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"



На правах рукописи

КРИВОШЕИНА 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

Диссертационная работа выполнена на кафедре селекции и семеноводства Вятской государственной сельскохозяйственной 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 Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого.

в ... часов на заседании диссертационного совета Д 120.35.04 при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Защита состоится

1998 г.

Автореферат разослан

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат сельскохозяйствен! наук, доцент

Р. Р. Усманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним нз методой создания исходного материала для селекции сельскохозяйственных растений является экс-приментальиый мутагенез. Классические мутагенные факторы (ионизирующая радиация, химические мутагены) оказывают грубое действие 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 нз 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 исследований ряда авторов (Видавер, 1982; Кигпе1зоу е1 а1., 1992) экзогенное 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 материала ярового ячменя. В связи с этим были посгавлб-ны следующие задачи:

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

- выявить и сравнить мутагенное действие на яровой ячмень ДКС, этрела 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 про-' дуктивность, устойчивость к головневым заболеваниям, шведской мухе, кислотности почв.

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

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 этрела, ДКС, их совместного сочетания и комбинирования с лазерным облучением.

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

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 111 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 I 2 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 ИССЛЕДОВАНИИ

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

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

Воздушно-сухие семена ячменя облучали лазерным светом (Я.^632,8 им) на установке ОКГ-12-1 и дальним красным светом (Д.-754± 10 им), который получали от электрической лампы накаливания через интерференционный светофильтр с применением осветителя ОН-19. Режим облучения в обоих случаях непрерывный, экспозиция 60 минут, плотность мощности луча 0,1 мВт/см2.

Эгрел использовался в качестве источника этилена. Семена замачивались в течение 8 часов в растворах этрела двух концентраций - 1,0% (0,07М) и 5,0% (0,35М). В опыт были включены комплексные варианты с прямым и обратным сочетанием лазера и ДКС, лазера и этрела 1,0%,' ДКС и этрела 1,0%. Контролем служили необработанные семена. В каждом варианте обрабатывали и высевали 500 зерен (по 125 на одно повторение).

В первом поколении (МО учитывали полевую всхожесть семян, выживаемость растений, динамику их развития, изменчивость количественных признаков.

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

В третьем поколении проверяли наследование измененных признаков, выявленных в М2. Процент их наследования в М3 определяли по числу семей с мутациями к числу семей с изменениями в Мг. Частот? мутаций в М} определялась но числу семей с мутантнымм признаками к количеству семей, изучаемых в М2 (Володин, 1975).

В М4 проверяли наследование измененных признаков выделенных и трс1ьем поколении.

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 (Климашевскнй, 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 н м рела 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 семян, а особенно сильное отрицательное влияние оказала обработка этрелом с концентрацией 5,0%: у сорта Дина взошло 17,2% семян, у сорта Зазерский 85 - 63,3% по сравнению с комтролями.

Облучение семян ячменя лазерным светом и ДКС до и после их замачивания в этреле оказало стимулирующее действие на полевую всхо- ' жесть 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 этрелом.

Этрел оказал депрессирующее 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 от 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 Мь Этрел с концентрациями 1,0% и 5,0% существенно уменьшил длину стебля у сорта Дина на 5,4...6,4 см (в контроле 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 Дина достоверно выше, а у сорта Зазерский 85 - ниже, чем в контроле. 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 (СуН5,6 .32,6%), длина колоса (Су= 14,8...24,9%). Более выровненными были длина стебля (0=8,8...21,2%), число зерен в колосе (Су=1 1,8...20,0%). Наибольшая изменчивость указанных признаков у ячмёня отмечена в вариантах лазер и этрел 5,0%.

Эффективность используемых факторов и реакция ячменя на их применение оценивались с помощью среднего суммарного показателя депрессии Б, % - стимуляции % (Володин, Лисовская, 1979). Коэффициент Б (Б() рассчитывался по пяти признакам: всхожесть семян, длина стебля, длина колоса, число зерен в колосе и масса зерна с колоса. Практически во всех вариантах у изучаемых сортов отмечена депрессия разной степени (рис1).

