Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Использование индуцированного мутагенезапри создании исходного материала для селекцииукосного ярового гороха

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Использование индуцированного мутагенезапри создании исходного материала для селекцииукосного ярового гороха"

Р Г 5 ОД 2 4 МАР 1Я9?

На правах рукописи

Чумаковский Михаил Николаевич

Использование индуцированного мутагенеза при создании исходного материала для селекции укосного ярового гороха

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Краснодар -1997

Работа выполнена в Краснодарской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте им. П.П Лукьяненко в 1983- 1996 гг.

Научные руководители: - - доктор биологических наук,

Сидорова К.К. - доктор сельскохозяйственных наук, Казарцева А. Т.

Официальные оппоненты: - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Гикало Г.С. -кандидат сельскохозяйственных наук, Жогин А.Ф.

Ведущее предприятие: Адыгейский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится н / " С/Л/^лЪ 1997 г, в часов на заседании диссертационного совета Д 020.66.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте риса по адресу: 353204, г.Краснодар, п.Белозерный

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института риса

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

1997 г.

Сорочинская Е.М.

Общая характеристика работы Актуальность темы. Главная роль в решении белковой проблемы в питании человека и кормлении животных отводится зернобобовым культурам, и в частности гороху. Высокая белковость семян и зеленой массы (до 33 и 19 % соответственно), уникальная пластичность к внешним факторам и относительно высокая урожайность снискали широкую популярность гороху в самых различных почвенно-климатичесхих зонах земледелия на Земле (Вавилов, Посы-панов, 1983). С точки зрения экономии энергии на входе в агроэкосистемы и повышения ее эффективности горох, как азогфиксирующая культура, является весьма выгодной в настоящее время и перспективной в будущем,

Среди форм гороха, выращиваемых на Кубани, особое место занимает укосный горох. Скошенный в фазу технологической спелости, он обеспечивает максимальный выход белка с единицы площади, возможность использования дополнительных культур. Однако, специфика погодных условий Северного Кавказа, где фазы роста и развития гороха совпадают с резким возрастанием температур почвы и воздуха (более 30 °С), не позволяет эффективно формировать репродуктивные органы поздним и средне-поздним укосным формам гороха.

В связи с этим, на Кубани возникла необходимость селекционных работ направленных на создание адаптированных сортов гороха с максимально сжатым вегетационным и, особенно, репродуктивным периодом. Правильность такой постановки вопроса подтверждается тем, что районированный позднеспелый сорт гороха Укосный 5 не нашел широкого распространения в Краснодарском крае.

Цель и задачи исследований. Исходя из выше сказанного, цель исследования - создать перспективный исходный материал методом индуцированного мутагенеза гороха, разработать обоснованную систему выявления ценных укосных форм гороха. Для ее достижения требовалось решить следующие задачи:

- изучить эффективность различных мутагенов - N-ннтрозомегилмочевины (НММ), N-нитрозоэтилмочевины (НЭМ), этиленимина (ЭИ), диазоацетилбута-на (ДАБ), этилмегансульфоната (ЭМС) и гамма-лучей;

- установить оптимальные концентрации мутагенов, используя критерии чувствительности в М1 и частоту видимых мутаций в Мг;

- выявить роль генотипа в экспериментальном мутагенезе и выделить наиболее мутабильные сорта по частоте видимых ценных мутаций;

- провести диаллельный анализ ряда мутантов и определить доноры для селекции;

- на основе индуцированных мутантов создать ценный исходный материал для селекции ярового укосного гороха;

- оценить мутантные и мутантно-гибридные линии и выделить из них перспективные для практической селекции.

Научная новизна и практическая значимость. В результате проведенных исследований установлены особенности мутационной изменчивости у сортов гороха укосного и зерно-укосного типа.

Выявлена сравнительная эффективность мутагенов и роль генотипа в индуцированной изменчивости.

Выделен высокорослый мутант 1202 с высокой общей комбинационной способностью, использование которого в практической селекции позволило получить перспективные укосные мутантно - гибридные линии.

Выделены линии, превышающие стандартный сорт Укосный 5 по продуктивности зеленой массы до 12 и по урожайности зерна до 45 %.

Созданы и используются в практической селекции высокопродуктивные линии зерно-укосного и зернового направления.

С использованием линии 88/82, обработанной 0,01 % раствором этилени-мина, создан зерно-укосный сорт гороха Ареал, который с 1995 года предложен Госкомиссией по сортоиспытанию к районированию по Краснодарскому краю.

Апробация работы. Материалы, представленные в диссертационной работе, доложены на 4-ой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (СКЗНИИСиВ, Краснодар, 1982), научно-технической конференции молодых ученых, посвященной 70-лепио основания КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко {Краснодар, 1984), XVI Республиканской конференции молодых ученых и специалистов (ГрНИИЗ, Мцхега, 1986), Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых (ВСГИ, Одесса, 1991). Основные

положения доложены и одобрены на методических комиссиях КНИИСХ (1984 -1996 гг.).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания условий проведения опытов, методик и исходного материала, экспериментальной части, выводов, практических предложений селекции и рекомендаций производству. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, включает 2 рисунка, 35 таблиц и 6 приложений. Список литературы включает 181 наименование, в том числе 40 работ зарубежных авторов.

