового ячменя в Mz: Н-viridis; ■ -xantha; □ —albina; □ -anthocyana; и- striata; ц —apicalis; ■ — tigrina

Особенностями качественного состава хлорофилльных гамма-мутаций является преобладание пигментных аномалий с равномерным распределением окраски и большое число нежизнеспособных мутаций albina и xantha. Почти во всех опытных группах с использованием лазерного света и при у-облучении дозой 50Гр обнаружены изменения типа striata.

Частота морфофизиологаческих изменений в опыте варьировала от 3,3% в варианте этрел+ЛКС до 9,6% при у-облучении дозой ЮОГр (габл.1). Ионизирующее излучение индуцировало максимальное количество изменений. Частоты морф »физиологических новообразований при одиночном воздействии этре-лом и ЖС находятся на одном уровне {3,4...4,1%), хотя абсолютное число изменённых семей больше после облучения лазерным красным светом.

Результат совместного использования физических факторов зависит от последовательности обработки. Если действию красного света предшествует у-

Таблица 1

Частота морфологических и физиологических изменений у ячменя во втором поколении

Варианты опыта Проанализировано семей, шт. Число семей с изменениями Число типов изменений, шт.

п. шт. Р±5„, %

1998 г.

Контроль 403 4 1,0 ±0,49 7

НгО контроль 360 5 1,4 ±0,62 6

у-лучи 1(ЮГр 177 17 9,6±2,21*** 19

же 388 13 3,4 ±0,91* 14

нго+лкс 364 15 4,1 ± 1,04* 15

Этрел 280 10 3,6 ± 1,11 8

у-лучи+ЛКС 123 5 4,1 ± 1,78 6

ЛКОу-лучи 146 И 7,5 ±2,18* 11

ЛКС+этрел 280 10 3,6 ±1,11 9

Этрел+ЛКС 307 10 3,3 ± 1,01 12

у-луч и 1 ООГрИ-этрел 87 7 8,1 ±2,92* 13

Примечание: * - уровень вероятности Р>0,95 к контролю *** - уровень вероятности Р>0,999 к контролю

1999г.

НгО контроль 262 - - -

Н30+у-лучи50Гр 178 13 7,3 ± 1,95** 12

Этрел+у- лучи50 Гр 156 6 3,8 ± 1,54* 8

Примечание; * -уровень вероятности Р>0,95 к Н20 контролю

** - уровень вероятности Р>0,99 к ИзО контролю облучение (у-лучи+ЛКС), то частота семей с морфофизнологическими изменениями находится на уровне данных по варианту ЛКС -4,1%. Обратное сочетание (ЛКС+у-лучи) индуцирует частоту изменений в 1,8 раза большую по сравнению с лазерным красным светом - 7,5%.

Комбинация лазерного облучения с этрелом даёт результаты, близкие к значениям при индивидуальном использовании этих факторов не зависимо от последовательности обработки.

Сочетание у-лу чи 1 ООГр+этрел даёт небольшое абсолютное число изменённых форм, меньшее, чем при у-облучении или обработке в растворе этрела. Облучение дозой 50Гр предварительно замоченных в этреле семян (этрел+у-

£

лучи 50Гр) привело к сокращению числа морфофизиологических отклонений в 2 раза по сравнению с вариантом НгО+т-лучи 50Гр.

Спектр морфофизиологических новообразований представляет важное значение для селекции. Максимальное разнообразие форм выявлено при индивидуальном гамма (100 Гр) и лазерном облучении (19 и 14 типов соответственно). Эти факторы вызвали изменение большинства учитываемых количественных признаков. Встречались достоверные отклонения от контроля кустистости и высоты растений. Обнаружены растения с ветвящимся колосом или колосом промежуточного типа. Отличительной чертой спектра у-новообразований (доза ЮОГр) является преобладание семей со слабой продуктивной кустистостью и большая доля очень низких, карликовых растений ( 28,0—40,5 см), во многих семьях растения имели колос очень низкой плотности с характерной череззерницей и очень малой массой зерна с главного колоса. Отмечены позднеспелые формы и семьи, где растения имели как очень узкие так и широкие листья. Гамма-облучение замоченных в воде семян дозой 50 Гр привело к сходным изменениям в Мг. Кроме того, в варианте НгО -ьу-лучи 50 Гр отмечена семья, в которой у ряда растений отсутствовал восковой налет на стебле.

