Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА В СЕЛЕКЦИИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА В СЕЛЕКЦИИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ"



На правах рукописи

Соколова Елена Владимировна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА В СЕЛЕКЦИИ ЯРОВОГО

ЯЧМЕНЯ

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Пенза - 2004

Работа выполнена на кафедре растениеводства Ижевсюэй государственной сельскохозяйственной академии и кафедре селекции и семеноводства Вятской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Дудин Геннадий Петрович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

Кривобочек Виталий Григорьевич

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор

Чирков Анатолий Иванович

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Удмуртский государственный научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

Защита состоится 27 февраля 2004 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053,01 в Пензенской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 440014, г Пенза, пос. Аху-ны, ул. Ботаническая,

С диссертаг :', . ... 5к '^¡иотеке Пензенской

государственно? мии.

Автс • р.'.. разослан -

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

В.А.Гущина

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Одной из важнейших задач в селекции на современном этапе является непрерывное пополнение исходного материала новыми формами. Перспективным направлением в решении этого вопроса является применение метода экспериментального мутагенеза. Используя его, удается получать м/танты с новыми полезными признаками, неизвестными ранее, или их новые комбинации. Очевидно, что разработка путей направленного мутирования будет решаться главным образом путем поиска химических мутагенов, способных к специфическому воздействию на разные составные части генетического материала, обладающих малой токсичностью и дающих высокий выход хозяйственно-ценных наследственных изменений.

В этом плане представляется актуальным изучение влияния регуляторов роста растений на наследственную изменчивость ячменя, который всегда был одним из модельных генетических объектов в связи с его самоопылением и небольшим набором хромосом (14). Кроме того, ячмень является одной из основных зернофуражных культур нашей страны.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является изучение мутагенного действия регуляторов роста при создании исходного материала ярового ячменя. В связи с этим необходимо решить следующие задачи:

— Изучить влияние регуляторов роста растений на рост и развитие растений ячменя в первом поколении.

— Выявить и сравнить мутагенную эффективность препаратов тур, кампозан и абсцизовой кислоты (АБК).

— Определить наиболее эффективные концентрации препаратов по выходу морфологических и физиологических мутаций ячменя.

— Отобрать селекционно-ценные мутанты ячменя, провести их оценку на продуктивность и другие хозяйственно- полезные признаки. Научная новизна. Впервые на ячмене Дина изучена сравнительная мутагенная эффективность регуляторов роста - тур, кампозан - М, доказана возможность получения под их действием наследственных изменений у растений. Выявлена зависимость мутабильности ячменя от концентрации химических веществ и способов их использования. Получены мутантные формы растений с хозяйственно-полезными признаками.

Практическая значимость. Разработаны и предложены способы мутагенной обработки ячменя регуляторами роста растений, выявлены оптимальные концентрации мутагенов для практического применения. Выделены селекционно-ценные мутанты ячменя с признаками скороспелости, продуктивности, устойчивости к полеганию.

И Б МСХА

Положения, выносимые на защиту:

- закономерности роста и развития ячменя в гад обработки семян и посевов регуляторами роста растений;

- частота и спектр мутационной изменчивости во втором и третьем поколениях в зависимости от концентрации регуляторов роста и способа обработки;

- оценка и характеристика мутантов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях Ижевской ГСХА (1998; 1999; 2001; 2002; 2003 гг.), Вятской ГСХА (1999 г.), на Всероссийской научно-практической конференции Уральской ГСХА (2001). Основные материалы и положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста и состоит из 6 глав, выводов, предложений для селекции, списка литературы и приложений. Работа содержит 34 таблицы и 29 рисунков. Список литературы включает 307 источников, из них 21 иностранных авторов.

Материал и методика исследований

Исследования проводились на опытном поле агрономического факультета учебно-опытного хозяйства ИжГСХА «Июльское» Боткинского района Удмуртской Республики. Опыты закладывались на сред-иеокультуренной дерново-слабоподзолистой, среднесуглинистой, сла-босмытой почве. Каждый год, перед закладкой опыта, проводилось фоновое внесение комплексных удобрений. Агрометеорологические условия вегетационных периодов 1997 - 2003 гг. были различными по температурному режиму и влагообеспеченности, что характерно для Среднего Предуралья.

В качестве исходного материала были взяты элитные семена ярового ячменя Дина. На ячмене изучали действие регуляторов роста растений, при использовании их разными способами и в различных концентрациях (табл. 1).

Семена замачивались в растворах препаратов в течение 12 часов с последующей промывкой в проточной воде. В результате посева обработанных семян получено поколение Мс^ Опрыскивание посевов проводили в начале фазы выхода в трубку. Полученные растения представляли собой поколение Мпо-

В первом поколении казедый вариант размещался на делянке площадью 1 м2, на которой вручную высевали 5 рядков по 25 семян. Расположение вариантов в опыте систематическое в 1 ярус в 4-х кратной повторности.