Условия, исходный материал и методы исследований

Исследования проведены в 1983 - 1996 гг. на полях и в теплице лаборатории селекции и первичного семеноводства гороха Краснодарского НИИСХ им. П.П. Лукьяненко. Почва - западно-предкавказский выщелоченный малоту-мусный сверхмощный тяжелосугаинистыи пылевато-иловатый чернозем (Блажний, 1958). Предшественник - озимая пшеница. Обработку почвы, посев и уход за посевами гороха проводили согласно общепринятым рекомендациям.

Климат зоны - умеренно-влажный. Среднегодовая сумма осадков по многолетним данным составляет 611,0 мм, а за период проведения опытов - 486,7 -924,0 мм, сумма эффективных температур 3300 - 3600 °С. Центральная зона Краснодарского края, где проводились опыты, является одной из благоприятных для возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе и для гороха. Однако погодные условия в годы проведения исследований были довольно контрастными. 1983, 1985, 1987 и 1994 годы отличались засушливыми условиями в период цветения и налива бобов, что снизило урожай зерна, 1988 - 1990 годы - обильными осадками в мае, июне, что приводило к развитию ложно-мучнистой росы и серой гнили. Наиболее благоприятными были 1987, 1989 и 1995 годы.

Для исследований были подобраны четыре сорта ярового зернового гороха - Арсенал, Атлант, Сатурн и Неосыпающийся 1 и два сорта укосного ярового гороха - Геркулес, Донбасс и линия 88/82. Семена сортов Неосыпающийся 1

и Донбасс получены из ВИРа, семена остальных сортов - Краснодарских репродукций.

Обработку семян мутагенами НММ, НЭМ, ЭИ, ДАБ и гамма-лучами проводили по методикам и рекомендациям Раппопорта, 1966; Енкина, 1967; Зоз, 1968; Сидоровой, 1968. Концентрации мутагенов: НММ - 0,005; 0,006; 0,007; 0,008; 0,01; 0,012; 0,014; 0,016; НЭМ и ЭИ - 0,01; 0,0125; 0,015; ДАБ - 0,1; 0,2; ЭМС - 0,015 %. Гамма-лучами семена обрабатывали в дозе 3 кР.

Обработанные семена высевали в поле или в теплице разреженным способом (поколение Mi) из расчета 1 семя на 30 смг почвы. В Mi учитывали всхожесть, выживаемость и изменчивость растений. Семена с каждого растения Mi собирали отдельно. Посевы поколения Mz проводили по семьям (потомсгвам отдельных растений), где определяли частоту, спектры мутационных изменений и отбирали мутанты. В Мз и последующих поколениях продолжали исследования и контроль за наследованием мутантных признаков.

Посев, наблюдения, анализы и учеты в мугантном, селекционном, контрольном питомниках, малого и конкурсного сортоиспытания проводились согласно методическим указаниям ВНИИ зернобобовых и крупяных культур (1971) и методик государственного сортоиспытания (1971). Повторность делянок двух- четырехкратная. Посев проводили сеялками РС-1, СКС-6-10, ССФК-7А, уборку - вручную и комбайном "Хеге".

В фазу "лопаточки" - появления первых молодых бобов - скашивали зеленую массу, которая туг же взвешивалась и от каждой делянки отбирали репрезентативную навеску 1 кг для последующей теневой сушки. На высушенном материале определяли выход сена, облисгвенностъ и переваримость по методу Джонсона-Хейворда (1973) на приборе "искусственный рубец".

На сноповых образцах (20 - 50 растений) измеряли длину стеблей, элементы структуры урожая зерна и другие хозяйсгвенно-ценые признаки.

Содержание белка определяли по Кьепьдалю (полумакрометодом), а аминокислотный состав белков - на приборах Hitachi отдела растительного белка Краснодарского НИИСХ.

Статистическая обработка данных проводилась по Доспехову (1979) на компьютерах лаборатории БММ КНИИСХ и на программном калькуляторе МК-54. ОКС и СКС рассчитывали по Савченко (1973).

Результаты исследований

1. Действие мутагенов на рост и развитие растений в М1

Всхожесть семян и выживаемость проростков под действием мутагенов существенно угнетается, но, одновременно с этим, уже в первом поколении они индуцируют появление химер и стерильность растений. Сильная токсичность мутагенов ограничивает использование повышенных концентраций и доз, снижает потенциальные возможности мутагенеза из-за высокого процента гибели проростков в М! и, таким образом, ограничивает частоту видимых мутаций. Снижение фертильносги растений в М1 обуславливает существенное уменьшение численности второго поколения и, таким образом, вновь уменьшается количество выбранных мутаций.

Для гороха рядом авторов определены эффективные концентрации и дозы мутагенов (ВНк1 е1 а!., 1966, Дебелый, 1966, Раппопорт, 1971, Сидорова, 1981, Хангильдин, 1966). Однако отмечено, что химические мутагены оказывают более специфическое воздействие в отличие от ионизирующего излучения радиоактивных изотопов (Сидорова, 1973), особенно на всхожесть и выживаемость.

