Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МУТАЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ PISUM SATVIUM L.

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МУТАЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ PISUM SATVIUM L."



АКАДЙМИЯ НАУК СССР СИБИРСКОЙ агШЕННЕ

00 ъеди венный Учена» Совет по бяохогжчбоюш наткан

---7-;-----.—Г

На правах рукописш

■ '■■■■.■ ■' ' г

СИДОРОВА КЛАВДИЯКУЗЬМИНИЧНА

яатнив закономерностей шсспбримгнз'альаш

МУТАЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ РЮТМ ЯАТГГШ Ь-

(Генетика - 05.00.15}

\

. А в * о ре $ ер а т

диосортаци на соисканае ученой стеденж доктора биологических наук

НовоошЛрск, 1973

; Раб*та выполнена г Институте цитологи и геветикиСО АН

ссср. '

Научный консультант- - доктор биологических наук, ч . . - профессор . ■.■'■■-:-■■;

г - ^■^-■¿■лгг-^ :;л:^Г",В.В.хвост(®А ..-■.

^ Официальные оппоненты: доктор биологических наук« ■ ' _ профессор

■ " .-.- •.. - . ... - \-:'н.н.к1РТАаовА :\;

■■'■г . доктор биологических наук,

" " ..г.;;.'.-.-'-; првфввсор■:■.-.\ ■.:.' - ' ' Ю.Я.КЙРШ4С "V

.- '!'■'■ ' ■ г"' • ■■'■ ■ - -1 ' ■ ■■ " ■;. ',■. ■ - . ■...' .:■. v. "

' ; : ■ доктор сельскохозяйствен- "

- .■ч'.':'- г . ■ .них ва?к, профессор

г ф;х.баггеев-. •

Ведущее предприятие - Отдел химической генетики Инетиту та химическое физики АН СССР. ■ У:'\

- Автореферат разослан п2/т" ¿рв^к&е^З. 1973 г Защита диссертации состоится г

на засадаыид Объединевяого Учено

го Совета по биологических наукам СО АН СССР, в

■ конференц-зале 'Институтацитологии и генетики СО V Ч ' АН СССР, Новосибирск 90, Проспект Науки,Ю:

\ С диссертацией можно ознакомиться -в библиотеке Института цитологии и генетики СО АН СССР. ..-

Отзывы просим направлять;ио адресу: г.Новосибирск-630090 дроспеку Науки, 17, Президиум СО АН СССР, Объединенный Ученый Совет по биологическим наукам, - , : '

'' ■ -1 Ученый секретарь1 /■; ■ .'■ ""

/ Объединенного Ученого Совета ' ■ '.. - ."

; по биологическим наукам СО АН СССР ' - ~

.■■■■■.. .-доктор биологических наук _ :'■:■>,■■: В.Б.ИЛЬИН С ■ V. ' * • * • - -■-•>. . ' '

. . Л - * ;■ • "■ ■ ;"-..*. .:' • . " '

АКАДЕМИЯ НАУК СССР СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Объединенный Ученый Сове! по биологическим наукам

СИДОРОВА КЛАВДИЯ КУЗЬШНИЧНА

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕВ «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ НУТАЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ У ВЫСШИХ РАСТКНИ й НА ПРИМЕРЕ Р12Ш ЕАТИПШ Ь-

(Генетика - 05.00.15)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических даук

На правах рукодаск

бСВТЛМЙ'И г ■

введение

Мутационный процесс до 20-х годов нашего столетия протекал без активного вмешательства человека и в селекции использовали лишь те мутации, которые возникали естественный путем.Борное развитие генетики* физики и химии за последние десятилетия выдвинуло экспериментальный мутагенез на одно из первых пест среди генетических проблей.

Ори использовании метода экспериментального мутагенеза решаются принципиально важные вопросы общей и частной генетики, эволщии и селекции.

Большой вклад в развитие теории и практики индуцированного мутагенеза внесли советские учение: И.А.Рапопорт, Н.П.Дубинин, В.В.Сахаров, М.Е.Лобашев, А.Н.Луисов, Б.В.Хвостова, П.К.Шквар-ников, Н.Н.Соколов, Б.Н.Сидоров, В.Б.Енкен и другие.

К настоящему времени в отечественной и зарубежной литературе накоплен большой экспериментальный материал,позволяющий понять многие закономерности действия излучений и химических факторов на наследственные структуры.

Выявлены наиболее эффективные мутагены и разработаны методы их воздействия на растительные и хивотные объекты. В ряде работ было показано, что химические мутагены превосходят по эффективности ионизирующие излучения (Рапопорт, 1948; Нвв1о$, 6811X1, В11гь, 1962; в11хЪ, 19бб;Хвостова, 1966; Шарма, 1966; Ахунд-Заде, 1967; Сидорова, 1968, 1971).

В последние годы внимание привлечено к' изучению факторов, модифицирующих физиологический и генетический эффекты действия мутагенов ( Зрвсктшш, 1964; веПп, 19685 Зоз, 1968; НагаЗапал, Еопздк, 1969» И1кае1ееа, АЬлаЪтот, 1968;Затг1п, 8яю1зд1:Ьеп.( ЗЬапаа, 1968; Тарасенко, 1968; Дубинина, 1970; Сидорова, 1972), Результаты этих исследований имеют значение для разработки наиболее эффективных методов воздействия мутагенами на растительные объекты.

Одним из актуальных вопросов в области экспериментального мутагенеза является выяснение роли генотипа. Результаты многочисленных исследований, выполненных в последнее десятилетие,

свидетельствуй и том, что роль генотипа в экспериментальном мутагенезе не менее существенна, чем роль мутагена ( Gregory, i960; Енкеа, 1963, I%5, 1967; Bbatla, Swamiaathan, 1963 i Borojeric, 1963, i960, 1970; Сидорова, 1966, 1968, 1971). Необходииы дальнейшие исследования по данной проблеме в целях выяснения, какие же сорта - генотипы у отдельных культур долее мутабильна. Это важно с точки зрения прогнозирования частоты нутаций и их спектра, в ток числе возможности появления хозяйственно-полезных форм.

Большое теоретическое и прикладное значение имеют работы по изучении онтогенетической природы индуцированных мутаций. Значительных успехов в этом направлении достигли шведские ученые ( Gturtafseon et al., 1966; Haßberg, 1966; tondgvist «t al., 1968; Wettet«!» et aZ.t 196SJ Pereson, H a g b e r s j 1969), работаете с мутантами ячменя. Этими авторами обнаружена специфичность в мутировании разных локусов в зависимости от мутагенного фактора.

Среди онтогенетических работ видное место занимают исследования Лааирехта ( Ieniprecbt, 1947, 1952, 1955, 1956,1958, i960, 1962, 1967), выполненные на горохе.

Должного внимания заслуживают исследовании по изучению онтогенеза на примере индуцированных мутантов (Хвостова,1972).

Среди работ, выполненных в эволюционном плане, следует отметить работу Штуббе (1966), результатом которой явилось воспроизведение методой экспериментального мутагенеза модели происхождения культурного томата из дикой формы«

Больше успехи достигнуты в использовании метода экспериментального мутагенеза в селекции растений. Более ста сортов разных сельскохозяйственных и декоративных культур получены на основе индуцированных мутаций ( Sigurbjorasoa, 1972).

Настоящая работа посвящена изучению некоторых аспектов двух генетических проблем: I. Изучение закономерностей экспериментальной нутационной изменчивости у высших растений на примере Р.sativum L. в связи с законом гомологических рядов в наследственной изменчивости и выяснением роли генотипа в экспериментальном мутагенезе. 2. Изучение влияния мута иного гена на развитие организма.

В связи с этим были исследованы следующие вопросы:

I. Радиочувствительность и мутабильность разных сортов я форы гороха при гаыиа облучении.

£. Устойчивость и мутабильность разных сортов и форы гороха при воздействии химическими мутагенами.

3. Роль генотипа в экспериментальном мутагенезе.

4. Разработка приемов, модифицирующих мутабильность сорта и Эффективность мутагена.

5. Изучение генетических основ закона гомологических рядов в наследственной изменчивости методой экспериментального мутагенеза.

6. Онтогенетическая природа индуцированию: мутаций.

7. Изучение влияния нутантного гена s гомо- и гетерозиготном состоянии на развитие организма.

8. Экологическое изучение индуцированных мутантов.

9. Изучение селекционной ценности индуцированных мутантов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объекта исследований был выбран горох sativum L., представленный в наших опытах несколькими ко возделываемыми сортами, а также малокультурный вид abyss lai сии •

Подбор сортов был проведен согласно селекционно-генетической классификации. Зерновые сорта - Торсдаг, Рамонский 7?,' Капитал, характеризуются наличием как доминантных, так и рецессивных признаков. Овощные сорта - Скороспелый мозговой 199, Рондо, Ползунок имеют иного рецессивных признаков. У кормовых сортов - Фаленский 42, Парвус, Саратовский местный кат. ВИРа 296 - преобладают доминантные признаки.

В оцтах был использован линейный материал: отбор наиболее типичных растений был произведен из популяция отдельных сортов, выращенных из семян, полученных из БИРа и различных селекционных станций; затем линейный материал был размножен. В течение многолетней работы с линиями они были константны по всем признакам.

Pleun широ-PlSUJtt

Широко используемые г ваших опитых химические мутагены, были любезно предоставлены нам профессором И,А.Рапопортом (Институт химической физики АН СССР). Облучение семян гайка лучами проводили в институте биофизики АН СССР.

При обработке применяли оптимальные для гороха дозы мутагенов. Обработке подвергали воздушно-сухие семена или проростки. В качестве контроля высевали семена замоченные в воде. Ошпы проводили в долевых условиях.

В их по каждому варианту высевали до 450-600 семян,' обработанных мутагеном. Повторность 2-х или 3-х кратная. В В^ проводили наблюдения с целью анализа влияния мутагенов на процессы роста и развития (определяли полевую всхокесть, выаивае -мость, высоту и семянную продуктивность растений).

В М^ посев проводили но семьям (семья - потомство одного самоояыленного растения), по 200-300 семей в каядом варианте опыта* по 20-40 растений в семье.

Семена с'выделенных в Я^ форы с измененными признаками,высевали для получения Л5 отдельными семьями с цель» проверки наследования обнаруженных изменений.

Частоту мутаций определяли; I -по количеству мутантншс растений от общего числа растений, изученных в (%); 2 - по количеству семей с мутантами от общего числа изученных в 3 - по числу мутаятных случаев (отдельных мутаций) на 100 семей иг.

При изучении спектра видимых мутаций классификация их на типы проводилась ло главному резко выраженному музантнсму признаку в сравнении с таковым у исходного сорта. Так, по признаку форма стебля была выделены следующие мутантные типы: с фас-циированным или компактным стеблем, высокорослые, карлики,ветвящиеся, со стелщимся стеблем и др. С иэмеводной окраской листьев (хлорофильные), по размерам и форме лисючков и лри -лвстников: крупные или, наоборот, мелкие листочки; о измеленным индексом длина - иирина листочков, с редуцированными листочками ("усатики"), с отсутствием усиков ("акациевидный"), вороте обидный листочек и др. типы.

Несколько муталтнш: типов выделено по измененным признакам цветка, боба, длины вегетационного периода и т.д.

