Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ДАЛЬНЕГО КРАСНОГО СВЕТА И ЭТРЕЛА В КАЧЕСТВЕ МУТАГЕННЫХ ФАКТОРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ДАЛЬНЕГО КРАСНОГО СВЕТА И ЭТРЕЛА В КАЧЕСТВЕ МУТАГЕННЫХ ФАКТОРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ"

А-3-І9Є6

На правах рукописи

КРИВОШЕИ НА Ольга Сергеевна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ДАЛЬНЕГО КРАСНОГО СВЕТА И ЭТРЕЛА

В КАЧЕСТВЕ МУТАГЕННЫХ ФАКТОРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

• 06.01.05— Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1998

о' / и»

Диссертационная работа выполнена на кафедре селекции и семеноводства Вятской государственной сельскохозяйст венной академии

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Г. П. Дудин.

Официальные оппоненты доктор биологических наук С. И. Демченко; кандидат сельскохозяйственных наук В. П. Смолин.

Ведущее учреждение — НИИСХ Севсро Востока имени Н В Рудницкого

Защита состоится 1998 г

в '' часов на заседании диссертационного совета

Л 120 35 04 при .Чосковской сельскохозяйственно« академии им К А Тимирязева по адресу 127550, г Чссква, ул Ти мирязевская, д 49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственнои сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева , „

Автореферат разослан I«198 г

У' ены I секретарь диссертационного совета — кандидат сельскохозяйственных (

на\к, доцент ^ " -/ ТР. Р. Усманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из методов создания исходного материала для селекции сельскохозяйственных растений является экс-приментальный мутагенез. Классические мутагенные.факторы (ионизирующая радиация, химические мутагены) оказывают грубое дейст- .. вие на генетические структуры клетки, а полученные мутанты имеют пониженную жизнеспособность и продуктивность, что;затрудняет их использование в селекционной практике.

' В настоящее время ведется поиск новых малотоксичных мутагенов, дающих высокий выход селекционно-ценных мутаций у растений. Таким фактором является лазерное излучение. В исследованиях на растительных объектах предпочтение отдается гелий-неоновому лазеру, излучающему монохроматический когерентный красный свет.

Согласно одной из гипотез действие лазерного излучения.осуществляется через фитохромную систему растений (Сечняк и др., 1979; Кузнецов и др., 1986; Дудин, 1991). Фитохром, как акцептор красного и дальнего красного света, возможно регулирует и синтез этилена в растительных клетках (Полевой, 1982). По результатам ис- ' следований ряда авторов (Видавер, 1982; Кигпе1зоу е1 а1., 1992) экзо-• генное применение этилена, источником которого является этрел, дополняет действие света красной области спектра на семена и растения. Под влиянием этрела увеличивается уровень хромосомных аберраций в клетках растений (Шевелуха и др., 1989). Исходя из этого, актуальными и , перспективными представляются исследования по изучению действия низкоэнергетического лазерного красного излучения, дальнего красного света и этрела на изменение генотипа ярового ■ ячменя. , .. • . ^ ■

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является изучение мутагенного действия лазерного излучения, дальнего красного света, этрела и эффективности их сочетания при создании

ИСХОДНОГО .мм. кия В ■'я^-^ц ц 1ши бы.1И ПОСГавЛС-

ЦЕНГРАЛЬНАЯ ны следующие задач Ц: НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск.- , акадв»жи п. Гимир:

Йнв. №£ЗЬ

- изучить влияние монохроматического когерентного лазерного излучения, дальнего красного света (ДКС), этрела и их совместного применения на рост и развитие растений ячменя в первом поколении,

- выявить и сравнить мутагенное действие на яровой ячмень ДКС, тгрела и лазерного излучения,

- определить наиболее эффективные сочетания мутагенов по выходу морфологических и физиологических мутаций у ячменя,

- сравнить мутабильность двух сортов ячменя Дина и Зазерский 85,

- отобрать селекционно-ценные мутанты ячменя с морфофизиоло-гическими и биохимическими признаками Провести их оценку на продуктивность, устойчивость к головневым заболеваниям, шведской мухе, кислотности почв

Научная новизна исследований. Доказана возможность получения на ячмене наследственных изменений (мутаций) под действием ДКС и ггреча

Впервые изучена мутагенная эффективность лазерного излучения в сочетании с дальним красным светом и этрелом на ячмене сортов Дина и Зазерский 85

Предложен способ обработки семян ячменя этрелом для индукции мутаций, на заявку которого получено положительное решение Роспатента

Практическая ценность работы. На основании результатов, полученных в эксперименте, разработаны и предложены для практического применения способы (режимы) мутагенной обработки семян ярового ячменя с использованием этрепа, ДКС, их совместною сочетания и комбинирования с лазерным облучением

Получены мутантные формы ячменя, представляющие селекционно-генетическую ценность но признакам скороспелости, продуктивности, кисчотоустойчивости, содержанию белка Одиннадцать мутантов включены в основной каталог ВИРа им Н И Вавилова

з

Материалы, полученные в эксперименте, используются в преподавании генетики и селекции Вятской ГСХА.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований доложены на XXV научно-производственной конференции, посвященной 50-летию Ижевского СХИ (Ижевск, 1993); на III'научной конференции Кировского госпединститута «Вятская земля в прошлом и настоящем» (Киров,1995); на научной сессии Вятского госпедуниверси-тета (Киров,1996); на научно- практической конференции «Научные основы стратегии адаптивного растениеводства Северо-Востока Европейской части России» (Киров, 1996); на научно-практической конференции «Региональные проблемы экологической-генетики» (Саранск, 1996); на научной' конференции МСХА (Москва, 1996); на XVII научно-производственной конференции «Актуальные проблемы развития аграрного сектора» (Ижевск, 1997); на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Кировского СХИ (1992,1993, 1994, 1995, 1996).