Таблица 1

Схема опыта

Способ обработки Препарат Концентрация, % Условные обозначения

Замачивание семян Вода (к) - С-В

Тур 40 С-Т-40

80 С-Т-80

100 С-Т-100

Кампозан 5 С-К-5

10 С-К-10

20 С-К-20

Абсцизовая кислота 0,0001 С-АБК-0,0001

0,001 С-АБК-0,001

Вода (к) - П-В

Тур 40 П-Т-40

100 П-Т-100

посевов Кампозан 5 П-К-5

20 П-К-20

Абсцизовая кислота 0,0001 П-АБК-0,0001

0,001 П-АБК-0,001

В первом поколении определяли чувствительность ячменя к применяемым регуляторам роста. Для этого учитывали полевую всхожесть семян, выживаемость растений, изменчивость количественных признаков: общую и продуктивную кустистость, длину стебля и колоса, число колосков в главном колосе и массу зерна с него. Для сравнения действия изучаемых регуляторов роста был использован суммарный показатель дегрессии или стимуляции (Володин В.Г., Лисоеская З.И., 1979).

Во втором поколении проводились наблюдения за стенотипическими изменениями растений, отмечались растения, отличающиеся от исходного сорта по форме куста, кустистости, длине стебля, длине колоса, плотности колоса, срокам наступления основных фенологических фаз, стерильности. Также выделялись семьи с хлорофилльными мутациями, которые служили генетическим тестом для оценки эффективности мутагенного воздействия. Типы хлорофилльных мутаций устанавливали по классификации Ю. Калам и Т. Орав (1974). Определяли спектр новообразований и частоту семей с изменениями в процентах к общему числу растений (в опыте 1998 г.) или семей (в опыте 2000 г.) в данном варианте.

В третьем поколении проверялось наследование измененных признаков, выявленных в Мг. Процент наследования в М3 определяли по числу растений с мутациями к числу растений с измененными при-

знаками в М2. Частоту мутаций в третьем поколении определяли по числу семей с мутантными признаками к количеству семей, изучаемых в Мг (Володин В.Г., 1975).

Селекционно-ценные мутантные формы ячменя высевались по методике контрольного питомника для оценки их качества (Гужов Ю.Л., фукс А., Валичек П., 1999). В зерне мутантов определяли содержание белка методом мокрого озоления в среднем образце с семьи с последующим фотокалориметрическим окончанием по ГОСТ 1084674. У мугажвизучашустойчиессть к полеганию {Ко 1987).

В М), М4 и контрольном питомнике проводили фенологические наблюдения; определяли основные элементы продуктивности, сравнивали измененные формы ячменя с исходным сортом, определяли массу 1000 зерен (ГОСТ 12042-66,01991).

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

Для изучения генетического действия используемых регуляторов роста применяли тест-метод waxy-изменений в пыльцевых зернах (Eriksson G., 1962,1969;. Виленский ЕР. и. Щербаков В.К.,1985).

Данные биометрии количественных признаков опытных данных обрабатывали статистически по Доспехову Б.А. (1985); оценку показателей качественной изменчивости проводили по Вольфу В,Г. (1966). Математическую обработку опытных данных проводили с использованием компьютера Pentium IV.

Результаты исследований

Влияние регуляторов роста растений на развитие ячменя в первом поколении (Mi). Во всех вариантах с применением тура произошло достоверное снижение полевой всхожести семян. Наибольшим негативным действием обладал тур с концентрацией 80%, разница с контролем составила 15,4 %. Обработка семян ячменя препаратом кампозан также снизила этот показатель. Степень депрессии зависела от концентрации препарата. При увеличении концентрации кампо-зана (5,10 и 20 %), его отрицательное действие усилилось, и всхожесть составила соответственно 75,0; 46,2 и 17,3 % от контроля.

Замачивание семян ячменя в растворах изучаемых препаратов оказало заметное влияние на продолжительность этапов органогенеза. Препарат тур (40 и 80 % концентрации) ускорил появление всходов относительно контроля на 1 день. Обработка семян препаратом кампозан привела к замедлению развития растений на протяжении всей вегетации. Такие фазы развития как выход в трубку и колошение наступали с опозданием в 10-13 дней. При этом наблюдалась закономерность: с увеличением концентрации препарата увеличивались сроки прохождения фаз развития. К фазе полной спелости произошло

значительное сокращение межфазного периода, и разница в созревании с контролем составила только 2-4 дня.

Исследования показали, что использование тура оказало положительное влияние на выживаемость растений. Так, при замачивании семян ячменя в растворах препарата {40, 80 и 100 %) произошло ее увеличение относительно контроля на 7,6; 5,3 и 1,6 % соответственно. Наблюдается обратная корреляция между концентрацией препарата и выживаемостью растений. Снижение выживаемости по сравнению с контролем произошло при использовании камлозана (5 %) и АБК (0,001 и 0,01 %) на 4,1; 2,8 и 1,5 % соответственно.

Использование регуляторов роста и развитая растений повлияло на элементы структуры продуктивности ячменя. Обработка семян растворами препарата тур (40 % и 100 % концентраций) и кампозан (20 % концентраций) оказали достоверное влияние на длину стебля: тур увеличив этот показатель соответственно на 3,11 и 4,01 см, кампозан -уменьшив на 8,99 см (контроль - 67,27 см).