Опыты проводили в течение XI лет (1962-1972) на экспериментальном участке Института цитология в генетика СО АН СССР* вблизи г.Новосибирска. Ори экологическом изучении индуцированных мутантов посевы их проводили в il географических пунктах Советского Союза (Московской, Калининской» Кировской« СискоЙ, Томской и Новосибирской областях, Красноярском крае,Башкирской АССР, Бурятской АССР а в 3-х пунктах Таджикистана» расположенных на разной высоте над Уровне» моря (800 ы, IIOO и г 2500 и). Во всех пунктах соблюдалась одинаковая' методика посева.

Скрещивания мутантов с исходным сортом (гибридологический анализ) иди между собой (скрещивания на аллелизм) проводили но общепринятой методике. По каждому варианту делали по 25 - 40 скрещиваний.

Цитологические анализы, т.е. изучение частоты перестроек хромоеон в первых митозах меристоматических клеток коренков проростков* а такие изучение мейоза у мутантов, также проводили согласно общепринятым методикам. Корешки фиксировали в снеси Карвуа (3:1), через каждые 4 часа в течение первого митоза. Окраску препаратов производили'no Фельгену.Просматривали поздние анафазы и ранние телофазы.

Доя анализа мейоза фиксировали бутоны длиной 2-3 мм в смеси Ныжонера. Окраску препаратов проводили ацегбкармином.

При обработке экспериментальных данных использовали соответствующие методы вариационной статистики. Доде влияния мутагена и генотипа сорта на частоту мутаций определяли методом 2-х факторного дисперсионного анализа (Рокицкий, 1964; Урбах, 1964). Орк разностном методе высчитывали среднее значение каждого показателя, ошибку среднего и достоверность разницы между сравниваемыми вариантами.

Характер расщепления при гибридизации определяли методом

jf2'

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ- И ЮТАБИЛЬНОСТЬ РАЗНЫХ СОРТОВ И ФОИ1 ГОРОХА ПРИ ГАМЦА ОБЛУЧЕНИИ

При изучении частоты перестроек хромосом г первых митозах меристематнческих клеток корешков проростков, всхожести х выживаемости растений в Up а также частоты видимых мутаций в у 4-х сортов и форм гороха после гамма облучения воздушно-сухи! семяп было установлено, что разные сорта различаются по степени радиочувствительности и мухабильности. Следует отметить, что изучаемые сорта имели одинаковое число хромосом и одинаковые размеры ядер.

Оказалось, что овощные сорта гороха, имеющие в своем генотипе рецессивные гены: а, г, ссга, t, le (признаки: отсутствие антоциаяа, морщинистые или овально-вдавленные семядоли, низкий рост растений) обладают повшенной чувствительностью к гамма лучам. Так, у овощного сорта Ползунок частота клеток в перестройками хромосом достигала (табл. I).

Высокая радиочувствительности н€блвдалась'* и у Р. abja-sinicum. Хотя это и малокультурная форма для нее характерно наличие рецессивных признаков (Вавилов, 1966).

Зерновые и, особенно, кормовые сорта гороха* характеризующиеся -соответствующими доминантными генами: А, в, Соя, Т, Le (у зерновых сортов ген i а рецессивный) проявили повышенную'устойчивость к облучению. Так* у кормового сорта Фаденский 42 при облучении в дозе 10 кр частота клеток с перестройками Хромосом была в 4 раза ниже, чем у овощного сорта Ползунок.

Гамма облучение вызывало у разных сортов неодинаковую задержку митозов; более продолжительной она оказалась у овощного сорта Ползунок (на 12 часов, при дозе 10 вр). У коркового сорта Фалевсхжй 42'задержки в появлении первых митозов почти не было.

При анализе типов нарушений хромосом у всех сортов отмечено больше фрагментов, чем мостов. Кроме того,обнаружена сма-

Таблица I

Частота перестроек хромосом и видимых иутаций у разных сортов гороха при гаиаа облучении

Сорт, форма Доза облучения, кр Количество клеток с пере -стройками хро^сои, В процентах к контроле Отклонение ло вегетационному периоду, дни Семей с ■мутантами в м2, % .

полевая всхоже ств вьда- вае- моств высота растения семян на одно растение

Торсдат 5 И, ад, 75 91х 82х 93 71х +4 33,3±2,72

Ползунок 5 18,5+0,22 40х 39х 83х 65х ■ +5 28,8*2,86

Фаленския 42 5 13,(^0,47 107 115х 118х 67х 0. 19,3*2,29

Р.аЪузв1п1си® 5 12,3*0,47 90х 83х 83х 71х +3 7,7*1,54

Торсдаг 10 14,511,28 55х 55х 107 93х +5 46,1*3,60

Ползунок 10 34,9*1,21 8* 10х 73х 61х +3 21,7*7,20

Фаленский 42 10 8,9*0,69 - ' - - - - -

Р.аЬузз1п±сшп 10 23,9*0,64 74х 59х 83х 77х -+5 6,9*1,92

^Различия по сравнению с контролен статистически достоверны.

^Приводятся средние данные по циклу га вычетом процента нарушений в контроле. Количество клеток с перестройками хромосом у разных сортов без облучения составляло от 0,9 до 3,5%.

на типов перестроек хромосом в течение клеточного цикла. В начале первого митоза преобладали посты хроматидного типа, а к концу - количество их уменьшалось, а число постов хршоссмного типа возрастало.

Наши данные по типам перестроек хромосом подтверждают заключение других исследователе^ (Ахунд-Заде, 1965; Богданов, 1965), согласно которому в зародыше семени гороха ' имеются клетки, остановившиеся в развитии на всех этапах интерфазы -

Опыты показали, что у разных сортов при одинаковой частоте перестроек хромосом в первых митозах меристематических клеток корешков проростков может наблюдаться разная всхожесть растений в Jfj. Так, у сортов Торсдаг и Ползунок при дозе 5' кр процент клеток с перестройками был одинаковый (1В,9 и 18,5) , однако всхожесть растений у сорта Ползунок оказалась в' два раза ниже, чем у сорта Торсдаг (40 и 91% соответственно, таблица I). Эти различия, в известной степени, можно объяснить неодинаковой способностью тканей разных сортов к регенерации. Кормовые и зерновые сорта отличаются более быстрым начальный ростом, чем овощные сорта* Кроме того, для кормовых и зерновых сортов характерна способность более активно образовывать вторичные побеги, когда первичный побег, выросший из облученного семени, погибает. У сводных сортов способность образовывать вторичные побеги занижена.

В данной эксперименте обнаружен и другой весьма важный факт; у некоторых сортов при одинаковой частоте клеток с перестройками хромосом в первых митозах меристематических клеток корешков наблюдалась разная частота видимых мутаций в М2. Никакой корреляции между частотой перестроек хромосом и видимых мутаций не выявлено. Так, у сорта Фаленский 42 и P.abjs-eixiicum (доза 5 кр) процент клеток с"перестройками хромосом оказался почти одинаковым 13 и I2,3/i; по количеству же видимых мутаций у них наблюдались четкие различая. У сорта Фаденский 42 семей с мутантами бьяо в 2,5 раза больше, чем у Р.аЪуа-alnicum (19,3 и 7,7%, см. табл. I). Эги данные приводят к выводу о том, что по частоте клеток с перестройками хромосси нельзя судить об общей мутабидьности сорта.

\

Возникновение перестроек здомосом и появление видимых мутаций (по нашим данным это в основном точковые мутации) процессы, ' связанные между собой (так как имени одну причину), но между ними не наблюдается никакой коррелятивной зависимости.

Перестройки хромосом, наблюдаемые в первых михозах нержете магических клеток корешков проростков, в процессе ваутрисо-матического отбора в основном элиминируются и до изйоза не доходят. Особенно это касается перестроек хроматвдного типа. Последнее было четко показано в работе Ахунд-Задэ а Хвостовой (1966).

УСТОЙЧИВОСТЬ и ИУТШЛЬНОСТЬ РАЗНЫХ СОРТОВ И ФОРМ ГОРОХА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ХИМИЧЕСКИМ

игагянАыи

Наиболее токсичными мутагенами для гороха оказались в -нитрозоэтилмочевина (Н2Ы), н -ни роз омет илмочевина (ШШ) и диметилсульфат (ДЦС), которые вызывали существенное снижение всхожести, выживаемости растений в И^, а заказ высокую сте -ряльностъ* Менее токсичные мутагены - этиленямин (Ш) я этхл-метансульфонат (ЭЫС).

Дня токсичных мутагенов свойственно вызывать "отдаленвув гибель" проростков, т.е. гибель проростков в фазе 5-4 настоящих листочков и в более поздние сроки вегетации (дахе в период цветения)*

Реакция сорта на химические мутагены в значительной стеле--ни обусловлена его генотшшческями осооенностями.Сортовые различия по устойчивости к мутагену наиболее резко проявились при воздействии токсичными мутагенами (Н31, ЮШ* ЛЫС). Так, например, при воздействии НЗЫ нолевая всхожесть у семи сортов гороха варьировала от 45 до 11555 (в % к контролю,принятому за 100); при обработке менее токсичным'мутагеном - ЗДС всхожесть изменялась от 101 до 122$ (случай стимулирующего действия мутагена). Обнаружено также* что степень устойчивости некоторых сортов к химическим мутагенам не соответствует степени устойчивости их к ионнзируедим излучениям. Так, овощные сорта гороха

Ползунок и Скороспелый мозговой 199 оказались более устойчивыми к воздействию НШ, чем зерновые ишцевые сорта Торсдаг и Рамонский 77. У овощных сортов при обработке НШ полевая всхожесть составляла 65 и 94%, у зерновых сортов - 45 и Ори гамма облучении наблюдалась обратная картина, т.е. овощные сорта были более радиочувствительными (см. табл. I).

Наши исследования показали, что токсичность мутагена можно в значительной степени снизить, модифицируя способы обработки. Особенно резко изменяется действие мутагенов из группы в-нитрозоалкилмочевш (НЕМ, НМЫ). ,

Так, у гороха сорта Торсдаг при воздействии НЭМ всхо -жесть растений в Uj в зависимости от способа обработки варьировала ох 35 до 99% по отношении к контроле, выживаемость -от 39 дог 85% (табл. 2). Влияние ШС на ростовые процессы При разных способах обработай существенно не изменялось.

При воздействии H2U и ШС отмечены случаи возникновения у гороха доминантных и полудоминантных мутаций в Uj.Такие нутации возникали по признакам; скрученные листочки и пятнистые листочки (белосизые). Наследование этих мутаций проверено. ,

В Иj у гороха после воздействия химическими мутагенами часто возникают хлорофильные химеры. У таких растений отдельные листочки или сегменты листочков к прилистников имеют желтую, желто-зеленую или светло-зеленую окраску.

В наших исследованиях обнаружен интересный факт: между частотой появления хлорофильных химер в Uj и частотой вида-. мых мутаций в существует положительная корреляция. Это приводит к выводу, что по частоте появления хлорофильных химер в Uj можно судить о мутабильности сорта.

Судя по частоте и спектру видимых мутаций, выделенных в ¡¿2 (после проверки наследственного характера изменений в Mj), наиболее эффективными мутагенами для гороха оказались; ШС, НЗД, шш, а такта ЗИ. Менее эффективные.мутагены: ШС, ГА и ДАБ (рис. I).

Порядок*расположения мутагенов по степени эффективности в основном был одинаковым у разных сортов.

При изучении спектра мутаций, индуцированных разными мутагенами, было установлено, что высокоэффективные мутагены

Таблица 2 Влияние мутагена н способа обработки на рост я развитее гороха сорта Торсдаг в (показатели выражены в ■% к контроля, принятому за IOO)

Способ обработки Мутаген Всхожесть Выживав -мость Высота растений

Воздушно-сухие семена SUC HSU 105 35х 86х 47х 100 27?

Семена, предварительно замоченные в воде SUC НШ 103 74х 89х 39х 99 22х

Проростки, длина корешка 0,6-0,9 см ж ызд 109х 99 99 65х 76х 23х

Верхувечные почечки ■ проростков (только ' г летки стеблевой ме-: 1-истемы) 1, _____ - .. ШС НШ 112х 97 99 85х 88х 35х

^Различия по сравнении с контролем статистически достоверны.

SUC, HSU, НШ1 вызываю большую частоту появления мкохественных мутаций, т.е. по нескольку (но 3-4 и более) мутантных типов в одной семье. При воздействии гамма лучами и менее эффективными химическими мутагенами - ¿PC, ГА и ДДБ чаще всего возникает по одному, рек по два мутантных типа в одной семье.

Самый широкий спектр мутационной изменчивости индуцируют наиболее эффективные химические мутагены SUC и НШ. В среднем по трем сортам гороха (Торсдаг, «аденский 42, Ползунок } общее число мутантных типов при обработке ШС составляло 41,6, в том числе 21 тип по морфологическим признакам ( остальные хлорофихьные), при воздействии НШ - соответственно 25,7 и 13,7 типов.

□-зш шьш и в-щ 1-гд а-м^ш

Рис. I.

Частота семей с мутантами у трех сортов гороха лри воздействии разными

мутагенами, ¡6.

РОЛЬ ГЕНОТИПА Б ЭКСПШШШЛЬНОМ МУТАГЕНЕЗЕ

Судя по литературных данным, к началу наших исследований вопрос о роли генотипа в экспериментальном мутагенезе изучен был очень слабо. - '

Впервые обстоятельные исследования по изучению роди reno-типа в экспериментальной мутационной изменчивости были начаты в нашей стране в i960 году, в Институте цитологии и генетики СО АН СССР под руководством проф. В.Б.Енкена.Данная работа,выполненная на горохе, представляет часть этих обширных исследований.

Результаты исследований показали, что частота и спектр мутаций в значительной степени определяются генотилическими особенностями сорта или формы.

При обычней способе обработки, т.е. при воздействии мутагеном на воздушно-сухие семена, наиболее мутабильными оказались зерновые сорта гороха (Торсдаг, РамонскиЙ 77« Капитал), которые имеют как рецессивные, так и доминантные признаки. Са- . мая низкая мутабидьность наблюдалась у овощных сортов гороха (Скороспелый мозговой 199, Ползунок, Рондо), в генотипе которых приобладают рецессивные аллели, Частота мутаций'у овощных сортов была в 2-3 раза ниже, чем у зерновых (табл. 3).

Также мало Мутаций обнаружено у Р. аЪуэ alai ешь .* как ухе сообщалось ранее (раздел "Материал и методы исследований"),эта форма малокультурная, но в ее генотипе много рецессивных аллелей.

Промежуточное положение по мутабильности между зерновыми и овощными сортами занимают кормовые сорта (Фаленский 42, Саратовский местный кат. 296), у которых преобладают доминантные признаки.

Важно отметить, что при воздействии разными мутагенами (гамма лучи, SUC, КЩ, ЭИ, ДЦС, ГА, ДАБ) порядок расположения сортов по уровню мутабильности в основном сохранялся. Но наиболее четко сортовые различия в мутировании проявились при воздействии высокоэффективными мутагенами - ШС и НШ.

Сортовые различия в мутировании обнаружены и.so спектру

Таблица 3

Частота селей с мутантами в (после проверки в М5) у разных сортов ■ гороха при воздействии ШС и НЭМ

Мутаген Торсдаг Рамонскнй 77 Фаленский 42 Саратовский местный .к. 296 ■ Ползунок Скороспелый мозговой • 199 Р.а,Ъувв1- &1СПВ

Контроль 0,710,68 4,0£,60 1,3010,92 4,7*1.73 2,7*1,32 3,3*1,46 1,310,92

га 1,90 | I,« 1,73 | 0,92 0,30 1,16 |

8 И С 67,2^3,31 55,8*3,54 45,5*3,52 56,9*3,68 31,5*3,29 | 22,5*2,95 27,4*3,15

2,35* 2,06х 2,24х 5,14т 2,04х 1,13 .

нэп 57,1^8,35 56,418,02 28,3*5,81 23,9*3,94 27,3*3,4 132,0^9,35

ъх ; . 0,06 2,24х 0,94 0,63 0,65 0,47

^Уровень значимости Р «• 0,05; ^^Уроьенъ значимости Р » 0,001. По результатам днсперйнонного анализа на частоту иутацяй'в данном опыте существенное влияние оказал генотип сорта (66$); влияние мутагена оказалось статистически не существенным (4,6?).

нутаций. 7 разных сортов наблюдалось неодинаковое соотношение между морфологическими и хлорофидыщми мутациями. Так, у корковых сортов среди видимых мутации больиая доля приходилась на хлорофильные, их было в 2,5-3 раза больше, чем морфологических. 7 зерновых сортов это соотношение было близким к 1:1.

Следующая особенность спектра мутаций у разных' сортов и форм заключалась в том, что у высокомутабильных зерновых сортов наблюдалась наиболее высокая частота появления семей со множественными мутациями, т.е. по несколько мутантннх типов в одной семье. У менее мутабильных кормовых, и особенно овощных сортов, семей со множественными мутациями было значитель в о меньше. Поэтому у высокомутабильных сортов, как правило, был выше и такой показатель как число мутаций на 100 семей.Так, у зерновых сортов гороха Торсдаг и Ранонский 77 в вариантах - с ШС и НЭД число мутаций на 100 семей варьировало от 94 до 131; у овощных сортов Ползунок, Скороспелый мозговой 199,"й такжеу Р.аЬувз1л1сит - ОТ 21 до 43.

Во всех проведанных нами 'опытах проявилась следующая закономерность - чем мутабильнее сорт, тем шире у него и сдектр мутаций (табл. 4).

Так, при воздействии ШС у высокомутабильных зерновых сортов (Торсдаг, Рамонский 77) число мутанхных типов составляло 50-60; у низкомутабильных овощных сортов (Ползунок* Скороспелый мозговой 199), а также у Р.аЪуае1и1сша число мутанхных типов оказалось в 2-3 раза меньше. Промежуточное положение между зерновыми и овощными сортами со этому показателю занимают кормовые сорта (Фаленекий 42, Саратовский местный к. 2%) . Аналогичная картина набдаадалась в вариантах с НЭЦ и другими мутагенами.

Таким образом, порядок расположения сортов до количеству обнаруженных у них мутантяых типов аналогичен расположению сортов по частоте семей с мутантами (зерновые > кормовые > овощные).

Среди морфологических мутантов у гороха наибольщуи часть составляют формы с измененным стеблем; сравнительно часто встречаются мутанты с измененной формой листочков и прилистников; река встречаются мутанты с измененным вегетационным дери-

Таблица 4

Количество мутантных типов у разных сортов гороха, индуцированных ЗДС и ШМ

Э И С НЭП

Сорт, форма общее ЧИСЛО В ТОМ числе общее чис- В том числе

ЧИСЛО мутантов мутантных ТИПОВ мор- фоло-ГИ-чес-ких хдо- $идь-ннх число мутантов ло ■ мутантных типов мор- фоло-ги-чее-ких хло-ро-ф ильных

Торсдаг 541 61 33 28 261 34 21 13

Рамонский 77 418 51 31 20 272 39 24 15

Фаленекий 42 234 37 17 20 118 24 12 12

Саратов -ский местный К. 296 367 36 17 136 27 14 13

Ползунок ■ 135 27 13 14 75 19 8 II

Скороспелый моз -говоЯ 199 112 23 12 II ' III 29 14 15

P.abyssl-аЛсищ I4Ü 22 10 12 64 16 6 10

одой; и особенно редко ыохно было обнаружить мутанты, отличающиеся от исходной формы по признакам цветка (рис. 2).

Среди хлорофильных мутантов у всех сортов гороха- наиболее часто встречался тип viridis. Такие мутанты составляли ( в зависимости от сорта и мутагена) от 31 до 6QS от общего количества хлорофильных мутаций. Сравнительно часто встречались мутанты сипа chlorotic«, реже - aaculata, marginata и cosfca-ta.

Исходя из данных по частной генетике гороха, ыохно сделать вывод, что мутации чаще всего возникают по таким признакам* которые контролируются большим числом докусов. Так, форма стебля или окраска листьев контролируется у гороха большим числом доку сов. Но этим признакам мутации возникают очень часто.Чем мень-

ж

40 5,8

Ралюнский 77

ЕЗ £3 ЕЕ) ля,

карлики 03 Ш

Еис. 2.

¿Мтациашнч период

явраженние. \ -* I &ОЛИН9ЛЧ.

Спектр морфологических мутантов* мдудмрованяыг у двух сортов гороха ври воздействии ШС (доля каждой группы мутантов с изменением определенного признака выражена в % от общего количества морфологических мутантов, принятого аа 100}

ше локусов контролирует тот или иной признак, теп реже возни -кают нутации по этому признаку. Однако были отмечены и такие случаи, когда признак, контролирующийся единственный локусои, мутировал чаото. Например, у большинства сортов гороха после воздействия разными мутагенами часто появляются мутанты со светло-зелеными пятнами на листьях ("белосизые"). Этот признак, как известно, контролируется одним локусом, имещим серив аллелей - П.* - УХТ - я - *

При анализе спектра мутаций выявлена и другая весьма важная закономерность - в основной индуцированные мутанты возникали по таким признакам, по которым изучаемые сорта имели сходство, а не различия и находились они у всех исходных сортов в доминантном состоянии.

Так, например, все изучаемые сорта имели нормальную зеленую окраску листьев, и у всех возникало много хлорофильных мутаций. Много мутаций возникало у всех сортов по форме стебля. По этому признаку большинство изученных сортов также имело явное сходство.

И, наоборот, до таким признакам, по которым изучаемые сорта имели различия (антоциановая окраска венчика цветка,форма семян, окраска семядолей и семянкой коауры, форма и размер цветка), мутации возникали редко.

При изучении мутационной изменчивости отдельных признаков у разных сортов было обнаружено, что амплитуда мутационной изменчивости того или иного признака зависит от степени его выражения у исходного сорта* Так, например, наиболее высокорослые мутанты были выделены у сортов, характеризующихся высоким ростш; у низкорослых ¡сортов таких мутантов не обнаружено.

Мутанты с.наиболее крупными семенами выделены у крупносе-мянных сортов. Кроме того,в наших исследованиях были выявлены некоторые различия по амплитуде мутационной изменчивости разных признаков, а также особенности в изменчивости одних и тех же признаков при воздействии разными мутагенами.

Наиболее широкая амплитуда мутационной изменчивости об -нарушена по признаку высота растений, причем снижение высоты по сравнению с исходной формой наблюдалось чаще и было выражено сильнее, чем увеличение высоты.

Более узкая амплитуда изменчивости у всех сортов отмечена до признаку размер зерна (вес IOOO зерен).