Основные материалы и положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах. -

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 181 странице машинописного текста и ¡состоит из введения, семи глав, выводов, предложений для селекции, списка литературы и. приложений. Работа содержит 30 таблиц и 27 рисунков. Список литературы включает 252 источника, из них 37 иностранных авторов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

'Полевые исследования проводились в 1991..,1996 годах на опытном поле «Кропачи» Кировского СХИ (Вятской Г'СХА). Почва участка дерново-подзолистая, по мехсоставу легко- и среднесуглинистая.

В.эксперименте использовались два сорта ярового ячменя, разновидности nutans , различные по происхождению и морфобиологнческнм свойствам - Дина и Зазерскнй 85.

Bo i душно-сухие семена ячменя облучали ла)ерным светом (X. 642,8 нм) на установке ОКГ-12-1 и дальним красным светом (А. 7^4±|0 нм), который получали от -электрической лампы накаливания череч интерференционный светофильтр с применением осветителя ОИ-19 Режим облучения в обоих счучаях непрерывный, -»кспочиция 60 минут, плотность мощности луча 0,1 мВт/смг

')трел использовался в качестве источника этилена Семена замачивались в течение 8 часов в растворах -угрела двух концентраций - 1,0% (0.07М) и 5.0% (0,3 <М) В опыт бычи включены комплексные варианты с прямым и обратным сочетанием лазера и ДКС, лазера и этрела 1,0%, ДКС и irpeia 1.0% Контролем служили необработанные семена В каж-юм варианте обрабатывали и высевали 500 »ерен (по 125 на одно повторение)

В первом покочении (Mi) учитывали полевую всхожесть семян, выжив )емосгь растении зинамику их развития, изменчивость количественных признаков

Семена с главного колоса каждого растения Mi высевали посемей-но для получения второго поколения В течение вегетационного периода в Мз проводили учет хюрофилльных мутаций, выделяли растения с видимыми морфологическими и физиологическими отклонениями от исходных сортов (контролей) В Mi определяли спектр новообразований, частоту семей с изменениями в процентах к общему числу семей в данном варианте

В третьем покочении проверяли наследование измененных признаков. выявленных в М; Процент их насчедования в Mi определяли по чисту семей с мупинями к шс i\ семей с изменениями в М: Частота мутации в М» опреде 1ч тсь по чисчу семей с мутантными признаками к количеству семей, »мучаемых в (Во Юдин, 1975)

И M« проверячи наследование шмененных признаков вылеченных r 1рстьем покопении

В пятом поколении ряд мутантных форм оценивали на урожайность по методике контрольного питомника и предварительного сортоиспытания (Гужов и др., 1991).

В зерне мутантов третьего и четвертого поколений определяли содержание белка по Кьельдалю и аминокислотный состав протеина методом ионообменной хроматографии. У селекционно-ценных мутантных линий ячменя изучали устойчивость к каменной, черной (ложной) и пыльной головне по методике ВИРа (Кривченко, 1978) и к повреждению шведской мухой (Чесноков, 1956; Мегалов, 1968).

Мутантные формы оценивались на устойчивость к кислотности почв с помощью индекса длины корней (Климашевский, 1991).

Формулы гордеинов мутантов ячменя определяли методом электрофореза (Поморцев и др., 1985). •'.

Для изучения генетического действия используемых' факторов применялся тест-метод waxy-изменений в пыльцевых зернах (Eriksson , 1962,1969; Виленский , Щербаков , 1985).

• Данные биометрии количественных признаков в М|.....Ms обрабатывали статистически по Плохинскому (1969), Доспехову (1985) и Лаки-ну (1990). Оценку результатов альтернативной (качественной) изменчивости проводили по Вольфу (1966).

Математическую обработку цифрового материала, полученного в опытах проводили с помощью персональной ЭВМ «Нейрон И966-01».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние лазерного излучения, дальнего красного света и этрела на рост и развитие ячменя в Mi. Фотомутагены и этрел оказали разное влияние на всхожесть семян, развитие растений и их выживаемость.

Индивидуальное облучение семян лазером и ДКС способствовало повышению полевой всхожести семян у обоих сортов ячменя на 3,6...13,3%. .