По нашим данным, повышение концентрации НММ от 0,005 до 0,016 % в опыте с горохом сорта Геркулес снижало всхожесть семян от 91,0 % до 64,7 %, а выживаемость от 100 до 86,9 % (Рис. 1).

Начиная с фазы 3 - 4 листа до начала цветения часть растений в опытах увядала и затем отмирала. В этом проявилась специфичность действия НММ, способной угнетать рост растений М1 и вызывать их гибель на разных этапах органогенеза. В варианте с НММ 0,005 % мы отобрали 267 растений, а при концентрации 0,016 % - почти в два раза меньше (166 растений).

■ - различия достоверны на уровне значимости 5 %

Рис. 1. Воздействие различных концентраций НММ на всхожесть семян и выживаемость растений гороха сорта Геркулес в Ml (теплица, 1982 г.)

Эффект мутагена во многом зависит от генотипичесжих особенностей вида и сорта: одни и те же дозы могут вызывать мутации с противоположным значением. В наших опытах НЭМ, ЭИ и гамма-облучение понижали всхожесть и выживаемость в поколении Mi у сортов Арсенал, Геркулес и Донбасс и пинии 88/82. Однако сорт укосного гороха Донбасс отличался большей устойчивостью. При повышенных концентрациях мутагенов и действии гамма-квантов всхожесть семян этого сорта была наибольшей. Самая низкая выживаемость растений отмечена у сорта Геркулес при действии НЭМ и гамма-лучей, практически одинаковая у всех изучаемых сортов под воздействием ЭИ (табл. 1).

Влияние мутагенов на всхожесть семян и выживаемость растений сортов гороха в Mi (поле, 1985 г.)

Сорт, линия Концентрация, % Всхожесть, % Выживаемость, %

НЭМ ЭИ у-лучи НЭМ ЭИ у-луч и

Арсенал Контроль 98,3 98,3 98,3 99,7 99,7 99,7

0,01 78,3* 84,0* 80,3* 90,7* 93,6* 85,8*

0,0125 79,3* 82,3* - 86,9* 92,3* -

0,015 79,3* 75,7* - 77,8* 87,5* -

линия Контроль 97,7 97,7 97,7 100,0 100,0 100,0

88/82 0,01 73,7* 76,0* 63,7* 97,3 86,7* 93,2

0,0125 71,3* 74,0* - 91,1* 93,1* -

0,015 68,0* 70,0* - 90,7* 91,0* -

Геркулес Контроль 97,0 97,0 97,0 99,3 99,3 99,3

0,01 84,0* 76,7* 72,3* 78,5* 93,8* 78,4*

0,0125 76,7* 73,3* - 71,7* 91,4* -

0,015 70,7* 72,7* - 72,0* 82,1* -

Донбасс Контроль 96,7 96,7 96,7 99,3 99,3 99,3

0,01 95,0 90,7* 85,0* 93,7* 93,0* 97,1

0,0125 90,7* 89,3* - 92,6* 94,1* -

0,015 90,0* 87,7* - 87,8* 91,6* -

* - Р= 0,05

Морфологические аномалии в поколении М1 позволяют судить об эффективности используемых мутагенов и мутабильности сорта. В наших исследованиях мы наблюдали появление таких типов морфологических и хлорофияьных изменений как уродливость всего растения с легальным исходом; отставание в росте и развитии; редуцирование листочков; раздвоение листа; увеличение размеров листовой пластинки и прилистников; аномалии чашечки и венчика, об-

у сдавливающие открытое цветение; раннеспелость; позднеспелость; стерильность; появление хлороза листьев со светло-зеленой, зеленовато-желтой, пятнистой и другой окраской. Частота появления химер в М1 изучаемых сортов представлена в таблице 2.

Таблица 2

Частота появления химер в М1 у разных сортов гороха при воздействии ЮМ и ЭИ (в % к количеству растений в варианте, поле, 1985 г.)

Мутаген Концентрация, % Арсенал л 88/82 Геркулес Донбасс Среднее

Контроль НЭМ

- 0,0 0,3 0,0 0,0 0,1

0,01 1,8 1,9 0,5 1,1 0,3

0,0125 1,9 2,5 3,0 2,0 2,4

0,015 3,2 5,4 1,9 3,4 3,5

ЭИ 0,01 0,8 1,5 0,9 1,2 1,1

0,0125 2,2 1,5 2,5 0,0 1,6

0,015 4,5 4,2 1,7 3,3 3,4

Среднее - 2,0 2,3 1,5 1,5 -

* - Р < 0,05

Что касается изменений высоты растений под действием этих мутагенов, то различия в целом по вариантам были недостоверны.

2. Мутационные изменения в М:

Хлорофильные мутации часто используются в качестве теста при изучении специфичности мутационного процесса. Результаты исследований показали, что по хлорофильным мутациям можно судить о специфичности мутагена, но не о его эффективности для селекции. Так, при использовании НММ с повышением концентрации у сорта Геркулес частота хлорофильных мутаций постоянно возрастала (от 1,1 до 13,8 %), а частота морфологических изменений возрастала лишь до определенного уровня концентрации, а затем уменьшалась (рис. 2).