При объяснении причин разноймутабильности отдельных сортов и форм гороха следует иметь в виду, что оценка их по му -табильности сделана по частоте видимых мутаций, проявляющихся в основном в У овощных сортов при обработке их мутагенами изменений з хромосомах, возможно, возникает не меньше, чем у зерновых сортов, но до фенотипического проявления доходит их значительно меньше.

В работе "Ауэрбах (1966) очень четко показано, что появление мутации зависит не только от первичной реакции между мутагенами и ДНК. Дальнейшие внутриклеточные процессы, а также этапы онтогенетического развития организма, действуют как своего рода многочисленные "сита" и определяют, какая доля потенциальных изменений в ДНК будет реализована в фенотипе.

Низкую мутабндьность овощных сортов нельзя также объяснить только тем, что они имеют больше рецессивных признаков, чем зерновые и кормовые сорта; и что у них ниже потенциальные возможности к мутированию, поскольку индуцированные мутации в основном рецессивные.

Кормовые сорта, имеющие в своем генотипе'больше доминантных аллелей, чем зерновые сорта, и должны как будто бы давать больше мутаций, хем не менее кормовые сорта уступают зерновым по мутабильности. Как уже отмечалось выше, мутации в основной возникали но такш признакам, по которым изучаемые сорта не различались, и были они у всех сортов в доминантном состоянии. Главные сортовые различия проявились в том, что один и тот же локус в одном генотипе мутировал чаще, а в другом - реке. Se исключено, что изучаемые сорта гороха различаются по наличие генов модификаторов, которые способны повышать или понижать уровень мутирования генотипа.

ПРИЕМЫ, ЦОДИФЩИЙГОДИЕ ЦУТАШЛЬНОСТЬ COPIA II ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИУТАГЕНА

Б данных исследованиях предстояло выяснить является ли му-табильность сорта, т.е. способность давать с определенной час-

ютой видимые мутации, свойством стабил'ьнш; или его иохно су-кественно модифицировать, применяя разные способы обработки. Прежде всего нас интересовал вопрос, мозно ли пузем различных методов обработки повысить частоту мутаций у низкомутабильных сортов и довести ее до уровня высокомутабильных.

Б литературе мы не встречали сведений по этому воцросу. Нам известны работы по изучению'факт оров, модифицирующих физиологический и генетический эффекты действия отдельных мутаге -нов. Главным образом внимание было уделено изучению влияния температуры. рН раствора, продолжительности обработки семян и т.д.

( Satara3an, SMvaeaúkar, 1965} Gelin, 1968í Savin, Swamina^haii, Sha una, 1968} Manual on Mutation Breeding, 1970).

Результаты наших исследований, проведенных на двух сортах гороха (зерновой сорт Торсдаг, кормовой сорт Парвус ), показали, что "мутабильность сорта, т.е. частому видимых мутаций,можно существенно модифицировать, применяя разные способы . обработки мутагеном семян и проростков.

Так, у кормового сорта Парвус при разных способах обработки НМЫ (воздушно-сухие семена; предварительно замоченные семена; только корешки проростков дл. 0,6-0,9 см, т.е. клетки корневой меристемы; только верхушечные почечки проростков, т.е. клетки стеблевой меристемы) частота семей с мутантами варьировала от 12,9 до 88%, а число мутантных случаев на 100 семей - от 4? до~385 (табл. 5).

У зернового сорта Торсдаг при разных способах обработка ЭМС частота семей с мутантами изменялась от 18,6 до 70,5%;при воздействии НЭД - от 57,3 до 80,6% (табл. 6).

При воздействии очень токсичными мутагенами - НЩ и ШМ наиболее эффективным способом оказалась обработка верхушечных почечек проростков, т.е. клеток стеблевой меристемы. При воздействии менее токсичными мутагенами - ШС и Эй больше всего мутаций обнаружено при обработке воздушно-сухих семян.

Таким образом, путем определенных методов обработки ном удалось поднять мутабильность (частоту видимых мутаций) у кормового сорта Парвус до уровня мутабильноети зернового сорта Торсдаг.

Однако, эти денные ли в коей мере не снижают роли геноти-

Таблица 5

Частота мутаций у кормового гороха сорта Парвус при разных способах обработки НШ

Способы обработки --{

Показатели 3: о. г ■а- воздувно-сухие семена предварительно замоченные семена только корешки проростков, дл. 0,6-0,9см только. верхушечные почечки про -ростков

Количество семей с мутантами, от числа изученных в М2 , * 0 12,96.±4,57 60,46±4,30 18,50^2,75 88,0^2*34

Число мутант-ных случаев на 100 семей 0 ■ 55 ■ 220 47 385

па в экспериментальнсм мутагенезе,а наоборот, подтверждают его значение. Один сорт дает много мутаций при одном способе обработки, для другого - требуется иной метод воздействия, чтобы подучить у него высокую частоту мутаций. Эти различия обусловлены генотипичесними особенностями сортов и форы.

Кроме того, результаты наших исследований свидетельствуют о том, что при определенных способах обработки можно существенно повысить продуктивность мутагена. Этот показатель, как известно, определяется по данным всходести и выживаемости растений в М^ и частоте видимых мутаций в

Выявлены некоторые различия в частоте и спектре мутаций,, индуцированных у одного и того же сорта при разных способах обработки одним и тем жа мутагеном. Предположительно эти различия можно объяснить тем, что при обработке целых проростков, верхушечных почечек проростков иди предварительно замоченных семян больше генов находится в активном состоянии* чем при обработке воздушно-сухих семян. По данным же Брока (ВгосЬ:, 1969) гены в активном состоянии мутируют чаще. Однако Брок проводил

Таблица 6

Частота мутация у зернового сорта гороха 1орсдаг при разных способах обработке Ж в НЗД

Показатели Контроль ЭКС H S u

воздушао- сухве сеиена предварительно ваночен-выв сенеН на целые прорости, дл, корейка ),3-0,5си целнэ проростки, дл. корешка 0,6-0,9 си- - Ю1ЬКО верхушеч-нне почечки проростков воздушно-сухие сенека ТОЛЬКО верху - печные почечки проростков

Сеней с мутантами от числа изученных в Uji > Число мутантных случаев на IOO сенэа 1,3±0,92 з,з 70,543,92 368 71,5^3,19 265 5I,0i3,55 171,7 60,2^,33 180 IS,6i0,42 38 57,3±5,3 147 80, ¿¿7,1 277,4

свои опыты на микроорганизмах; на растениях это еще не доказано.

ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЗАКОНА ГОМОЛОГИЧЕСКИ!

РЯДОВ Б НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ МЕТОДОМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МУТАГЕНЕЗА

В результате многолетних исследований по изучению спектра мутаций, индуцированных у разных сортов и форы гороха установлено, что среди мутантов часто встречаются сходные по фенотипу. Это свидетельствует о наличии параллелизма в экспериментальной нутационной изменчивости на уровне фенотипа индуцированных мутаций (табл. 7).

На появление фенотипически тождественных мутантов у разных сортов и форм одной и той же культуры указывают в своих работах на томатах и ячмене Штуббе (1966), на сое Енкен (1967).

В нааей работе была поставлена задача выяснить,как проявляется закон гомологических рядов в наследственной изменчивости» сформулированный Н.И.Вавиловым, на уровне генотипа индуцированных мутаций. С этой целью проведены обширные скрещивания фенотипически сходных мутантов, индуцированных у разных сортов, на аллелизм. В скрещивания были включены следующие типы мутантов: хлорофильные - cblorotica, costatat без воскового надета, с компактным стеблем, с фасциированным стеблем, скороспелые, у которых первые бобы формируются на 6-8 уздах ( вместо 12-14), с измененными листьями и прилистниками (в том' числе со светло-зелеными пятнами на листьях), с редуцированными прилистниками (вместо больших прилистников маленькие листочки с длинным черешком или прилистники ложкообразной форш).

Результаты исследований показали, что фенотипически сходные мутанты не всегда имеют одинаковую генетическую природу. Иными словами, под одинаковым фенотипом нередко, скрываются мутации разных локусов. На вероятность генных различий при сходстве фенотипа определенных признаков указывал еще H.H. Вавилов (1967).

Аллелыше мутации (т.е. мутации одного и того же докуса) чаще возникают по таким признакам, которые контролируется еди-

X а б л и ц а 7 Типы цутантов, индуцированных у разных сортов гороха

Типы Зер COJ аовые рта Кормовые сорта Овощные сорта i 3

мутантов Тор-сдаг Район-ский 77 ■ Саратовский к296 фа-ленский чг Пар-вус Ползунок Скороспелый мозговой 199 <ч га п • №

I 2 Ъ 5 6 7 8 9

m л о j 3 О ф и л ь вые

Хав&Ьа + + + + t + +

Flavoviridie + + + + + ' +

Cblorotiea + + + + +■ Ч

Chlorina ♦ + + + + +

Chiorovlridie + + + + +

Virldalba +' + + + + +

Coetatа + +■ - -

Kaculata + + + + - + + +

Teimlnalle + + + + + + + +

Harglnata + + + + +

Tellow-varie-gated + + ♦ * *

С отклоняющейся окраской нижних листьев + + + + + + +

U о р ф о л о г и чес кие

Высокорослые + + + + t + +

Низкорослые + + + + t + + +

Карлики + + + + + + + +

Компактные + + + + + + +

Ветвящиеся + + + + + - - +

фасциировэнный стебель + i- + + + - - -

Стелющийся стебель + - + - - - -

- г$

Образование побе гов из пазух листьев

Крупные листья

Мелкие листья

Скрученные листья

Листочки ворон-ковидкые

.Листочки редуцированы в усы

Без усов (ака -циевидный)

Прилистники в виде маленьких листочков с черешком

Листочки срослись с прилистниками

Без воскового налета или очен* слабый

Светло-зеленые пятна на лис -

ТЬЯХ

Образование махровых побегов из пазух лис -тьев вместо цветков

Измененная окраска венчика цветка

Стерильные

Увеличенное чис-до бобов на плодоножке

Короткие бобы

Крупные бобы

Ультраскорос пе-лые(на 7-9 дней,

+ + +

+ + +

+

+ + + +

+

+ +

+ + +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+

+ +

+

ч-+

+ +

+

I 2 3 4 5 6 7 8 9

Скороспелые (на 2-4 дня) + + + + + + + +

Поз дне спелые(на 3-5 дней) + + + + + + +

Очень поздне -спелые (на 1015 дней) + + + + - - -

Всего типов 39 36 31 29 \ 31 25 27 22

Примечание; I) Знаком "V обозначаются фактически установленные мутации. 2) Ветвление свойственно P.abyeainlcum-

ничными локусами, или небольшим их числом. Так, например, мутация типа-chlorotica может быть обусловлена изменением в одном из 15 различных локусов (Blixt, 19&8 ). Мы не обнаружили ни одного случая аллельных мутаций типа cblorotica-

Также не выделены аллельные мутации по типу compactan... Такие признаки стебля, как число и длина междоузлий, контролируются у гороха большим числом генов ( Tbe Plsus Hewsletrter, IT 1, 19&9>.

Аллельные мутации в наших опытах выделены по признаку формирование первого боба на 6-8 узде. Формирование первого боба на определенном узле контролируется аллелями одного ловуса -LT - lf. Все пять мутаций этого типа, индуцированные у разных сортов гороха, оказались аллельными.

Также аллельными были все девять изученных мутаций, обусловивших появление светло-зеленых пятен на листьях. Этот признак контролируется одним докусом, имеющим сери» аллелей - Flw-Flv - F1 - fl.

Аллельные мутации выделены по признает фасциация стебля,который контролируется двумя локусами: Fa - fa и Fas - fas.

Такой признак, как наличие или отсутствие воскового налета контролируется пятью локусами Wa'1 - и«2 - wa, Was - waa.Wb1-

жь2 - - Шер - »яр- По этому признаку выделены

как аллельные, так и неалдедыше нутации.

Важно отметить, что у разных сортов и форм на одни и те же признаки оказывают влияние либо единичные локусы,либо иного докусов. Эхо обстоятельство безусловно говорит о сходстве генетической структуры признаков у изучаемых сортов н форы гороха, т.е. о генетической основе закона гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Наши данные подтверждают одно из основных положений закона г си ологических рядов в наследственной изменчивости*сформулированное Н.В.Вавиловым: "Мутации возникают как бы случайно в разных направлениях. Однако на самом деде при изучении их большого количества выявляются определенные закономерности мутирования, связанные с наличием у родственных сортов и форм сходной структуры генотипа".

ОНТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ИНДИЦИРОВАННЫХ МУТАНТОВ

Изучение патогенетической природы индуцированных мутантов необходимо, как известно, для разработки многих теоретических вопросов генетики, а также для выявления наиболее эффективных методов использования мутантов в селекции.

Нами изучена цитогенетическая природа более 100 мутант- . ных линий, индуцированных у разных сортов гороха и отличающихся от исходных форм разными морфологическими признаками. В диссертации представлены результаты цитогенатического анализа 51 мутантной линии.

Результаты гибридологического анализа показали, что все изученные мутации ядерные (не цитоплазматические). У всех ре-ципрокных гибридов, полученных от скрещивания каждого мутанта с исходным сортом, наблюдалось одинаковое расщепление. Было также установлено, что 48 изученных мутаций имеют рецессивный характер наследования, Z мутации - пооддоминантные, I - доминантная.

У 46 форы с рецессивными мутациями при скрещивании их с исходным сортом в 1*2 наблюдалось ыоногибридное расщепление на'

исходную фориу м мутант в соотношении 3:1. Результаты гибридологического анализа ряда индуцированных мутантов! характеризующихся рецессивным наследовалией, представлены в таблице 8.

У двух мутантов нри скрещивании их с исходным сортом расщепление оказалось не моногибридным. У гибрида, полученного от скрещивания компактного мутанта к 64 с исходным сортом Тор-сдаг, в Р^ наблюдалось расщепление на исходную форму и мутант в соотношении 13:3. Ыутамтная линия к 64 неконстантная. В ней отмечено появление растений с нормальным фенотипом.Нарушений в мейозе у растений этой линии не обнаружено.Данные гибридологического анализа позволяют предполагать, что появление нормального фенотипа в данной мутантной линии может быть обусловлено наличием рецессивного супрессора мутации.

У мутантов с полудоминантным характером наследования, которых оказалось два - к 2301 (светло-зеленые пятна на листьях, выделен у сорта Капитал) и к 76 (скрученные листья, выделен у сорта Торсдаг), все гибридные растения Р^, подученные от скрещивания этих мутантов с исходным сортом, имели слабо выраженный мутантный признак*, в Р2 наблюдалось расщепление на три фенотипически разных класса в соотношении 1:2:1 (I - мухантные гомозиготы : 2. гетерозиготы : I нормальные гомозиготы).

Мутант к 5 с компактным стеблем показал доминантный характер наследования зтого признака. При скрещивании его с исходным сортом Торсдаг все растения Р^ имели мутантный признак. В Р2 наблюдалось расцепление на исходную форму и мутант в соотношении 1:3.

исследования показали, что в большинстве случаев мутанты отличаются от исходных сортом не по одному ярко выраженному признаку, на основании которых нами проводились отбор и типизация мутантов, а по целому их комплексу. При этоы все признаки комплекса наследуются вместе.

Число измененных признаков у одного мутанта может быть от 3-4 до 8-10 и более. Следует отметить, что в комплекс измененных признаков входят, как правило, признаки, определяющие продуктивность растения: высота, число узлов (в том числе плодоносящих), число бобов и семян на I растение, длина вегетационного периода и др. (табл. 9).

Таблица 8

Результаты гибридологического анализа индуцированных путантов гороха

Варианты скрещива- Расщепле- Ожидаемые

ний (мутант х ис - ние гибри- результа- Р

ходный сорт) дов в Ро ты

(отношение исходного сорта в мутанту)

к 2 х Торсдаг : 146:54 150:50 0,43 0,50*0,80

к 398 х Фаленский 42 150:50 150:50 0 I

к 237 х Торсдаг 59:21 60:20 0,06 0,80

к 152 х Саратовский местный 61:18 59,3:19,7 0,20 0,50*0,80

к 3 х Торсдаг 155:54 156,7:52,3 0,10 0,50*0,80

к 4 х Торсдаг 141:38 134,3:44,7 1,35 0,20*0,50

к 114 х Капитал 148:52 150:50 0,П 0,50*0,80

к 75 х Торсдаг 69:18 62,3:21,7 0,85 0,20*0,50

к 2364 х Ползунок 83:26 81,7:27,3 0,05 0, ЗОЮ, 80

к 2077 х Ползунок 86:30 87:29 ' 0,04 0,80*0,95

к 2014 х Торсдаг 160:49 157:52 0,22 0,50*0,80

к 2055 х Капитал 101:30 9В;33 0,36 0,50*0,80

Примечание: Мутанты: к 2, к 398 - скороспелые; к 237, к 152-с фасциированным стеблем; к 5, к 4 - с компактным стеблем; к 1X4, к 75 - с измененными листьями и прилистниками; к 2364, к 2077 - без воскового налета; к 2014 и в 2055 - хлорофильные. Во всех вариантах скрещиваний растения гибридов Р^ имели признаки исходного сорта.

Наличие у одного мутанта 4-6 измененных и наследующихся вместе признаков, наиболее вероятно можно объяснить плейотроп-ным (множественным) действием одного мутантного гена.

Следует отметить, что о нлейотропии мы судили не только по результатам гибридологического анализа, а также на основании

Таблица 9 Характеристика мутантов, индуцированных у сорта Торсдаг

К ката- Приз н а к и

Мутанты высота, Число узлов число бобов семян на I растение вес 1000 зерен, г длина

во-га си всего плодоносящих число вес, г зеге-таци-онио-го периода, ^ни,,,,

г 3 ■Ц 7 Торсдаг,исходный сорт Скороспелый Компактный Компактный Продуктивннй 121,6^1,85 136,913,06х 92,4^1,67х 12412,20 132,212,66х 20,710,36 22,310,25х 22,210,39х 28,410,77х 22,310,44х 9,110,32 12,610,47х 10,010.22х 8,510,60х 10,0*0,35 1610,72 19,410,76х 16,0*0,56 12,0511,24х 20, 44х 44,313,16 49,513,0 44,913,49 31,513,32х 59,513,44х 8,510,58 9,210,54 7,710,65 4,610,52х 12,0*0,78х 192.2 186,8 172,3х 146,3х 202.3 96 92х 9В 125х 95

Ю Ветвящийся карлик 28, ¿¿О,79х 18,910,47х 2,0*0,26х 3,210,39 4,510,49х 0,53х 153,4х 97х

12 Хлорофильвый, желто-зеле- най 45,0±1,37х 17,910,50х 3,010,36х 3,110,38х 3,5510,49х 0,49х I38,0х 87х

^Разница по сравнению с исходным сортом статистически достоверна.

изучения ряда количественных признаков у растений мутантной линии и исходного сорта. Кроне того, изучали мутантные формы, вн-щепившиеся в Р^ 01 скрещивания мутантов с исходный сортом, в сравнении с растениями, имеющими нормальный фенотип (фенотип исходного сорта), которые вщепились в Р^ от этого же скрещивания.

Другие исследователи ( Оо^всЬаИс, луьы Найлэн,196?) также отмечает, что плейотропия - широко распространенное' явление среди индуцированных мутантов.

При анализе мейоза у большинства индуцированных мутантов нарушений не обнаружено. Это свидетельствует о том, что многие из изученных нами мутантов имеют природу точковых мутаций и не связаны с крупными перестройками хромосш. Данные гибридологического анализа подтверждай! это заключение. Ложно полагать,. что среди точковых мутаций есть истинно генные.Последнее предположение относится главным образом в таким мутациям,которые характеризуются признаками генетически изученными (формирование первого боба на 6-6 узле, скрученные листья,повышенное число бобов на плодоножке, светло-зеленые пятна на листьях,отсутствие воскового налета, фасциация стебля л др.).Скрещивания мутантов на аллелизм также говорят о истинно генной природе большинства из них.

У некоторых мутантов наблюдалась тенденция в сторону повышения частоты клеток с нарушениями в мейозе при макроспоро-генезе по сравнению с исходным сортом. Однако, по характеру нарушений в мейозе (в основном это были: униваленты, преждевременное расхождение хромосом, биваленты не вставшие в пластинку, редко мосты) нельзя предположить, что они свезены с наличием крупных структурных изменений хромосом. Возможно его обусловлено повышенным у индуцированных мутантов естественным мутационным процессом. Это предположение подтверждается результатами специально проведенного нами опыта (Сидорова, Хвос-това, Калинина, 1969). Нельзя таксе отрицать, что нарушения в мейозе могут быть обусловлены плейотропным действием мутаатно-го гена.

Выявлена следующая специфичность в действии различных мутагенов: перестройки хроиосом типа инверсий обнаружены только

у радиационных мутантов. 3 мутантов, подученных при воздействии химическими мутагенами, их не бшю.Таку» же специфичность наблюдали в своих исследованиях другие авторы ( Ааунд-Заде, Хвостова, 1966; Oaul et al., 1^66; Шевченко, 1966),

ВЛИЯНИЕ МУТАНТЙОГО ГЕНА В ГШО- И ГЙТЕРОЗЙГОГГНСМ СОСТОЯНИИ НА РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА

Изучение влияния мутантнбго гена в гомо- и гетерозиготном состоянии на развитие организма связано, как известно, о проблемой моногибридного гетерозиса (эффект сверхцоыивирова -ния).

Следует отметить, что термин "моногенный" или "моногибридный" гетерозис несколько условный, так как при обнаружении явления сверхдоминирования редко удается вычленить истинный эффект взаимодействия отдельных аллелей одного локуса и отделить его от эффекта взаимодействия псевдоаллелей и тесно сцепленных генов.

В настоящее время в литературе появился ряд работ по вопросу моногибридного гетерозиса. Обстоятельный обзор работ по данной проблеме сделан Беляевым с соавторами (Беляев,Евсиков, Шумный, 1968).

Результаты проведенных нами исследований no изучении влияния мутантного гена в гомо- и гетерозиготном состоянии на развитие организма на примере 35 мутантных линий гороха позволили установить следующие закономерности в развитии гетерозиса.

Высокий гетерозисный эффект обнаружен у гетерозигот по мутациям карликовости и хдорофилькым, которые обусловливают в гомозиготе желто-зеленую окраску листьев. Оба зти типа мутантов отличаются от исходных сортов низкой продуктивностью.

у гетерозигот но другим хлорофильным мутациям,характеризующимся светло-зеленой или 0ледно-зелэной (с беловатым оттенком) окраской листьев, преимуществ перед нормальной гомозиготой не наблюдалось. Следует отметить, что мутантам со светло-зелеными ил и бледно-зелеными листьями также свойственна попиленная продуктивность.

Таким образом, разные мутантные гены, вызывая в гомозиготном состоянии почти одинаковую депрессию развития, оказывает неодинаковое влияние на рост и развитие организма в гетерозиготном состоянии.

Существует мнение, что эффект гетерозиса в основном наблюдается у гетероэигот до таким генам, которые в гомозиготном состоянии вызывают существенную депрессию развития. К этой группе относятся хлорофилыще и карликовые мутанты. Однако в наших опытах были выделены такие мутантвые формы, которые более продуктивны, чем исходный сорт, но при скрещивании их с исходным сортом наблюдается гетерозис. Инши словами эффект действия одного и того же мутактного гена как в гомо-, так и в гетерозиготном состоянии может быть положительным.К числу таких мутантов относятся белосизый мутант к 2301, выделенный у сорта Капитал, и скороспелый мутант к $уа, выделенный у сорта Фаленский 42, а также ряд других мутантних линий нашей коллекции.

Интересно отметить, что некоторые мутанты, индуцированные у одного и того же сорта, сходны по фенотипу; однако при скрещивании одних мутантов с исходным сортом наблюдается гетеро-зисный эффект, гетерозиготы же от скрещивания с другими мутантами не имеют никаких преимуществ перед нормальной гомозиготой.

Такое различие можно объяснить тем, что многие сходные по фенотипу мутанты имеют разную генетическую природу. Известно, например, что признак - отсутствие воскового налета - контролируется у гороха несколькими генами. Вероятно, одни гены из этой группы вызывают гетерозисный аффект, другие - нет.

Выявлены существенные различия по продуктивности между реципрокными гибридами, порученными от скрещивания мутантов с исходными сортами. Прослеживается такая закономерность: если мутантный ген в гомозиготном состоянии вызывает сильную депрессии развития, то гибрид, подученный от скрещивания, в котором в качестве материнской формы был использован мутант, будет менее продуктивным, чем гибрид, у которого материнской формой был исходный сорт,

Заслуживает внимания тот факт, что в большинстве случае* гетерозис проявляется по признакам семенной продуктивности:

числу бобов, числу и весу сеыян с одного растении. По признаку высота растений гетерозисннй эффект наблюдается реже.

При изучении гомо- и гетерозигот по аллельнык иутантнш генам, выделенный у разных сортов гороха, установлено,что еф-фект действия гена на развитие организма у них неодинаков.Это можно объяснит* тем, что мутантный ген действует в разной ге-нотшшческог среде, поскольку аллельные мутанты выделены у разных сортов.-Однако нельзя быть уверенным в том, что аллели, вызывающие сходные фенотипические изменения, абсолютно идентичны в своем влиянии на другие физиологические признаки. Подобный различный аффект кзоаллелей был подробно изучен на мутациях у дрозофилы (Т1д1Геет-11еваотвкг,1932,1933).

Из трех изученных нами скороспелых аляельных мутантов гороха, .индуцированных у разных сортов, два мутанта к 2 и к 418 существенно уступали своим исходыда сортам ( Торсдат, Саратовский местный) по ряду хозяйственно-ценных признаков: высоте, числу бобов, числу и весу семян на одно растение(таблица 10).

Третий аллельный мутант к 398, выделенный у кормового сорта Факенекий 42, наоборот, оказался более продуктивным, чем исходный сорт. Оба реципрокных гибрида, полученных от скрещивания этого мутанта с исходным сортом, также оказались более продуктивными. Гетерозиготы превысили нормальную гомозиготу по числу бобов на 31 и 35$, числу семян - на 38 и 443&, весу семян на 36 и

У гетерозигот по мутациям к 2 и к 418 наблюдался более слабый гетерозис и по небольшому числу признаков.

Кроме генотилической среды на эффект действия мутантно-го гена существенно влияют условия выращивания. Как показали наши опыты, проведенные в Новосибирске и в 3-х пунктах Таджикистана, влияние ыутантного гена на рост и развитие организма может быть в одних условиях положительным, в других - отрицательным.

Как гомозиготные, так и гетерозиготные мутантные линии отличаются от исходных сортов, а также друг от друга, нормой реакции на условия внешней среды.

Должного внимания заслуживают такие мутанты,которые ока-

Таблица 10

Характеристика исходных сортов, трех скороспелых аллельакх мутантов я гибридов (?|) мзкду мутанта»« и исходники сортами

Исходный сорт, мутант, - гибрид Высота растений Бобов на одно растение Семян на одно растение Бес семян на одно растание

си %Х число * число % г . %

X о р о л а г 84,811,% 100 10,810,58 100 39,212,51 100 7,310,46 100

Мутант к 2 62,511,41 73 10,510,78 97 22,611,90 57 5,010,38 68

Гибрид Торсдаг х к"2 90,5±2,09 106 iI.6iP.59 107 27,4*1,56 70 5,810,32 79

Гибрид к 2 х Торсдаг . 92,6*2,61 109 14,3*0,47 132 32,412,88 82 6,310,44 86

Фалеяский 42 ИЗ, 812,13 100 10,610,64 100 44,913,07 100 4,710,36 100

Мутант к 398 НО ¿2,27 "96 13,0^1,00 122 49,614,06 110 5,210,47 НО

Гибрид фаленскнй 42 х к 398 109,712,07 96 13,910,93 131 62,214,63 138 6,4*0,52 136

Гибрид к 398 х Фаленский 42 110,711,92 97 14,^*1,14 135 65,014,62 144 7,1*0,59 151

Саратовский 81,211,27 100 14,911,24 100 88,916,99 100- 5,610,48 100

Мутант в 418 55,311,85 68 9,2^0,95 61 33,514,28 43 2,610,32 46

Гибрид Саратовский г, к 418 73,712,04 90 14,212,00 95 91,1113,80 102 6,311,05 112

Гибрид к 418. х Саратовски! 71,^5,60 87 12,^2,28 81 75,519,59 84 5,211,06 93

% к атому *е пояазатем у исходного сорта, принятому за 100.

эзлись очень пластичпьши. В разных пунктах посева эти мутанты и их гибриды существенно превысили по продуктивности исходный сорт.

В настоящее вреыя известна гипотеза, объясняющая гетеро-зисный эффект на основе явления межаллельиой комплементации на молекулярном уровне (Хартман, Саскайнд, 1966; Фиичем,1968). Эта гипотеза связана с открытием изээимов. Согласно этой гипотезе наличие у гетерозисных организмов нескольких молекулярных разновидностей одного фермента (иаофериентов) в одной клетке я обусловливает больного активность этого фермента в более широком диапазоне условий внешней среды.

изучение индуцированных мутантов в разных экологических условиях

Экологические испытания мутантов имеют большое научное и практическое значение. Во-первых, они необходимы для изучения нормм реакции организма на условия внешней среды. Это, как известно, один из .актуальнейших вопросов биологии. Во-вторых,испытания мутантов в разных экологических зовах представляют собой один из наиболее эффективных приемов использования мутантов в селекции, так как они позволяют выявить условия, обеспечивающие максимальное проявление и выражение хозяйственно-ценных признаков и свойств иутантного генотипа.

В современной литературе это направление имеет разные наименования: "экология мутантного гена", "экология мутантов11 н т.д. (ЦохшИп^.Си^аГавоа вь а1., 1966} Густафсоон, 1968; Густафссон И др.« 1972;Те8в1,8саг&вс1&-ии£дохва «1; а1., 1968)•

В Советском Союзе к началу наших исследований этот вопрос на растительных объектах во-настоящему никем не изучался.Впервые обширные исследования по экологии индуцированных мутантов начаты в Институте цитологии и генетики СО АН СССР ( Сидорова, 1969; Сидорова, Ужинцева, 1969; Бободжаков, Сидорова, Насыров, 1970; Кадашвик, Черный, 1971;'Сидорова, Хвостова, 1971; £1До-готга, Юхто^суа, 1972)•

Результаты многолетних экологических испытаний индуцированных мутантов гороха, проведенных нами в разных географичес-

ких пунктах Советского Союза, показал», что эффект действия мутантного гена на организм в значительной степени зависит от условий среды. Основной мутантный признак, по которому мутант был выделен, у каждой линии сохранялся при разных условиях "выращивания. Однако степень проявления и выражения (лэ-нетрантность ¿"экспрессивность) этого признака были неодинаковыми в разных пунктах посева (табл. IX).

Проявление таких мутантных признаков, как повышенное число бобов на плодоножке, фасциация стебля, ветвление существенно изменялось в зависимости от условий выращивания. Другие признак« - йелосйзаа ил» желто-зеленая окраска листьев,а также формирование первого боба на 7-8 узле - проявлялись, как правило, у всех растений линии независимо от условий среды.

Степень выраженности, т.е. экспрессивность мутантных признаков также изменялась в зависимости от условий среды.Так, белосизая и желто-зеленая окраска листьев была более ярко выраженной при посеве мутантов в высокогорных условиях.

В наших исследованиях бшо обнаружено, что у всех мутантов очень сильно изменялось проявление признаков, входящих в шгейотролный комплекс, главным образом признаков продуктивности (рис. 3). Один и тот же мутант, выращенный в разных условиях, имел'неодинаковую продуктивность, длину вегетационного периода и т.д. по сравнению с исходным сортом. В одних условиях мутант мог быть более урожайным, в других, наоборот, отличаться пониженной продуктивность». Это свидетельствует о той, что мутанты отличаются от исходного сорта нормой реакции на условия внешней среды. Поэтому ареал использования мутанта в селекции может быть иным, чем исходного сорта, из которого этот мутант был выделен.

Мутанты характеризуются различной приспособляемостью в условиям внешней среды.Некоторые мутанты дают стабильные высо кие урожаи в разных пунктах посева и в разные годы в одном и том же пункте. Продуктивность же других мутантов сильно варь ирует. в зависимости от условий выращивания.

Наблюдения показали, что при. определенных условиях внешней среды возможны изменения разных признаков, входящих в плейотропный комплекс, в различном направлении, т.е. ослаб-

Таблица II

1 Проявление нутантного признака в зависимости от условий выращивания. (Количество растений в линии, у которых фе-нотипнчески проявился основной ыутантиый признак, %)

№ Основной му-тантный Пункты посева*

мутан- I 11 щ 1У

та признак 1969 1968 1969 1968 1969 1968 1969

к 2 Формирование первого боба на 7-8 узле 100 100 100 100 100 100 100

к 6 Фасциация стебля 75 60 51 88 78 98 к»

к 9 Увеличенное число бобов на плодоносе 57 33 55 80 60 77 91

к!0 Ветвление 78 95 97 48 40 100 99

К11 Белосизая окраска листьев 100 100 100 100 100 100 100

в12 1елт о-з елевая окраска листьев 100 100 100 100 100 100 100

- Новосибирск,

П - Гиссарская долина, Тадк.ССР (800 и над уровней коря),

Щ - Варзобская горно-ботаническая станция, Тадх.ССР (1100 и над уровнен моря),

17- Высокогорная биофизическая станция "Сиекух", Тадж.ССР (2500 и над уровней коря).

ление шш погашение (переход в скрытое состояние) только некото-торых признаков этого комплекса, в то время как другие признаки сохраняются (рис. 4).

Выявленная закономерность особенно важна с точки зрения использования в селекции таких мутантов, у которых благодаря плейотропному действию мутантяого гена изменено несколько признаков, в том числе одни признаки изменены в положительную сторону, другие - в отрицательную. Использование таких мутантов в

коросггелнц лгу таит

Ш Ю1

Продуктибтш мугпонт V/ №

т

№

11

II

я

т

т

шш

99

I

I

1

Компактный мутант мЗ

т

Продуктивный мутант &

У//Л Мос^оЗсЛа* ойлость НИШ Калинижьая области

■ ЕЭ о&ластЬ

^ £<гш*ирсЛар ДССР I I О*С*О0 о&\ocmt

{теплице)

р^Д ТгинсХоя

Е^Э бурелтМоя #ССР

Продукти£нми скоро смлнй

мутант л? / РИС ♦ 3

Продуктивность иухаятов гороха в разных географических пунктах (в % к исходному сорту)

Рис. 4.

Выражение отдельных признаков продуктивности у трех мутантов гороха в разных пунктах посева (каждый показатель вяракен в % к исходному сорту, принятому за 100). I - Новосибирск; П, Ш, ХУ - Таджикская ССР.

селекции крайне затруднено, поскольку при скрещивании мутанта с ¿¡сходным сортом, или с другими мутантами, индуцированными у этого же сорта, не удается отделить положительные признаки от отрицательных. При выращивания таких мутантов в разных пунктах посева можно подобрать такие условия внешней среды, при которых отрицательные признаки ллейотролного комплекса не проявятся, а положительные признаки останутся ярко выравенвдаи, Интересные результаты были получены в опыте, целы) которого было изучение нормы реакции индуцированных мутантов на такой внешний фактор среды, как ионизирующая радиация.

Судя по частоте клеток с перестройками хромосом в первых митозах меристематических клеток корешков проростков, у многих мутантов повышен теин естественной и индуцированной мутационной изменчивости. У многих мутантов процент клеток с перестройками хромосом в варианте без облучения Сыд в 1,5-3 раза вше, чем у исходного сорта* После облучения семян лучами рентгена в дозе 5 хр у большинства мутантов (у 9 из 12) наблюдалась повышенная радиочувствительность. Среднее по циклу число клеток о перестройками хромосом после облучения составляло; у исходного сорта Торсдаг - 19,6%, у■индуцированных мутантов - от 29,6 до 46,8%. Два мутанта оказались немного более устойчивыми к облучении, чем исходный сорт. Средняя ш циклу частота клеток с перестройками хромосом у них была I? и 17,8%.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНДУЦЫРОВАНШХ МУТАНТОВ ■ В СЕЛЕКЦИИ ■

Результаты наших исследований, а также многочисленные данные других авторов, свидетельствуют о том, что методом экспериментального мутагенеза можно получать хозяйственно-полезные формы, представляющие ценный исходный материал для селекции.

В наших опытах были выделены следующие■основные типы хозяйственно-ценных мутантов гороха:

. I. Продуктивные по зерну или зеленой массе. Такие «утанты отличаются от исходных сортов высоким ростом, увеличении»!

числом бобов аа растении или крупными бобами и крупными семенами. В ряде случаеввысокая продуктивность мутанта обусловлена повышенным ветвлением.

В среднем за три года предварительных испытаний продуктивные мутанты к 7, в 8 и к 14- превысили по урожайности зерна исходный, широко районированный в нашей стране сорт Тор-сдаг на П,8-17*35&.

2. Скороспела. Выделены мутанты, созревающие на 2-4 дня раньше исходного сорта. Такие мутанты обычно не уступаю«' исходному сорту по урожайности, а иногда и превосходят его.

Выделены мутанты о еще более коротким вегетационным периодом, созревающие раньше исходного сорта на 7-9 днейЛахие мутанты обычво имеют несколько пониженную продуктивность, и лишь в отдельные наиболее благоприятные годы дают высокие урожаи верна. Однако, несмотря на несколько пониженную продуктивность, скороспелые формы заслуживают самого серьезного внимания для селекции в районах Сибири, где длина вегетационного периода короткая и устойчивое семеноводство можно организовать только на базе скороспелых я среднеспелых сортов.

3* Мутанты о компактным стеблем. Они имеют утолщенный стебель о укороченными междоузлиями. Ценная особенность этих форм - повышенная устойчивость к полеганию. Следует однако отметить, что при испытании таких мутантов в разных почвенно-метеорологическнх условиях, признак устойчивости в полеганию у них сильно варьировал.

4. Мутанты о фаспиированным стеблем. Обычво фасциация стебля считается положительным признаком с точки зрения устойчивости растения к полеганию. На наш взгляд одна из положительных особенностей форы с фасцяированным стеблем состоит в том, что они в большинстве случаев имеют повышенное число бобов,которые формируются на верхушке стебля, т.е. расположены компактно. В благоприятные по погодным условиям годы такие мутанты дают высокие урожаи семян, т.к. у них в полной мере реализуются потенциальные возможности генотипа ло признаку семенной продуктивности.

5. Мутанты, т которых один или два признака изменены в положительною сторовт. хотя ло общей продуктивности они судест-

ьенно уступают исходноиу сорту. Например, мутанты с повышенным числом бобов на плодоножке, с крупными бобами и крупными семенами, с усиленным ветвлением. Такие мутанты, как показали наши исследования, представляют ценный исходный материал для гибридизации.

6. Мутанты с повышенным содержанием сырого протеина в зерне. По результатам 2-х летних анализов, охвативших 130 ыутан-тных линий гороха, выделено около 50 линий, характеризующихся повышенным содержанием протеина.

Наибольшую группу мутантов составляли такие, у которых превышение в содержании сырого протеина в зерне по ' сравнению с исходным сортом составляло 5-15% (содержание сырого протеина у исходного сорта принято за'ХОО^).

Выделены мутанты с очень высоким содержанием . протеина, превышающие исходный сорт по этому показателю на 16-27

В наших опытах не обнаружено никакой коррелятивной связи между определенным фенотипом мутанта и уровнем содержания протеина. Аналогичные результаты получены другими авторами (Mailer, 1971).

Наиболее ценные мутантные линии гороха переданы нами во многие селекционные учреждения нашей страны, -где они используются как исходный материал при выведении новых сортов.

ВЫВОДЫ

1. Характер экспериментальной мутационной изменчивости в значительной степени определяется генотипическими особенностями сортов и форн. Роль генотипа в экспериментальном мутагенезе не менее.существенна, чем роль мутагена.

Сортовые различия проявляются в различной чувствительности к мутагенным факторам и в разной мутабильности, т.е. сорта различаются по частоте и спектру видимых нутаций.

2. Овощные сорта гороха, имеющие в своем генотипе рецессивные гены а, г, com, t, le (признаки: отсутствие ан-тоциана, морщинистые, или овально-вдавленные семядоли, низкий рост растений) обладают повдаекной радиочувствигеясностью(кри-

терий - частота клеток с перестройками хромосом;. Зерновые и особенно кормовые copia гороха, характеризующиеся соответствующими доминантными генами: А, в. Сов, т. Le (у зерновых сортов ген а рецессивный) проявили повышенную 'устойчивость к облучению.

3. По частоте перестроек хромосом, возникающих поста облучения в первых митозах меристематичеодих клеток корешков проростков, нельзя судить об общей мутабильности сорта.Частота перестроек хромосом и частота видимых мутаций - величины коррелятивно не связанные.

4* Устойчивость сорта к химическим мутагенам не соответствует степени устойчивости его к ионизирующим излучениям.Так, овощные сорта гороха, будучи более чувствительными к облучению, чем зерновые сорта, проявили повышенную устойчивость к химическим мутагенам.

5. При изучении частоты и спектра видимых мутаций у - разных сортов установлено, что наиболее эффективными химическими мутагенами для гороха являются SUC, Я£н, а также Ш. Расположение мутагенов в порядке уменьшения их эффективности будет следующее : ЭИС > НШ > Эй > ДМС > ГА > ДДБ. В опытах о разными сортами этот порядок в основном сохранялся.

6. Среди мутантов, индуцированных у гороха разными мутагенами, большую часть (половину и более) составляют хлорофиль-ные, т.е. с измененной окраской листьев. Из морфологических мутантов чаще всего возникают формы с измененным стеблем, реже встречаются мутанты с измененными размерами и формой листьев и прилистников; и совсем редко можно обнаружить мутанты с измененными признаками цветка и семян*

7. Результаты наших исследований по частоте и спектру индуцированных мутаций, а также известные данные по частной генетике гороха, свидетельствуют о том, что чаще всего мутации возникают по таким признакам, которые контролируются большим числом локусов. Признаки, контролирующиеся единичными локуса-ми, иди небольшим их числом, мутируют редко. Однако были ' отмечены и такие случаи, когда признак, контролирующийся единственным локусом, мутировал часто. Например, у разных сортов часто возникают мутанты со светло-зелеными пятнами на листьях.Этот

признак, как известно, контролируется одним локусои.

8. При обычном способе обработки, т.е. при воздействии мутагеном на воздушно-сухиэ семена, наиболее мутабильными являются, зерновые сорта гороха, характеризующиеся наличием как доминантных, так и рецессивных признаков; наименее мутабилыш овощные сорта, имеющие много рецессивных признаков.Частота сеней о мутантами у овощных сортов в 1,5-2,5 раза шике, чем у зерновых.

Промежуточное положение по мутабильнооти между зерновыми и овощными сортами занимают кормовые сорта, у которых преобладаю доминантные признаки.

9. Различия по мутабильвости отдельных сортов в основном сохранялись при воздействии разными мутагенами.

1С. Выявлены сортовые различия в спектре мутаций, которые проявились: в разном соотношении хлорофильных и морфологических мутаций; s частоте появления множественных мутаций; в количестве мутантных типов, в том числе и с хозяйственно-ценными признаками.

IX. При анализе спектра мутаций, индуцированных у разных сортов и форм, установлено, что мутации в основной возникали' по таким.признакам, по которым изучаемые сорта имели сходство, а не различия, и находились они у всех сортов в доминантном состоянии. Обнаружена неодинаковая частота мутирования отдель них локусов в разных генотипах.

12. Цутабильность сорта, т.е. способность давать с определенной частотой видимые мутации, свойство нестабильное и может существенно варьировать в зависимости от мутагена и способа об работки. Это не отрицает роди генотипа в экспериментальном мутагенезе, а, наоборот, подтверждает его значение. Один сорт дает высокую частоту мутаций при обычном способе обработки мутагенов .(воздушно-сухие семена); для другого сорта необходимо применить иной метод обработки, чтобы получить высокую частоту мутаций. Эти различия обусловлены генотипическими особенное -тяни сортов.

13. При воздействии SUC и ЭИ наибольшая частота мутаций наблюдалась при обработке воздушно-сухих и предварительно замоченных семян. Более токсичные мутагены НЭМ и ШШ наиболее эф

фективны пря обработке лишь клеток студеной иеристс "'ы (верхушечных почечек проростков).

14. При изучении спектра мутаций на фенотипическоы и генотип иче скоп уровнях, обнаружен параллелизм в экспериментальной мутационной изменчивости у разных сортов и форм. Следовательно, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, сформулированный Н.И.Вавиловым, получил новое подтверждение при изучении экспериментальных мутаций.

15. По таким признакам, которые контролируются большим числом локусов (окраска листьев типа еЫогоЪ1са, форма стебля типа сотрасЪшп), аллельные мутации встречаются редко. И, наоборот, по признакам, которые контролируются одним локусом или небольшим их числом (формирование первого боба на 7-8 узде, наличие светло-зеленых пятен на листьях, фасциация стебля и др.), аллельные мутации возникает часто.

16. У разных сортов и форы на одни и те же признаки оказывают влияние либо единичные локусы, либо много локусов. Это говорит о сходстве в структуре генотипов изучаемых сортов и форм, что, в конечном счете, и представляет собой генетическую основу закона гомологических рядов в наследственной изменчивости.

17. В результате изучения цитогенетической природы более 50 индуцированных мутантных линий гороха установлено, что все они имеют природу точковых мутаций. Из них 48 мутаций о рецессивным характером наследования, 2 - полудоминантные, I доминантная.

18. Большинству мутантов свойственна высокая степень плей-отропии. Число измененных и наследующихся вместе признаков у одного мутанта может быть 5-8 и более. Б плейотропный комплекс часто входят признаки, определяющие продуктивность растения (высота, число бобов, озерненвость и др.).

19. Изучено влияние мутантного гена в гомо- и гетерозиготном состоянии на развитие организма на примере 35 мутантных линий гороха. Высокий гетерозпеяый эффект обнаружен у гетеро-зигох по мутациям карликовости и хлорофилышм, обусловливающим в гомозиготном состоянии желто-зеленую окраску листьев.

20. Разные мутации, вызывая одинаков;» депрессию развития в гомозиготном состоянии, 11017т оказывать неодинаковое влияние на развитие организма в гетерозиготном состоянии. Выделены мутации, которые оказывают положительное влияние на организм как в гомо-, так и в гетерозиготном состоянии.

21. Экспериментальным путем показано, что влияние мутан-тного гена как в гомо-, так н в гетерозиготном состоянии на развитие организма в значительной степени зависит от генотшш-ческой среды и экологических условий.

22. Результаты изучения мутантов в разных экологических условиях (в II географических пунктах Советского Союза) показали, что фенотилическое проявление основного мутантного признака (по которому мутант был выделен), а также признаков, входящих в пхейотропный комплекс, в значительной степени зависят от условий внемней среды.

23. При определенных условиях внешней среды возможны изменения отдельных признаков плейотропного комплекса в различном направлении, т.е. ослабление или переход в скрытое состояние только части признаков, в то время как другие остается ярко выраженвыми.

24. Нутанты отличаются от исходного сорт.а, а также друг от друга, нормой реакции на условия внешней среды. Поэтому, в одних условиях мутант мохзт быть более урожайным, чем исходный сорт; в других, наоборот, иметь пониженную продуктивность.

Экологические испытания мутантов рекомендуются как эффективный прием использования мутантов в селекции.

25. Методом экспериментального мутагенеза получены- формы с хозяйственно полезными признаками, представляющие ценный исходный материал для селекции. В том числе выделены формы: продуктивные по зерну и зеленой мессе, скороспелые, более устойчивые к полеганию, с повышенным содержанием протеина.

Наиболее ценные формы мутантов переданы в селекционные учреждения, где ови используются для выведения новых сортов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО TEUE ДИССЕРТАЦИИ

1. Енкен В.Б., Сидорова К.К., 1964. Различия в мутационной из-

менчивости двух сортов гороха. Изв. СиД. отд. АН СССР, сер. мед. баол., № 4, вып. X, 74-62.

2. Сидорова К.К., 1965. Использование индуцированных мутаций

в селекции гороха. Селекция н семеноводство, № 4, 50-52.

3. Сидорова К.К., Калинина Н.П., Укинцева Л.П., 1965. Особен-

ности мутационной изменчивости сортов и форм гороха. Генетика, fe 2, 136-142.

4. Сидорова К.К., 1965. Использование )[ -лучей Со60 для по-

лучения исходного материала в селекции гороха. В сб. "Радиация и селекция растений". Атониздат. И., I2I-I30.

5. Сидорова К.К.. 1966* Хлорофильные мутации как показатель

различий в мутабильности сортов гороха. Генетика, te б, 81-67.

6. Енкек В.Б., Сидорова К.К., 1966. Опыт сравнения на горохе

мутагенного действия гамма лучей, этилекииива и эгилметансульфоната. В сб. "Влияние ионизирущих излучений на наследственность". К., "Наука", 28?-

2 'Jj,

7. Сидорова К.К., Калинина К.П., Уаинцева Л.П., 1966. Особен-

ности нутационной изменчивости сортов и форы гороха. В сб. "Экспериментальный мутагенез у сельскохозяйственных растений и его использование в селекции". М., "Наука", 141-14?.

3. Sidorova К.К., 1966. Experimentally Induced autetioae ic.

peaa. In "КелЬадХаи of nnitatioa and inducing x^c-tors". (Proc. of a Sjvl.^.), Titigub, ,-,5-vo.

9. Сидорова K.K., Калинина H.H., Удивцева Л.П., 1967. Сравнительное изучение радиочувствительности и мута-бвльности у разных сортов гороха при гамма облучении. Генетика) К 37-45.

10. Ёнкен В,£., Привалов Г.Ф., Сидорова К.К.* Соломко Е.А.,Та-

расенко Н.Д., Хвостова В.В., Черный И.В., 1967. Методические указания по применению ионизирующих излучений в селекции сельскохозяйственных растений. Изд. "Колос", U.

11. Сидорова К.К., 1966. Влияние химических мутагенов и гам-

ма лучей на мутационную изменчивость у разных . сортов гороха. В сб. "Специфичность химического мутагенеза". Ы., "Наука", 204-216.

12. Сидорова К.К., 1968. Изучение генетической природы инду-

цированных мутантов гороха. Генетика, Д, № 6,1321.

13. Сидорова К.К., Хангильдив B.ß., Дебелый Г.А., 1969. Экспе-

риментальный мутагенез в селекции гороха. Сельскохозяйственная биология, 4, № 4, 536-543.

14. Сидорова К.К., 1969. Экологическое изучение мутантов го-

роха. В сб. "Физиология и биохимия сорта", Иркутск, 58-61.

15. Сидорова К.К., Хвостова В.В., Калинина H.H., 1969. Радио-

чувствительность индуцированных мутантов гороха. Генетика, fe 4, 5^12.

16. Сидорова К.К., Узмнцева Д.П., 1969. Экологическое изуче-

ние индуцированных мутантов гороха. Генетика, te 8, 46-61.

17. Еободжанов В.А., Сидорова К.К., йасыров B.C., 1970. Изуче-

ние индуцированных мутантов гороха г разных экологических условиях. Изв. АН Тад». ССР, отд. би-ол. наук, 2(39), 87-94.

18. Шумный В.1С.i Сидорова К.К., Бажова Л.И., 1970. Исследова-

ние гетерозиготного состояния у гороха по девяти мутантиди генам. Генетика, 6, К 8, 12-19.

19. Сидорова К.К., 1970. Изучение алледизыа у фенотипичесхи

сходных мутантов гороха в связи с законом токологических рядов в наследственной изменчивости. Генетика, 6, ft И, 23-35.

20- Zcfebrablan В.P., Sidorova К.К., 1970* ТЬв иве stimulation and »utagenlc does to increase protein content and improve protein quality In mais« and peas. In "Improving plant protein Ъу nuclear technique«" (Proe. Symp. Viera») TiKA,Vienna, 217-226.

21. Сидорова K.K., 1971. Сравнительная эффективность хими-

ческих мутагенов у разных сортов гороха .В сб. "Химический мутагенез и селекция". Ы., "Hay -ка", 248-255.

22. Сидорова К.К., 197I. Особенности мутационной изменчивос-

ти у гороха { P.sativum L. ) . В сб. "Пр&кти-• ка химического мутагенеза", П., "Наука", 8499.

23. Сидорова К.К., Хвостова В.В., 1971. К изучении экологии

мутантвого гена. В сб. "Пеория химического мутагенеза". Ы., "Наука", 147-154.

24. Сидорова К.К., 1971. Кетоды получения и селекционного

использования мутантов гороха. В сб."Материалы всесоюзного научно-исследовательского совещания по генетике и селекции гороха", Уфа, 64-70,

25. Сидорова К.К,, I97I. Методы использования индуцирован-

ных мутантов в селекции гороха. В сб. "Методы исследований с зернобобовыми культурами". Орел, 33-38.

26, Калинина H.H., Сидорова К.К., 1971, Онтогенетическая природа индуцированных мутантов гороха. Цитология и генетика, 5, Й I, 34-38.

27. Сидорова К.К., 1971. Використаяня 1ндукованних мутант!в

у селекцИ гороху. В сб. "Експериментальй му-тац!1 та селекщя рослиа". Изд. "Наукова думка". Шв, 150-156.

28. Бободканов В.А., Сидорова К.К., 1971. Изучение генетичес-

кой природы и физиологических особенностей хло-рофилвных мутантов гороха. В сб. "Генетические аспекты фотосинтеза11. Изд. "Дониш", Душанбе, 159170.

29. Сидорова К.К., Бободханов В. А., Ужинцева Л,П., 1971. Полу-

чение мутантов гороха с высоким содерханиеы протеина. В сб. "Генетические аспекты фотосинтеза", Изд. "Долит", Душанбе, I7I-I77.

30. Сидорова К.К., 1972. Иетоды получения и селекционного ис-

пользования индуцированных мутантов гороха. Тезисы докл. 2-го съезда ВОГИС, 11., "Наука", 187.

31. Сидорова К.К., Калинина Н.П., Бободяанов В.А., 1972. Эко-

логия мутантного гена в гоыо- и гетерозиготном состоянии. Генетика, 8, №. X, 23-29.

32. Сидорова К.К., 1972. Приемы, повышающие выход мутаций у

гороха. В сб. "Химический мутагенез и создание селекционного материала". П., "Наука", 178-183.

33. Хвостова Б.В., Сидорова К.К., 1972. ЦихогенетическиЙ ана-

лиз мутантов, его теоретическое и практическое значение. В сб. "Индуцированный мутагенез у растений", Таллин, 99-ХII.

34. Khvoatova V.T., Sidorova K.K., Sokolov 7.JU, 1972. Tbe problem of "directed" mutations In chemical mutagenesis. 2nd annual meeting "European environmental mutagen society Abstracts. Hay 10-12, 1972. Czechoslovakia.

35* Sidorova K.K,, Khvostova 7.7., 1972. Investigation of the ecology of the mutant gene* In "Induced mutations and plant improvement", IAEA., Vienna, 277-2S4.

36. Kbvostova 7.V., Sidorova K.E., 1972. Genetleal basis of

the law of homological series In■ .hereditary variation studied by means of experimental mutagenesis. BiologiscHes Zentralblatt, И 3, 275-234.

37. Глазачева JI.И., Сидорова К.К., 1973. Характер наследова-

ния измененных признаков у некоторых мутант-ных форм гороха. Генетика, 9, It I. 46-53.

ПОДПИСАНО К ПЕЧАТИ 14.02.73г. Объем 3,5 печ.л.3ак.31.тир.250

Отпечатано на ротапринте Института автоматике и электрометрии СО АН СССР г.Новосибирск 630090