Сочетание ДКС лазер привело к снижению всхожести ячменя на 2,2 5.1% Обратная комбинация этих факторов снизила полевую всхожесть у сорта Дина на 1,8%, а у сорта Зазерский 85 повысила на 11,1% относительно контролей

Во всех вариантах с применением этрела наблюдалось снижение всхожести (.емян, а особенно сильное отрицательное влияние оказала обработка тгрелом с концентрацией 5,0% у сорта Дина взошло 17,2% семян, у сорта Зазерский 85 - 63,3% по сравнению с контролями

Облучение семян ячменя лазерным светом и ДКС до и после их замачивания в этреле оказало стимулирующее действие на полевую всхожесть обоих сортов В комплексных вариантах с этрелом лазер повышает всхожесть на 4,1 16,1%, ДКС на 2,5 9,4% по сравнению с индивидуальным применением этрела 1,0% Положительное действие физических факторов выше в случае их использования после обработки семян ітрепом

Отрел оказал депрессируюшее влияние и на динамику развития растений ячменя Во всех вариантах с применением этрела 1,0% вегетационный период увеличился на 4 дня у сорта Зазерский 85 и на 14 дней у сорта Дина, а под действием этрела 5,0% соответственно на 9 и 21 день

Изучаемые факторы не оказали существенного влияния на выживаемость растений ячменя У сорта Дина она изменялась по вариантам ог 84,6 до 100% (в контроле 92,1%), у сорта Зазерский 85 от 86,6 до 98,7% (в контроле 87,2%)

Под воздействием мутагенов произошли изменения в структуре продуктивности растений ячменя Mi Этрел с концентрациями 1,0% и 5.0% существенно уменьшил длину стебля у сорта Дина на 5,4 6,4 см (в контропе 50,7см), у сорта Зазерский 85 на 2,3 2,7 см (в контроле 47 6см )

Во всех вариантах с использованием этрела длина колоса у сорта Juna достоверно выше, a v сорта Зазерский 85 - ниже, чем в контро іе В

комплексных вариантах лазер + ДКС, этрел + ДКС наблюдалось достоверное увеличение массы зерна с колоса у сорта Дина. Во всех остальных вариантах этот показатель на уровне или ниже контрольного значения.

Применяемые факторы увеличили изменчивость количественных признаков растений ячменя М|. Наиболее варьирующими признаками у обоих сортов оказались общая и продуктивная кустистость (коэффициент вариации Су=46,5...90,8%), масса зерна с колоса (Су=15,6...32,6%), длина колоса (Су= 14,8...24,9%). Более выровненными были длина стебля (Су=8,8...21,2%), число зерен в колосе (0=11,8..,20,0%). Наибольшая изменчивость указанных признаков у ячменя отмечена в вариантах лазер и этрел 5,0%.

Эффективность, используемых факторов и реакция ячменя на их применение оценивались с помощью среднего суммарного показателя депрессии О, % - стимуляции % (Володин, Лисовская, 1979). Коэффициент О (Б0 рассчитывался по пяти признакам: всхожесть семян, длина стебля, длина колоса, число зерен в колосе н масса зерна с колоса. Практически во всех вариантах у изучаемых сортов отмечена депрессия разной степени (рис 1).

Значительное ингибирующее.действие на ячмень М| оказал этрел 5,0% (0=20,32...9,78%), несколько меньше этрел 1,0% (0=15,46... 7,35%). Наиболее чувствительным к этрелу оказался ячмень сорта Дина.

ДКС тоже привел к угнетению ячменя первого поколения, а в сочетании ДКС + лазер депрессия усилилась.

: Стимуляция наблюдалась у сорта Дина под влиянием лазерного излучения, у сорта Зазерский 85 в варианте лазер + ДКС.

.Изменчивость ячменя ВО втором поколении. В М] выделены семьи с хлорофилльными мутациями, частота которых у сорта Дина изменялась от 0,6% (ДКС+лазер) до 10,5% (этрел 5,0%); у Зазерского 85 - от 1,5% (этрел + лазер) до 4,6% (этрел 5,0%). В вариантах с лазером и дальним красным светом доля хлорофилльных мутаций находи-

Варианты Лазер

ДКС

Лазер »-ДКС ДКС+лазер ")трел 1 0% Чтрел 5 0% Угрел +-ла»ер Лазер+этрел ')трел +ДКС ДКС+этрел

D.%

а го ie te »4 »г ю -в -в -4 го г 4 ■ сорт Зазерский 85 ■ сорт Дниа

St,%

Рис 1 Чувствительность ячменя Mi к мутагенным факторам (1991 г )

лась на оаном уровне у обоих сортов (1,6 3,8%), кроме варианта ДКС »-лазер (0,6% у Дины и 3,0% у Зазерского 85) Абсолютный выход мугаций у сорта Зазерский 85 выше, чем у сорта Дина

В опыте выявлено 7 типов хлорофилльных мутаций Во всех вариантах индуцированы мутации striata и macúlala Мутация anthocyana была характерна только для сорта Зазерский 8S, albina и vindoalboterminahs обнаружены лишь у сорта Дина Наиболее широкий спектр хлорофилльных мутаций (по А гипа у каждого сорта) наблюдался при обработке семян ячменя дальним красным светом (рис 2)

лазер дальний красный свет этрел5,0%

^ - striata • Э - apicaiis

т -macúlala ЩЗ - viridoalboterminalis

■ - viridis jJJ - anthocyana ■

- Рис. 2. Спектр хлорофилльных мутаций у ячменя в Мг".

I - сорт Дина; II - сорт Зазерский 85 Кроме хлорофилльных мутаций в М2 были выделены семьи с морфологическими и физиологическими изменениями. Частота семей с морфофизиологическими изменениями у сорта Дина во всех вариантах выше, чем у сорта Зазерский 85 (табл.1).