Значительное ингибирующее действие на ячмень М( оказал этрел 5,0% (Б=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 ЛЬ выделены семьи с хлорофилльными мутациями, частота которых у сорта Днна 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 Этрел 1.0% Этрел 5.0% Этрел +лазер Лазер+этрел Этрел +ДКС ДКС+этрел

•22 -20 -18 -1в -14 -12 -10 -8 -в -4 -2 О 2.4

D,% St,%

Ш сорт Зазерский 85 & сорт Дина

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

лась на одном уровне у обоих сортов (1,6...3,8%), кроме варианта ДКС+лазер (0,6% у Дины и 3,0% у Зазерского 85). Абсолютный выход мутаций у сорта Зазерский 85 выше, чем у сорта Дина.

В опыте выявлено 7 типов хлорофилльных мутаций. Во всех вариантах индуцированы мутации striata и maculata. Мутация anthocyana была характерна только для сорта Зазерский 85, albina и viridoalboterminalis обнаружены лишь у сорта Дина. Наиболее широкий спектр хлорофилльных мутаций (по 4 типа у каждого сорта) наблюдался при обработке семян ячменя дальним красным светом (рис.2).

Частота^утаций

б.оJ

1

дальний красный свет

И

этрел 5,0%

- strmta Ш1 - macúlala Я -viridis

- apicalis

- viridoalboterminalis

- anthocyana

Рис. 2. Спектр хлорофилльных мутаций у ячменя в Мг:

I - сорт Дина; II - сорт Зазерский 85 Кроме хлорофилльных мутаций в Мг 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 copra Дина выделено по 11 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 Дина 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 М2 получена под влиянием этрела 5,0% у сорта Дина (15,8%), у Зазерского 85 в этом нариашс процент изменений составил 3,3%.

Таблица 1

Частота морфофиэиолошческих изменений у ячменя в Мг

Число семей Частота Типов

Варианты изучаемых с изменениями изменений р±Бр,% изменений

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

Эгрел 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

Эгрел + 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 4 лазер 271 3 1,1 ± 0,64** 4

Лазер + этрел 253 4 1,6 ± 0,78* 4

Этрел + ДКС 280 4 1,4 ± 0,70* 6

ДКС + этрел 254 2 0,8 ± 0,55** 2

Примечание.

*- уровень вероятности Р>0,95;

**- уровень вероятности Р>0,99 к вариантам лазер,. ДКС.

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 фенотипических 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 (ГО типов) и ДКС лазер (9 типов), у сорта Зазерский 85 - в вариантах лазер и ДКС + лазер (но 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 этрелом 1,0% у обоих сортов ячменя появились семьи со стелющейся формой куста, низкостебелыше, позднеспелые, у сорта Дина с пониженным числом зерен в колосе, у сорта Зазерский 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, длинным и коротким колосом, другим габитусом растений выделе. ны 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 этрелом (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 модкфикационная изменчивость ячменя в третьем и четвертом поколениях. В Мз 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% у сорта Дина и 1,01% у сорта Зазерский 85. Спектр хлоро-филльных мутаций в Mj сузился до пяти типов. Мутации striata и macúlate не наследовались. В то же время выделен новый тип xantha. Наиболее широкий спектр хлорофилльных мутаций получен под влиянием ДКС: apicalis, viridoalboterminalis, albina, viridis.

Характер наследования морфофизиологических новообразований в Mj 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 у обоих сортов, увеличенная кустистость у Дины, низкий стебель у Зазерского 85.

В М) доля мутантных семей снизилась по сравнению с частотой измененных семей в М;

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

Таблица 2

Характер наследования измененных признаков у ячменя в Мт

Количество семей с Процент на-

Типы изменений Сорт* изменениями следования

М2 М3 (Р±Яр)

Форма куста:

стелющаяся I 4 2 50,0±25.0

прямостоячая II 5 2 40.0±21.9

Кустистость:

повышенная I 9 7 77.8±!3.8

пониженная 11 24 14 58.3±10.1

Стебель:

низкий I 42 14 33.3±7.3

II 53 42 79.2±5 6

Созревание:

раннее I 10 4 40.0±15.5

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±11.0

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 I 8 6 75.0±15.3

II 4 3 75.0±21.6

Другой габитус растений II 4 2 50.0±25.0

Антоциановая пигментация I 3 3 100.0+0

Нарушение транспорта Мп I 1 1 100.0±0

Примечание: * - I - сорт Дина; II - сорт Зазерский 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-зерского 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 этрел + ДКС (9,1%).

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, этрел + 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% и 5,0% получе-

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 Дииа Сорт Зазерский 85

дальний красный свет

Рис.3. Спектры мутационной изменчивости ячменя в Мз: 1-морфологические мутации растений; 2-скороспелость; 3-позднеспелость; 4-другие физиологические мутации; 5-мутации количественных 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 н пониженное число зерен в колосе.