Обработка семян ячменя Дина препаратами низких и средних концентраций, тур (80 %), кампозан (5 % и 10 %) и АБК (0,0001 %), оказали достоверное положительное влияние на длину колоса, увеличив этот показатель соответственно на 0,42; 0,61; 0,42 и 0,47см (контроль - 6,73 см).

Тур всех концентраций и кампозан {5 % и 10 %) существенно увеличили количество зерен в соцветии: тур соответственно на 0,86, 1,56 и 1,01; кампозан соответственно на 0,85 и 1,05 зерна (контроль -19,0 зерен).

Эффективность влияния мутагенов определяли по чувствительности к ним ячменя, использовали суммарный показатель депрессии О, % (51. %).

Замачивание семян ячменя в растворах синтетических регуляторов роста оказало депрессивное действие на развитие растений. Наибольшим негативным эффектом обладал препарат кампозан, который повлиял на всхожесть семян, длину стебля и массу зерна, уменьшив их. При увеличении концентраций препарата (5,10 и 20 %) его угнетающее действие усилилось (О = 14,45....114,51 %). Абсцизовая кислота оказала суммарное стимулирующее действие.

Наиболее варьирующими признаками у ячменя при обработке семян туром, кампозаном и абсцизовой кислотой оказались масса зерна с колоса и продуктивная кустистость (Су = 39,3 - 73,2 % и 36,8 -66,4 % соответственно). Так в посевах ячменя наблюдали растения с пониженной и повышенной кустистостью (2 и 29); масса зерна с колоса изменялась от 0,30 до 1,28 г, в вариантах с обработкой семян ячменя кампозаном встречались стерильные колосья.

s

СЛ С^Е БК-0,001 К-0,0001 D ]

| ■ - С-К-30

-

| ■ С4С-10

¡C-K-5 от-«<£ [ с-т-ао , q-T-4o с -в

-120 -100 -60 -60 -40 -20 О 20

Рис, 1. Чувствительность ячменя Мс, к мутагенным факторам (1997г.)

Изменчивость ячменя во втором поколении, Обработка семян ячменя регуляторами роста растений привела к образованию хпорофилльных мутаций, частота возникновения которых изменялась от 0,2 % (С-В) до 1,8 % {СТ-40). Наибольшее количество растений с хлорофилльными мутациями образовалось при обработке семян ячменя препаратом тур (40; 60 и 100 % концентрации) -1,8; 1.0 и 1,5 % соответственно и АБКмаксимальной концентрации- 1,1%.

Об эффективности изучаемых мутагенов свидетельствует и спектр хпорофилльных мутаций. Всего в опыте выявлено 4 типа мутаций: viridis; xantha; albina; atbaviridis. С большей частотой встречались такие типы мутаций, как viridis и albina - 6,66 и 1,14 % соответственно. Самый широкий спектр хпорофилльных мутаций был получен в вариантах при обработке растений 40 % раствором препарата тур и 0,001 % раствором АБК (по 3 типа в каждом варианте).

8о втором поколении выделены семьи с морфологическими и физиологическими изменениями.

Самое большое количество растений с изменениями (10,6 %) выявлено при обработке семян ячменя 100% препаратом тур. Исполь-

зование препарата в малых концентрациях существенно увеличило частоту изменений относительно контроля на 4,4 %. Использование препарата кампозан в концентрации 10 % привело к достоверному увеличению частоты изменений на 6,5 % по сравнению с контролем. В варианте с обработкой семян 0,0001 % раствором абсцизовой кислоты выделено 31 растение с изменениями, их частота составила 7,5 % (контроль-1,8%),

Наиболее часто во всех вариантах встречались растения с изменениями колоса (от 0,22 до 1,7 %) и длины вегетационного периода (от 0,29 до 2,21 %).

Мутационная и модификационная изменчивость ячменя в третьем поколении. Анализ характера наследования морфофизио-логических изменений показал, что их спектр и частота в Мс3 сузился по сравнению со вторым поколением. В Мс3 ячменя уменьшилось количество мутации viridis, они наследовались только в вариантах с использованием тура и абсцизовой кислоты. Наиболее широкий спектр хлорофилльных мутаций (3) наблюдали в варианте с обработкой семян 40 % раствором препарата тур (также как и во втором поколении). Были выявлены мутации типа albina, viridis, xantha, но встречались они с меньшей частотой. У ячменя в третьем поколении при обработке семян 80 % раствором препарата тур обнаружена хлорофилльная мутация albaviridis, которой не было во втором поколении, ее частота составила 0,20 %.

Доля наследования изменений в Moj варьировала от 18,5 до 100 %. Наибольший процент наследования наблюдался по таким типам изменений как; прямостоячая форма куста (100 %); плотный, поникший и рыхлый колос (100; 85,4 и 50,0 % соответственно); высокая устойчивость к полеганию {75 %) и скороспелость (67,6 %).