В вариантах с индивидуальным применением лазера и ДКС у сорта Дина выделено по И семей с изменениями, доля которых составила соответственно 5,9% и 7,5%. Аналогичные результаты получены и на сорте , Зазерский 85: частота изменений в варианте лазер - 5,0% (16 семей), в варианте ДКС - 7,1% (21 семья). При последовательном облучении лазером и ДКС доля семей с фенотипическими изменениями у сорта Днна находится на уровне, а у сорта Зазерский 85 - в 1,9...2,7 раза меньше, чем при индивидуальном использовании физических'факторов.

Максимальная частота измененных семей в Мг получена под влиянием этрела 5,0% у сорта Дина (15,8%), у Зазерского 85 в этом варианте процент изменений составил 3,3%.

!

Таблица 1

Частота морфофизиологических изменений у ячменя в Мг

Варианты Число семей Частота изменений р±Бр,% Типов изменений

изучаемых с изменениями

Сорт Дина

Лазер 185 11 5,9 ± 1,74 5

ДКС 146 11 7,5 ± 2,18 6

Лазер ДКС 121 10 8,3 ± 2,5 8

ДКС * лазер 151 8 5,3 ± 1,82 9

Этрел 1,0% 51 2 3,9 ± 2,72 4

Этрел 5,0% 19 3 15,8 ± 8.36 3

Этрел «• лазер 50 7 14,0 ±4,91 10

Лазер «- этрел 44 3 6,8 ± 3,80 3

Этрел - ДКС 44 5 11,4 ± 4,79 3

ДКС *■ этрел 35 4 11,4 ± 5,37 4

Сорт Зазерский 85

Лазер 318 16 5,0 ± 1,23 9

ДКС 296 21 7,1 ± 1,49 8

Лазер «• ДКС 305 8 2,6 ± 0,91 7

ДКС * лазер 264 7 2,6 ± 0,98 9

Этрел 1.0% 236 6 2,5 ± 1,02 6

Этрел 5,0% 152 5 3,3 ± 1,45 6

Этрел ♦ лазер 271 3 1,1 ± 0,64** 4

Лазер «- этрел 253 4 1,6 ± 0,78* 4

Этрет * ДКС 280 1 4 1,4 І 0,70* 6

ДКС 1 і грел 254 | 2 0,8 ± 0,55** 2

Примечание *- уровень вероятности Р 0,95,

**- уровень вероятности I» 0,99 к вариантам лазер ДКС

и

При снижении концентрации этрела до 1,0% уменьшилась и частота морфофизиологических изменений.

У сорта Зазерский 85 в вариантах, сочетающих этрел с ДКС или лучами лазера частота фекотипических изменений составила 0,8..; 1,6%, что достоверно ниже, чем при индивидуальном использовании каждого типа излучения. .,.-■.

Для практической селекции наиболее важен спектр индуцированной изменчивости. Спектр и частота морфофизиологических изменений варьировали в зависимости от варианта и сорта.

Максимальное количество новообразований отмечено у сорта Дина в комплексных вариантах этрел+ лазер (10 типов) и ДКС + лазер (9 типов), у сорта Зазерский 85 - в вариантах лазер и ДКС + лазер (по 9 типов). В других вариантах спектр изменений был уже (2...8 типов).

Облучение лазерным красным светом способствовало появлению у обоих сортов растений с низким стеблем, ранним и поздним созреванием, повышенной массой зерна с колоса. Кроме того, у сорта Зазерский 85 выделены семьи с прямостоячей формой куста, с пониженной кустистостью и массой зерна с колоса, длинным колосом, другим габитусом растений.

Такие же типы изменений отмечены и при облучении семян ДКС. Отличие в том, что формы с повышенной массой зерна с колоса и другим габитусом растений обнаружены только у сорта Дина, а с узкими листьями у сорта Зазерский 85.

При обработке семян эгреяом 1,0% у обоих сортов ячменя появились семьи со стелющейся формой куста, низкостебельные, позднеспелые, у сорта Дина с "пониженным числом зерен в колосе, у сорта-Зазер-ский 85 с длинным колосом и другим габитусом растений.

Другим был спектр изменчивости в варианте этрел 5,0%. У сорта Дина отмечены такие изменения, как повышенная кустистость, низкий . стебель, повышенная масса зерна с колоса. Семьи с прямостоячим кус-

том, длтшым и коротким колосом, другим габитусом растений выделены у сорта Зазерский 85

В комплексных вариантах наблюдались различия по типам и спектру новообразований При сочетании физических факторов число типов новообразований больше (7 9), чем при облучении и обработке семян тгрелом (2 6), кроме варианта этрел <- лазер у сорта Дина

Во всех вариантах опыта, за исключением лазер +■ ДКС у Зазерско-го 85, получены низкостебельные формы ячменя Наибольшая частота их отмечена у сорта Дина в вариантах с применением этрела (8,57 14,60%)

Мутационная и моднфнкацнонная изменчивость ячменя в третьем м четвертом поколениях. В Мэ хлорофилльные мутации наблюдались только в четырех вариантах Доля этих мутаций у сорта Дина в варианте этрел лазер составила 2,0% У сорта Зазерский 85 хлорофилльные мутации отмечены в вариантах лазер (0,63%) и этрел 5,0% (0,64%) ДКС индуцировал мутации у обоих сортов, частота их составила 2,05% v сорта Дина и 1,01% у сорта Зазерский 85 Спектр хлоро-филльных мутаций в Mj сузился до пяти типов Мутации stmta и macu-lata не наследовались В то же время выделен новый тип xantha Наиболее широкий спектр хлорофилльных мутаций получен под влиянием ДКС apicalis, vindoalboterramalis, albina, vindis