Изменения waxy • гена у ячменя под влиянием изучаемых фактории. Генетическая активность используемых факторов оценивалась с помощью тест - системы на изменения по локусу waxy, которые регистрируются но окраске пыльцевых зерен. Мутантные пыльцевые зерна обнаружены во всех изучаемых вариантах (табл.3). Частота waxy- мутаций ц 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 р ± 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 мутаций локуса waxy получена при облучении семян ДКС и составила 0,167%. При лазерном облучении доля waxy - изменений - 0,152%.На этом же уровне было число 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 Мз. Частота waxy - изменений коррелирует с частотой морфофиэнологи-ческих мутаций в Мз, особенно у сорта Зазерский 85.

Устойчивость мутантов ячменя к болезням н шведской мухе. В М4 и Ms 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%), высокоустойчнв 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 Oscinelia frit Z. В 1995г. хорошую выносливость показал мутант 9-2, полученный в варианте ДКС + этрел.

Содержание белка в зерне и кислотоустойчииость селекционно -ценных мутантных форм. По результатам биохимического анализа в Мз из 142 образцов выделено 9 мутантов, отличающихся по содержанию белка от контроля. Данные мутанты изучались в М4. В среднем за 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 19-4 (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 АЬ3+ 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. Де--сять 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 Биос1.

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 и/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 НСРо5-

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 сорщм Ди-нa-HгdA2B84Fl и Зазерский 85- Нгс1А12+2В53+19Р1.

Приводится краткая характеристика некоторых мутантных форм.

Мутант 3-2 получен в Мг 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 М2 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 5-7 получен в М2 при облучении семян сорта Дина 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 хлорофилльные мутации ар^саНз и VI-по1оа1Ьо1егпнпа118.

Мутант 14-2 выделен в М2 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. Кислотоустойчивость выше, чем у исходного сорта.

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

Мутант 22-10 выделен в М2 при облучении семян сорта Зазерский 85 лазерным светом. Колос средней длины и плотности. Масса 1000 зе-

а

реп 43,0 г. Урожайность мутанта на 17% превышает контроль. Колоше-

ние наступает на 2...3 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 М2 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 М2 у обоих сортов ячменя во всех вариантах получены хлоро-

у

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 морфофизиологическими мутациями и наиболее широкий спектр в Mi 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 (А.=754 нм, Е= 0,1 мВт/см3, 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 этрел; 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 Мз 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 этрела, эффективность которых находится на уровне лазерного излучения.

12. Электрофоретический анализ проламина мутантных форм ячменя показал, что с помощью лазерного излучения (632,8 нм), дальнего красного света (754 нм) и этрела можно получить разнообразные мор-фофизиологическне 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

!. Для создания исходного материала ярового ячменя предлагается использовать наиболее эффективные по выходу морфологических и физиологических мутаций для сортов Дина и Зазерский 85 параметры мутагенов: индивидуальное облучение семян лазером (Х= 632,8 нм) и дальним красным светом (Х- 754 нм) с плотностью мощности луча 0,1 мВт/см' и экспозицией 60 мин ; обработка семян этрелом 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, 24-10, 26-8, 35-2, 38-1 и другие.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. 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...11.

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 № 94015633/ 015516. Положительное решение Роспатента от 27.С 1.94.

4. Дудин Г.П., Кривошеина О.С. Лучистая энергия красного и дальнего красного света и мутагенез растений //Вятская земля в прошлом и настоящем: Материалы III научной конференции, посвященной 50-летию победы в Великой Отечественной войне. - Киров, 1995. - Т.III-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 Европейской 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 - летию института (9-11 ноября 1993 года). - Ижевск, 1995. - 4.1. - С.24...25.

7. Кривошеина О.С., Дудин Г.П. Мутанты ячменя с высоким содержанием белка в зерне. //Вопросы селекции и технологии производства продукции животноводства , охотоведения и природопользования: Материалы юбилейной научной конференции. - Киров, 1995. - В. 1. -С.94-95.

8. Дудин Г.П., Кривошеина О.С. Мутационная изменчивость ярового ячменя под влиянием этрела 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. Крмвошсина О.С. Мутабильиость 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. Дудим Г.П., Кривошеина О С., Логинов Д.А. Мутагенез у ячменя под влиянием красного света различной природы //Аграрная наука.-1997. - № 2 - С. 22...23.