Рост и развитие растений ячменя в год обработки посевов туром, кампозаном и абсцизовой кислотой (Мп0). Опрыскивание растений ячменя препаратом кампозан (5 и 20 %), как и при замачивании семян в растворах данного препарата, привело к запаздыванию наступления фенологических фаз. Наибольшее отклонение от контроля (9 и 13 дней соответственно концентрации) наблюдалось в фазу колошения, но к фазе восковой спелости эта разница сократилась до 4 и 5 дней соответственно.

Обработка посевов ячменя растворами препаратов тур, кампозан и абсцизовой кислотой в фазе кущения - выхода в трубку оказало достоверное отрицательное влияние на количество сохранившихся растений к уборке, снизив этот показатель на 24-102 растения (контроль - 418 растений). При увеличении концентрации препаратов тур и кампозан их отрицательное действие усилилось, и к уборке сохранилось 86,1 и 75,6 % растений от контроля соответственно.

Обработка посевов ячменя растворами препаратов тур (40 и 100 %) и кампозан (5 и 20 % концентраций) оказали достоверное отрицатель-

мое влияние на длину стебля, уменьшив этот показатель соответственно: тур на 14,71 и 20,61 см, кампозан на 15,72 и 23,2 см (контроль -69,36 см).

Препарат тур 100 % и А6К 0,0001 % оказали достоверное положительное влияние на длину колоса, увеличив этот показатель соответственно на 0,6 и 0,5 см (контроль - 6,6).

Во всех вариантах, кроме П-Т-100, произошло увеличение массы зерна с колоса на 0,01 - 0,14 г относительно контроля. Самая большая масса зерна с колоса (0,96 г) получена в варианте с использованием АБК 0,0001%. контроль - 0,82 г.

Применяемые факторы повлияли на изменчивость количественных признаков растений. При обработке посевов ячменя изучаемыми препаратами, также как и при обработке ими семян, произошло увеличение варьирования продуктивной кустистости (Су - 41,5 - 65,9 %). Однако, использование регуляторов роста путем опрыскивания растений не привело к увеличению коэффициента изменчивости такого признака как масса зерна с главного колоса (Су =19,7 - 27,6 %), как это наблюдалось при обработке семян.

[

АВК-0,001

! 1

! ЛБК-0,0001

I

) ' . К-10

I

I К-5

I

Т-100

Т-40

I П-В

+■■■:..................-I

-0.15 -0,1 -0,05 О

Рис, 2. Чувствительность ячменя Мпо к мутагенным факторам (1999 г.)

Для оценки чувствительности ячменя к изучаемым регуляторам роста при обработке ими посевов рассчитывали показатель депрессии 0, % - стимуляции 81, %. Обработка растений регуляторами роста, также как и замачивание семян, оказала негативное действие на ячмень. Наиболее сильное депрессирующее действие оказало опрыски-

ванне посевов туром 100 % , в то время как при обработке семян более отрицательным действием обладал кампозан (рис. 2).

Влияние регуляторов роста на развитие растений ячменя первого поколения (Mni) Во всех вариантах наблюдалась тенденция снижения всхожести семян с увеличением концентрации препаратов. Наибольшее негативное последействие оказал кампозан, применяемый s максимальной (20 %) концентрации, где произошло снижение всхожести на 20,3 %.

При изучении растений ячменя первого поколения наблюдали последействие изучаемых регуляторов роста на элементах структуры продуктивности ячменя, 8 вариантах Т-100; К-5; К-20; АБК-0,0001; АБК-0,001 произошло уменьшение (относительно контроля - 46,4 см) длины стебля на 4,5; 5,1; 4,5; 3,1; 5,7 см, соответственно. При этом наблюдалась тенденция: чем выше концентрация регуляторов роста, тем сильнее их влияние на длину стебля. Достоверное снижение длины колоса отмечено в вариантах Т-100; К-5; К-20; АБК-0,0001 иа 1,1; 1,2; 1,0; 0,6 см соответственно {юктроль - 7,3 см). В вариантах Т-100; К-5; АБК-0,0001 количество продуктивных стеблей уменьшилось на 1,3; 0,9 и 0,6 относительно контроля (контроль - 3,4). Произошло существенное изменение массы зерна с колоса. Масса зерна снизилась в вариантах Т-40; Т-100; К-5; К-20; АБК-0,001 по отношению к контролю на 0,11; 0,21; 0,15; 0,20 г соответственно.

Изменчивость ячменя во втором поколении (Мпг). Обработка посевов ячменя регуляторами роста растений привела к образованию в Млг хлорофилльных мутаций. Частота данных мутаций в большей степени зависела от концентрации препарата, чем от его вида. Так, увеличение концентрации препарата тур от 40 до 100 % привело к увеличению частоты возникновения хлорофилльных мутаций в 3,5 раза, увеличение концентрации препарата кампозан с 5 до 20 % - в 1,1 раза. Максимальная частота мутаций при использовании как тура, так и кампозана составила 5,30 %.