Данные свидетельствуют также о том, что у гороха наиболее часто индуцируются хлорофильные мутации типа Аауоутс^, сЫогоиса, сЫоппа, уе11о\^-уапес!а1е<1, (10,5 - 36,8 %). Разнообразие спектров определяется особенностями сортов.

■ - различия достоверны на уровне значимости 5 %

Рис. 2. Частота появления семей Мг с мутациями у сорта Геркулес под воздействием различных концентраций НММ (поле, 1983 г.)

Частота морфологических мутаций у сортов при сравнительном изучении мутагенов свидетельствует о том, что химические мутагены более эффективны, чем гамма-лучи (рис. 2, таб. 3).

При воздействии НЭМ частота морфологических мутаций в М2 в зависимости от сорта варьировала в пределах 19,1 - 23,1 %, при воздействии ЭИ -11,725,7 %, при гамма-лучах -10,3 - 13,5 %. Для НЭМ сортоспецифической реакции не установлено, а в вариантах с ЭИ количество мутаятных семей было наибольшим у линии 88/82, наименьшим - у сорта Геркулес.

Частота появления сеней с морфологическими мутациями в Mi (поле, 1986 г.)

Мутагены

контроль НЭМ (0,015 %) ЭИ (0,015 %) у-лучи (ЗкР)

Сорт, ли- жучено юнихс изучено из них с щучено кзнихс (□учено юнихс

ния сема! мутаци- сшей мутаци- сшей мутаци- семей мугацн-

ями, % ями, % ями, % ями,%

Арсенал 210 0 147 23,1+33 180 22,7+3,1 193 11,9+23

л 88/82 210 0 162 19,1+3,1 140 25,7+3,7 170 12,4+23

Геркулес 210 0 162 19,7+3,5 162 11,7+23 170 133+23

Донбасс 210 0 184 20,6+3,0 184 183+23 215 103*2,1

При увеличении концентрации НММ от 0,005 % до 0,015 % частота морфологических мутаций у сорта Геркулес возрастала с 15,0 до 39,0 %. Дальнейшее увеличение концентрации не способствовало увеличению появления морфологических мутаций, что видимо обуславливалось увеличением деталей в поколении Mi. Исходя из численного количества мутаций по данному эксперименту, можно заключить, что концентрации 0,008 - 0,01 % НММ являются эффективными при обработке гороха, в частности для сорта Геркулес (см. рис. 2).

Подтверждением отрицательного влияния погодных условий выращивания Mi (поздний посев в поле) на результаты получения селекционно-ценных мутантов в Мг являются результаты опыта проведенного на сорте Неосыпающийся I при воздействии ЭМС, где в Мг получено 47,8 % мутаций, но только 7 ценных, а под воздействием гамма-лучей - 7,2 %, а ценных 1 тип. Сравнительные спектры сортов показаны в таблице 4.

В целом по спектральному составу морфологических мутаций наиболее часто встречались формы с измененной структурой стебля: полукарлики, карлики, с фасциированным, раздвоенным и компактным стеблем, ветвящиеся, с вегетативными побегами вместо цветоносов. Во вторую по встречаемости

Спектры селекционно-ценных морфологических мутаций Мг под воздействием различных мутагенов

Тип мутации Арсенал Линия 88/82 Неосыпающийся 1

ЮМ ЭИ •/-лучи НЭМ ЭИ ЭМС у-лучи

Высокорослые - + - - + - + -

Полукарлики + + - + + + + -

Компактные + + + - - - + -

Ветвящиеся + + - - - - + -

Бифуркация + + - + + - - -

Глянцевые + + - + + - - -

Раннеспелые + + + - + + + -

Позднеспелые + + + + + - + +

Крупносемянные - + - - + + - -

Мепкосемянные + + - + + - - -

Зерно-продуктивные + + + + + + + -

Всего 9 11 4 6 9 4 7 1

Примечание: (+) - тип мутации присутствует; (-) - тип мутации отсутствует.

группу входили типы с измененной формой и размерами листочков и прилистников. Редко встречались раннеспелые мутанты, крупно- и мепкосемянные, глянцевые, зерно-продуктивные и стерильные мутанты.

Немаловажным фактором, определяющим мутабильность сорта, выступает его генетическая особенность. Именно генотипнческая среда является решающим условием реализации происходящих перестроек в геноме. Для изучения восприимчивости сорта к мутагенам были взяты два сорта гороха: менее гетерогенный сорт Сатурн, созданный в 1968 году и более гетерогенный Атлант, созданный в 1980 году.

Сорт Сатурн был в 2,5 раза устойчивее к мутагенам, чем сорт Атлант (табл. 5).

Если сорта расположить по убыванию общей мутабильности и эффективности отборов, получается следующий ряд - Арсенал, линия 88/82, Неосыпаю-щийся 1, Атлант, Сатурн, Донбасс и Геркулес (зерновое - укосное направление).