Воздействие гелий-неонового лазера способствовало появлению в растений устойчивых к полеганию и с мягкими остями. ЛКС, в отличие от у-лучей, изменил кустистость у меньшего числа семей, но так же сильно повлиял на показатель длины стебля (отмечены семьи с низкорослыми и высокорослыми растениями).

При обработке семян 1% раствором этрела спектр изменений был уже (8типов), Чаще других в этом варианте встречались очень низкие растения и скороспелые формы. В варианте ЛКС+этрел преобладали семьи с коротхосте-бельными растениями. В группе этрел+ЛКС отмечено больше раннеспелых форм.

В варианте у-лучи+ЛКС отмечены б типов новообразований. Обратная комбинация ЛКС+7-лучи индуцирует 10 типов морфофизиологических изменений. Получены отклонения от контроля таких признаков и свойств растений как кустистость, длина соломины, сроки созревания, крупность колоса, масса зерна с колоса.

Сочетание ^-облучения с этрелом даёт меньшее разнообразие, чем индивидуальное использование физического мутагена (у-лучи 100Гр+этрел-] 3 типов, этрел+у-лучи50Гр-8типов, у-лучн-19типов). Преобладали формы с меньшей, чем в контроле высотой растений. В варианте этрел+у-лучи50Гр в трёх семьях отмечено раннее созревание растений.

В целом по опыту, наиболее часто встречались растения ячменя со следующими изменениями; повышенная и пониженная кустистость, короткий и

длинный стебель, высокое и низкое число колосков в колосе, раннее и позднее колошение и созревание.

Мутационная и модификаций иная изменчивость ячменя в третьем и четвёртом поколениях. Спектр хлорофнлльных мутаций в М3 сузился по сравнению со вторым поколением с 10 до 6 типов. Не наследовались хлоро-филльные изменения в вариантах ЛКС+этрел и зтрел+ЛКС. Наибольшее разнообразие и частота хлорофилльных мутаций отмечены для вариантов у-лучи lOOrp, Н^О+у-лучи 50Гр и ЛКС+у-лучи. Наследовались пигментные аномалии*. albina, xantha, striata, viridis, vitescens, anthocyana. В третьем поколении в полном объёме не наследовались такие пигментные нарушения как apicalís, vi rid oxanthoterm ¡nal i s, macúlala, tigrina. Наблюдаемое может быть связано с неядерной локализацией изменённых генов и цитоплазматическим наследованием.

В третьем поколении доля семей, мутантных по морфофизиолога чески м признакам оказалась ниже по сравнению с частотой изменённых семей в М2. Наибольшая частота семей с морфологическими и физиологическими наследственными изменениями получена при действии у-лучей на сухие и замоченные семена (6,2%) Также, достоверно выше, чем в контроле, выход мутаций при индивидуальном применении этрела и лазерном облучении сухих семян (2,9% и 2,1% соответственно).

В отличие от комбинации ЛКС+7-лучи, где частота изменений достоверно выше контрольной (4,8%), в варианте у-лучи+JIKC мутантныс семьи по морфофизиологическим признакам в Mi не обнаружены.

Эффективность применения этрела в сочетании с лазером снижается.

Этрел также модифицировал действие ионизирующей радиации. Количество наследуемых морфофизиологических новообразований в 3 раза ниже в варианте этрел+у-лучи 50Гр и в 4 раза ниже в варианте у-лучи ЮОГр+этрел по сравнению с индивидуальным гамма-облучением.

Анализ характера наследования физиологических и морфологических изменений показал, что часть из них имела модификационную природу и в третьем поколении вернулась к исходному фенотипу (табл.2 ). Не передавались потомству такие изменения как низкая общая и продуктивная кустистость, промежуточный тип колоса, ветвистая форма колоса, волнистые и мягкие ости, широкий лист. Полностью наследовались изменённые признаки: отсутствие воскового налета на стебле, узколистный карлик, повышенная продуктивная кустистость, позднеспелость. Мутации отсутствие воскового налета на стебле (eceriferum) и узколистный карлик наследовалась как рецессивные. Высокий процент наследования отмечен по такому физиологическому признаку как скороспелость (76,7%). На 36,4„.68,2% наследовались в М3 позднее и раннее ко-

лошение, длинный колос, высокое число колосков в колосе, высокая масса зерна с колоса.