Наиболее часто встречались хлорофилльные мутации типа albina (10,63 %). Появление растений без хлорлфилла отмечено во всех вариантах, кроме контроля. Наибольшее их количество (5,10 %) получено при обработке посевов туром в 100 % концентрации. Опрыскивание посевов ячменя абсцизовой кислотой 0,0001 % концентрации привело к появлению одного пятнистого растения (makulata), частота встречаемости составила 0,23 %.

Также как и при обработке семян, регуляторы роста при обработке посевов вызвали появление морфофизиологических изменений. Частота появления измененных растений варьировала от 8,15 до 12,81 % {контроль - 1,43) и зависела от вида мутагена и его концентрации. Наибольшая частота изменений отмечена при опрыскивании посевов препаратом кампозан с концентрацией 5 и 20 % (11,03 и 12,81 % соответственно).

Наибольший выход типов новообразований (10) отмечен при обработке посевов ячменя 20 % раствором препарата кампозан. Под его влиянием получены растения с различной длиной стебля и колоса (1,50 и 2,26 % соответственно), с разной продолжительностью вегетационного периода (4,52 %).

Мутационная и модификационная изменчивость ячменя в третьем поколении (Мп3). С наибольшей частотой встречались хло-рофилльные мутации типа - albina, самое большое количество всходов с белой окраской листьев (10) получено при использовании препарата тур 100 % концентрации. Мутации viridis, полученные под действием АБК 0,001 % и тура 40 %, наследовались полностью. При использовании 5 и 20 % кампозана частота встречаемости светло-зеленых всходов в Мп3 уменьшилась на 0,73 и 0,25 % соответственно. Xantha и makulata не наследовались. В вариантах с использованием тура 40 и 100 % наблюдали появление пятнистых (makulata) растений (0,22 и 0,46 % соответственно), которых не было во втором поколении. Спектр мутаций в третьем поколении по сравнению со вторым уменьшился с 4 типов в варианте П-АБК-0,0001 до 3,

Наибольший процент наследования морфологических изменений наблюдался по таким типам как: прямостоячая форма куста (100 %), пониженное и повышенное число зерен в колосе (100 и 95,2 % соответственно); повышенная масса зерна с колоса (100 %); поникший, рыхлый и длинный колос (93,9; 89,7 и 80,6 % соответственно). В поколении Мп3 не наследовались раскидистая форма куста, плотный колос и пониженная масса зерна с колоса.

Сравнительная мутабилькость ячменя лри обработке семян и растений регуляторами роста. Регуляторы роста растений обладают различным мутагенным эффектом по отношению к яровому ячменю и, который зависит не только от вида препарата, его концентрации. но и от способа обработки растений (табл. 2). При обработке семян ячменя регуляторами роста растений частота мутаций в третьем поколении изменялась в пределах от 1,39 до 4,42 %, при опрыскивании посевов - от 3,52 до 10,1 %.

При обработке семян ячменя большую эффективность проявил препарат тур. Увеличение концентрации препарата от 40 до 100 % привело к несущественному увеличению частоты мутаций с 3,55 до 4,42 %. Аналогичная тенденция прослеживается и при использовании препарата путем опрыскивания посевов, частота мутаций возроспа от 3,52 до 5,33 % при увеличении концентрации раствора тура.

Наибольшим мутагенным действием при опрыскивании посевов обладал препарат кампозан, используемый с максимальной (20 %) концентрацией. Частота мутаций составила 10,1 %. При уменьшении концентрации препарата до 5 % наблюдается несущественное снижение числа мутировавших растений -до 7,67 %.

Таблица 2

Сравнительная эффективность двух способов мутагенной обработки ячменя регуляторами роста растений

Вариант Обработка семян Обработка посевов

Число ний. расте-шт. Частота мутаций (Р±5р), % Число семей, шт. Частота мутаций (Р*3р),%

изучаемых вМ2 с мутациями вМ3 изучаемых в М; с мутациями в м3

В (К) 450 $ 1,33 ± 0,54 418 2 0,48 ±0,34

Т- 40 338 12 3,55 ±1,0* 454 16 3,52 ± 0,86**

Т- 80 488 11 2,25 ± 0,67 - - -

Т-100 407 18 4,42 + 1,02" 431 23 5,33 ±1,08"

К- 5 364 8 2,19 ±0,77 417 32 7,67 ±1,30"

К-10 144 2 1,39 ±0,97 - - -

К-20 214 4 1,86 ±0,92 398 40 10,1 ±1,5"

АБК-0,0001 411 6 1,46 ±0,59 432 42 9,72 ±1,42"

АБК-0.001 555 19 3,42 ± 0,77* 433 29 6,69 ±1,20"

Примечание: * - уровень вероятности Р > 0,95;

" - уровень вероятности Р > 0.99

Таким образом, наибольшая частота мутаций наблюдается при обработке регуляторами роста посевов ячменя. Это связано с тем, что именно в фазу кущения - начало выхода в трубку ячмень наиболее чувствителен к воздействию изучаемых препаратов, т.к. начинается формирование репродуктивных органов, и регуляторы роста активно влияют на протекающие процессы спорогенеза и гаметогенеза.