Частота появления семей с мутациями в Мг у сортов гороха, отличающихся степенью гетерогенности (поле, 1985 г.)

Сорт Происхождение I НЭМ (0,015%) ДАБ (0,2 %)

Сатурн Рондо х Рамонсхий 77,

Рг, 1968 г. 14,3+3,1 9,3+1,9

Атлант Сатурн х Неосыпающийся 1,

Иг, 1980 г. 38,5+4,3 16,2+2,8

- - Рфап> Р теор. 05 Рфа*т> Р теор. 05

3. Отбор селекционно-ценных мутантов

Индуцированный мутагенез, как метод создания новых сортов сельскохозяйственных культур, впервые начал использоваться в 50-х годах нашего столетия. Одним из первых сортов мухшгшого происхождения был шведский сорт Строл. В дальнейшем набор индуцированных сортов расширился и уже в 80-х годах насчитывал около 500.

Возможности данного метода позволяют говорить о высокой степени селекционной удачи. Однако в создании укосного гороха мутагенез не подучил широкого применения.

Как известно (Жогина, 1979; Вербицкий, 1990), распространение укосного гороха на Северном Кавказе сдерживается, прежде всего, по причине низкой зерновой продуктивности и позднеспелости. Создание более скороспелых форм играет существенную положительную роль в развитии растений и формировании полноценных генеративных органов.

Выделенные нами лучшие мугантные линии укосного направления имели длину вегетационного периода на уровне исходных сортов 93 - 98 дней, что на 7 -12 дней короче, чем у стандартного сорта Укосный 5. Отбор таких мутантов с повышенной урожайностью зерна и высоким содержанием белка бьл наиболее эффективен из исходных сортов зернового и зерно-укосного направления - Арсенал, Атлант, линия 88/82. Так, ыутантная линия 1211/87 за три года испытаний (1988 -1990) превышала исходный сорт Арсенал в среднем на 50 г с 1 мг.

Выведенный полукарликояый мутант 2016/88 (сорт Малышок) зернового типа обладал высокой урожайностью зерна (397 г с I в1) и содержанием белка (27,1 %), что говорит о его высокой зерно-фуражной значимости (табл. 6).

Продуктивность и качество лучших ыутантных линий гороха (КСИ, 1988 -1990 гг.)

Сорт, линия (исходная форма) Мутаген Урожайность, г с 1 мг Содержание белка, %

зерна зеленой массы сена в зерне в сене

Укосный 5

(укосный стандарт) - 180 3539 507 26,0 16,4

Арсенал

(зерновой стандарт) - 338 3414 473 23,2 15,6

1124/87 (Арсенал) ЭИ 350 3685 583 21,8 14,3

1006 (линия 88/82) эи 334 3740 530 24,4 16,7

1003/87(лнния 88/82) ЭИ 319 3647 521 22,9 16,3

1526/88 (линия 88/82) эи 340 3455 517 22,1 15,3

1411/86 (пиния 88/82) нэм 364 3475 544 22,9 14,3

1239 (Геркулес) нмм 188 3812 563 27,0 17,1

1202 (Геркулес) нмм 223 2978 558 24,6 16,1

1261(Геркулес) нмм 215 3321 530 25,6 16,1

1513/86 (Донбасс) эмс 251 3577 486 26,7 14,7

1211/88 (Арсенал) ДАБ 388 - - 23,6 -

2016/88 (Атлант) нэм 397 - - 27,1 -

1403/87 (линия 88/82) эи 308 - - 22,2 -

HCPos 21,7 249 22,4 0,8 0,3

Примечание: линия 1006 - сорт Ареал, линия 2016/88 - сорт Малышок

Повышенная продуктивность зерна по сравнению с исходными формами у линий 2016/88, 1403/87 обуславливалась высокой массой 1000 семян, линии 1211/87 - за счет одновременного увеличения количества бобов на растении и массы 1000 семян, у линии 1006 (сорт Ареал) - за счет повышения озерненносги бобов и массы 1000 семян.

Изучение мутантов по изменению массы 1000 семян и повышению коэффициентов размножения (что очень важно для укосных Горохов) показало широ-

кое генетическое разнообразие. Так, укосные мутаитные линии выделенные из линии 88/82 имели коэффициенты размножения от 10,3 до 14,1 при 8,8 у исходной формы и 8,4 у стандарта. Варьирование массы 1000 семян составило от 172,2+8,8 до 231,5+11,4 г, при 226,0+16,0 у исходной формы и 153,4+20,2 у укосного сорта Укосный 5.

Отбор мутантов по урожайности зеленой массы, сена и их качеству показал, что в большинстве случаев эти признаки связаны с позднеспелостью. Такие линии где эти признаки сочетаются и с повышенной ветвистостью, об-лмственносгью, достаточно высокой продуктивностью семян можно рекомендовать как сорта. Именно таким путем был выведен из фертильных мутантов при использовании мутагена НЭМ общеизвестный сорт овса Зеленый (В.М. Шевцов с сотрудниками, 1972).