Таблица 2

Характер наследования изменённых морфофизиодогических признаков у

ячменя в Мз

Число семей с % семей, сохра-

Типы изменений изменениями нивших изменённый

в М1 вМ} признак р±5„

Развалистая форма куста 2 1 50,0 ±35,5

Ширина листа; -широкий I - -

-узкии 1 1 100,0 ±0,0

Отсутствие воскового налёта на 1 I 100,0 ±0,0

стебле

Общая кустистость: -высокая 7 2 28,6 ±17, [

-низкая 14 - -

Продуктивная кустистость: 2 2 100,0 ± 0,0

высокая

-низкая 26 - -

Ранний выход в трубку 11 2 18,2 ± 11,6

Колошение: -раннее 22 15 68,2 ± 9,9

-позднее 11 4 36,4 ± 14,5

Созревание: -раннее 30 23 76,7 ± 7,7

-позднее 4 4 100,0 + 0,0

Стебель: -высокий 12 5 41,7 ±14,2

•низкий 47 16 34,0 ± 6,9

Колос: -длинный 8 3 37,5 ± 17,1

-короткий 18 1 5,6 ± 5,4

Число колосков в колосе: -высокое 8 3 37,5 ± 17.1

-низкое 29 4 13,8 ±6,4

Масса зерна с колоса: -высокая 1 4 57,1 ± 18,7

-низкая 17 2 П ,8 ± 7,8

Ветвящийся колос 7 - -

Промежуточный тип колоса б - -

Волнистые ости 1 - -

Мягкие ости 3 - -

Устойчивость к полеганию:

-повышенная 5 I 50,0±35,5

-пониженная 1 - -

Всего типов изменений 27 19 -

В третьем поколении продолжался отбор новых форм, изменённых по морфологическим признакам. Изменения касались в основном, количественных признаков ячменя. В М4 изучалось их наследование. Более высокая степень наследования отмечена по признакам; длинностебельиость (35%) и повышенное число колосков в колосе (25%).

Изменение маркерного waxy-reiia ячменя под влиянием изучаемых факторов. Скрининг мутагенных свойств у-лучей, ЛКС и этрела проводили с помощью химического теста на изменения по локусу waxy. Мутантные пыльцевые зёрна обнаружены во всех вариантах опыта (табл.З).

Таблица 3

Частота мутаций waxy-reHa у ячменя под воздействием мутагенных факторов

Варианты Число пыльцевых зёрен, шт. Мутантаых пыльцевых зёрен Достоверность разницы, t<i

шт. piSp.% к контролю к варианту у-луч и

Контроль 100 000 31 0,031 ±0,006 - -

Н?0 контроль 60 000 17 0,02S±0,006 0,04 -

у-лучи 100Гр 66 000 176 0,267±0,020 11,3*** -

ЛКС 50 000 7] 0,142±0,017 6,2*** -

НзО+ЛКС 57 000 69 О,121±0,О15 5,6*** -

Этрел 53 000 69 0,130±0,016 5,8*** -

у-лучи+ЛКС 50 000 46 0,092±0,014 4,0*** -7,2***

JlKC+у-лучи 51 000 93 0,182±0,019 7,7*** -3,0***

ЛКС+этрел 47 300 37 0,078±0,012 3,3*** -

Этрел+ЛКС 57 000 41 0,072±0,011 3,3*** -

у-лучи+этрел 54 ООО 25 0,04б±0,0009 1,4 -10,0***

Примечание: *** - уровень вероятности Р>0,999 .

Максимальная частота \\гаху-изменений получена в варианте у-лучи 1 ООГр, она составила 0,267%, а минимальная - 0,046% в варианте у-лучи+этрел. ЛКС и этрел достоверно повысили уровень мутирования в 4 раза по сравнению с частотой спонтанных \¥аху-изменений (контроль - 0,031%). В комплексных вариантах мутагенный эффект ниже по сравнению с индивидуальным использованием изучаемых факторов. Результаты у/аху-теста свидетельствуют о более сильном мутагенном воздействии проникающей радиации по сравнению с лазером и этрел ом. Эти данные коррелируют с результатами, полученными в Мг и М) полевого эксперимента.

Изучение наследования признака «полное отсутствие воскового налёта на стебле» у растений ярового ячменя. В Mj в варианте Н?0+у-лучи 50Гр выделена мутантная форма «полное отсутствие воскового налёта на стебле» (зелёный стебель) — мутант 4-Иа. Для определения характера наследования признака «зелёный стебель» была проведена гибридизация исходного сорта Зазерский 85 с мутантом 4-11 а (прямые и обратные скрещивания). У растений Fi наблюдалось единообразие в проявлении признака: в обеих комбинациях все растения имели восковой налёт на стебле и листьях. У гибридов Fj наблюдалось расщепление: появились растения с восковым налётом и без него.

От скрещивания «сортхмутант» в F2 получено 688 гибридов с восковым налётом на стебле и листьях и 220 растений с «зелёным стеблем». В обратной комбинации « 4-1 la х Зазерский 85» растений с нормальным фенотипом было 71, у 20 гибридов на стебле отсутствовал восковой налёт. Определённые в опыте значения Х2фагг, равны 0,45 (мутзнтхеорт) и 0,28 (сорт*мутант), что меньше теоретических значений хи- квадрат на 0,05 уровне значимости (Х2п о5 = 3,84), Следовательно, расщепления в F2 3 : 1 по рассматриваемым признакам соответствуют второму закону Г, Менделя при моногенном наследовании признаков, Результаты свидетельствуют о рецессивном характере признака «зелёный стебель» и наличии мутации в одном из 72 л оку сов гена сег.

Устойчивость мутантов ячменя к головнёвым болезням и повреждению внутристеблевыми вредителями. В М3...М4 мутанты ячменя, обладающие хозяйственно-ценными признаками, изучали на устойчивость к пыльной, твёрдой (каменной) и ложной (чёрной) головне, а также на устойчивость к повреждению шведской мухой, В ходе опыта не обнаружено форм, высокоустойчивых ко всем трём видам головни. Выявлен мутант 9-4 (у-лучи+этрел), иммунный к U. hordeí и U.nigra и несколько менее, чем прочие образцы и стандарт, восприимчивый к U. nuda. Основная часть мутантов, как и Зазерский 85, поражалась шведской мухой примерно одинаково. Высокой выносливости не обнаружено. В 2000г, выносливость выше средней показал гамма-мутант 3-29,

Содержание белка в зерне и электрофоретическне спектры запасных белков у мутантов ячменя. В результате биохимического анализа выделено 11 образцов с повышенным содержанием белка в зерне (+1,59,..3,97%) и 4 с меньшим (-0,62...-1,74%), чем в контроле уровнем протеина, В среднем за два года наибольший процент белка в зерне отмечен у мутантов: 3-2 (у-лучи ЮОГр) - 15,68%, 9-99 (у-лучи+этрел) - 15,46%, 10-115 (ЖС+у-лучн) - 15,30 (контроль — 11,71%). Мутант 7-86 с минимальным количеством протеина -9,97% выделен в варианте этрел. Несмотря на различные агрометеорологические условия, в опыте выделены формы, у которых содержание белка в зерне оставалось стабильным за годы изучения (3-26, 7-59а, 7-61, 9-99), чего нельзя сказать об исходном сорте.

Подлинность всех мутантов подтверждена данными электрофоретнче-ского анализа гордеинов ячменя. Формулы тордеинов мутантов соответствуют исходному сорту Зазерсхий85(Нг£1Л12+2 В53+19 Fl).

Урожайность селекционно-ценныг мутантных форм ярового ячменя. В четвёртом и пятом поколениях четырнадцать мутантов ячменя, представляющие селекционный интерес оценивались на урожайность в контрольном питомнике (КП) в сравнении с исходным сортом Зазерский 85. В среднем за три года наиболее урожайным оказался мутант 13-93 - 3,51 т/га, что на 0,32 т/га выше, чем у исходного сорта (3,19 т/га). Прибавка сформировалась за счёт более высокой массы зерна с колоса. Кроме того, у номера 13-93 обнаруживается относительная стабильность показателей урожайности за годы исследований в сравнении с контролем и другими мутантами.

Характеристика мутантов с селекционно-ценны ми признаками. В ходе проведённых исследований выделено 20 мутантных образцов, представляющие генетический и селекционный интерес. 15 мутантов переданы в коллекцию ВНИИР им. Н.И. Вавилова.

Приводится краткая характеристика некоторых мутантных форм.

Мутант 3-2 получен В М> при гамма-облучении сухих семян дозой ЮОГр. Разновидность nutans. Колос двурядный, средней длины (6,5.,.9,1см), жёлтой окраски. Зерно округлой формы. Содержание белка в зерне на 3,94% выше, чем у Зазерского 85. Для мутанта типичны хлорофидльные нарушения viridis.

Мутант 3-29 индуцирован у-облучением сухих семян дозой 100Гр. Разновидность nutans. Колос серо-жёлтый, средней длины. Зерновка имеет округлую форму. Продуктивная кустистость сильная (в среднем за три года - 3,65 стеблей на одно растение. Масса зерна с колоса на 0,10„.0,15г больше, чем у Зазерского 85. Мутант обладает устойчивостью к внутристеблевым вредителям выше средней. Характерно хлорофилльное нарушение aibina.

Мутант 3-96а получен в Mi в варианте у-лучн ЮОГр. Разновидность nutans. Колос серо-жёлтой окраски, короткий (в среднем, 6,6 см), низкой плотности (12,2 членика на 4 см колоса). Зерновка длинная. Очень малая масса зерна с колоса (0,47г), что меньше контроля на 59,7%. Число зёрен в колосе очень низкое (12,4... 13,4), Карликовая высота растений (8,0...21,4см), очень узкие листья. Форма куста развалистая. Вегетационный период на 2...Ö дней длиннее, чем в контроле. Устойчив к полеганию.

Мутант 3-144а выделен в Мг у-облучением сухих семян дозой ЮОГр. Разновидность nutans. Колос имеет жёлтую окраску, в среднем, на 1,1см длиннее, чем у Зазерского 85. Зерно продолговатое. Содержание белка в зерне 13,94%, что на 2,23% выше по сравнению с контролем. Продуктивная кустистость сильная (3,85). Стебель длиннее контроля на 2,7...4,4 см.

Мутант 4-lla выделен в Mj в варианте HiO+у-лучи 50Гр, Разновидность nutans. Колос серо-жёлтой окраски, средней длины. Зерно округлое. Отличается от Зазерского 85 полным отсутствием воскового налёта на стебле. Имеет достоверно меньшую длину стебля (36,8...38,8 см), чем исходный сорт (4б,4...4б,9 см). Созревает на 4 дня позднее контроля.

Мутант 4-14 получен в М^ действием гамма-лучей дозой 50Гр на замоченные семена. Разновидность nutans. Колос жёлтый, средней длины. Зерно продолговатой формы. Продуктивная кустистость сильная (3,0.,.5,1). Высота растений очень низкая (41,2см). Вегетационный период на 4-5 дней короче по сравнению с Зазерским 85.

Мутант 6-82 выделен в М; при облучении замоченных семян JIKC. Разновидность nutans. Колос средней длины (7,б...8,2см). Продуктивная кустистость сильная (3,0). Длина стебля достоверно больше, чем в контроле на 6,б,..8,0см. Отличается от исходного сорта меньшим содержанием белка в зерне на 0,8%. Созревает на 2...3 дня раньше стандарта.

■ Мутант 7-59а получен в М2 при обработке 1% раствором этрела. Разновидность nutans. Колос имеет жёлтую окраску, средней длины (8,1см). Зерно округлой формы, крупное (масса 1000 зёрен высокая 48,0 г). Число колосков в колосе достоверно больше, чем в контроле. Содержание белка в зерне превышает исходный сорт на 2,25%. Продуктивная кустистость сильная (4,0...4,3). Созревание на уровне Зазерского 85.

Мутант 7-86 выделен в М: в варианте этрел 1%. Разновидность nutans. Колос жёлтый, средней длины (7,0...7,3). Зерновка округлая, крупная (масса 1000 зёрен высокая 48,6 г). Содержание белка в зерне ниже по сравнению с исходным сортом на 1,74%. Созревает на 4 дня раньше контроля.

Мутант 9-4 отобран в Мг в варианте у-лучи 1 ООГр+этрел. Разновидность nutans. Колос двурядный, средней длины (7,6... 8,5 см). Зерновка округлой формы. Продуктивная кустистость очень сильная (в среднем, за три года 5,6 стеблей на растение). Стебель длиннее контроля на 3,1см. Мутант устойчив к U. hordei и U. nigra и, менее, чем стандарт, восприимчив к U. nuda. Характерны хлорофилльные нарушения типа xanta и viridis.

Мутант 9-99 получен в в комплексном варианте гамма-лучи+этрел. Разновидность nutans. Колос серо-жёлтой окраски, средней длины (8,3...9,Зсм). Зерновка имеет продолговатую форму. Продуктивная кустистость очень сильная (5,1). Отличается от Зазерского 85 более высоким содержанием белка в зерне, на 3,75% выше, чем контроль.

Мутант 10-1X5 получен в Mj от совместного облучения ЛКС и у-радиации. Разновидность nutans. Колос жёлтой окраски, средней длины (8,5...8,9см), Зерно имеет продолговатую форму. Содержание белка в зерне на 3,6% больше по сравнению с контролем. Продуктивная кустистость сильная

(3,2 стебля на одно растение). Высота растений превышает исходный сорт в среднем на 4,5 см. Созревание наступает на 7,..9 дней позднее Зазерского 85.

Мутант 13-93 выделен в M¿ при сочетании этрела и JIKC. Разновидность nutans. Колос имеет жёлтую окраску, средней длины (7,0см), Зерно округлое. Масса 1000 зёрен высокая (4б,5...48,Or), Урожайность превышает контроль в среднем за три года на 0,32т/га (11,0%). Колошение и созревание иа 2...4 дня раньше исходного сорта.

ВЫВОДЫ

1 .Гамма-излучение дозой 1СЮГр оказало депрессирующее действие на полевую всхожесть семян, выживаемость, высоту, продуктивность растений и значительно удлинило вегетационный период ячменя сорта ЗазерскиЙ 85 в М|. Обработка этрелом, лазерным красным светом до и после у-облучсния усиливает действие ионизирующей радиации.

2.Под влиянием этрела отмечено снижение полевой всхожести семян, высоты растений и удлинение вегетационного периода.

3. Гамма- и лазерное излучения, этрел, применяемые для обработки семян, явились источником хлорофилльных и морфофшиологических изменений ячменя во втором поколении. Наибольшая частота хлорофилльных мутаций отмечена при у-облучении сухих (у-лучи ЮОГр) -6,78% и замоченных в воде семян (HiO+у-лучи 50Гр) - 7,86% , а также в варианте ЛКС+у-лучи - 8,90%. Преобладали летальные нарушения albina и xantha.

4. Гамма-лучи, лазерный красный свет и этрел проявили мутагенное действие на ячмене. Наибольшая частота морфофизиологических мутаций в М3 наблюдалась в вариантах у-лучи ЮОГр и НгО+у-лучи 50Гр-6,22%.

5. Частота мутаций в вариантах ЛКС+этрел и зтрел+ЛКС ниже, чем при индивидуальном использовании этих факторов. Обработка семян этрелом до и после у-облучения снижает частоту мутаций. Результат сочетания лазерного и гамма-излучения зависит от порядка обработки: у-лучи+ЛКС - мутагенный эффект отсутствует, ЛКС+7-лучи - доля мутантных семей на уровне индивидуального использования гамма-излучения.

6. Спектр мутаций в Мэ сузился в сравнении со спектром изменений Мг, Преобладали мутации, связанные с длиной стебля растений и сроками созревания.

7. Применение в качестве теста мутаций Waxy-локуса подтвердило вывод о наличии мутагенных свойств у гамма-лучей, ЛКС и этрела. Наибольшим мутагенным действием обладают у-лучи ЮОГр, Эффективность красного света с Х=632,3 им и 1% раствора этрела находятся на одном уровне. В комплексных вариантах аддитивный эффект отсутствует.

8. Электрофоретический анализ проламинов мутантных форм ячменя показал, что с помощью у-лучей, ЛКС и этреяа можно получать разнообразные морфологические, физиологические и биохимические мутации без изменения в гордеиновом спектре.

9. Индуцированы мутантные формы с изменениями по содержанию белка в зерне, с различной устойчивостью к головнёвым заболеваниям и внутри-стеблевым вредителям.

Ю.Создана коллекция мутантов ярового ячменя, обладающих генетически-и селекционно-ценными признаками. Пятнадцать образцов переданы во Всероссийский НИН растениеводства им. Н.И. Вавилова.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПРАКТИКИ

1. Для создания исходного материала ярового ячменя предлагается использовать наиболее эффективные по выходу морфологических и физиологических мутаций для сорта Зазерский 85 параметры мутагенных факторов: ионизирующее гамма-излучение дозой 50Гр и ЮОГр, лазерное красное излучение с длиной волны 632,8нм, плотностью мощности луча 0Д5мВт/см2 и экспозицией 120мин, этрел с концентрацией 1,0% и экспозицией 8 часов. Они могут применяться как мутагены индивидуально и в сочетании друг с другом. Эффективно применение физических мутагенов в комбинации ЛКС+у-лучи,

2. В селекционной практике рекомендуется использовать созданные и изученные мутанты ярового ячменя, отличающиеся повышенной продуктивностью, содержанием белка в зерне, скороспелостью: 3-2, 3-26, 3-29, 3-144а, 4-14, 5-76,6-82, 7-59а, 7-61,7-84,7-86, 7-87а, 9-99, 10-88, 10-115, 13-93, 13-104идр,

3. Мутанты с маркерными признаками: скороспелости, длины стебля, формы листа, отсутствие воскового налёта и хлорофилла в листьях ячменя могут использоваться в экспериментах по изучению характера наследования этих признаков.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1, Куимова Е.В. Влияние гамма-излучения и лазерного красного света на растения ярового ячменя в М| //V молодёжная научная конференция. Актуальные проблемы биологии: Тез. докладов.-Сыктывкар, 1998. - С.103-104,

2. Куимова Е.В., Дудин Г.П. Влияние гамма-излучения и этрела на растения ярового ячменя в М; //Труды кауч.-практ. конф. ИжГСХА. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1998. - Ч. 1. - С.29-31.

3. Дудин Г.П., Куимова Е.В. Влияние красного света и этрела на растения ярового ячменя в первом поколении //Материалы научной сессии Сев,-Вост. науч.- методич. центра РАСХН: Тез. докладов. - Киров, 1998. - С.23-24.

4. Куимова Е.В., Дудин Г.П. Изменчивость ярового ячменя в Мг под влиянием лазерного красного света и у-излучения //Материалы XIX науч.-прак. конф. ИжГСХА. - Ижевск: Шеп, 1999. - CJ26-27.

5. Куимова Е.В. Модификация этрелом радиобиологического эффекта у ярового ячменя // VII молодёжная научная конференция. Актуальные проблемы биологии и экологии: Тез. докладов.-Сыктывкар, 2000.-С, 114-115

6. Куимова Е.В., Дудин Г.П. Хлорофилльные мутации ячменя, индуцированные гамма-лучами и лазерным излучением // Материалы науч.-прак. конф. агрономического факультета ИжГСХА. - Ижевск: Шеп, 2000. - С.86-90.

7. Куимова Е.В., Дудин Г.П. Изменчивость ярового ячменя, индуцированная ЛКС, гамма-лучами и этрелом //Вестник ВятПТУ: Научно-методический журнал.-Киров, 2000. -№3-4. - С. 19-22.

8. Куимова Е.В., Дудин Г.П, Физиологическое и мутагенное влияние эт-рела на фоне гамма-облучения на семена и растения ярового ячменя//Аграрная наука Северо-Востока Европейской части России на рубеже тысячелетий - состояние и перспективы. ВятГСХА, Агрономический факультет. — Киров, 2000, -Т.2.-С.115-118.

9. Куимова Е.В., Дудин Г.П. Радиационный мутагенез па культуре ячменя // Здоровье — питание -биологические ресурсы; Материалы Международной науч.-практ. конф, посвящен. 125-летию со дня рождения Н,В. Рудницкого. ~ Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2002. - Т.1. - С.251-257.

10. Пуртова И.В., КривошеинаО.С., Дудин Г.П., Куимова Е.В, Коллекция мутантов ячменя// Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур. Сборник материалов VII Всерос. науч.-практ. конф.. - Пенза, 2003.-С.70-71.

И. Куимова Е.В., Устюгов И.И., Зелененко Н.Л. Устойчивость мутантов ярового ячменя к повреждению внутристеблевыми вредителями //Современные аспекты селекции, семеноводства, технологии переработки овса и ячменя: Материалы Международной науч.-практ. конф. — Киров, 2004. - С.142-144,

12. Куимова Е.В,, Пуртова И.В. Изучение наследования признака «зелёный стебель» у растений ярового ячменя //Материалы Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 117-годовщнне со дня рождения Н.И.Вавилова. — Саратов, 2004.-С.33-35.

Объем 1,25 печ. л.

Зак. 59.

Тир. 100 экз.

Центр оперативной полиграфии ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44