Типы мутаций, произошедшие у ярового ячменя, были различными и зависели от вида регуляторов роста растений и способа их применения. Замачивание семян в растворе препарата тур в большей степени повлияло на изменение количественных признаков и появление морфологических мутаций - 46,0 и 22,3 % соответственно. При опрыскивании туром посевов кроме мутаций количественных признаков (38,7 %) произошло появление хпорофилльных мутаций (27,5 %) и позднеспелых растений ячменя (20,2 %).

Препарат кампозан, при обработке посевов, способствовал образованию мутаций количественных признаков (28,1 %) и морфологических мутаций (26,8 %). При обработке семян, под влиянием кампозана было получено максимальное количество морфологических мутаций (44,6 %).

Абсцизовая кислота наибольшее влияние оказала на появление мутаций количественных признаков (при обработке семян - 39,1; при обработке посевов - 37,1 %} и морфологических мутации (при обработке семян -20,2; при обработке посевов - 27,5 %).

Изменение маркерного waxy - гена ячменя под влиянием регуляторов роста. Для оценки мутагенного действия регуляторов роста использовали чувствительную тест-линию изменений Waxy-генэ в пыльцевых зернах ячменя (табл. 3).

Таблица 3

Частота мутаций Waxy-генэ при обработке ячменя регуляторами роста растений

Варианты Число пыльцевых зерен, тыс. шт. Мутантных пыльцевых зерен

п р + Sp, %

С-В (К) 49 29 0,06 ± 0,01

С-Т-40 62 67 0,11 ±0,01**

С-Т-80 52 97 0,18 ±0,02"

С-Т-100 51 81 0,16 ± 0,02**

С-К-5 48 81 0,17 ±0,02**

С-К-10 45 145 0,32 ± 0,03"

С-К-20 53 182 0,34 ±0,03**

С-АБК-0,0001 46 110 0,24 ±0,02"

С-АБК-0,001 52 189 0,36 + 0,03**

П-В (К) 39 31 0,08 ± 0,01

П-Т-40 53 72 0,14 ±0,02"

П-Т-100 44 203 0,46 ± 0,03**

П-К-5 48 112 0,23 ± 0,02**

П-К-20 46 175 0,37 ± 0,03"

П-АБК-0,0001 58 72 0,12 ± 0,01**

П-АБК-0,001 47 200 0,42 ± 0,03"

Примечание: * - уровень вероятности Р > 0,95;

" - уровень вероятности Р > 0,99

Оценивая влияние регуляторов роста на УУаху-ген при обработке ими семян, можно отметить, что все препараты увеличили число мутировавших пыльцевых зерен относительно контрольного варианта. Наибольший процент мутаций образовался при обработке семян ячменя АБК-0,001 (0,36 %) и препаратом кампозан в 20 % концентрации (0,34 %), в контроле - 0,06 %. Наименьшее число мутантных пыльцевых зерен отмечено у ячменя при обработке 40 % раствором препарата тур, частота мутаций составила 0,11 %.

При обработке посевов ячменя максимальное количество мутаций получено под действием этих же препаратов: АБК-0,001 (0,42 %) и кампозан в 20 % концентрации (0,37 %), При увеличении концентрации всех изучаемых препаратов частота мутаций существенно увеличивается. Таким образом, независимо от способа применения регуляторов роста, при увеличении концентрации препаратов увеличивается число мутировавших пыльцевых зерен.

Урожайность селекционно-ценных мутантов ячменя. В четвертом и пятом поколениях мутанты с селекционно-ценными признаками оценивались в контрольном питомнике на урожайность в сравнении с исходным сортом Дина.

В среднем за два года наибольшей урожайностью отличался мутант 5-14 (С-Т-100), которая составила 480,2 г/мг , что на 83,5 г/мг превышает исходный сорт. Высокая урожайность связана с большой продуктивной кустистостью.

Содержание белка в зерне. Из проанализированных мутантов ячменя в среднем за два года 4 номера содержали повышенное количество белка в зерне (на 0,4-1,02 %), 3 - пониженное (на 0,5-1,0 %). Максимальное содержание белка (10,95 %) отмечено у мутанта 4-1 (С-Т-80).

Характеристика мутантов с хозяйственно-полезными признаками. В результате проведенных исследований было выделено и проанализировано 7 мутантных образцов ярового ячменя, имеющих селекционную ценность по признакам скороспелости, продуктивности, устойчивости к полеганию. Проведен элекгрофоретический анализ запасных белков у всех выделенных в опыте мутантов ячменя. Все мутанты имеют формулу гордеина, характерную для исходного сорта Дина: Нгс1 А2 В 95 Р 1.

Мутант 4-1 получен при обработке семян 40 % раствором препарата тур. Разновидность нутанс. Колос двурядный, желтый, короткий (в среднем 5,5 см), средней плотности (12,4 членика на 4 см колосового стержня), остистый. Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 42,69..,48,53 г), желтое, эллиптической формы. Куст прямостоячий, коэффициент кустистости 8,2. Длина стебля в среднем 76,9 см. Скороспелый (период вегетации 60 дней). По урожайности уступает ячменю Дина на 34,6 %, содержание белка составляет 11,3 %, полегаемость на уровне контроля.