В наших опытах таким же путем были выделены среднеспелые мутанты гороха, которые превзошли исходные формы и стандарт Укосный 5 как по урожайности зеленой массы, так и по семенной продуктивности (см. табл. 6). Мутантная линия 1124/87, полученная от сорта Арсенал (ЭИ) превысила его по урожайности зеленой массы на 271,0 г с 1 и1 и по сену - на 110,0 г с 1 мг, а по отношению к стандартному сорту Укосный 5 дала превышение на 146,0 и 76,0 г с 1 м2, соответственно. Линия 1411/86, полученная от линии 88/82 в варианте с НЭМ, превышала исходную форму по зеленой массе на 264,0 г с 1 м2 и по сену -на 36,0 г с 1 м2. Однако среди ыутантных пиний, полученных на основе линии 88/82 наиболее удачной была линия 1006, названная впоследствии сортом Ареал. Наиболее характерным для этого сорта является чрезвычайно интенсивный рост на ранних и средних этапах онтогенеза. За три года испытаний этот сорт превысил по урожайности зеленой массы исходный сорт на 469,0 relu1 и стандарт - на 201,0 г с 1 м2, а по сену - на 22,0 г с 1 м1. Кроме того, сено сорта Ареал имеет повышенное содержание белка -16,7 %. Следует отметить, что самый высокий урожай зеленой массы • 3812,0 г с 1 и2, caía - 563,0 relu2 дала линия 1239, полученная на основе сорта Геркулес при использовании НММ. Определенный интерес в этом отношении могут представлять также линии 1202 и 1261. Но, к сожалению, эти генотипы не устойчивы к осыпанию зерна, что существенно снижает их коммерческую ценность как сортов укосного типа.

На основе сорта Донбасс линий, превосходящих его по урожайности, нам получить не удалось.

Немаловажный хозяйственно-ценным признаком укосного гороха является его облисгвенносгь. Высокая облисгвенность сена стандартного сорта Укосный 5 (64,2 %) стала своеобразным барьером в улучшении данного признака, который удалось преодолеть лишь укосной линии 1202 (65,8 %). В основном этот качественный показатель у мутантов с высокими значениями урожайности был ниже на 1 - 9 %. Удалось выделить две линии с высокой переваримостью сена. Если у Укосного 5 она составила 51,9 %, то у мутантов 1006 и 1008/87 была на уровне 53,2 и 55,6 %, соответственно.

При создании сортов гороха укосного направления основным критерием является высота растений, В наших опытах лучшие мутантные пинии, выделившиеся по урожайности сена, имели большую высоту растений, чем исходные формы. Оптимальная высота д ля зерно-укосного гороха должна быть около 150 см, а укосного - до 200 см. Выделенные нами мутантные пинии соответствовали данным параметрам.

В результате проведенных исследований, полученные нами данные по выходу селекционно-ценных форм, анализу их продуктивности, количественных признаков и хозяйственых показателей свидетельствуют о том, что химический мутагенез с использованием мутагенов НММ, НЭМ, ЭИ и ДАБ, как процесс ускорения формирования нужных генотипов можно эффективно использовать для создания исходного материала в селекции укосного гороха.

4. Анализирующие скрещивания мутантов

Одним из способов выделения мутантов доноров дня практической селекции является диалпеяьный анализ, позволяющий определить эффекты ОКС и константы СКС.

Его использование позволило определить общую генетическую систему когароля признаков индуцированных нами мутантов: раннего 2061/88, компактного 1403/87 и высокорослого 1202 при скрещивании их с тремя сортами-тестерами (Донбасс, Неосыпающийся 1, Нептун). Значения гибридов Fi и результаты дисперсионного анализ показали, что по высоте растений и коли-

чесгву семян на одно растение генетический вклад иутантных линий и сортов-тестеров существенно различается.

Высокими положительными эффектами ОКС обладали мутанты ранний и высокорослый по высоте растений, мутант высокорослый - по количеству бобов и семян на растение, что предполагает аддитивное взаимодействие генов. Высокие константы СКС признаков структуры урожая зерна в комбинациях мутант ранний х Нептун, мутант компактный х Неосыпающийся 1 предполагают различные типы взаимодействия генов. Возможно имеет место плейотроп-ный негативный эффект мутантных генов, который может меняться в результате воздействия иной генотипической среды (табл. 7).

Таблица 7

Оценка комбинационной способности мутантов и сортов-тестеров

Линия Признак* Константы СКС Эффекты

Донбасс Неосыпающийся 1 Нептун ОКС линий

мутант ранний 1 -5,994 14,222 -8,287 15,444

2 -0,889 -0,389 1,278 -0,194

3 -7,472 -1,556 9,028 -0,444

4 -0,471 -0,321 0,792 -0,036

мутант 1 -22,944 14,472 8,472 -27,806

компактный 2 0,361 1,111 -1,472 -1,444

3 3,611 3,778 -7,389 -4,778

4 -0,044 0,876 -0,831 -0,112

мутант 1 28,889 -28,694 -0,194 12,361

высокорослый 2 0,528 -0,722 0,194 1,639

3 3,861 -2,222 -1,639 5,222

4 0,516 -0,554 0,039 0,148

* Примечание :1- высота растений, 2 - количество бобов на растении, 3 - количество семян с растения, 4 - масса семян с I растения.

Одновременное наличие высоких значений ОКС и СКС у мутанта компактного в поколениях Р| - Рг по высоте растений указывает на аллельное взаимодействие генов, подтверждающееся выщеплением в Рг двух классов особей.

Скрещивание мутанта высокорослого 1202 с сортом Донбасс позволило «»дать укосную пинию 9/95, которая превысила урожайность зерна стандартного сорта Укосный 5 на 42,2 г с 1 ыг. Аналогичная линия 16/96 была выделена из комбинации мутанта 1261 с сортом Донбасс (табл. 8).

Таблица 8

Результаты оценки гибридных линий ярового укосного гороха с использованием индуцированных мутантов (КСИ, 1994 -1996 гг.)

Сорт, пиния Происхождение Урожайность, г с 1 ы1

зерна зеленой массы сена

Укосный 5 - 141,1 2593,3 499,0

(стандарт)

7/95 мутант компактный х Нептун 179,0 2262,0 451,4

220 мутант компактный х линия 88/82 205,8 2581,3 512,2

9/95 мутант высокорослый х Донбасс 183,3 2493,6 493,9

16/96 мутант 1261 х Донбасс 186,6 2454,0 501,1

НСР05 11,0 226,0 36,0

Высокую урожайность зерна продемонстрировала линия 220, полученная при скрещивании мутанта компактного с исходной линией 88/82.

Гибридная линия 7/95 обладает характерным компактным габитусом растения с укороченными, зигзагообразными кеждоузлиями, уменьшенными размерами листьев и прилистников (унаследованным от мутанта компактного) и нежным ветвящимся стеблем (от сорта Нептун). Хотя эта линия имеет низкую урожайность зеяеяой массы, она представляет интерес как донор повышенного качества.

5. Характеристика индуцированного сорта Ареал

В результате проведенных исследований нами был выведен методом индуцированного мутагенеза сорт гороха Ареал. Мутация отобрана посте обработки линии 88/82 этиленимином в концентрации 0,01 %.

Биологическая и хозяйственная характеристика приведена в таблице 9.

Характеристика мухантного сорта Ареал в сравнении с исходной линией 88/82 (КСИ, 1990 -1996 гг.)

Признаки

Ареал

Линия 88/82

Высота стебля, см 130-150 120-140

Количество междоузлий:

- общее 22-25 19-23

-генеративное 6-8 6-8

Бобы:

длина, см 6,5 - 8,0 5,5 - 7,0

ширина, см 1.2-1,4 1,0-1,3

Семян в бобе, шт 5-8 4-7

Масса 1000 семян, г 220 - 245 215 - 240

Устойчивость к осыпанию семян (<1е0 устойчив устойчива

Продолжительность вегетации, дней:

- до созревания семян 90 -100 87-97

-до наступления фазы "лопаточки"

(уборка на зеленую массу) 60-65 58-62

Урожайность, т с 1 га

- зерна 2,17 1,89

-зеленой массы 36,36 23,61

-сена 5,37 4,50

Содержание сырого протеина, %

- в зерне 25,8 25,2

- в сене 16,4 16,8

Облисгвенность сена, % 66,3 62,4

Переваримость сена, % 46,8 47,0

По ворфолого-биологическим показателям сорт Ареал отличается от исходной линии большей высокорослостыо (на 10 см), более крупным бобом, повышенным количеством семян в бобе.

По сравнению с сортом Укосный 5 (стандарт), Ареал созревает на 10 - 16 дней раньше и отличается устойчивостью к осыпанию семян.

Сорт предназначен для возделывания на зеленую массу и зерно. Максимальную урожайность зеленой массы сорт Ареал имел в 1988 г (КНИИСХ) -48,99 т с 1 га, сорт Укосный 5 - 41,50 т с 1 га. По содержанию бетса в селе новый сорт не уступает стандарту.

В 1990 году на Новопокровском ГСУ Краснодарского края при урожайности зерна 2,44 т с 1 га превысил зерновой сорт Неосыпающинся 1 на 0,37 т с 1 га, на Гиагинском ГСУ Краснодарского края превысил Укосный 5 по урожайности сена на 0,04 т с I га.

В 1990 году Ареал был передан в ГСИ и по результата» 1990 - 1994 года районирован по Краснодарскому краю.

Выводы

1. Установлена эффективность химических мутагенов и гамма-лучей по частоте и спектру видимых мутаций у разных сортов гороха. По общему количеству мутанта ых семей в M¡ и частоте селекционных типов эффективность мутагенов распределилось в следующей последовательности: НММ > НЭМ > ЭИ > ДАБ > ЭМС > гамма-лучи.

2. На основании изучения чувствительности гороха к мутагенам и частоты возникновения ыутантных форм в Mi и Мг по признакам: всхожесть, выживаемость, высота и продуктивность растений, установлены оптимальные концентрации мутагенов: НММ - 0,008 - 0,01 %; НЭМ - 0,01 - 0,015 %; ЭИ - 0,01 -0,015 %.

3. Выявлены сортовые различия по чувствительности к мутагенам и ыу-табильности. Наиболее мугабильныы был сорт Арсенал, где частота семей с мутантами по экспериментальным вариантам достигала 41,5 %. Несколько уступали ему сорт Атлант (38,5 %) и линия 88/82 (35,7 %), а также сорта Донбасс и Геркулес (32,1 и 24,4 % соответственно). Менее гетерогенный сорт Сатурн более чем в 2 раза устойчивее к действию мутагенов.

4. Условия выращивания растений в Mi, существенно влияют на сортовые различия по мутабильносги и частоту мутаций в Мг. При неблагоприятных условиях сильнее проявляется токсичность мутагенов и их ингибирую-щее влияние на рост и развитие растений.

5. В результате отбора из 4200 индуцированных мутантов выделено по селекционно-ценным признакам 48 доноров. Девять из них за годы испытания отличали«, высоким урожаем зерна, зеленой массы, сена и содержанием белка. Три укосные линии 1202, 1239, 1261 превышали стандартный сорт Укосный 5

по продуктивности сена на 4,5 - 12,2 %, и имели повышенные коэффициенты размножения семян.

б. Использование в гибридизации с сортом Донбасс выделенного высокорослого мутанта 1202, с высокой ОКС по количеству семян и бобов на одно растение и мутанта компактного 1403/87 с другими сортами, позволило создать высокопродуктивные укосные мутактно-гибридные линии.

7. На основании разработанной системы выявления ценных укосных форм создана и выделена ыутантная линия 1006, обладающая интенсивным ростом и по урожайности зерна превышающая исходную форму на 0,28 т. с 1 га и стандарт Укосный 5 на 0,79 т. с 1 га. По результатам ГСИ 1990 - 1994 гг. эта линия занесена в Госреестр РФ на 1995 г., как сорт ярового гороха Ареал и рекомендована для возделывания на территории Краснодарского края.

Практические предложения селекции и рекомендации производству

1. При создании исходного материала дня селекции ярового гороха укосного направления методом индуцированного мутагенеза наиболее эффективно использовать химические мутагены ЭИ, НЭМ и НММ. Выбор концентраций определяется устойчивостью обрабатываемых генотипов (позднеспелые, укосные более резистентны) и находятся в пределах 0,005 - 0,015 %.

2. Для получения сортов укосного гороха предлагается использовать выделенные мутантные линии 1239, 1202, 1261 в гибридизации с другими сортами и линиями, как источники высокоросяости, высокого качества сена и мепкосемянности.

3. Для внедрения в производство предлагается мутантный сорт Ареал, районированный по Краснодарскому краю с 1995 года, семена которого размножаются в 6 хозяйствах Краснодарского и Ставропольского краев.

По материалам диссертации опубликованы работы:

1. Чумаковский М.Н. Использование гибридизации и мутагенеза в создании форм ярового гороха укосного направления // Селекция и семеноводство кормовых и технических культур - Сб. науч. тр./ КНИИСХ. - Краснодар, 1986. -С. 12-19.

2. Чумаковский М.Н. Действие этиленимина на некоторые сорта ярового гороха // Селекция и генетика зерновых и зернобобовых культур - Сб. научн. тр. / КНИИСХ. - Краснодар, 1988. - С. 45 - 51.

3. Чумаковский М.Н., Лебедев А.В., Жнакина О.А., Букреева Г.И. Сочетание продуктивности и качества новых линий укосного ярового гороха // Физиология продуктивности и устойчивости зерновых культур - Сб. научн. тр. / КНИИСХ. - Краснодар, 1988. - С. 153 - 159.

4. Чумаковский М.Н. О компромиссах в селекции гороха // Современные проблемы генетики и селекции сельскохозяйственных растений: тезисы докл./ ВСГИ. - Одесса, 1991.-57 с.

5. Жогина В А., Чумаковский М.Н., Брежнева В.И., Корж Е.И. Новые сорта гороха селекции Краснодарского НИНСХ им. П.ПЛукьяненко // Научн. тр. / КНИИСХ. - Краснодар, 1996. - С. 365 - 370.

б.Чумаковский М.Н. Оценка комбинационной способности укосных мутантов гороха // Сб. научн. тр. /КНИИСХ. - Краснодар, 1996. - С. 375 - 381.

Соавтор сортов гороха, занесенных в Госреестр и рекомендованных для возделывания в производстве:

Арсенал, авторское свидетельство № 4364 от 14.10.1987 г. (5 %);

Ареал, авторское свидетельство № 6624 от 5.05. 1995 г. (50 %).

Фаэтон, авторское свидетельство № 6623 от 5.05. 1995 г. (20 %);

Соавтор испытываемых в ГСИ сортов гороха:

Атлант, заявка № 9004041 от 2.11. 1987 г. (5 %);

Малышок, заявка № 9200835 от 14,11.1991 г. (50 %);

Аргон, заявка №9502750 от 13.12.1994 г. (15%);

Газырек, заявка № 9502769 от 13.12.1994 г. (15 %);