Характер наследования морфофизиологических новообразований в Mi зависел от их типа, варианта опыта и генотипа ячменя Полностью наследовались изменения повышенное число зерен в колосе у обоих сортов, длинный колос, антоциановая пигментация, нарушение транспорта марганца у сорта Дина (табл 2)

Высокий процент наследования (75 и выше) отмечен у изменений повышенная масса зерна с колоса v обоих сортов, увеличенная кустистость у Лины, низкий стебеть у Зазерского 85

В Mi доля мутантных семей снизилась по сравнению с частотой измененных семей В Mj

При лазерном облучении частота мутантних семей у обоих сортов была на одном уровне и составила 3,8% у Дины и 4,1% у Заэерского 85

Таблица 2

Характер наследования измененных признаков V ячменя в Мт

Количество семей с Процент на-

Типы изменений Сорт* изменениями следования

м2 м, (р±Чр)

Форма куста

стелющаяся 1 4 2 1 50 0±250

прямостоячая II 5 2 40 0±219

Кустистость

повышенная 1 9 7 77 8±138

пониженная II 24 14 58 3±10 I

Стебель

низкий I 42 "Г 14 33 3±7 3

II 53 | 42 79 2±5 6

Созревание

раннее I 10 4 40 0±И 5

П 21 4 19 1±8 6

позднее I 14 9 64 3±12 8

II 12 5 41 7±14 2

Колос

длинный I 6 6 100 0±0

II 17 5 29 4±110

короткий II 2 1 50 0±35 4

Число зерен в колосе

повышенное I 3 3 100 0±0

II 1 1 100 0±0

Масса зерна с колоса

повышенная 1 8 6 75 0±15 3

II 4 3 75 0±216

Другой габитус растений II 4 і 50 0±25 0

Антоииановая пигментация I 3 3 100 0±0

Нарушение транспорта Мп I 1_ I _ 1 | 100 0±0

Примечание • - [ - сорт Дина, П - сорт Заіерсмій 85

Дальний красный свет индуцировал меньший процент мутаций, чем лазер: 2,7% (Дина) и 3,7% (Зазерский 85). При совместном облучении лазером и ДКС частота мутаций у сорта Дина в 2 раза больше, чем у За-зёрского 85. Повышение концентрации этрела с 1,0% до 5,0% привело к увеличению частоты мутантных семей у обоих сортов, В комбинированных вариантах с этрелом доля морфофизиологических мутаций у сорта Дина составила 4,5...9,1%, а у сорта Зазерский 85 0,4...1,6 %. При сравнении эффективности применяемых мутагенов обнаружено, что частота мутаций у сорта Зазерский 85 во всех вариантах, а у сорта Дина в трех (ДКС, ДКС этрел, этрел 1,0%) ниже, чем в варианте лазер.

Максимальная частота морфофизиологических мутаций отмечена у сорта Дина в варианте этрелДКС (9,1%). Г

Частота семей с наследственными изменениями в Мз в целом у сорта Зазерский 85 была ниже, чем у сорта Дина.

Высокая степень наследования измененных семей у ячменя' (57,1...100%) получена в вариантах лазер, ДКС + лазер, этрел + лазер, лазер + этрел, этре-л + ДКС.

В Мз между вариантами и сортами ячменя наблюдались различия и в спектральном составе мутаций. Широкий спектр получен в варианте с лазерным излучением: скороспелые и позднеспелые формы, короткосте-бельные, с повышенной массой зерна с колоса, с прямостоячим кустом, другим габитусом растений (рис.3).

Под влиянием ДКС получены позднеспелые мутанты и семьи с повышенной кустистостью у сорта Дина. У сорта Зазерский 85 в основном выделены короткостебельные формы, с длинным колосом, прямостоячим кустом, пониженной кустистостью.

При использовании этрела 1,0% и 5,0% спектр мутаций разнообразнее у сорта Зазерский 85. Этрел в основном индуцировал мутации морфологических признаков (низкий стебель^ длинный колос), позднеспелые формы, с пониженной кустистостью и повышенной массой зерна с колоса. У ячменя сорта Дина в вариантах с этрелом 1,0% н 5,0% получе-

и

ны короткостебельные мутанты, с повышенной кустистостью и массой зерна с колоса

В Мз проводили отбор новых измененных форм Изменения были отмечены по форме куста и габитусу растений, по кустистости, по длине стебля и степени созревания, по морфологии и стерильности колоса, по числу зерен и их массе с колоса

Сорт Дина Сорт Зазерский 85

Рис 3 Спектры мутационной изменчивости ячменя в Мг I-морфологические му-• тации растении, 2-скороспелость, З-позднеепелость, 4-другие физиологические мутации, 5-мутации копичественных признаков

Новообразования были в основном обнаружены в комплексных вариантах. Характер наследования изучался в М4. Высокий процент наследования (50,0...100,0) отмечен по признакам повышенная кустистость, другой габитус растений, остевидные образования на колосковых чешуях, узкие боковые цветковые чешуйки, интенсивная окраска колоса, повышенное и пониженное число зерен в колосе.'

Изменения waxy - гена у ячменя под влиянием изучаемых факторов. Генетическая активность используемых факторов оценивалась с помощью тест - системы на изменения по локусу waxy, которые регистрируются по окраске пыльцевых зерен. Мутантные пыльцевые зерна обнаружены во всех изучаемых вариантах (табл.3). Частота waxy- мутаций в опытных вариантах достоверно выше уровня спонтанного мутирования в контроле (0,025%). ,

, , , . Таблица 3

Частота мутаций waxy - гена при обработке ячменя лазерным излучением, ДКС и этрелом

Варианты Число пыльцевых зерен, гыс.шт. Мутантных пыльцевых зерен Достоверность разности td к контролю

п p±Sp,% .

Контроль 64 16 0,025 ± 0,006 —

Лазер 61 93 0,152 ±0,016 7,47**»

ДКС 60 100 0,167 ± 0,017 7,89***

Лазер + ДКС 59 77 0,130 ± 0,015 6,56***

ДКС + лазер 64 59 0,092 ±0,012 5,15***

Этрел 1,0 % 64 93 0,145 ± 0,015 7,50***

Этрел+ лазер 62 72 0,116 ± 0,014 6,07***

Лазер + этрел 84 ' 82 0,098 ± 0.011 6,08***

Этрел + ДКС 50 43 0,086 ± 0,013 4,35***

ДКС +этрсл 49 50 0,102 ±0,014 .5.13***

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

Максимальная частота мутаиий локуса waxy получена при облучении семян ДКС и составила (1,167% При лазерном облучении доля waxv - изменений - 0,152% На этом же уровне было ч'исло мутаций в варианте с этрелом 1,0%

Во всех комбинированных вариантах отмечено снижение частоты мутирования waxy- гена по сравнению с индивидуальными обработками

Результаты теста свидетельствуют о мутагенной эффективности дальнего красного света и этрела на уровне лазерного излучения и соответствуют данным полевых исследований по выходу мутаций у ячменя в Мэ Частота waxy - изменений коррелирует с частотой морфофизнологм-ческих мутаций в Мэ, особенно у сорта Зазерский 85

Устойчивость мутантов ячменя к болезням и шведской мухе. В М« и М? селекционно-ценные мутанты изучались на устойчивость к каменной, черной (ложной) и пыльной головне, а также на устойчивость к повреждениям шведской мухой Сорт Дина высокоустойчив к трем видам головни, сорт Зазерский 85 слабовосприимчив к каменной головне (10,7%), средневосприимчив к пыльной (27,1%), высокоустойчив к черной головне За время изучения высоко и практически устойчивыми к трем видам Ustilago оценены мутанты 5-2, 5-7 (ДКС), 9-3, 9-7 (ДКС «лазер), 14-2 (этрел 1,0%), 16-4 (этрел + лазер), 17-3 (лазер +• этрел), полученные из сорта Дина

Высокие классы устойчивости (0, I и II) имели мутантные формы из сорта Зазерский 85 22-10 (лазер), 24-10 (ДКС), 38-1 (ДКС + этрел)

Исходные сорта и их мутанты сильно повреждались (до 100%) шведской мухой У изучаемых мутантов не обнаружено высокой выносливости к повреждениям Oscinella frit Z В 1995г хорошую выносливость показал мутант 9-2, полученный в варианте ДКС -•- этрел

Содержание белка в зерне и кнслотоустончнность селекционно -ценных мутантных форм. По результатам биохимического аналша в Mt из 142 образцов выделено 9 мутантов, отличающихся по содержанию белка от контроля Данные му!анты изучались в М» В среднем ja 2 года

у выделенных форм из сорта Дина было повышенное содержание протеина в зерне 10,6,..11,8%. Наибольший процент белка 11,8 отмечен у мутантов 5-7а (ДКС) и 9-4 (ДКС + этрел). У исходного сорта - 9,6% белка в зерне.

У сорта Зазерский 85 среднее содержание белка в зерне составило 9,8%. Его мутанты имели пониженное количество протеина, минимальное- 8,2% обнаружено в зерне мутанта 36-4 (лазер + этрел). '.

Мутанты, интересные в селекционно-генетическом плане, оценивались на устойчивость к кислотности почв тест- методом водной культуры. Критерием устойчивости служил индекс длины корней (ИДК). Под действием ионов АЬ5> ИДК у мутантов варьировал от 0,52 до 0,97. У контрольных сортов он был .0,91 и 0,88. Скриниг мутантов ячменя позволил выявить формы с различной устойчивостью к кислотности почв. Мутанты 14-2, 3-9, 7-1, 38-1, 28-6 выделены как кислотоустойчивые.

Урожайность селекционно - ценных'мутантов ячменя. В 1995 году мутанты, имеющие селекционный интерес и хорошие показатели по элементам продуктивности растений, оценивались на урожайность. Десять мутантов изучалось в контрольном питомнике в сравнении с исходными сортами. Четыре мутанта в 1995 г. и два в 1996 .г. находились в предварительном сортоиспытании. Контролем служил сорт Бнос1.

Наиболее урожайными оказались мутанты из сорта Зазерский 85. Мутант 22-10 (лазер) имел урожайность 52,3...79,5 ц/га и превышал контрольный сорт на 7,6...6,2 ц/га. Прибавка сформировалась за счет увеличения продуктивной кустистости У мутанта 38-1 (ДКС + этрел) урожайность составила 47,6...81,2 ц/га, что на 7,9...2,9 ц/ га выше, чем у сорта Биос 1. Все прибавки урожайности были в пределах НСР05.

Характеристика мутантов с хозяйственно полезными признаками. В результате проведенных исследований выделено 19 мутантных форм, представляющих селекционную ценность по признакам скороспелости, продуктивности, устойчивости к головне и другим. Подлинность мутантов подтверждена данными электрофоретического анализа гордеи-

нов ячменя Формулы гордеинов соответствовали исходным сортам Ди-Ha-HrdA2B84Fl и Зазерский 85- HrdA12+2B53+19n

Приводится краткая характеристика некоторых мутантных форм Мутант 3-2 получен в Mi облучением семян сорта Дина лазерным светом Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 45,9 г) Длина стебля в среднем за 4 года составляет 66,0 см, что ниже исходного сорта на 3 6 см Колосится и созревает на 2 дня раньше сорта Дина

Мутант 5-1 выделен в М< в варианте ДКС из сорта Дина Имеет сильную кустистость (3,2) Стебель средней высоты (74,6 см) Форма куста прямостоячая Колошение наступает на 2 3 дня позднее, чем у исходного сорта

Мутант S-7 получен в Мг при облучении семян сорта Динаг дальним красным светом Длина колоса на 1,7 см больше, чем у исходного сорта и составляет 6,9 см Созревание на уровне контроля Устойчив к головне Содержание белка в зерне в среднем на 1,7% больше, чем у сорта Дина Для мутанта типичны хлорофилльиые мутации apicahs и vi-noloalboterminalis

Мутант 14-2 выделен в Mi при замачивании семян сорта Дина в этреле 1,0% Колос короткий, зерно крупное (масса 1000 зерен 46,9 51,3^ Кустистость сильная, коэффициент кустистости 3,9 Стебель короче, чем у Дины Мутант устойчив к головне Кисютоустойчивость выше, чем у исходного сорта

Мутант 17-3 получен в Мг в варианте лазер+ этрел из сорта Дина Колос средней длины, рыхлый Зерно средней крупности Сильная продуктивная кустистость (4,5 в среднем за три юда) Стебель толстый, высота его 70,3 см Устойчив к головне По урожайности превышает контроль на 7,2%

Мутант 22-10 выделен в Mj при облучении семян сорта Зазерский

85 лазерным светом Колос средней -глины и плотности Масса 1000 зет

рен 43,0 г Урожайность муганта на 17°« превышает контроль Колоше-

ниє наступает на 2...З дня раньше. Устойчив к головне, кислотности почв. ' ' • ■ • »■- .

Мутант 24-10 получен в М2 из сорта Зазерский 85 в варианте ДКС. Зерно удлиненной формы, крупное. Колошение и созревание наступает на 5 дней раньше, чем у Зазерского 85. Устойчив • к пыльной головне.

[Мутант 38-1 выделен в Мг в варианте ДКС +этрел из сорта Зазерский 85. Колос средней длины, масса 1000 зерен 45 г. Мутант устойчив к полеганию. По урожайности превышает исходный-сорт, слабовосприимчив к пыльной головне. Содержание белка в зерне низкое - 8,9%.

ВЫВОДЫ

1. Установлена различная реакция ячменя на воздействие мутагенами в первом поколении. Не обнаружено антагонистического влияния красного лазерного и дальнего красного света на полевую всхожесть семян. Лазерное излучение и ДКС не вызвали существенных изменений в развитии растений М|.

2. Под влиянием этрела отмечено снижение полевой всхожести семян, высоты растений, увеличение вегетационного периода ячменя. Сильное депрессирующее действие на семена и растения М| оказала обработка этрелом с концентрацией 5,0%. Сорт Дина более чувствителен к этрелу, чем сорт Зазерский 85. . ..

3. Облучение лазером и ДКС до и после обработки этрелом 1,0% снижает его ингибирующее действие на семена и растения ячменя первого поколения.

4. В М) у обоих сортов ячменя во всех вариантах получены хлоро-филльные мутации. Наибольший их спектр выявлен в варианте ДКС.

5. Кроме хлорофилльных мутаций, во втором поколении выделены морфологические и физиологические изменения, частота которых колеблется от 0,8% до 15,8%. Спектр морфофизиологической изменчивости варьировал в зависимости от варианта и сорта ячменя.

6. Максимальное число семей с морфофизиологнческими мутациями и наиболее широкий спектр в Мі у обоих сортов получены в вариантах с индивидуальным применением лазерного излучения и ДКС Частота мутаций и их спектр у сорта Зазерский 85 ниже, чем у сорта Дина

7. Впервые на яровом ячмене установлено мутагенное действие дальнего красного света (Х=754 им, Е= 0,1 мВт/см2, t°60 мин ) ДКС индуцирует мутантные формь ячменя с повышенной кустистостью, низким стеблем, длинным колосом, с различными сроками созревания

8. Этрел проявил мутагенный эффект на ячмене Увеличение концентрации этрела с 1,0% до 5,0% ведет к росту частоты наследственных изменений Предложен способ обработки семян этрелом для получения мутаций у ячменя

9. Не наблюдается аддитивного эффекта от совместного использования мутагенных факторов (лазер и ДКС, лазер и >трел, ДКС и этрел) Частота мутаций в комплексных вариантах у сорта Дина находится на уровне, а у сорта Зазерский 85 ниже уровня индивидуального применения мутагенов

10. Спектр новообразований в Mi существенно не меняется в сравнении с Мг, преобладают мутации, связанные с длиной стебля растений, сроками созревания, длиной колоса Наибольшая степень наследования отмечена по признакам число зерен в колосе, масса зерна с колоса, длина колоса, кустистость растений Процент наследования измененных признаков выше у сорта Зазерский 85

11. Применение в качестве теста мутаций waxy- локуса подтвердило вывод о наличии мутагенных свойств у ДКС и зтрела, эффективность которых находится на уровне лазерного излучения

12. Электрофоретический анализ проламина мутантних форм ячменя показал, что с помощью лазерного излучения (632,8 нм), дальнего красного света (754 нм) и этрела можно получить ралюобразные мор-фофизиологические мутации без изменения в гордеиновом спектре

13. Получены мутантные формы ячменя с изменениями по содержанию белка в зерне и его аминокислотного состава, с различной устойчивостью к головне и шведской мухе, к кислотности почв.

14. Создана коллекция мутантов ячменя с хозяйственно.полезными и селекционно-ценными признаками. Одиннадцать образцов переданы в ВИР им. Н.И. Вавилова. Десять мутантов изучались в контрольном питомнике, четыре в предварительном сортоиспытании.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ

1. Для создания исходного материала ярового ячменя предлагается использовать наиболее эффективные по выходу морфологических и физиологических мутаций для сортов Дина н Зазерский 85 параметры мутагенов: индивидуальное облучение семян лазером (Х= 632,8 нм) и дальним красным светом 754 нм) с плотностью мощности луча 0,1 мВт/см1 и экспозицией 60 мин ; обработка семян зтрелом с концентрациями 1,0% и 5,0% в течение 8 часов. Для сорта Дина эффективно совместное прямое и обратное применение лазера и ДКС.

2. Селекционным учреждениям рекомендуется использовать в селекции на скороспелость, продуктивность, повышенное и пониженное содержание белка, устойчивость к головне, созданные и изученные мутантные формы ярового ячменя: 3-2, 5-6, 5-11, 7-9, 9-8, 14-2, 22-10, 22-12, 24-Ю, 26-8, 35-2, 38-1 и другие. ' '

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ^ ' ДИССЕРТАЦИИ '

1. Дудин Г.П., Кривошеина О.С. Мутагенное, действие дальнего красного света и этрела на ячмень сорта Зазерский 85 //Агрономическая наука - достижения и перспективы: Тезисы докладов научной конференции.- Киров, 1994. - С. 10...П.

2. Кривошеина О С , Дудин Г П Изменчивость ячменя сорта Дина под влиянием лучей лазера и дальнего красного света //Агрономическая наука - достижения и перспективы Тезисы докладов научной конференции - Киров, 1994 - С 14 15

3. Кривошеина О С, Дудин Г П Способ мутагенной обработки семян ячменя Заявка на изобретение К® 94015633/ 015516 Положительное решение Роспатента от 27 С 1 94

4. Дудин Г П, Кривошеина О С Лучистая >нергия красного и дальнего красного света и мутагенез растений //Вятская земля а прошлом и настоящем Материалы III научной конференции, посвященной 50-летию победы в Великой Отечественной войне - Киров, 1995 - Т 111-С 42 44

5. Кривошеина О С , Дудин Г П Мутагенное действие излучения гелий-неонового лазера и дальнего красного света на ячмень сорта За-зерский 85 //Сельскохозяйственная наука Северо-Востока ЕврЬпейской части России /Сборник научных трудов - Киров, 1995 - Т 1 -С 123 129

6. Дудин Г П , Кривошеина О С Влияние этефона на семена и растения ячменя сорта Дина //Материалы юбилейной научной конференции профессорско-преподавательского состава, посвященной 50 - летню института (9-11 ноября 1993 года) - Ижевск, 1995 - Ч 1 - С 24 25

7. Кривошеина О С , Дудин Г П Мутанты ячменя с высоким содержанием белка в зерне //Вопросы селекции и технология производства продукции животноводства , охотоведения и природопользования Материалы юбилейной научной конференции - Киров, 1995 - В I -С 94-95

8. Дудин Г П , Кривошеина О С Мутационная изменчивость ярового ячменя под влиянием эгрела на фоне лазерного излучения // Материалы совещания по проблемам селекции зерновых культур в Нечерноземной зоне России 3-4 июля 1992 года - Киров, 1995 - С 44 54

9. Кривошеина О.С. Мутабильность ячменя под влиянием дальнего красного света . //Региональные проблемы экологической генетики и пути их решения: Тезисы докладов научно - практической конференции.-Саранск. 1996.-С. 19.. 20.

10. Зелененко Н.Л.. Кривошеина О.С, Оценка селекционно-ценных мутантов ячменя - на устойчивость к , повреждению шведской мухой. //Почва , биология растений и агротехника их возделывания: .Тезисы докладов научной конференции,-Киров, 1997,-С.18...20, -

11. Кривошеина О.С. Мутагенное действие лазерного света и этрела на яровой ячмень //Актуальные проблемы аграрного сектора: Труды научно-практической конференции. - Ижевск, 1997.Ч. 2. - С. 50...51.,

12. Дудин Г.П., Кривошеина О С., Логинов Д.А. Мутагенез у ячменя под влиянием красного света различной природы //Аграрная наука.-1997. 2.-С. 22,..23.

Обгеч 1 ' п л

3„кав 98

Тиріл 10!)

Типография Издлельства VÍCXA 12755J, Москва, Ти іиря^евская \л, 44