Мутант 5-14 получен при обработке семян 100 % раствором препарата тур. Разновидность нутанс. Колос двурядный, желтый, средней длины (6,4 см), средней плотности (12,4 членика на 4 см колосового стержня), остистый. Зерно крупное (масса 1000 зерен 52,0 -54,0 г), желтое, эллиптической формы. Куст прямостоячий, коэффициент кустистости 5,6. Длина стебля в среднем 82,0 см, что выше исходного сорта на 2,2 см. Скороспелый (период вегетации 62 дня). По урожайности превышает сорт Дина на 21,5 %, содержание белка низкое - 9.4 %. высокоустойчив к полегаемости.

Мутант 6-4 получен при обработке семян 5 % раствором препарата кампозан. Разновидность нутанс. Колос двурядный, желтый, средней плотности (11,9 члеников на 4 см длины колосового стержня), остистый. Средняя длина колоса 5,8 см. Зерно крупное (масса 1000 зерен 47,4... 53,2 г), желтое, эллиптической формы. Куст прямостоячий, высокая кустистость (8,5). Длина стебля в среднем 81,5 см. Скороспелый (период вегетации 63 дня). По урожайности превышает сорт Дина на 21,0 %; содержание белка и полегаемость на уровне контроля.

Мутант 9-8 получен при обработке семян 0,001 % раствором абсцизовой кислоты. Разновидность нутанс. Колос двурядный, желтый, средней плотности (11,4 членика на 4 см длины колосового стерся), остистый. Средняя длина колоса 8,1 см. Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 45,0... 48,5 г), желтое, эллиптической формы. Куст прямостоячий, коэффициент кустистости 4,8, листья и стебель светло-зеленые. Длина стебля в среднем 81,3 см. Созревает на уровне контроля. По урожайности превышает сорт Дина на 21 %; содержание белка и полегаемость на уровне контроля.

Мутант 10-3 получен при обработке семян 0,0001 % раствором абсцизовой кислоты. Разновидность нутанс. Колос двурядный, желтый, средней плотности (11,5 членика на 4 см длины колосового стержня), остистый. Средняя длина колоса 6,1 см. Зерно крупное (масса 1000 зерен 50,3... 57,1 г), желтое, эллиптической формы. Куст прямостоячий, коэффициент кустистости 7,8. Длина стебля в среднем 82,3 см. Созревает на уровне контроля. По урожайности превышает сорт Дина на 8,3 %; содержание белка низкое (8,8 %); полегаемость на уровне контроля.

Мутант 10-8 получен при обработке семян 0,0001 % раствором абсцизовой кислоты. Разновидность нутанс. Колос двурядный, желтый, плотностью 9,2 членика на 4 см длины колосового стержня, остистый. Средняя длина колоса 10,0 см. Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 46,1... 48,7 г), желтое, эллиптической формы. Куст прямостоячий, коэффициент кустистости 4,5. Длина стебля в среднем 88,1 см, склонен к полеганию. Созревает позднее контроля на 2 дня. По урожайности превышает сорт Дина на 13,9 %; оодеряение белка 10,2%.

Мутант 10-13 получен при обработке семян 0,0001 % раствором абсцизовой кислоты. Разновидность нутанс. Колос двурядный, желтый, плотностью 9,8 члеников на 4 см длины колосового стержня, остистый. Средняя длина колоса 8,6 см. Зерно крупное (масса 1000 зерен 49,3... 53,1 г), желтое, эллиптической формы. Куст прямостоячий, коэффициент кустистости 3,5. Длина стебля в среднем 66,4 см, что короче контроля на 13,4 см., высокоустойчив к полеганию. Созревает позднее контроля на 3 дня. По урожайности превышает сорт Дина на 13,2 %; содержание белка составляет 9,1 %.

Выводы

1. Реакция ячменя на воздействие регуляторами роста в первом поколении зависела от вида мутагена, его концентрации и способа обработки. Наиболее угнетающим действием обладал кампозан с 20 % концентрацией при обработке семян.

2. В М2 под влиянием регуляторов роста, независимо от способа обработки, получены хлорофилльные мутации. Наибольший их спектр отмечен в варианте с абсцизовой кислотой.

3. Кроме хлорофилльных мутаций, во втором поколении выделены морфологические и физиологические изменения, частота которых колебалась от 3,68 % (С-Т-80) до 13,6 % (П-К-20). Спектр морфофи-зиологической изменчивости варьировал в зависимости от мутагена и его концентрации.

4. Максимальное число семей с морфофизиологическими мутациями в М3 получено в вариантах с использованием абсцизовой кислоты.

5. Наибольшей мутагенной эффективностью регуляторы роста растений обладают при опрыскивании ими посевов ячменя. Частота мутаций при замачивании семян изменялась в пределах от 1,4 до 4,4 %, при опрыскивании посевов - от 3,5 до 10,1 %.

6. Впервые на яровом ячмене выявлен мутагенный эффект препарата тур. Под влиянием препарата тур (40, 80 и 100 % концентрации) получены мутанты скороспелые и позднеспелые, вьюокостебельные, с длинным колосом и большой массой зерна с главного колоса.

7. Кампозан проявил мутагенный эффект на ячмене, индуцировав му-тантные формы с разными сроками созревания, низкорослые, устойчивые к полеганию, со светло-зеленой окраской листьев и колоса. Увеличение концентрации кампозана с 5 до 20 % , при использовании его на посевах, ведет к росту частоты наследственных изменений.

8. Спектр новообразований в М3 существенно не меняется в сравнении с Мг, преобладают мутации, связанные со сроками созревания, длиной стебля и колоса. Наибольшая степень наследования отмечена по признакам: прямостоячая форма куста, число зерен в колосе и масса зерна с колоса, устойчивость к полеганию.

9, Применение теста мутаций локуса Waxy подтвердило наличие мутагенных свойств у регуляторов роста - тура, кампозана и абсцизо-вой кислоты.

10. Элекгрофоретический анализ проламина мутантов подтвердил происхождение новых форм от ячменя Дина.

11. Создана коллекция мутантов ячменя с хозяйственно-ценными признаками. Семь образцов переданы в ВИР им. Вавилова. Двенадцать мутантов изучаются в контрольном питомнике.

Предложения для селекционной практики

1. Для создания исходного материала ячменя с морфологическими и физиологическими мутациями предлагается использовать препарат кампозан 5 % (замачивание семян) или 20 % (опрыскивание посевов); а также тур в 100 % концентрации любым из выше названных способов.

2. Селекционным учреждениям рекомендуется использовать в селекции на скороспелость, продуктивность, повышенное и пониженное содержание белка, устойчивость к полеганию созданные и изученные мутантные формы ярового ячменя 4-1, 5-14, 6-4, 9-8, 10-3, 10-8,10-13.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Соколова Е.В., Дудин Г.П., Машевский A.C. Изучение возможного мутагенного эффекта регуляторов роста на ячмене Дина И Труды научно-практической конференции 1/1жевской государственной сельскохозяйственной академии, - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1998. -С. 56-58.

2. Ленточкин A.M., Соколова Е.В., Машевский A.C. Использование ингибиторов роста для получения исходного материала ячменя II Новые методы селекции и создание адаптивных сортов сельскохозяйственных культур: результаты и перспективы / Тез. докл. научной сессии. - Киров: НИИСХ Северо-Востока. 1998. - С. 39^1.

3. Соколова Е.В., Дудин Г.П., Машевский A.C.. Ленточкин A.M. Влияние регуляторов роста на растения ячменя в Mi и Мг Материалы науч.-прак. конференц. ИжГСХА. - Ижевск: Шел, 1999. -

4. OertftWKMH A.M., Соколова Е.В., Машевский A.C. Сравнительная оценка последействия регуляторов роста растений на яровом ячмене и пшенице И Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная памяти Уральских ученых: д.б.н. H.A. Иванова, д.с.-х.н. В,Ф. Трушина и С.А. Чазова / Сборник научных трудов. -Екатеринбург: УрГСХА, 2001. - С, 199-210.

5. Машевский A.C., Соколова Е.В. Оправданность применения некоторых регуляторов роста в семеноводческих посевах it Пятая рос-

сийская университетско-академическая научно-практическая конференция.-4.6.-Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 2001.-С.119-120.

6. Соколова Е.В. Изучение хозяйственно-ценных мутантных форм ячменя в условиях УОХ «Июльское» // Труды научно-практической конференции «Аграрная наука - состояние и проблемы». Том II. -Ижевск: Изд-во ИжГСХА, 2002. - С.104-106.

7. Машевский A.C., Соколова Е.В., Ленточкин А.М. Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя и пшеницы на их потомство // Аграрная наука Северо-Востока Европейской части России на рубеже тысячелетий - состояние и перспективы. Вятская государственная сельскохозяйственная академия. Агрономический факультет. - Киров, 2000. - Т. 2. - С. 40-42.

8. Соколова Е.В„ Машевский A.C., Ленточкин A.M. Использование фи-тогормонов в селекции И Аграрная наука Евро-Северо-Востока. Научный журнал Северо-Восточного научно-методического центра РАСХИ. - Киров, 2002. - С, 75-78.

9. Соколова Е.В,, Ленточкин А.М. Сравнительная мутабильность ячменя к регуляторам роста И Адаптивные технологии в растениеводстве - итоги и перспективы: материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию кафедры растениеводства ИжГСХА. - Ижевск: Изд-во ИжГСХА, 2003. -С.115-118.

Р-2320

На правах рукописи Соколова Елена Владимировна Использование регуляторов роста растений для создания исходного материала в селекции ярового ячменя 06.01.05. - селекция и семеноводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук Сдано в набор 01.12.2003 г. Подписано в печать 02.12.2003 г. Формат 60*84/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ Na 136 М Гарнитура Arial. Отпечатано на Rex-Rotary ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА,