Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Модификация радиочувствительности и мутационной изменчивости растений

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Модификация радиочувствительности и мутационной изменчивости растений"

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЛОГИИ

На правах рукописи Для служебного пользования

СИ'001

Экз. к

СЕЯСЕБАЕВ Ахметжан Тлеубаевич

МОДИФИКАЦИЯ РАДИОЧУБСГШТЕЛЬНОСГИ И МУТАЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ

Специальность 03.00.01 - радиобиология, 03.00.15 - генетика

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора биологических наук в форме научного доклада

Обнинск 1991

Работа выполнена в Институте ботаники АН Казахской ССР (г. Алма-Ата)

Официальные оппоненты - доктор биологических наук

профессор И.Н.Гудков

доктор сельскохозяйственных наук профессор В.НЛысиков

доктор биологических наук М.А.Питиримоза

Ведущая организация - Институт общей генетики АН СССР

им. Н.Я.Вавилова

иа заседании Специализированного совета Д 120.81.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии по адресу: г. Москва, пер. Волкова,

С диссертацией мсисно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии. Отзывы просьба направлять по адресу: 249020, г. Обнинск, Калужская обл.. ВНИИСХР, Специализированный совет I 120.81.01.

Диссертация разослана 1991 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат биологических наук Н.й .САНЕАРОВА

Защита состоится

1991 года в часов

I. ОБСАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблемы» Проблема радиочувствительности, изучение влияния факторов, модифицирующих радиочувствительность к мутационную изменчивость, - одна кз центральных задач радиобиологии и радиационной генетики. Радиочувствительность как слонное многофакторное явление (Кузин, 1969) определягтоя взаимодействием систем, обусловливающих уровень первичной повреждаемости клеток, и интенсивность» процессов пострадиационного восстановления (Коро-годии, 1966; Лучник, 1968; Зестяников, 1968; Гродзинскнй, [974; Гудков, I9S5).

Для растительного мира характерно разнообразие форм, которые резко различаются меиду собой по радиочувствительности. Выяснение причин больших различий радиочувствительности растений и:.:еет существенное значение для развития теоретической радиобиологии и важно для расширения практических возможностей применения методов радиационной биотехнологии в народном хозяйстве. Многочисленными исследованиями (sparrow и др., 1961, 1963; Батыгин, Савин, 1966; Кузин, Газиев, 1969; Кузин, 1970, 1985; Гродзинекий, Г972; Гудког, 1974, Г989; Володин, 1975; Ганасси, 1976; Норбаев, 1976; Шевченко, I97S; Авакян, 1982; Семерджян, 1983; Kumar, I98!ft Корнеев и др., 1985; Юмашева и др., 1988; Архипов, 1989; Преображенская, 1990; Сарапульцев, 1990) показана зависимость радиочувствительности от тех или иных особенностей структуры и обменных процессов, которые имеют ведущее значение для определения уровня радиочувствительности растений. Тем не менее мы eue далеки до полного знания природы различий в радиочувствительности растений.

Радиочувствительность и мутабильаость растений при равных условиях действия излучений варьируют в зазиоииости от ряда внутренних и внешних факторов (Батыгин, Питиримова, 1970; Орав, ¡¡.'ангин-Березовский, Орав, 1972; Лысиков, 1975; Савин, 1981$ Атаяк, 1983; Гродзинокий, 1989). Известно также, что биологический эффект ионизирующих излучений можно изменить путем воздействия до, хо-эреыя и после облучения организма различными модифицирующими факторами. В качестве радиомодификаторов могут выступать различные физические агенты: видимый овет, ультрафиолетовое и лазерное излучения, электрический ток, магнитное поле и др. (Дубров, 1968; Дудин, 1976; Кутлахмедов, Гродзинокий, 1976; Амирбекян, Авакян и др., 1982$ Юшков, 1983; Григорьева, Шахбазов, 1983) и химические вещества;

сульфгвдрильные соединения и'многие восстановители; окислители и комплексные соединения; митотгчеокие яды к мутагены; активаторы и ингибитора роста; ионы изталлов и элементы питания, ферменты и кофакторы; метаболиты и ингибиторы метаболизма и прочие соединения (Тиунов и др., 1964; Романцев, 1958; Гродзинекий, Гудков, 1973; Мосса, 1914; Владимиров и др., 19о8; Кудряшов, Гончаренко, 1589). Арсенал химических р£диомодиф'/!ш).ру!ол>их соединений в настоящее ьремя весьу.а значителен. Однако наличке большого набора радиомодификаторов не исключает поиска новых, более аффективных и менее токсических агентов. Особого внимания заслуживает поиск радиомоди-фкцирующих аездстз срсд;: факольках соединений и регуляторов роста растений (Дубинин, Юкова, 1967; Богданов, Бурлакова и др., 1968; БарабоЯ, Викоер, 1974; Манзвк, Бибик, Т98Х; Виленский, Щербаков, 1986} Драратян, Т9Й9; Козаченко, 1990). Изыскание новых радиокодификаторов, исследование возможностей к закономерностей соматической и генетической защиты от лучевого поражения представляют несомненный интерес и могут явиться базой для решения важнейших задач радиобиологии: разработки аффективных методов радиационного мутагенеза и способов противолучевой заииты растений, выращиваемых в условиях повышенного фона радиации, а также для развития новых фундаментальных представлений о механизмах действия радиации на клетки, ткани и организм в целом.

В разработке рациональных споообов использования радиационно-квдуцированных мутантов в селекции и биологических исследованиях немаловажное значение имеет изучение генетической природы новых Мутантных признаков, идентификация типов мутаций и локализация му-тантных генов в группе сцепления, (Хвостова, Сидорова, 1974; Захаров, 1979; Моргун, 1960; Сидорова, 1981; Володин и др., 1982, 1989; Савченко, 1986).

Цель и задачи исследования. Основное направление настоящей работы состоит в выяснении роли некоторых обменных процессов в определении уровня радиочувствительности растений; исследовании радиомодифицирующего действия природных фенольных соединений, регуляторов роста и ультрафиолетовых лучей на цитогенетические аффекты гамма-излучений с целью изыокания агентов, споообствупких повышению выживаемости облученных растений к увеличении частоты и спектра полезных типов мутаций; установлении генетической природы, изучении разнообразия и закономерностей наследования радиацивтю-индуцированных мутантних признаков.

г

3 Аоде экспериментов решались следующие задачи:

1. Роль некоторых сторон метаболизма в формировании радиационных эффектов у растений.

2. Поиск рэдиокодифицирувщих агентов среди полифенолов растительного происхождения и синтетических регуляторов роста растений.

3. Заявление закономерностей радиомодифицирующего действия природных фенольних соединений и регуляторов роста в зависимости от их концентрации и дозы гамма-излучении.

Исследование последействия радиомодифицирующего эффекта биологически активных соединений на мутационную изменчивость растений.

5. Комбинированное действие гамма-излучений и ультрафиолетовых лучей на радиочувствительность и мутабильность растений.

6. Установление оптимального сочетания доз гамма-излучений и концентрации радио модификаторе в, обеспечивающих наибольший выход по-лезних мутаций.

7. Оценка хозяйственно-полезных признаков и свойств у вновь индуцированных мутантов и изучение генетической природы радиационных мутаций.

Научная новизна. На примере кормовых бобов и клевера впервые показано, что различия в радиочувотвительности семян растений зависят от особенности радиационного нарушения нуклеинового обмена, изменения активности окислительно-восстановительных ферментов -каталазы, пероксидазы и липооксидазы, а таете от уровня общих анти-оксидантов и тиольных соединений в тканях облученных растений. Путем анализа ростовой реакции и учета структурных нарушений хромосом в митотических клетках меристемы корешков кукурузы впервые показано радиозащитное действие природных фенольных соединений -оульфосоль хризофанола и лейкоэфдина - в зависимости от их концентрации и дозы гамма»излучений. Способ защиты растений от радиационных повреждений завдцен авторским свидетельством К 451261. Впервые изучены радиомодифицирующие действия лейкоэфдина, ультрафиолетовой радиации, регуляторов роста растений - препаратов $-1, АСА, АЕ и гипоксантина на адтогенетичзские эффекты гамма-излучений у ячменя и предложены оптимальные варианты гамма-облучения семян и обработки радиомодификаторами, снижающие радиационные повревде-ни я растений в М| и повышающие чаототу и опектр индуцированных мутаций в М^. Ввделены мутантные линии ячменя, обладающие повышенной продуктивностью, высоким содержанием белка в зерне и устойчи-

воотью к полеганию и болезням. Изучена, патогенетическая природа вновь индуцированных мутантов и установлена локализация отдельных мутантных генов в группе сцепления.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Пострадиационное изменение активности окислительно-восстановительных ферментов - каталазы, пероксидазы и липооксидазк, а также радиационное нарушение биохимических процессов, регулирующих уровень антиокислителей и эндогенных тиольных соединений, лграют ведущую роль в определении радиочувствительности кормовых бобов, клевера и других видов растений.

2. Способ эффективной защити растений от радиационных повреждений, включающий предрадиационную обработку семян 1-6Я'~ным водным раствором сульфосоль хризоуанола.

3. Использование биологически активных соединений - леЯкоэфдина, препаратов 5-1, АСА, АЕ и гипоксангина, а также ультрафиолетовой радиации для модификации мутагенного эффекта гамма-излучений, способствующей повышению частоты и спектра полезных типов мутации.

Индуцированные мутанты, несущие маркерные гены многорядности, короткоостистосги, эректоидности, раннеспелости, а также линии о продуктивным колосом, высоким содержанием белка в'зерне и устойчивостью к полегани» и болезням, являются новыми источниками генов данных признаков и могут быть использованы в биологических исследованиях и в практической селекции ячменя.

Теоретическая и практическая значимость. Совокупность материалов диссертации можно рассматривать как развитие отдельных положений многофакторной теории радиочувствительности и новое научное направление - поиск и испытание новых радио модификаторе в, изучение их вклада в защиту растений от радиационного повреждения И повышение эффективности радиационного мутагенеза. Результаты биохимических исследований существенно углубляют наши знания о механизмах различной радиочувствительности растений, что в свою очередь способствует расширению практических возможностей современных методов радиационной биотехнологии. Теоретическую и практическую ценность имеют результаты экспериментов по изучению радио-модифацирушцего действия природных фенольных соединений и синтетических регуляторов роста растений на цитогенетические эффекты ионизирующих излучений. Предложен эффективный опособ защиты рас-, тений от радиационного повреждения. Разработан ряд методов рггзиа-

ционного мутагенеза, позволяющих повысить выход мутантных форм ячменя с хозяйственно-полезными признаками. Они применяются в Всесоюзном НИИ зернового хозяйства ЗАСИНИЛ с целью создания исходного материала для получения перспективных сортов ячменя. Создана коллекция мутантных линий ячменя copra Черниговский 5, включающая более 100 образцов. Мутантные формы отличающиеся продуктивностью, высоким содержанием белка в зерне и скороспелостью, переданы и используются в качестве исходного материала в селекции, генетических и физиологических исследованиях в КазНИИ земледелия им. З.Р.Вильям-са, ВНИИ зернового хозяйства им. А.И.Бараева, Агрофизическом научно-исследовательском институте и в Главном ботаническом оаду АН Казахской ССР. С помощью маркерных линий локализованы гены много-цветковости, короткоостистостости и двурядности. Мутантные линии, идентифицированные по типу возникших мутаций, действию мутантного гена, характеру наследования мутантных признаков и локализацией генов в определенной группе сцепления, можно рекомендовать для использования в генетических, биохимических, физиологических исследованиях, а также практической селекции ячменя.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены на: П Всесоюзном симпозиуме по тканевой радиочувствительности (Алма-Ата, 1968); Всесоюзном симпозиуме "Действие ионизирующей радиации на белки и нуклеиновые кислоты. Молекулярные механизмы защиты" (Киев, 1968); научных конференциях молодых.ученых АН КазССР (Алма-Ата, 1970, 1972); Всесоюзной конференции по использованию радиационной техники-в сельском хозяйстве (Кишинев, 1972); симпозиуме по сельскохозяйственной радиобиологии (Кишинев, 1976); П советско-индийском симпозиуме по проблемам генетики и селекции культурных растений (Баку, 1976); Воесоизном симпозиуме "Роль и механизмы действия биологически активных соединений в облученном организме" (Пущино, 1978); Республиканском совещании по проблемам генетики и селекции раотений (Алма-Ата, 1979); Всесоюзном симпозиуме по радиочувствительности и процессам восстановления у животных и раотений (Ташкент, I979)¡ I Всесоюзной конференции по прикладной радиобиологии (Кишинев, 1981); Всесоюзном рабочем совещании "Роль эндогенных биологически активных веществ в формировании радиационных эффектов" (Пущино, 1983); I Еоесовзном координационном совещании "Радиационная генетика - селекции" (Москва, 1986); Республиканских конференциях КазВОГиС (Алма-Ата, 1986, 1990); У оъезде ВОГиС им. Н.И.Вавилова (Москва, 1987); I Воесоозном оъезде радио-

«

биологов (Москва, 1988), Ш Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии (Обнинск, 1990); П Всесоюзном совещании "Генетика развития" (Ташкент, 1990).

По материалам диссертации опубликовано 60 работ, в числе которых монография "Радиочувствительность растений (модификация и мутационная изменчивость)" и авторское свидетельство на изобретение "Способ задать; растений от радиационных повреждений".

Структура работы. Диссертация изложена в форме научного доклада и включает следующие раздели: I. Общая характеристика ряботы. 2. Методические особенности работы. 3. Экспериментальная часть. 3.1. Некоторые метаболические аспекты сравнительной радиочувствительности растений. 3.2. Изучение рздиозащигного действия природных фенольных соединений - сульфоооль хризофанола и лейкоэфдина. 3.3. Изучение радиомодифицивушцего действия лейкоофдина на цито-генетические эффекты гамма-излучений у ячменя. 3.4. Изучение ра~ диомодифицирующего действия регуляторов роста растений. 3.5. Цито-генетический эффект совместного действия гамма-радиации и ультрафиолетового света. 3.6. Морфобиологическая характеристика и цито-генегическая природа радиационно-ивдуцированных мутантов ячменя. k. Заключение и выводы. 5. Практические рекомендации, б. Список работ, опубликованных по теме диссертации. Экспериментальный материал в докладе представлен в 8 таблицах и 2 рисунках.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

Растения, особенно их семена, считаются незаменимой моделью для многих радиобиологических исследований. Удобство работы с растениями и возможность выбора неограниченного количества особей позволяет использовать их в качестве тестов для определения относительной биологической оффективности разных видов излучений, изучения природы радиоустойчивости организмов, оценки оффективности радиомодифицирующих агентов, а также в качестве объектов для разработки методов радиационной биотехнологии. Одним из подходов к выяснению причин различной радиочувствительности служит сравнительное изучение особенностей метаболизма у растений под воздействием ионизирующих излучений. В представляемой работе проведено изучение роли некоторых обменных процессов в формировании радиационных эффектов у двух видов растений - кормовых бобов (vicia faba ) и клевера (Trifoliym pratense ), принадлежащих к одному-семейству 0?аЪгсвае ), но очень сильно различающихся по радиочувст-

вительности. Летальная доза при облучении воздуино-сухих семян для кормовых бобоз 100 Гр, а для клевера - 2000 Гр (I). Воздян°-сухие семена исследуемых растений (влажность семян кормовых бобов -11,4%, клевера - 10,1$) облучали гамма-радиацией цезия 137 на установках "Гупос"и "Стебель ЗА" в стимулирующих и летальных дозах: кормовые бобы - 1 и 100 Гр, клевер - 100 и 2000 Гр. Облученные и контрольные семена прораядаали в люминостате при 25°С. Для биохимического анализа взяты мерисгемная зона корешков и верхние листья проростков на 3, 7 и 12 сутки проращивания. Повторность опытов была 4-8 кратная по 3 определения в каждом. Методы определения содержания нуклеиновых кислот, антиокислителей, сульфгид-рильных групп, а также активности окислительно-восстановительных ферментов описаны в монографии (42). Получены данные, показавшие наличие коррелятивных связей между радиочувствительностью двух видов растений и особенностями метаболизма и указывающие на перспективность дальнейших исследований активности биохимических ферментных систем в более представительном ряду различных видов растений.

Следует отметить, что поиск максимально эффективных радиозащитных химических соединений - процесс чрезвычайно сложный и определенные успехи в этой области в значительной степени являются результатом эмпирических усилий. Преобладание этого подхода в решении проблемы защиты организмов от лучевого поражения, по-видимому, обусловлено недостаточно полным знанием природы' радиочувствительности и механизмов биологического действия радиации.

Объектом исследования для первоначальных поисковых работ по выявлению радиозащитной активности природных фенольных соединений выбрана кукуруза - 2еа mays (линия Черновицкая 21). Выбор кукурузы обусловлен тем,, что она имеет крупные семена и удобна для обработки и проращивания в условиях лаборатории, В цитогенегическом ао-пекте кукуруза как объект упрощает методику опыта, так как митозы в первичных корешках более синхронизированы, и она имеет 10 пар крупных хромосом. В качестве радиозадитных веществ испытана химические соединения фенольной природы (лейкоэфдин и сульфосоль хри-зофанола), выделенные из местных растений на кафедре природных соединений Казахского ордена Трудового [фасного Знамени государственного университета им. С. М. Кирова под руководством проф. Т.К.Чум-балова. Лейкоэфдин (ЛЭ) - продукт конденсации лейкоантоцианидов, полученный из надземной части эфедры горной - Ephedra eguisetina

(Чумбалов и др», Г962). Он имеет следующую химическую структуру:

Сульфосоль хризофанола (Сх) - дикатриевая соль Н-мстил-4,5-ди-оксиантрахинон-3,б~дисульфокислоти - получена путем сульфирования из хризофановой кислоты, выделенной из корней щавеля тянь-ааяьс-кого, Eumex tianschanicus (Чумб&лов, Музычкина, 1964, 1967). В качестве критериев радиационного поражения растений и радиозащитного эффекта природных фенольных соединений выбраны степень подавления роста растения и частота хромосомных аберраций в первом митозе меристемных клеток корешков кукурузы. Для оценки радиомодифицирующего действия препаратов на рост проростков вычисляли коэф~ Рр

фициент защиты К3= -р=- по отношению между величинами роста проростков при обработке ^(Р^) и без обработки (Pj) препаратами. Определяли также уровень защиты структурных повреждений хромосом в процентах, равный Уз= И ^n х 100%; где: Н:- частота анафаз с перестройками в варианте с водой; Нп - частота анафаз с перестройками в опытном варианте о препаратом.

После изучения радиозащитного действия природных фенольных соединений на семена и проростки кукурузы была поставлена задача проверить биологическую активность ЛЭ на ячмене - Hordeum vulgare (сорт Черниговский 5) и изучить последействие препарата на радиа-ционно-индуцированную мутационную изменчивость. Для этого на основе предварительных лабораторных опытов взята 0,1#-ная концентрация ЛЭ, которая оказалась наиболее эффективной по радиозаиитному действию. Воздушно-сухие семена ячменя намачивали в течение 6 ч в 0,1^-ном растворе ЛЭ и сразу лее облучали гамма-радиацией цезия 137 в дозах 30, 50, Ю и 90 Гр*'Выбор ячменя как объекта дальнейших исследований связан с его преимуществом по сравнению с другими культурами; ячмень строгай самоопылитель, генетически достаточно гомогенен; обладает коротким вегетационным периодом, на сравнительно небольшой участке можно вырастить большое количество растений; биологический эффект облучения пропорционален дозе в широком диапазоне шкалы доз (Ebert, Baber, 1961); отличается высокой частотой

мутирования (Stadler, 1929) и мутации в большинстве хорошо определяемы и давт меньае возможностей для субъективной ошибки. Исследовано радиомодифицирующее действие гипокоантина, синтетических регуляторов роста - препаратов s>~I, АСА и АЕ, синтезированных в Институте химических наук АН КазССР. Препарат ф-1 [ I, 2, 5-триме-тил-4/3~окоипропинил~1) пнпаридол-4 ] относится к ацетиленовым производным пиперидина; препарат АСА (Г, 2, 5-триметид-4-диметил-фосфон-пиперидол ')) - к фосфорорганическим соединениям гетероциклического ряда; а АЕ [дихлорид jj-изомера Г, 4-ди(1, 2, 5-триме-тил-4-оксипиперидил-4) бутадина-1, 3] принадлежит к группе гликолем I, 2, 5 - триметилпиперидина. На все препараты получено авторское свидетельство СССР как стимуляторов роста растений (Азербаев и др., 1973, 1974, IS75). Регуляторы роста использовали в виде водных растворов в концентрациях Ю--*- - а гипоксантин (ГК) -в концентрациях ТО"'* - Ю~°М. Обработка семян препаратами проводилась в термостате при 25°С в течение 6 ч после (50, 100 и 200 Гр) и перед (35, 70 и J05 Гр) гамма-облучением на установке "Стебель-ЗМ'.' Для изучения совместного действия гамма-излучений и ультрафиолетового света воздушно-сухие семена облучали гамма-радиацией в дозах 50, 100 и 200 Гр и ультрафиолетовым светом бактерицидной лампы (Л-2587 А) в течение 90 мин непосредственно до и после гамма-облучений. Во всех опытах контролем служили необлученные семена, а также семена, обработанные соответственно ЛЭ, регуляторами роста или УФ-светом. Лабораторные опыты проведены в трех повторностях. Проращивание семян, фиксацию корешков и приготовление временных препаратов проводили по общепринятым методикам. Перестройки хромосом учитывали на стадии анафазы и ранней телофазы.

Для изучения радиомодифицирующего действия ЛЭ, регуляторов роста растений и Уф-излучений на генетический эффект гамма-радиации были проведены полевые эксперименты в Каскеленском опытном хозяйстве КазНИИЗ им. В.Р.Вильямоа аналогично схеме лабораторных опытов 1976-1985 годов. Семена в Mj высевали вручную загущенным способом: расстояние между рядами 10 ом, между семенами в ряду - 2 см. Чтобы получить примерно одинаковое количество взошедших растений по воем вариантам опита, нами высеяно от 2000 шт семян в контрольном варианте до 3000 шт о высокой дозой облучения. В первом поколении Mj (а также в следующих поколениях) за растениями проводили фенологические наблюдения и учет полевой всхожести семян, выживаемости, кустистости, высоты растений и элементов урожая. Для изучения

хромосомных нарушений в мейотических клетках пыльцы ячменя в Немолодые колосья фиксировали рано утром в фиксаторе Ныокомера, когда пыльники имели длину 2 мм. Исследование материала, окрашенного в 2%-нои ацетокармине, проводили на давленных временных препаратах. В Мд. со всех растений были собраны главные колосья и обмолочены в отдельности, а в ¡^ семена были высеяны по семьям. Отбор измененных форм в Н^ проводили в течение всего вегетационного периода по всем признакам, отличным от исходного сорта. Выход мутаций рассчитывали по проценту семей и растений М^. Наследуемость признаков оценивали по третьему поколении. Для посева з М^ и последующих поколениях отбирали семьи, показавшие себя положительно с хозяйственной и селекционной стороны. Перспективные мутанты испытывали в контрольном и конкурсном питомниках. Выяснение природы иедуцированных константных мутантов проводилось как генетическими методами - гибридизация и анштиз характера расщепления, так и ци-тогенетическими - главным образом анализ нейоза, а также изучение морфологии хромосом. Путем скрещивания однородных мутантов между собой и мутантов с маркерными линиями определяли аллельность мутаций и локализацию мутаций по грушам сцепления. Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась в зависимости от целей эксперимента разными методами, описанными Н.А.Плохинским (1970), П.Ф.Рокицким (Г973) с использованием электронно-вычислительных машин "Неири"и "ЕС-ЗЗ".

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Некоторые метаболические аспекты сравнительной радиочувствительности растений. В определении радиочувствительности важное место принадлежит повреждениям ДНК и особенностям обмена нуклеиновых кислот (Кузин, 1962; Шадьнов, 1967; Романцев, Кощеенко, 1973; Стражевская, Г973 и др.). Сравнительный анализ полученных нами данных (6, 12).показал, что облучение семян гамма-лучами оказывает значительное влияние на изменения содержания нуклеиновых кислот и рибонуклеазной активности в проростках кормовых бобов и клевера. Характер изменения их различен и связан со степенью радиочувствительности растений. Если у кормовых бобов содержание РНК подавляется пр-д дозах I и 100 Гр, то у клевера оно заметно снижается только при 2000 Гр и то на 12-ые сутки после проращивания облученных семян. Повышение активности РНК-азы у кормовых бобов отмечено

только при дозе 100 Гр, тогда как у клевера она не изменяется даже при 2000 Гр. Снижение содержания РНК в проростках кормовых бобов вероятно связано не только о активацией РНК-азы, но и с изменением интенсивности её синтеза. Количество ДНК в проростках кормовых бобсв снижается после облучения в дозе 100 Гр, а у клевера - только при дозе 2000 Гр. Цитохимическое исследование по изучению содержания ДНК и гистона з ядрах клеток меристемной ткани у указанных видов растений (С) лишний раз подтверждает отмеченные данные по уменьшения ДНК под воздействием легальных доз радиации. Вместе с тем показано, что в ядрах клеток кормовых бобов и клевера после облучения дозами I и 100 Гр соответственно количество ДНК статистически не отличается от содержания в контроле, в то время как количество гиотона уменьшается. Значительное снижение гистона обнаружено закономерно при облучении семян высокими дозами гамма-радиации (13). Исходя из представления конфигурационных повреждений ДНК и ДНП и стабилизирующей роли гистона в нуклеопротеидном комплексе можно предположить, что гисток за счет частичного развертывания на поверхности макромолекулы ДНК легче поражается ионизирующей радиацией. Одновременное уменьшение количества гистона и ДНК в клетках после гамма-облучения можно объяснить следующей последовательностью событий. Под действием летальных доз радиации происходит большое высвобождение гистона, связанного о ДНК, который, как указывает Hancock и Hyzer (1967), может вызвать разрыхление ядерной мембраны. Параллельно поражаются внутриклеточные мембраны, что приводит к появлению свободных ферментов, в том числе протеолитеских и ДНК-аз, проникающих в ядро. Возможно комплекс ферментативных реакций приводит к распаду незащищенной части ДНК.

Для выяснения путей формирования радиорезистентности растений определенный интерес представляет изучение активности окислительно-восстановительных ферментов: каталазы, пероксидазы, цитохромокоида-зы, липооксидазы и аскорбинокоидазы у растений о различной радиочувствительностью, Исследования показали, что при гамма-облучении семян кормовых бобов в дозах I и 100 Гр на 3 и 7 иуткн происходит активация каталазы, а затем на 12 день - подавление активности фермента. У клевера активнооть фермента при облучении семян в дозах 100 и 2000 Гр не отличается от контроля (2). Как известно, ка~ талаза, разлагая перекись водорода, образующуюся при облучении, предохраняет организм от её высокотокоичного действия* В ?о же время нельзя дать точный ответ, определяет ли активность KaffiJfaaa

или её содержание радиочувствительность тканей организма (Ромак-цев, Блохина н др., 1966). Сам факт изменения активности каталазы у кормовых бобов и постоянстэ" у клевера после облучения сеиян вносят некоторую ясность в данный вопрос. Возможно, что уровень активности катадазы, не являясь решающим фактором, участвует в формировании радиорезистентности. Несомненно, важная роль будет принадлежать внутриклеточной локализации фермента, ещё недостаточно изученном с интересующих нас позиций (Кузин, 1986). Сравнительные данные (табл. I) по изменению активности пероксидазы показали, что при облучении семян у радиочувствительного вида - кормовых бобов

Таблица I. Влияние гамма-облучения на активность пероксидазы в коргаках растения (в отн. ед. на 2 г сухой ткани)

-1-г

Растение И°за облН-,"чен5ш, Го ;

3—Г;

Дни прорацивакия

—Г-

7-ой

12-ый

Кормовые Контроль 568,67+19,79 639,60+22,20 1168,10+21,00

бобц Г 653,89+14,09 519,90+4,90 1099,30+26,18

100 1022,22+11,90 1150,0+17,25 1942,00+27,00

Клевер Контроль 373,50+8,97 512,90+13,65 402,23+8,03

ГОО . 413,52+9,27 554,93+14,12 424,77+13,83

2000 420,65+10,62 707,10+Т8,22 497,77+12,58

- наблюдается значительное повышение активности пероксидазы по сравнению.с радиорезистентшм видом-- клевером (3, 5), то еоть обнаружена определенная корреляция между радиочувствительностью рао-тен;тй и уровнем- активации пероксидазы при облучении семян. Представлялось интересным проследить изменение уровня активности пероксидазы у других видов растений. С этой целью поставлены дополнительные опыты по изучению активности данного фермента при гамма-облучении семян различных растений в полулетальных дозах. Результаты опытов, представленные в таблице 2, показывают повышение активности пероксидазы у всех изученных растений, что указывает на сзлэь радиационного поражения с активацией данного фермента. Общеизвестно,

Таблица 2. Изменение активности пероксидазы в семенах и проростках после гамма-облучения семян в полулетальных дозах (в процентах к контролю)

Растение Дозы облу- Дни проращивания семян

чения, Гр 1-й | 2-ой | 3-й ¡ 7-ой ¡ 12-ый

Горох мелкосемянный 150 104,4 135,1 147,9 173,7 119,9

Кукуруза сахарная 200 106,0 105,9 141,5 152,3 127,2

Ячмень (Черниговский 5) 215 П8,б 120,1 125,5 136,7 141,9

Пшеница (Саратовская 29) 250 148,8 129,9 105,3 142,6 235,7

Овес (Золотой дождь) 300 119,4 104,7 122,4 123,2 154,9

Арбуз стокса 500 - - 12.3,8 139,8 113,3

Редис дунганский 1100 - - 110,3 140,5 106,7

Редька маргеланская 1300 - 103,0 133,9 103,6

что пероксидаза, катализируя реакцию окисления полифенолов, участвует в образовании биологически активных хиноидных соединений. Активная пероксидаза, обнаруженная в наиих опытах после облучения семян в проростках кормовых бобов и других растений, может олужить причиной накопления фенолов (15, 16, 22), их превращения в семи-хиноны и хиноны (Кузин, Копылов, 1983), что и является одним из вторичных факторов, усиливающих радиационное поражение (24, 26, 41) и определяющих радиочувствительность растений. Повышение активности пероксидазы при облучении растений, по-видимому, связано с потерей природных ингибиторов данного фермента (Фоменко, 1969) и новообразованием фермента. Опыты также показали, что при гамма-облучении семян кормовых бобов (IOO Гр) и клевера (2000 Гр) происходит активация фермента липооксидазы (14), которая способствует накоплению продуктов окисления полиненасыщенных жирных кислот, что в свою очередь вызывает необратимые нарушения структуры и функции биомембран, включая реакции окисления, фосфорилирования и синтеза ДНК (Борисова, Будницкая, 1984). Характер изменения актив-

ности аскорбикоксидазы <9, 14) не коррелирует с уровнем радиочувствительности растений, однако,'если учесть, что при ферментативном окислении аскорбиновой кислоты аскорбиноксидаэой образуется перекись водорода, за счет которой с помощью пероксидазы осуществляется окисление фенольных соединений (Рубин, Ладыгина, 1966), то с радиационным поражением раотений можно косвенно связать высокую активность этого фермента в проростках кормовых бобов и сильное повышение es в листьях на 12-е сутки роста проростков при облучении семян в дозе 100 Гр. При высоких дозах гамма-радиации наблюдается такке нарушение сопряженности многих ферментативных активностей дегидрогеназ цикла Кребса (18), тогда как активность цитохро-моксидазы почти не изменяется (2, 9).

В метаболизирующей живой системе всегда содержатся вещества, которые, будучи активными донорами злектроноз и протонов, постоянно поддерживают окислительно-восстановительные реакции на определенном уровне. Зти вещества являются биоантиокислителями и участвуют во внутриклеточных регуляторных процессах (Gilbert, 1963; Журавлев, T.95S). Многие из них выступают в качестве "перехватчиков" радикалов при первичных радиобиологических реакциях и обладают свойствами радиопротекторов (Кузин, Газиев, 1969). Кроме того, некоторые антирадикалы, окисляясь при взаимодействии со свободными радикалами, переходят в более долгоживущие радикальные состояния или в достаточно сильные окислители, обладающие токсическим действием (Эмануоль, 1963; Кузин, Копылов, 1983). Следовательно, можно допустить существование как обратной, так и прямой зависимости между концентрацией антирадикалов тканей и её радиочувствительноотью. Установлено, что в проростках радиочувствительного вида - кормовых бобов - общий уровень антиоксидантов выше, чем у ргдиорезистент-ного клевера (Ю, XI). Водорастворимые и белковосвязанные антиокислители ткани корешков у кормовых бобов увеличиваются с повышением дозы радиации во все сроки исследования, тогда как у. клевера незначительное увеличение их выявляется только на двенадцатый день роста облученных" семян. На рсновании полученных интегральных данных водорастворимой и белковой фракции были исследованы отдельно основные её компоненты: ди-, полигидроксиароматические соединения, аскорбиновая кислота и SH-соединения. О количестве полифенолов судили по хеиилюминесценции, которая возникает при действии на водно-спиртовый экстракт перекисью водорода в присутствии формальдегида в щелочной среде. Как показывают кинетичеокие кривые (piyj.l),

1Z0

5 ❖

3

50 100 J50 с

Рис. I. Кривые хемилвминесцанции окисления полифенолов в экстрактах растений на двенадцатый день после гамма-облучения. Клевер: I-контроль, 2-облучениз 2000 Гр. Кормовые бобы: 3-конт-роль, 4-облучение I Гр, 5-облучение 100 Гр.

эта реакция протекает более иктенсизно о экотрактами из кормовых бобов, чем с клевером, что говорит о высоком содержании полифенолов в первом случае. Максимальное сзечение регистрируется в реакции с экстрактами из корешков бобов, облученных в дозе 100 Гр. Вместе с тем экстракты из облученных и контрольных образцов клевера или дают слабо отличающееся от фона свечение, или созсем не регистрируются.

Показано, что радиочувствительное растение - кормовые бобы содержит в два раза больше аскорбиновой кислоты, чем радиоустойчивый клевер. Облучение семян в дозах I и 100 Гр приводит к увеличению концентрации аскорбиновой кислоты в корешках кормовых бобов во все сроки исследования. У радиорезистентного клевера повышение содержания витамина С наблюдается на двенадцатый день роста про-роотков при дозах 100 и 2000 Гр (42). Эти данные свидетельствуют о том, что чем выше концентрация полифенолов и аокорбиновой кислоты - восстановителей коротшшвущих радикалов, тем больше вероятность возникновения в клетке долгоживущих радикалов и сильных окислителей, которые вносят наибольший вклад в установление определенного уровня радиочувотвительности. С другой стороны, как видно из таблицы 3, повыяенное содержание эндогенных сульфгидрильных '

Таблица 3. Влияние гамма-облучения семян на изменение

содержания ш-групп в корешках кормовых бобов к клевера,уи моль на I г сухой ткани

Доза облу

Дни после намачивания семян

¡чения, Гр | 3-й 7-ой Т2-ый

Кормовые бобы Контроль 3.53+ОД4 1,94+0,16 1,98+0,16

I 3,88+0,Т7 2,18+ОДЗ 2,57+0,15

100 2,38+0,22 1,35+0,12 1,83 к),07

Клевер Контроль 12,21+0,45 10,79+0.25 10,48+0,29

100 12,31*0,11 ТГ,0510,25 10,25+0,23

2000 8,1440,53 9,29*0,36 9,17+0,15

групп в тканях клевера, выполняя защитную роль при действии радиации, определяет его природнув радиорезистентность (7).

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что биохимические реакции и системы, участвующие в регуляции окислительно-восстановительных процессов, играют важную роль в определении уровня радиочувствительности изученных растений (42).

3.2. Изучение радио заэдтного действия природных фзнольнмх соединений - сульфосоль хризофаиола и лейкоэдаина. феяольные соединения растительного происхождения откосятся к числу наиболее перспективных источников потенциально' активных противолучевых средств (Барабой, 1976, 1984). Предпосылкой для изучения радио защитного действия Сх и ЛЭ явилось то обстоятельство, что они, как многие флавоноиды, обладают антирадикальной активностью и в. отличие от синтезированных, малотоксичны,' легко усваиваются организмом и, вовлекаясь в обмен веществ,-оказывают противоопухолевое и радиомодифицирующее действие (Чумбалов, 1970; Кабиев, Балмуханов, 1973;. В первой серии опытов воздушно-сухие семена кукурузы обрабатывались з различных концентрациях Сх (0,1-6,050 и ЛЭ (0,01-2,0;?) в термостате при 25°С. Время обработки семяи - 18 ч. Затем семена промывали водой, слегка подсушивали фильтровальной бумагой и часть облучали гамма-лучамя цезия 137 на установке "Стебель-ЗА" в дозе 50 Гр. Влажность семян перед облучением составляла в среднем

30,32»0,15$. Зо-второй серии опытов изучалась зависимость радиозащитного действия препаратов от дозы гам-.а-излучений. Семена после обработки в течение 18 ч в б,0$-ном расморе Сх (или 0,25,? 1Э) облучали в дозах 25, 50, 100 и 150 Гр. Контрольные растения намачивали в тех же условиях в дистиллированной воде. Прораэдванио растений проводилось сначала в чалках Петри в термостате при 25°С, а затем в сосудах о питательным раствором Кнопа з лшиноотате при освещении 14 ч в сутки.

Результаты экспериментов показали, что Сх и ЛЭ в испытанных концентрациях не обладают мутагенным эффектом и достоверно не влияют на рост необлученних растений. Установлено, что они проявляют радиозащитную активность. Степень радиозащитного действия Сх и ЛЭ зависит от их концентрации (20, 23). В пределах определенной дозировки отмечено повышение противолучевой активности препаратов с повышением концентрации <рис. 2). Выявлено, что Сх эффективен в

«а

о

я:

ъ

о

о

а.

а

о.

с

d и о

з е-< s

сГ «!

О а

Сх

I

/

. -У

С. I

50

30

10 То

12 3 4

X

а. -

ь о s; о ^о Риг: е о и а. х

3

f- IS К S

Э 1

П1 4)

Л CJ „ *

Л а> X о. <и а « о о с

о* >>

I

5 б 0,01 (К концентрация, %

Рио. 2. Зависимость радиозащитного действия сульфосоль хризофанола и лейкоэфдина от их концентрации при гамма-облучзнии семян кукурузы в дозе 50 Гр. [[»коэффициент защиты роста проростков; 2-уровень защиты хромосомных переотроек, %, , 4

интервале концентрации 1-6$, и коэффициент защиты по теоту роста проростков варьировал от 1,95 до 2,82; уровень зашиты отрустурных повреждения хромосом находился в пределах Зб,8~5б,Х£, что указывает на высокую эффективность данного препарата. Радиопротекторный эффект ЛЗ немного олабее и он отличается по концэнтрационной широте

Т7

действия. Достоверный радиозащитная эффект 13 обнаружен при концентрациях от 0,1 до 1%, а слабые и высокие дозировки оказалиоь менее эффективными (27, 28, 29). Следует обратить внимание и на то, что оба препарата при обработке наиболее эффективными концентрациями незначительно подавляют митотическуга активность ткани и изменяют соотношения различных фаз митоза в первичных корешках кукурузы.

Радиозащитный эффект Сх и ЛЭ зависит также от дозы ионизирующих излучений (23, 25, 23, '(2). Из данных, предотавлекных в таблице 4, видно, что предрздиационная обработка семян кукурузы в

Таблица 4. Радиозащитное действие сульфосоль хризофанола и лейкоэфдина при разных дозах гамма-облучения семян кукурузы

1------1--

I Длина корешков ¡Изуче-' но

I Анафазы о пере-|уровень

Вари анты

х +5х, ми \ Кд ¡анафаз¡число\

! стройками_

а! /а

-¡защиты, | ю

Контроль (вода) 325,40+5,70 - 1501 32 2,13+0,37 -

Сх - 313,90+8,60 - 756 20 2,64+0,58 -

ЛЗ - 0,25$ 312,55+6,20 - 490 10 2,04+0,20 -

Вода + ГМ-25 Гр 196,40+5,90 - 1257 114 9,06+0,80

Сх-6% + ГМ-25 Гр 284,20+10,40 1,44 945 64 6,77+0,81 25,27

ЛЗ-0,25^ + ГМ-25 Гр 206,30+5,80 1,05 583 45 7,71+1,10 14,90

Вода + ГМ-50 Гр 120,00+3,40 - 1619 440 27,34+1,10 -

Сх-б# + ГМ-50 Гр 272,40+11,60 2,27 995 106 10,65+0,97 61,04

ЛЗ-0,25# + ГМ-50 Гр 197,09+5,29 1,64 796 333 16,70+1,32 38,91

Вода * га-ТОО Гр," 59,80+6,30 - 1188 450 37,87+1,40 -

Сх-& + ГМ-ЮО Гр 181,80+10,'50 3,04 683 137 20,05+1,49 47,05

13-0,25£ + ГМ-100 Гр 92,80+7,50 1,55 495 161 32,52+2,10 14,12

Вода + ГМ-150 Гр 38,75+6,20 - 1292 581 44,96+1,38 -

Сх-Й + ГМ-150 Гр 33,80+3,09 0,87 678 301 44,39+Т.,9Г 1,26

ЛЭ-0,25$ + ГМ-150 Гр 30,15+4,00 0,91 570 242 42,45+2,28 ' 5,58

б#-ном растворе Сх почти полностью защищает от лучевого поражения по критерию роста растения, облученные в дозах 25 и 50 Гр. При этом уровень защиты структурных повреждений хромосом составляет соответственно 25,27 и 6Г,04$. Значительный радиозаиитный эффект обнаружен и при дозе гамма-излучений равной 100 Гр. Коэффициент защиты роста проростков доходит до 3,04, а уровень защиты хромосомных перестроек составляет 41.05%. При летальной дозе гамма-излучений (150 Гр), вызывающей большое количество молекулярных повреждений, глубокие нарушения физиолого-бкохимических процессов и гибель неристематических тканей, защита практически не проявляется.

При оценке радионодифицирующего эффекта ЛЗ по ростовой реакции четко выраженный защитный эффект выявлен при среднелетальной (50 Гр) и сублетальной (ТОО Гр) дозах. По тесту структурных нарушений хромосом защита выявлена при сублетальной дозе. Аналогичные данные получены в опытах с облучением двухдневных проростков кукурузы (28).

Для сравнения в этих же условиях была изучена противолучевая активность ранее известных радиозащитных соединений - циотеамина (10~^М), восстановленного глютатиона (10~^М), цистеина (10~%), тио мочевины (ТО-2« при обработке семян кукурузы до гамма-облучения в дозе 50 Гр. Выявлено, что коэффициент защиты роста проростков и уровень защиты по тесту структурных повреждений хромосом составляли: соответственно для циотеамина - 1,73 и 37,6, восстановленного глютатиона - 1,28 и 17,б, цистеина - 1,56 и 30,5 и для тиомочевины - Г,48 и 26,5. Сопоставление полученных данных показывает, что Сх по степени радиозащитного действия превосходит указанные радиопротекторы, a J¡3 находится на уровне циотеамина.

Цитогенетический анализ радиозащигного действия природных фенольных соединений показал, что снижение количества хромосомных повреждений под воздействием Сх и ЛЗ происходит главным образом за счет уменьшения простых и парных ацентрических фрагментов.

Таким образом проведенные исследования показали, что Сх явля-етоя наиболее эффективным радиопротектором, а ЛЭ обладает достаточно выраженным радиозащитным действием. Значения ФУД, рассчитанные по ростовой реакции (JH^/jq) для Сх и ЛЭ, составляют соответственно 2,50 и Г,76.

3.3. Изучение радиомодифицирующего дейотвия лейкоэфдина на цитогенетические эффекты гамма-излучений у ячменя.- Результаты цитологических исследований показали, что при облучении намоченных в

воде семян гамма-лучами в дозе 30 Гр частота хромосомных повреждений в митотических клетках меристемы корешков ячменя составляет 7,7540,72$, а при-дозах 50 , 70 и 90 Гр она возрастает соответственно до 17,52+1,17; 22,еб+1,07 и 30,57+1,60$. Предрадиационная обработка семян в 0,1#-ном растворе ЛЗ снижает частоту появления переотроек хромосом не во всех вариантах опыта. Так, при сравнительно малой дозе радиации, равной 30 Гр, радио модифицирующее действие препарата не проявляется, а при дозах 50 и 90 Гр отмечается незначительная защита, уровень которой в соответствии с дозами равен 10,45 и 11,75$. Наибольший радиозащитный эффект (33,34$) обнаружен в варианте с облучением ъ дозе 70 Гр, где модификация структурных повреждений хромосом происходит в основном за счет снижения парных фрагментов и двойных мостов (42). Модификация радиочувствительности меристемной ткани обычно достигается за счет изменения соотношения клеток, находящихся на разных фазах митоти-ческого цикла и вне цикла, которые обладают различной радиоустой-чивоотью к ионизирующей радиации. Наиболее высокой чувствительностью к радиации обладают клетки, находящиеся в поздней - фазе,

- фазе и митозе, а устойчивостью - находящиеся в ранней « фазе и середине й - фазы. Наиболее высокой радиоустойчивостью обладают клетки, находящиеся вне митотического .цикла" (Гудков, 1979). Основываясь на этом, нами проведены специальные опыты, которые показали, что ЛЗ при предрадиационнои воздействии на ассинхронно делящуюся меристему вызывает сдвиг отдельных фаз клеточного цикла за счет сокращения длительности и фаз и приводит к снижению структурных нарушений хромосом (40). Также установлено, что радио-модифицирующее действие ЛЭ определяется стадией клеточного цикла, в которой проводится обработка, и' овяано с процессами, направленными на репарацию повреждений, индуцированных радиацией. При этом обнаружен наиболее четко выраженный эффект зашиты препаратом в фазе (39).

Полевые опыты по показали, что всхожесть семян и выживаемость растений в диапазоне.доз 30-90 Гр подавляется по мере увеличения дозы гамма-излучений. Во-всех вариантах опыта, где семена перед облучением обрабатывались 0,1$~ньш раствором ЛЭ, наблюдается незначительное повышение всхожести семян и выживаемости растений. Отмечается также снижение радиационной депрессии ряда количественных признаков и частоты структурных нарушений хромосом в мзйотичес-ких клетках пыльцы ячменя под воздействием данного препарата.

Показателями генетической активности гамма-радиации и радио-модифицирующего действия биологически активных соединений явлпятся частота и спектр мутационных изменений. В наших опытах выявлены более 25 типов всевозможных морфо-физиологических изменений. От; включают длину и прочность соломины, размеры и форму колоса, его плотность, крупность, форму и окраску зерна, длину вегетационного периода, степень развития воскового налета, наличие и зазубренность остей, форму колосковой чешуи и многие другие признает. Частота, спектр и соотношение их зависели от дозы гамма-излучекий и вариантов опыта. Так, в ¡^ гамма-облученных в дозе 30 Гр семян выделены II типов изменений, а при обработке ЛЭ, было 15. При гамма-облучении в дозах 50, 70 и 90 Гр в получены 15, 20 и 10 типов изменений. Предварительная обработка семян ОД#-ным раствором ЛЗ способствует расширению спектра индуцированных форм соответственно до 19, 26 и 12. К числу измененных признаков, часто встречающихся при воздействии гамма-излучений, относятся широкая листовая пластинка, укороченность стебля, особо рыхлоколосость, позднеспелость и стерильность. Со значительно меньшей частотой появлялись одностебельные, плотноколосые, кустистые, короткоостистые, открытоцветущие и коротко коло сые формы. Многоцветковые и полу голозерные мутант", а также растения с белыми остями, морщинистыми листьями и зернами индуцированы только в вариантах о предварительной обработкой семян ЛЭ. Применение ЛЭ перед гамма-облучением семян значительно снизило количество стерильных растений и повысило число измененных продуктивных форм. В вариантах с ЛЭ отмечено появление нерасщепляющихся мутантнах семей, в которых мутация обнаружена у всех растений семьи. Как видно из данных таблицы 5, количество семей с изменениями и число измененных растений находятся в зависимости от дозы гамма-облучения- Предрадиационная обработка семян ЛЭ повышала частоту семей с измененными растениями при дозах 30-70 Гр. Особого внимания заслуживает повышение частоты полезных, селекционно-ценных форм под воздействием ЛЭ. К пэлезным изменениям относятся продуктивные короткостебельные, высокорослые толстостебельные, особокуотистые, эректоидные, многорядные, крупнозерные, скороспелые и другие формы растения»

Проверка истинности мутации в М^ показала, что не вое видимые морфологические и физиологические изменения в Н^ являптоя наследственными. По-видимому, это связано с тем, что в результате депрессированных состояний облученных растений возникают фенотипи-

Таблица 5. Характер мутационной изменчивости б ^ при предрздиационной обработке семян ячменя лейкоэфдином

Кол-во ¡ Измененные акализи-j растения

роэанных i-

растений jBCero

Варианты в Кг

i Кол-во ¡изучен-¡ них } семей i в М,

в М->

i

$

Полезные изменения

число! % i

Вода + ГК-ЗО Гр 505 7107

12-0,1% + ГМ-30 Гр -503 7067 Вода + ГМ-50 Гр ■ 493 7055

13-0,+ ГМ-50 Гр 438 6464 Вода + ГМ-70 Гр 497 7632 ЛЭ-ОД£ + ГМ-70 Гр 399 5795 Вода + ГМ-105 Гр 438 6838 ЛЭ-0,1# + ГМ-105 Гр 292 4040

126 1,77+0,15

163 2,31+0,17

207 2,93^0,20

253 3,91+0,24

350 4,58+0,23

356 6,14+0,31

307 4,78+0,25

161 3,98+0,30

104 1,46+0,14

Ш 2,10+0,17

94 1,33+0,13

172 2,66+0,20

166 2,17+0,17

204 3,52+0,24

88 1,28+0,13

49 1,21+0,17

ческие изменения, не сохраняющиеся в последующих поколениях. В М^ было проанализировано 877 семей на наследуемость измененных признаков. К мутантным семьям отнесено 415 линий или 47,3$, из них 15,ЗХ дали расщепление на исходный сорт и мутацию, но иногда появлялись совершенно новые изменения. Также выявлено, что в М^ продолжается процесс выщепления измененных особей, но их частота значительно нике, а спектр уже. Начиная с М^ все лучиие мутантные линии испытывались в селекционном и контрольном питомниках, в результате чего.отобраны 29 перспективных мутантов ячменя. В целом результаты наших исследований показали целесообразность использования лейкоэфдина кейс радиомодифицирующего агента с целью снижения радиационной депрессии- облученных растений и повышения частоты и спектра индуцированных мутаций (36, 42).

3.4. Изучение радиомодифицирующего действия регуляторов роста растений. Среди химических соединений, обладающих радиокодифицирую-щим аффектом, особое значение придается биологически активным веществам, регулирующим ростовые процессы у растений (Гродзинский, Гудков, 1972; Араратян, Азатян, 1974; Корытова и др., 1976; Авакян,

Варданян, 1960; Виленский, 1974, 1987 и др.)- Облучение растений ионизирующей радиацией обычно приводит к подавлению синтеза фкто-гормонов и накоплению ингибиторов роста, с чем нередко связывается механизм радиационного торможения роста и развития растений. Поэтому введение активаторов роста в пострадиационный период способно ослаблять степень лучевого поражения. Но использование их в пред-радиационный период нередко приводит к активации процессов пролиферации и повышению радиочувствительности (Гудков, 1984).

Изучено радиомодифицирувщее действие гипоксантина и трех оин-тетических регуляторов роста (Ф-I, АСА и АЕ) на цитогенетические эффекты гамма-излучений у ячменя. Полученные данные позволяют прежде всего констатировать концентрационную зависимость радиомодифици-рующего действия ростовых веществ на выход структурных мутаций хромосом. Независимо от характера модификации все препараты обладают некоторым эффективным пределом концентрации. Для §-Т, АСА и АЕ наиболее активными были концентрации 10"*- 1СГ^%, а для гипоксантина - 10-¿f- Т0-е,М (17, 31, 47 и 48). В этих же дозировках они не , оказывают никакого самостоятельного мутагенного влияния на клетки корневой меристемы. Результаты наших опытов свидетельствуют также о тон, что характер и уровень модификации в значительной мере определяются дозой гамма-радиации и временем пред- или пострадиационного воздействия регуляторами роста растений. Так, установлено, что пострадиационная обработка семян в 10~%-ном растворе препаратов $-1 и АСА приводит к снижению (на 33,04 - 45,94$) количества структурных повреждений хромосом в митотических клетках корешков, индуцированных гамма-радиацией в дозах 50 и 100 Гр. При увеличении дозы облучения (200 Гр) эффект действия препаратов падает. При воздействии препаратов $-1 и АСА перед гамма-облучением модификация практически нз обнаруживается. Только в варианте опыта "АСА-Ю-^ + ГМ-35 Гр" отмечено повышение частоты структурных нарушений хромосом на 48,% (35, 44).

Препарат АЕ во всех испытанных концентрациях оказывает радио-сенсибилизирувщий эффект. Причем степень цитогенетическогс эффекта зависит не только от дозы гамма-градиации и последовательности обработки, но и от фазы клеточного цикла. Так, выявлено, что усиление радиационного повреждения хромосом проявляется при обработке семян в фазах Sj- и s и отсутствует в фазе в»,. При обработке в фазе Sj повышается частота хромооомного типа перестроек. Относительная частота хромосомных мостов в этой фазе превосходит уровень облученного.

контроля на 68%. В стадии синтеза ДНК выше частота перестроек хроматадното типа. Эффект усиления выхода хроматидных мостов составляет 30,0/1 (56).

Показано, что обработка семян ячменя ГК после гамма-облучения в дозе 50 Гр особо ке влияет на уровень радиационного повреждения хромосом.. При дозе 100 Гр препарат на 47,Ъ% енкжзет частоту перестроек хромосом, а увеличение дозы облучения до 200 Гр способствует'незначительному их повышению (46).

Механизм радисмодифицирующего действия регуляторов роста растений остается недостаточно изученным. Полагают, что под действием фитогормонов происходит активация генов, образование комплексов с молекулами ДНК, уменьшающих их повреждаемость, стимуляция или ин-гибирование клеточного деления, изменение актизности окислительно-восстановительных ферментов, уровня эндстокных sil-групп и содержания полифенольных соединений в растениях (Steiner и др., 1970; Кулаева, IS73; Кораблева, 1978; Рахимбаев, Соломина, 1980; Macha-iah, Vakil, 1982; Рункова, 1985 и др.), от которых, безусловно, зависит не только уровень радиоустойчивости клетки, но и функционирование сложного репарационного процесса, регулирующего ход пострадиационного восстановления хромосом. Поэтому на основании полученных экспериментальных данных по ослаблению и усилвнйю радиационного повреждения хромосом можно предположить о существовании определенной связи модификации с активацией или ингибированием процесса репарации . Ослабление радиационного повреждения при пострадиационном воздействии, ростовых веиеств, по-видимому, достигается путем усиления penoпуляционного. восстановления .(19), когда выход аберрантных клеток является следствием клеточного разбавления (Гродзинский, 1989). Усиление повреждений при предрадиационкой обработке регуляторами роста может быть связано с активацией процессов пролиферации меристемы и изменением физиологического состояния клетки, способствующего реализации скрытых, гонтециальных повреждений ДНК (Ганасси, 1976). и уменьшению количества клеток, находящихся в ради с устойчивых фазах митогического циклам вне его (Гудков, 1985).

Изучение облученных растений в Mj показало, что снижение полевой всхожести семян и выживаемости растений наблюдается главным обрезом при дозах ГОО л 200 Гр. Пострадиационная обработка ростовыми веществами приводит к повышению всхожести, выживаемости и ослаблению радиационной депрессии роста и развития ряда количественных признаков. Отмечается также снижение уровня радиационного прв-

рекдения хромосом в мейотических клетках пыльцы ячменя (32, 34, 35, 45). Установлено, что под воздействием ростовых веществ повышается эффективность радиационного мутагенеза: в большинстве случаев отмечаются повышенная мутабилькость и более широкий спектр новообразований в ^ В вариантах с комбинированным действием гамма-радиации и ростовых веществ выделено на 3 - 10 ьоэых типов качественных изменений больше, чем только при облучении. Как видно из данных таблицы 6, пострадиационная обработка семян регуляторами

Таблица б. Частота измененных форм в М^ при пострадиационной обработке семян ячменя ростовыми веществами

— — - - Варианты в Мг Кол-зо; Кол-во изучен-ганализи-ных се-грванных мей ¡растений В ¡.^ | в ,"'2 Измененные растения Полезные изменения

всего 1* 4 ! число 1 ! * ! "

ГМ-50 Гр + Вода 8Т5 12642 275 2,17-0,12 92 0,72+0,57

ГМ-50 Гр + М (КГ3Я 250 3627 102 2,81+0,27 74 2,04+0,23

ГМ-50 Гр + АСА (1СГТ^) 202 3664 110 3,00^0,28 58 1,58+0,20

ГМ-50 Гр + АЕ <1(ГТ*) 223 4221 80 1,89+0,21 29 0,69д0,ТЗ

ГМ-50 Гр + ГК (ТО"5Н) 238 3671 74 2,01+0,23 35 0,95+0,16

ГМ-ТОО Гр 4 Вода 834 12887 480 3,70+0,16 167 1,30+0,10

ГМ-100 Гр + $-1 (Т0~3%) 246 3576 750 4,19+0,33 74 2,07+0,23

ГМ-100 Гр .+ АСА (ГО~Ч) 218 2972 146 4,91+0,35 98 3,30+0.19

ГМ-100 Гр + АЕ (10~Г$) 219 3000 99 3,30+0,32 45 Г,50+0,22

ГМ-100 Гр + ГК (Т0~5М) 234 3609 180 4,98+0,36 105 2,91+0,28

ГМ-200 Гр + Вода 779 12290 677 5,50+0,20 162 1,32+0,10

ГМ—200 Гр + $-1 200 2654 Г7Э 6,06+0,44 48 1,68+0,24

ГМ-200 Гр +• АСА <1С~Ч) 202 3206 176 5,49+0,'Ю 44 1,37+0,20

ГМ-200 Гр + АЕ (КГ1*) 215 3220 160 4,96*0,38 00 2,48+0,27

ГМ-200 Гр + ГК (Т0-5М) 219 3125 157 5,02+0,39 30 0,96+0,57

роста способствует повышению частоты морфо-физиологических изменений, в том числе селекционно-ценных форм. При использовании ростовых веществ перед гамма-облучением семян увеличение частоты и спектра рациационно-индуцированных мутантов в ^ отмечено в вариантах ЛСА-Ю_1Х + ГМ-70 Гр и ЛЕ-Ю"1^ + ГМ-35 Гр (38, 42, 4?, 47, 49, 50, 51). В ходе экспериментальных исследований по изучению рэдиомодифицируюцего действия регуляторов роста нами выделены 76 новых мутантных линий ячменя сорта Черниговский 5, представляющих селекционный и научный интерес.

Таким образом, показана возможность использования ростактиви-рующих препаратов $-1, АСА, АЕ и ГК в качестве радиомодифицирующих агентов с целью повышения эффективности радиационного мутагенеза у ячменя. Сопоставляя данные цитогенетических исследований с результатами полевых опытов, можно предположить, что положительное радио-модифицирующее действие регуляторов роста связано с активацией восстановительных процессов, способствующих сникению количества вредных структурных повреждений хрокосом и повышению репродуктивных функций облученных растений. Увеличение частоты и спектра радиационно-индуцированных мутаций под воздействием ростовых веществ, возможно, объясняется тем, что при этой в связи с активацией систем репарации либо созданием благоприятных условий, способствующих повышению их эффективности, более полно фенотипически проявляются наследственные изменения. Мы разделяем точку зрения авторов (Володин, 1984; Батыгик, Питиримова, 1986) о том, что восстановительные системы способствуют возникновению и сохранению мутации. Поскольку фитогормоны прямо или опосредовано (например-, через изменение ферментативной активности) влияют на процессы репрессии и дерепрессии генов (воппег, Г965; Муромцев, Агнистикова, 1973 и др.), то не исключено, что смена активности генов под воздействием регуляторов роста и повышенное содержание ростовых веществ в растениях могут также оказывать существенное влияние на процесс рекомбинации генов в мейозе и таким образом способствовать выщеплению растений с редко возникающими сочетаниями признаков (Привалов, Яковлева, 1991).

3.5. Цитогенетический эффект совместного действия гамма-радиации и ультрафиолетового света. Ультрафиолетовая радиация как физический фактор отличается значительной биологической активностью и многообразием действия на растения (Дубров^ 1963). Например, У§~ свет обладает, с одной стороны, характерными для действия ионизи-

рующей радиации чертами, т.е. вызывает хромосомные аберрации (Griggs и др., 1979; Лебедеза, 1982; Гараев и др., 1986; Cremer, 1986; Тюнайтене, 1.986; Ранчялене и др., 1968), оказывает мутагенное действие (Сейсебаев, 1964; Зыродов, Андршенхо, 1979; Остапенко и др., 1985; Аббасова, 1987), способствует изменению метаболизма растений (Дуброп, 1968; Архипов, Савин, 1978; í>pa:íKHi¡, 1937) и с другой - свойствами, близкими к действию видимого света, т.е. ускоряет цветение » пигмента образование, повышает продуктивность растения (Ходорснко, Барой, ~Г97б; Артамонова, 1981; Султанбаев, 1990). Особый интерес представляет возможность модификации биологического оевфекта ионизирующих излучений с помощь а У'1-радиацяи. По этому вопросу в литературе имеются ограниченные сведения, указывающие на снижение (Swanson, I944, 1948; Swaminafchan, Naüarajan, 1957, IS59) или на усиление (Kirby-Cmith и др., i960, 1963; Nirula, 1963) радиационного эффекта. Модифицирующее действие У§-света на мутационную изменчивость гамма-otíлуче иных растений практически никем не исследовано.

Полученные результаты показывают, что У§-облучение семян ячменя в экспозиции 90 мин (или в дозе 1125 мкВг-час/см^) вызывает повреждение хромосом, разное 2,37+0,22$, что в два раза превышает количество спонтанных перестроек (1,15+0,17$). При гамма-облучении семян количество хромосомных аберраций увеличивается по мере повышения дозы: при дозе 50 Гр выход хромосомных перестроек составляет 6,88+0,47, при 100 Гр - 10,05+0,51, а при 200 Гр - 19,23+0,65$. Основная масса перестроек индуцируется за счет обменов с образованием дицентрических хромосом. Выяснено, что воздействуя Уф-светом до и после гамма-облучения семян, можно изменить цитогенетический эффект гамма-радиации. Причем характер модификации зависит от дозы гамма-радиации: снижение частоты перестроек хромосом наблюдается при дозах 50 Гр (на 44,82/0 и 100 Гр (на 30,65?), а усиление - при дозе 200 Гр (на 22,04$)• Модификация цитогенетического эффекта гамма-радиации осуществляется за счет изменения количества хромосомных дицентриков и двойных фрагментов. Исследования процесса мейоза на растениях первого поколения показали, что гамма-облучение семян ячменя вызывает повреждение разных стадий мейоза в материнских клетках пыльцы. С повышением дозы увеличиваются нарушения синхронности мейотического деления и частоты разнообразных переотроек. УФ облучение в экспозиции 90 мин действует незначительно на процесс мейоза. При комбинированном воздействии модифицирующий эффект УФ

лучей проявляется при дозах гамма-радиацин 50 и ICO Гр и выражается в снижении количества поврежденных мейотических клеток. В Mj в зависимости от вариантов обработки семян наблюдаются и снижение, и повышение радиационной депрессии отдельных количественных признаков ячменя (33, 37, 42).

Анализ Mg показал, что количество секей с измененными растениями при дозах 50, ICO и 200 Гр составляло соответственно 24,09+ 1,97; 30,31+2,18 к 42,19+2,3.Ы. ¡3 этих же вариантах обнаружена 3,59+0,23; 5,23+0,27 и 6,42+0,29^ измененных растений. В варианте с одним облучением найдено 12,06+1,51/? семей с измененными растениями, частота которых составляла 1,84+0,17$. При комбинированном воздействии гамма-лучами и '/¡^-светом модифицирующий эффект последнего зависит от дозы гамма-радиации. Так, по общему количеству измененных растений при дозах 50 и 100 Гр наблюдали снижение, при дозе 200 Гр - усиление общего мутагенного эффекта гамма-радиации. В зависимости от вариантов опыта обнаружены 9-16 типов изменений. К числу измененных признаков, чаще встречающихся при воздействии гамма-радиации, относятся стерильность растений, укорочение стебля, широкая листовая пластинка, позднее цветение растений, особорахлоколосость и др. Сравнительный анализ полученных данных показал, что наиболее широкий спектр мутации получен при совместном воздействии ГМ- и У§-радиации, где отмечено появление скороспелых, плотноколосых и многорядных форм. Среди изученных вариантов более эффективной оказалась комбинация "ГМ-50 Гр + УФ-90 мин".

Для установления наследования измененных признаков в М^ проанализировано 1339 семей. Из них 745 (55,64$) не унаследовали измененный признак, полностью возвратились к исходному фенотипу. Остальные 594 семьи (44,36$) мутантные. Однако настояние мутантные оемьи, где вое растения полностью унаследовали возникшие измененные признаки, составляли 272, или 20,31$. Количество семей, где обнаружено расщепление на исходный и мутантный фенотипы, равнялось 322, или 24,05$. IOO/í-ное наследование измененных признаков наблюдалось в мутантных семьях, отобранных по признакам плотноколосости и морщинности зерна и листьев. Далее наиболее высокую степень наследования имели короткоостистость, широкая листовая пластинка, ко-роткоетебельность и многоцветковость. Значительное количество наследственных изменений не представляло практического интереса. Но среди многочисленного разнообразия возникших изменений выделены ценные мутанты (26 линий), которые иопользуютоя в научной работе и селекционном процессе,

Таким образом, изложенные результаты послужили основанием считать комбинированное воздействие гамма-радиации и У^-сяета одним ■ из дополнительных методических подходов, который может повысить эффективность радиационного мутагенеза у ячменя.

З.б. Морфобпологичеекая характеристика и цитогенетическая природа радиатонно-икдуцированных мутантов ячменя. 3 результате наиих многолетних исследований по изучению радномодифицирующего действия различных агентов (13, (5-1, АСА, ЛЕ, ГК и У-5-излучений) нами была создана коллекция мутантов ярового ячменя сорта Черниговский 5 в количестве Т.зт номера. Мутанты отличаются от походной формы существенными изменениями одного или нескольких признаков, которые затрагивают тип, форму и плотность колооа, высоту растения, длину и зазубренность остей, пленчатость и форму зерна, вегетационный период, содержание белка в зерне и другие признаки (табл. 7). В составе коллекции имеются мутанты с хозяйственно-ценными признаками: высокорослые, толстостебельные (М-*|Э1, 11-435, ¡4-637, М-П97 и Н-1198); короткостебельнце, неполегаемые (М-140, [<¡-390, М-709, М-654 и М-1274); плотноколосые, непончкаемые (М-44. 11-83, М-ЗЗЗ, М-602 и М-710); многоцветковые СИЗО, М-Т90, М-789, М-1055. М-1309, М-1393); короткоостистые (М-56, М-84, 11-161, М-201, М-1011 и М-1283); полуголозерные (М-723, И-724 и й-760); длинноколосые (М-27, М-70, Ы-Юб и М-240); раннецветущие (К-39Г и М-502); поздне-цветущие (М-310 и М-959); широколистые с продуктивным колосом (М—642, 11-950, М-1341 и ¡.5-1384); высокобелковые (М-П, М-20, М-27, М-84, М-Т46, М-642, И-652 и М-813); устойчивые к пыльной головне (М—44, М-70, М-502, И-637, М-710 и М-959) и желтой ржавчине (М-201, М-391, М-642, М-Т283 и М-1309) и др.

Исследования показали, что большинство мутантов наряду с каким-либо одним глазным, легко различимым мугантным признаком характеризуются целым комплексом измененных признаков, наследуемых совместно с главным.

Изучение цитогенетической природы радиационно-ивдуцированных мутантов необходимо, как известно, для разработки многих теоретических вопросов радиационной генетики, а также для выявления наиболее эффективных способов использования мутантов в селекции, биологических экспериментах и в генетическом анализе растений.

Нами изучена цитогенетичзская природа 5 эректоидных, 5 корот-коостистых, 4 многоцветковых, 4 длинноколосых, 2 раннецветущих,

Таблица 7. Средние показатели количественных признаков и содержание белка у некоторых мутантов ячменя сорта Черниговский 5

Номер мутанта Высота растений, см Главный колос Длина остей, см Масса зерна с Т-го растения, г Содержание белка з зерне в % к абс.сухому зешестзу . V»- 5,7) *

длина, см 1 1 ! 5 ] ПЛОТНОСТЬ I ! | количество зерен, шт

I 2 3 1-4 | 5 б 7 8

Чэрниг. 5 83,09+1,25 10,92+0,17 10,65+0,16 27,10+0,51 17,22+0,33 3,72+0,21 15,4+0,25

М-27 96,23+1,52 12,83+0,21 10,47+0,16 28,40+0,38 19,50+0,41 3,60+0,23 18,0+0,36

65.10+1,15 7,65+0,22 16,60+0,46 24,67+0,45 15,21+0,44 3,26+0,33 14,6+0,40

М-5 о 72,50+1,20 10,05+0,37 10,80+0,25 25,01+0,55 5,45+0,15 3,35+0,35 16,8+0,35

М-70 106,47+1,13 14,17+0,15 10,30+0,12 27,47+0,52 19,10+0,28 3,77+0,21 11,0+0,20

М-83 65,63+1,24 7,83+0,22 16,53+0,16 25,07+0,38 14,29+0,46 3,07+0,19 15,4+0,25

М~84 77,77+1,71 10,48+0,24 10,47+0,15 26,47+0,44 4,56+0,14 2,52+0,23 18,0+0,35

М-Юб 80,00+1,36 13,60+0,52 9,54+0,20 27,9043,80 20,70+0,16 3,60+0,31 16,3+0,41

М-130 79,27+1,13 9,85+0,24 25,33+0,63 49,57+0,88 16,02+0,25 4,75+0,30 14,6+0,45

М-140 67,23+1,21 9,63+0,13 11,03+0,18 25,20+0,40 15,80+0,33 3,40^0,18 15,4+0,50

М-161 71,50+0,90 10,10+0,50 10,50+0,30 24,85+0,£0 5,52+0,20 3,05+0,45 17,8+0,70

М-190 ГО,20+0,75 9,05+0,22 35,40+0,46 61,70+1,36 15,90+0,31 4.18+0,66 13,6+0,30

М-201 79,90+0,85 10,90+0,38 9,66+0,57 24,69+0,90 5,40+0,20 3,60+0,74 15,3+0,28

М-335 67,82+1,23 7,82+0,12 17,53+0,18 29,27+0,35 16,86ч0,26 3,25+0,20 13,8+0,31

М-39Г 55,30+1,14 5,92+0,33 8,00+0,39 14,32+0,60 11,20+0,16 1,69+0,13 14,8^0,3?

М-431 99,43+1,06 12,90+0,14 10,57+1,15 29,67+0,48 19,07+0,25 4,09+0,16 13,0+0,41

М-435 100,70+1,30 12,60+0,20 10,37+0,10 28,87+0,57 16,97+0,41 4,12+0,22 10,1+0,50

М-502 76,10+0,89 10,00+0,29 11,40+0,20 24,30+0,50 17,00+0,38 3,80+0,40 12,8^0,30

М-537

М-642

M-Ó54

М-662

M-70S

М-710

U-7Z3

М-724

М-7Ш

М-950

М-959

M-II97

M-I242

M-I267

M-I274

M-I283

M-I309

M-I34I

M-I384

M-I393

M-I426

106,90+1,30 104,90+1,83 70,87+2,27 72,08+0,74 64,33+1,19 64,52+0,95 75,27+1,44 74,80+1,48 62,17+0,92 54,83+1,58 47,10+0,81 98,40+0,93 68,30+0,81 83,10+0,79 66,47+2,12 79,50+0,75 70,57+1,30 77,00+0,60 83,10+0,79 81,70+0,65 87,43+1,27

14.50+0,22 14,23+0,16 7,60+0,13 0,15+0,12 6,93+0,15 7,52+0,14 10,72+0,19 10,27+0,13

идз]о,1б

13,50+0,22 7,80+0,40 13,53+0,14 10,00+0,30 13,70+0,90 8,60+0,19 IX,30^0,60 10,01^0,36 13,60+0,59 13,70+0,90 8,96+0,35 14,40+0,20

10,00+0,31 10,33+0,12 15,60+0,21 17,40+0,22 16,40+0,35 17,80+0,29 11,13+0,18 10,93+0,19 10,40+0,15 10,33+0,30 9,20+0,45 9,57+0,12 20,60+0,38 10,10+0,38 15,20+0,26 10,40+0,36 22,30+0,37 10 ДО+0,20 10,06+0,26 27,30+0,41 8,47+0,16

Окончание таблицы 7.

■ - -....... ■ ■ ! 5 [ .... ,._т ° ! 7 ! 8

31,8040,89 23,00+0,50 7,49+0,71 16.7+0,40

29,8040,36 19, 57+0,36 5,23+0,46 18,5+0,41

22,53+0,90 16,93+0, ¿3 2,08^0,21 17,6+0,45

28,30+0,52 19,27ч), 50 3.92+0,23 19,0+0,46

23,80+0,94 13,60+0,43 2,7340,32 13,0+0,51

27,27+0,49 19,45+0,43 З.ЗЗ^.ТО 13,6+0,42

24,60+0,60 4,67+0,15 3,12тО,17 13,0+0,43

26,47+0,35 4,37+0,19 2,38а),28 12,8+0,25

26,£0^0,39 5,57+0,17 3,30+0,То 11,3^0,31

28,77+0,51 19,53^0,25 4,02ч0,22 17,7+0,30

21,20+0,50 16,0043,30 2,50+0,30 17,1+0.35

26,73+0,43 20,33+0,39 4,04+0,17 11,7+0,45

52,50+1,40 17,50^0,56 4,40+0,62 15,7+0,60

29,60+0,53 16,90^0,60 3,95+0,56 •4,1-0,63

27,20+1,17 15,2743,92 2,614), 21 13,2+0,33

27,05т0,50 5,4043,30 ^,03+0,52 15,2+0,35

46,60+1,26 17,50+0,57 4,30дС,££ 13,4+0,29

28,50+0,36 15,90+0,30 4,60+0,36 11,4ч),45

28,10+0,30 15,£0+0,30 5,30+0,60 16,5+0,30

51,10+1,05 15,20+0,40 4,75+0,80 13,2+0,63

29,73+0,48 19,43+0,25 4,07+0,15 16,2+0,78

2 поэднецпетущих, 5 длинностебельных и 5 низкостебельних мутантов ячменя сорта Черниговский 5 (53, 54, 55, 57, 58, 59, 60 и т.д.).

Общеизвестно, что первое указание на природу возникшего изменения могут дать анализ пыльцы у мутантов и наличие или отсутствие расщепления в мутантннх линиях. Отсутствие стерильной пыльцы и константность мутантной линии обычно свидетельствуют о том, что возникшее изменение представляет собо» точковую мутацию (Хвостова, Эйгес, 197Т).

Результаты исследований показали, что все изученные мутанты константны и по жизнеспособности пильцы не отличаются от исходной формы. Процент фертильных пыльцевых зерен очень высокий и находится в пределах 96,45 - 99,75$. Следовательно, мутанты возникли в результате генных мутаций. Для подтверждения этого проведен анализ мейоза у мутантов и исходной формы. На стадиях диакинеза и метафазы учитывали количество открытых бивалентов, унивалентов, петель, колец и восьмерок, на стадии анафазы I учитывались мосты, фрагменты и отставшиеся хромосомы, а в фазе тетрад - количество клеток с микро ядрами.

На основании проведенных исследований установлено, что у большинства мутантов (кроме М-390, М-431, М-654 и ,4-662) мейоз протекает с нарушениями: частота хромосомных перестроек превышает в 1,52 раза уровень спонтанных хромосомных аберраций исходной формы, который составляет в среднем 1,93+0,33$. Только у трех мутантов -М-130, М-310 и М-Т309 наблюдается повышенное количество перестроек хромосом, равное соответственно 7,36+0,50, 8,29+1,33 и 8,76+0,80$. Несмотря на это, мутанты образуют гаметы, сбалансированные по генетическому материалу, и обладают высокой фертильностью пыльцы.

В литературе имеются сведения, указывающие на то, что мейоз у индуцированных мутантов протекает с большими нарушениями, чем у исходных сортов (Лишенко, 3968; Калинина, Сидорова, 1971; Пярди, 1975; Володин, Лисовская, 1979), причем частота аберрантных клеток определяется генотипическими особенностями мутанта, а фенотипическое закрепление хромосомных нарушений в потомстве зависит не от их количества, а от наследственно обусловленной интенсивности репарации в течение всего онтогенеза, т.е. соматического, диплонтного отбора, избирательности оплодотворения и зиготного отбора (Володин и др., 1969).

Необходимо отметить, что отдельные изменения структуры хромосом как трпнелокапии, инверсии, нехватки и дупликации очень трудно

обнаруживаются в гомозиготном состоянии. Поэтому для более четкой идентификации указанных мутация цитогекетический анализ мутантов параллельно проводится и на гибридных растениях Рр полученных от скрещивания мутантов с исходным сортом.

Анализ мейоза у гибридов первого поколения показал, что частота хромосомных нарушений у гетерозиготных растений в преобладающем большинстве случаев не превыиеет количества нарушений, которые встречаются в кейоэе у мутантоз. Только при скрещивания 5 мутантиых линий (М-56, ¡«1-130, I'1-201, М-ЗЮ и М-1309) с исходным сортом у их гибридов наблюдается значительное повышение частоты структурных перестроек хромосом. При этом, наряду о ренэе наблюдавшимися перестройками типа униналенгоз, постоя и фрагментов, обнаружена муль-тиэаненты - ассоциации з мейозе, состоящие с'олес чем из двух хромосом. На основании этих данных можно считать, что у М-56, М-130, М-20Т, М-310 и М-1309 наряду с генной мутацией произошла и структурная мутация хромосом.

Важные результаты для решения теоретических и практических вопросов получены путем гибридологического анализа. Исследования гибридов и полученных от скрещивания вновь индуцированных мутантов с исходным сортом, позволили установить происхождение мутации, выяснить характер наследования мутантиых признаков и определить внешнее проявление мутантного гена в гетерозиготном состоянии на развитие растений. Так, установлено, что мутации "плотный двурядиый колос", "короткие ости" и "мнегоцветковость" у всех изученных мутантов ядерного происхождения, рецессивные и наследуются по моногенной схеме 3'-Г. Показано, что мутация "длинный колос" у М-106, М-240 и др. ядерного происхождения, доминантная и наследуется моногенно; мутация "раннее цветение" у М—391 и ¡.¡-502 контролируется также доминантными генами; а мутация "позднее цветение" у М-310 имеет рецессивный тип наследования. У гибридов Р^, полученных от скрещивания длинно стебельных и низкостебельных мутантов со, сред-нестебельным исходным сортом, чаще всего наблюдается промежуточное наследование основного мутантного признака. В отдельных случаях обнаружено сверхдоминирование и депрессия длины стебля. Различные количественные признаки у гибридов Ру наследуются по-разному от депрессии до полного доминирования и зависят от генетических особенностей родительских форм. Выявлено также наличие определенной сопряженности наследования мутантиых признаков с показателями продуктивности растений у гибридов Ру и положительного трансгрессивного расщепления в

С помоаьв маркерных линий локализованы мутантные гены у отдельных форм. Так, установлено, что мутация "многоцветковое«." у M—ХЗО возникла в результате мутации гена 2 muí в У1 группе сцепления, а мутация "короткая ость" у M-20I - в результате мутации гена ari-a8 в И хромосоме. Ген корсткоостистоети у М-56 локализован в УП группе сцепления, а гены двурядности колоса у эректоидных мутантов М-44 и М-335 локализованы соответственно в У и П хромосомах.

В ходе теоретических исследований га гибридологическому анализу мутантов ячменя выделен ряд хозяйственно-ценных гибридных форм, представляющих селекционный интерес. Они переданы для дальнейшего изучения и использования в селекционном процессе в Отдел селекции ячменя КазНИИЗ им. В.Р.Вильямса.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ЗЫВОДЫ

К началу выполнения настоящей работы (1967 г.) имелись отдельные публикации, указывающие на то, что в основе варьирования радиочувствительности у различных видов растений лежат многие факторы: видовая и более высокая таксономическая специфичность (Густафссон, 1957; Преображенская, 1959, 1962, 1967; Walther, 1966), плоидность клетки (Gustafcaon, 1947; Бреславец, Милешко. 1958; Сахаров, Т962; Шумный, Тарасенко и др., Т96б), объем ядра и хромосом (Osborn, Bacon, I960; Gomer-Oampo, Dolgando, 1964; Алексахин, 1965; Sparrow и др., 1967), физиологическое состояние и биохимический состав семян (stadier, 1930; Зкгель, T95I; Порядкова, i960; Васильев, 1962; Немцева, 1967), особенности обменных процессов (Кузин, 1962, 1963, Г967; Березина, 1964; Гродзинский, Голикова и др., 1967; Назиров, 1967, 1969), интенсивность восстановительных процессов (Лучник, Царапкин, 1959; Корох-один, 1966; Парибок, 1967), напряжение кислорода (Атаян, 1968) и др., которые в своей совокупности определяют уровень радиочувствительности. Однако до сих пор не дано однозначного объяснения причин различней радиочувствительности растений и относительной роли тех или иных биохимических нарушений в лучевом поражении. Последнее обусловлено тем, что биохимические реакции на облучение проявляются изменением напряженности ряда процессов и нарушением их сопряженности, в результате чего многие системы и процессы в той или иной степени оказываются измененными.

Перспективным представляется изучение роли некоторых обменных процессов в формировании радиационных эффектов у различных по радио-

чувствительности растений. При этом важно выявить те показатели, которые вносят наибольший вклад в установление определенного уровня радиочувствительности. Именно такой подход был использован в наших исследованиях (3, 7, 9, II, Т4, 16, 21, 26 и др.), результаты которых показали, что пострадиационное изменение; активности биохимических ферментных систем, регулирующих окислительно-восстановительное равновесие, уровень антиоксидантов и эндогенных тиоль-ных соединений играют важную роль в определении радиочувствительности. Позднее наии данные были подтверждены мкогоми исследователями (Фоменко, Г971; Семерджян и др., 1971, 1973, IS89; Копылов и др., 1979; Горланов, 1980; Будницкая, Борисова, 1984; Магомедов, 1984; Огенесян, IS84; Володин, Кипнис и др., 1986).

Проблема защиты растений от лучевого поражения приобретает особое значение в связи с новыми задачами развития атомной энергетики, радиоэкологии и радиационной биотехнологии. Одним из перспективных направлений разработки средств защиты от поражающего действия ионизирующей радиации является поиск природных противолучевых препаратов (Кудряшов, Гончаренко, 1989). Нши исследования по изучению радио защитного действия Сх и J13 являются первым шагом в поисках эффективных радиопротекторов из числа фенольных соединений растительного происхождения.

Фенольные соединения давно привлекали внимание исследователей в качестве радиопротекторов (Griffith и др., Т947; Clark и др., 1948; Городецкий и др., Т9бТ; Steuer, 1962; Дубров, 1956, 1968; Богданов и др., 1968; Моссэ, 1974; Постовский и др., 1978; Барабой, Т976, Т984) и радиосенсибилизаторов (Barth, Craebner, 1961; Аяпбер-генов, 1955; Кабиев, 1967; Кабиев, Балмуханов, 1975; Kaul, 1979). Радио модифицирующие свойства полифенолов вытекают из природы этих соединений, отличающихся высокой активностью и широким спектром биологического действия. Так, фенольные соединения, являясь обязательными компонентами растений, играют важную роль в обмене веществ (Harborne, 1967; Запрометов, Т970, 1987; Клышев, Алюкина. 1973). $енолы участвуют в процессах дыхания (Опарин, 1922; ¡{урсанов, 1952; Коасновский, Г973), во многих окислительно-восстановительных реакциях растительной клетки (Запрометов, 1964; Колесников, 1966, 1968; Стригун и др., 1973) и в энергетическом обмене (Запрометов, 1959, 1977; Barz, Hausei, 1971; Акулова и др.. 1972; Stenlid, 1976), оказывают влияние на синтез РНК и белка (sunge, 1972; Анисимов и др., Т972; Cantley, Hammes,- 1976; Кораблева и др., 1976; Кунаева, Бал-

табаева, 1979), ингибирувт ?НК~полимераэную активность в ядре и

хлоропластах (Джохадзе, Попелиавили, 1976) и влияют на овязь гис-тока с ДНК (Копылов и др., 1970, 1976). Интересны сведения об антимутагенной активности (Riley и др., I960; Барабой и др., 1963; Дубинин и др., 1965, 1966; Алекперов, 1967; Вентхен, 1985; Лысиков и др.,1986; Kushi, AtauJco, 1987) и о защитной функции фенсльных соединений от проникновения патогенных микроорганизмов и грибов (Соколова, 1968; Метлицкий, 1970, 1976; Рубин и др., 1973, 1975, 1976). Наконец, фенольиые соединения, взаимодействуя с ферментами, регулируют уровень эндогенных гормонов роста и тем самым оказывают влияние на процессы роста и развития растений (Кефели, Турецкая, 1964; Сарапуу, 1965; Месхи, 1968; Волынец, Маштаков, 1969; Кефели, 1974; Барабой, 1984).

Следует особо подчеркнуть, что способность фенола к легкой отдаче протона и электрона является одним из самых характерных его свойств. Поэтому в качестве одного из механизмов радиозащитного действия фенолькых соединений предполагается взаимодействие с функциональными группами ДНК, которое может экранировать важные участки ДНК от действия радиации, или отводить избыточную энергию (Барабой, Винклер, 1970; Барабой, 1976). Как известно, изученные нами природные фенольные соединения обладают сильной антиокислительной активностью (Е--2,88-3,15). По всей вероятности, радио защитное действие Сх и ЛЭ связано в первую очередь с антиокислительной активностью и способностью легко взаимодействовать с активными радикалами и метаболитами радикального характера, образующимися при облучении растений. При этом не исключаются и другие механизмы, связанные о изменением физиолого-биохимического состояния растений к моменту облучения-. гипотезы "биохимического шока" (Бак, Александер, 1963; Бак, 1963), "эндогенного фона радиорезистентности" (Гончаренко, Кудряшов, 1980), а также концепция комплексного биохимического механизма действия радиозащитных средств, сформулированная Е.Ф.Романцевым, В.Д. Блохиной и др. (1977). Об этом свидетельствуют экспериментальные данные, приведенные в таблице 8. Известно, что в активно метаболи-зирующей растительной ткани фенолы, как правило, встречаются в виде глюкозидов.или сложных эфиров с глюкозой с низкой метаболической активностью, функциональная активность фенольных соединений осуществляется за счет свободных форм-агликонов, Нами показано, что ионизирующее излучение нарушает процесс гликозидирования, который приводит к повышению содержания свободных форм фенолов, что, возможно,

Таблица 8. Влияние сульфосоль хризофанола и лейкопфдина на содержание фенольных соединений и ЭН-групп в проростках кукурузы

Варианты Содеэжание фенольных (мг на 1 г сухой соединений ткани) ¡Количество 1 ЗН-групп ¡(ммоль на { Тг сухой ткани

аглико ны !моно- и ди-! гликозиды ! полиглико-! зиды

На 3 сутки

Контроль (вода) 0,54+0,02 0,81+0,01 3,98+0,12 5,96+0,28

Сх - 6$ 0,75+0,02 0,67+0,02 3,01+0,18 7,32+0,35

ЛЗ - 0,25$ 0,66+0.03 0,69+0,04 3,03+0,12 7,62+0,41

Вода + Г М-70 Гр 1,02 +0,04 0,69+0,02 3,57+0,66 5,20+0,13

Сх-6$ + ГМ-70 Гр 0,85+0,03 0,56+0,03 3,05+0,10 5,99+0,15 -

13-0,25$ + ГМ-70 Гр 0,89+0,02 0,59+0,05 3,43+0.12 6,01+0,10

На 7 сутки

Контроль (вода) 0,62+0,01 0,93+0,05 3,87+0,16 3,99+0,20

Сх - 6$ 0,68+0,04 0,90+0,03 4,50+0,22 4,15+0,16

ЛЗ - 0,25$ 0,660,02 0,86+0,04 4,60^0,32 4,08+0.21

Вода + ГМ-70 Гр 1,12+0,04 0,72+0,01 3,95+0,17 3,80^0,18

Сх-б$ + ГМ-70 Гр 0,80+0,05 0,86+0,02 3,90+0,18 4.22+0,12

Л3-0,25$ + ГМ-70 Гр 0.76+0,03 0,95+0,04 4,05+0,20 4,50+0,16

является причиной дополнительного усиления поражающего действия радиации (16, 41). Походя из этой концепции мы исследовали действие Сх и 13 на содержание в облученных растениях фенольных веществ. Показано, что облучение семян кукурузы в дозе 70 Гр способствует увеличению уровня фенольных агликонов в проростках кукурузы. При комбинированном хе воздействии Сх, ЛЗ и гамма-радиации уровень агликонов по сравнению с облученным вариантом ниже. Также обнаружено, что в начальный момент проращивания семян препараты сами незначительно способствуют повышению количества агликонов и снижению содержания гликозидов, то есть они вызывают изменения, ведущие к замедлению метаболических процессов в семени, или, как отмечено выше.

к снижению митотической активности меркстемной ткани корешков кукурузы. Если зто так, то последующее облучение таких семян должно повысить их радиоустойчивость, что в конечном итоге и наблюдается. Вместе с тем природные фенолы способствуют повышению содержания эндогенных сульфгидрильных соединений в контрольном и облученном вариантах опыта, что указывает на мобилизацию нативных тиоловых соединений.

Таким обрезом, радиозащитное действие природных фенольных соединений, по-видимому, осуществляется по нескольким механизмам: прямым участием в качестве "перехватчиков" радикалов в первичных радиаиионно-химических реакциях, воздействием на уровень эндогенных тиолов и путем "биохимического кока". При этом, возможно, в пострадиационный период создается более благоприятное условие для активации систем репарации.

Радиационный мутагенез является одним из перспективных методов селекции и широко применяется для увеличения генетического разнообразия и получения новых форм селектируемой культуры. Успех исследований в этой области будет зависеть ст дальнейшего совершенствования метода с целью повышения частоты и спектра полезных типов мутаций, а также разработки способов рационального использования имеющегося фонда мутантов.

Как известно, становление мутации в период от момента изменений возникающих в ДНК, до их фенотипического проявления представляет собой длительный и многоэтапный процесс, в течение которого потенциальные изменения или репарируются, или переходят в истинные мутации (Дубинин, 1979), то есть первоначально возникшая мутация, прежде чем проявиться фенотипически, должна пройти целый ряд биологических барьеров, таких, как репарация, диплонтный и гаплонтный отбор, мейоз, совместимость и избирательность оплодотворения (Володин и др., 1982). Поэтому не каждая мутация реализуется в мутантную особь и видимые фенотипические изменения составляют менее одного процента всех генетических изменений (Левонтин, 1978). Направленность формирования наследуемых изменений определяется состоянием объекта в мсмент действия радиации и условиями, благоприятствующими сохранению потомства мутировавших клеток (Батыгин, 1960). Отсюда следует, что, создавая модифицирующими факторами благоприятные условия в Мр можно влиять на процесс внутрисоматического отбора мутации и способствовать сохранению мутантных клеток и выживаемости измененных растений.

С радиационным повреждением целостности хромосом связаны не только гибель клеток, но и многие радиационные эффекты, наблюдаемые позднее на уровне ткани и организма: выживаемость, рост и развитие, стерильность и мутабильность. С элиминацией подавлявшей части нежизнеспособных клеток и гибелью растений теряется большая часть полезных мутаций различных локусов. Кроме того, в практическом от-ноаении желательно повышение выживаемости и восстановление репродуктивной функции облученных растений. С этих позиций весьма существенны результаты наших многолетних исследозани!; по радиомоди-фицирукжему действию природных фенольных соединений и синтетических регуляторов роста, которые открывают новые возможности для повыае-кия эффективности радиационного мутагенеза и подтверждают правильность физиологической концепции мутационного процесса (Лобашев, 1947) и двойственной роли защитно-восстановительных систем в радиационном мутагенезе (Питиримова, 1989).

Практическим итогом исследований явилось создание коллекции мутантных линий ячменя, включавких более 100 образцов. Среди них имеются формы с комплексом хозяйственно-полезных признаков, которые являются ценным исходным материалом для практической селекции, а многие представляют интерес как объект для теоретических исследований. Так, мутантные линии, отличающиеся от исходной формы Черниговский 5 по радиоустойчивости (М—56, М-140, М-190, М-723, М-724, М-Т274 и М-1283), могут служить обьектсм для изучения генетического контроля радиочувствительности (52). Мутанты, контрастные по длине вегетационного периода (М-391, М-310 и М-50Н), содержанию белка и по электрофоретическому спектру гордеинов (М-27, М-71, М-642, М-664 и М-724), можно использовать в физиолого-биохимических исследованиях.

Одной из причин недостаточного использования ежегодно накапливающегося фонда мутантов в селекции и биологических экспериментах нужно считать слабую изученность их генетической природы. Для практического применения особую значимость имеет изучение закономерностей наследования мутантных признаков, их коррелятивных связей, локализации генов, кодирующих ценные признаки в хромосомах. Кроме того, разработка новых генетических методов с использованием экспериментального мутагенеза, новейших методов биотехнологии и хромосомной инженерии требует всесторонних знаний по частной генетике сельскохозяйственных культур. Автор выражает кадевду, что результаты цитогенетического анализа мутантов ячменя помогут в решении практических задач использования их в селекционном процессе и генетическом анализе растений.

На основании изложенных результатов можно сделать следующие выводи:

1. Экспериментально доказано, что характер изменения активности окислительно-восстановительных ферментов - каталазы, пероксидазы

к липооксидазы после облучения семян, радиационное нарушение биохимических процессов, регулирующих уровень антиокислителей и эндогенных тиольных соединений, играют ведущую роль в определении радиочувствительности растений. Полученные данные рассматриваются в свете многофакторной гипотезы радиочувствительности и соответствуют основным положениям структурно-метаболической теории.

2. Впервые путем анализа радиационной депрессии ростовой реакции и учета количества структурных повреждений хромосом выявлена радиозащитная активность природных фенольных соединений лейкоэфдина (ЛЗ) и сульфосоль хризофанола (Сх).

Уровень радио протекторного действия фенолов зависит от их концентрации и дозы гамма-излучений. Показано, что радиозащитный эффект ЛЗ более выражен в концентрациях 0,1-1$, а Сх - в интервале от I до 6%. Наиболее эффективная защита проявляется при обработке семян кукурузы перед гамма-облучением в полулетальной и сублетальной дозах.

Разработан способ защиты растений от радиационных повреждений, включающий предрадиационную обработку семян 1-б#-ным водным раствором Ох.

3. Установлено, что предлучевая обработка семян ячменя 0,1$-ным раствором ЛЗ способствует снижению структурных повреждений хромосом в митотических клетках кореиков и мейотических клетках пыльцы в М^ и повышению частоты и спектра измененных форм в Наибольшое количество хозяйственно-полезных изменений в М2 и мутации в Мд получено в результате шестичасовой обработки семян 0,1^-ным раствором ЛЭ перед гамма-облучением в дозе 70 Гр.

4. Анализ собственных и литературных данных дает основание полагать, что радио протекторное действие ЛЭ и Сх является следствием их высокой биологической активности и обусловлено комплексным механизмом. На физико-химическом этапе лучевого поражения защита осуществляется прямым участием их в качестве "перехватчиков" радикалов в первичных радиационно-химических реакциях, а на метаболическом этапе - путем "биохимического шока" и воздействием на уровень эндогенных ТИОЛОБ.

5. Впервые изучено радиомодифицируищее действие ¿'ипоксантина и синтетических регуляторов роста Ф-I, АСА и АЕ. Установлено, что характер и уровень модификации определяются концентрацией препаратов, дозой гамма-изЛ'учений, временем пред- или пострадиационной обработки семян. Пострадиационное воздействие $-1, АСА и ГК приводит к снижению структурных нарушений хромосом. Препарат АЕ во всех испытанных концентрациях оказывает радиосснсибилизируашй эффект.

6. Показана возможность повышения эффективности падизцконного мутагенеза с помочь» регуляторов роста ростениП. Установлены оптимальные дозы гамма-радиации и концентрации ростовых веществ, благоприятствующие повышению частоты и расширению спектра индуцированных мутаций.

Сопоставление данных цитогенетических исследований с результатами полевых опытов позволяет связызать положительное радиомодифи-цируюцее действие регуляторов роста с активацией систем репарации либо созданием определенных условий, способствующих повышению их эффективности.

7. Исследовано радиомодифицирупаее действие yí-света на цитогенетический эффект гамма-излучения у ячменя. Показано, что воздействие УФ-светом до и после гамма-радиации приводит к изменению частоты индуцированных ею нарушений структуры хромосом. Защитное влияние УФ-света проявляется при дозах гамма-излучений 50 и ICO Гр, а сенсибилизирующее действие - при дозе 200 Гр.

Установлено, что с помощь» УФ-света можно снизить степень депрессии развития растений Мр вызванную ионизирующей радиацией, и повысить спектр радиационно-индуцированной изменчивости в Mg.

8. В ходе многолетних исследований разработан ряд новых методов радиационного мутагенеза, позволяющих повысить частоту хозяйственно-полезных мутаций у ячменя в 1,6-2,8 раза: а) предлучевое намачивание семян в 0,1^-ном растворе. ЛЭ в течение 6 ч с последующим гамма-облучением в дозах 50 и 70 Гр; б) пострадиационная б-часовая обработка семян регуляторами роста АСА и ГК в следующих комбинациях: ГМ-50 Гр + Ф-Т-ТСГН, Г И-50 Гр + АСА-Ю~Г^. ГМ-IOO Гр + АСА-ТО"^, ГМ-IOO Гр + ГК-10~5М и ГМ-200 Гр + ГК-ГО~3М; в) предварительное намачивание семян в течение б ч в 0,1£-ном растворе препарата АЕ с последующей радиационной обработкой в дозе 35 Гр.

9. На основе использования радиомодифицируюцих агентов создана коллекция мутантных линий ячменя сорта Черниговский 5, включающая T3I новую форму. Коллекция содержит идентифицированные геноносители,

предстазлаюггие значительный научный и практический интерес. Многие мутанты использувтся в качестве исходного материала в селекции, генетических и физиологических исследованиях в КазШИ земледелия им. В.Р.Вильямса, ВНИИ зернового хозяйства им. А.И.Бараева, Агрофизическом научно-исследовательском институте ВАСХН'АЛ и в Главном ботаническом саду АН Казахской ССР.

10. Проведены гибридологический и цитогенетический анализы на 32 кутантных линиях ячменя. Выяснены цитогенетическая природа и характер наследования мутангных признаков. Установлена локализация 5 мутантных генов в группе сцепления, что свидетельствует о создании новых маркерных линий ячменя по признакам короткоостистости, многоцветковости и двурядности колоса.

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. 3 качестве средства защиты растений от ионизирующих излучений предложено использовать предрадиационную обработку семян в водном растворе сульфосоль хризофакола (динатриевой соли 2~метил-4,5-ди-оксиантрахинон-Э,б-дисульфокислоты) в концентрации 1-6%.

2. В целях повышения частоты и спектра радиационно-индуцированных мутаций ячменя рексмевдовать использование ряда радиомодификаторов:

а) предлучевое намачивание семян в 0,1#-ном растворе лейкоэфдина в течение б ч с последующим гамма-облучением в дозах 50 и 70 Гр;

б) пострадиационная б часовая обработка семян регуляторами роста в следующих комбинациях: ГМ-50 Гр + ГМ-50 Гр + АСА-10"1^, ГМ-100 Гр + АСА-10""ГХ, ГМ-100 Гр + ГК~Ю~5М и ГМ-200 Гр + ГК-Ю~5М;

в) предварительное намачивание семян в течение б ч в 0,1$~ном растворе препарата АЕ с последующей радиационной обработкой в дозе 35 Гр. Зга рекомендация реализуется во Всесоюзном научно-исследовательском институте зернового хозяйства им. А.И.Бараева.

3. Индуцированные и идентифицированные геноносители, являющиеся источниками селекционно-ценных признаков и ряда маркерных генов предлагается использовать в генетических, биохимических, физиологических исследованиях, а также в практической селекции ячменя. Зто предложение реализуется в Агрофизическом научно-исследовательском институте ВАСХНИЛ, Казахском научно-исследовательском институте земледелия им. В.Р.Вильямса и в Главном ботаническом саду АН Казахской ССР.

6. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сейсебаев А.Т., Мальцев A.B., Бабаева М.К. Радиационная чувствительность растений. //Вестник сельскохозяйственной науки, Алма-Ата, 1968. 5. С. Г04-1Т0.

2. Бабаева М.К., Сейсебаев А.Т. Активность каталазы и цитохромо-ксидазы у растений с различной радиочувствительностью. //Доклады АН СССР, 1968. Т. 178. № 5. С. 1198-1201.

3. Кузин A.M., Сейсебаев А.Т., Бабаева М.К. Изменение активности некотооых окислительно-восстановительных ферментов в проростках кормовых бобов и клевера после гачма-облучения семян. //Йзвестия АН Казахской ССР» серия биологическая, 1968. 4. С. 69-74.

4. Сейсебаев А.Т., Мальцев A.B. Сравнительная радиочузстзительность семян кормовых бобов и клевера. /./Известия АН Казахской ССР, серия биологическая, 1969. № 3. С. 78-62.

5. Сейсебаев А.Т., Бабаева М.К. Изменение активности некоторых окислительно-восстановительных ферментов э растениях с различной радиочувствительностью. //Радиобиология, 1969. Т. 9. К 2.

С. 257-261.

6. Сейсебаев А.Т., Бабаева М.К. Влияние гамма-облучения семян на содержание нуклеиновых кислот и рибонуклеаэной активности

v. faba и т. pxatense. //Зестник сельскохозяйственной науки, Алма-Ата, 1969. № 7. С. 90-93.

7. Сейсебаев А.Т., Мальцев A.B. Влияние гамма-облучения семян на изменение уровня сульфгидрильных групп в проростках кормовых бо'бов и клевера. //Вопросы тканевой радиочувствительности. Алма-Ата: Наука Казахской ССР, 1969. С. 90-9Г.

8. Кузин A.M., Мальцев A.B., Сейсебаев А.Т. Влияние ионизирующей радиации на содержание- гистонов и ДНК в ядрах растительных клеток. //Радиобиология. 1970. Т. 10. № I. С. 103-105.

9. Бабаева М.К., Абдурахманов A.A., Сейсебаев А.Т. Некоторые биохимические основы различной радиочувствительности растений. //Материалы второй конференции молодых ученых АН КазССР. Алма-Ата, 1970. С. 424-425.

10. Сейсебаев А.Г., Газиев А.И. Антиокислительная активность у растений с различной радиочувствительностыз. //Материалы научной конференции молодых биологов г.Алма-Аты. Алма-Ата, Т970. С. 175.

11. Сейсебаев A.T., Газиев А.И., Лапе О.Н., Хаваев A.A., Бабаева U.K. Влияние гамма-облучения семян на изменение антирадикальной активности в проростках V.faba и Г.pratense. //Вопросы тканевой радиочувствительности, Алма-Ата: Наука КазССР, 1970. G. 59-64.

12. Сейсебаев А.Т., Бабаева 14.Н. Изменение содержания нуклеиновых кислот, белка и активности РНК-азы у растений с различной радиочувствительностью. //Вопросы тканевой радиочувствительности, Алма-Ата: Наука КазССР, 1970. С. 54-58.

ГЗ. Мальцев A.B., Сейсебаев А.Т. Кинетика изменения содержания ДНК и гистона в ядрах клеток V. faba и f. pratense под влиянием гамма-облучения семян. //Действие ионизирующей радиации на белки и нуклеиновые кислоты. Молекулярные механизмы защиты. Труды Всес. симпозиума, Киев, 4-8 ивля 1968. Киев: Наукова думка, 1970. С. 46-49.

14. Бабаева М.К., Абдурахманов A.A., Сейсебаев А.Т. Влияние гамма-облучения семян на изменение активности аокорбиноксидазы и липоогсеидазы в проростках кормовых бобов и клевера. //Материалы научной конференции молодых ученых г .Алма-Аты. Алма-Ата, 1972. С. 402-403.

15. Алибекова К.А., Абдурахманов A.A., Сейсебаев А.Т. Влияние гамма-радиации на фенольный обмен проростков гречихи. //Материалы научной конференции молодых ученых г.Алма-Аты. Алма-Ата, 1972. С. 401-402.

16. Абдурахманов A.A., Бердина М.А., Сейсебаев А.Т. Гликозидкрова-ние эндо- и экзогенных фенолов гамма-облученными проростками растений. //Тез. докл. Всес. конференции по использованию радиационной техники в сельском хозяйстве. Кишинев: Штиинца, 1972. Т. I. С. 46-47.

17. Байбекова Т.К., Сейсебаев А.Т., Бабаева М.К. Изучение модифицирующего эффекта различных физиологических активных соединений на рост облученных растений. //Тез. докл.'Всес. конференции по использованию радиационной техники в сельском хозяйстве. Кишинев: Втиинца, 1972. Т. I. С. 50.

18. Сейсебаев А.Т., Абдурахманов A.A., Бабаева М.К. Изменение активности дегидрогеназы цикла Кребоа в тканях растений под влиянием гамма-облученид семян. //Тез. докл. Всео. конференции по использованию радиационной техники в сельской хозяйстве. Кишинев: Шгииниа, 1972. Т. I. С. 94-95.

19. Байбекова Т.К., Сейсебаев А.Т. Изучение цитогенотического эффекта индолилуксуспой кислоты на облученнне сексна кукурузы. //Цитология и генетика. 1974. Т. 8. № 2. G. 163-153.

20. Сейсебаев А,Т., Байбекова Т.К., Битснбаела Р.Т., Чумбалов Т.К., Музычкина P.A., йуоупова Г.Е. Способ запиты растений от радиационных повреждений. Авторское свидетельство }':• 45Т26Т. Зарегистрировано в Госуд. реестре изобретений Союза СЗС7 26 июля Т.974 г.

21. Абдурахнансз A.A., Сейсебаев А.Т., Бабисия М.К., Рябикина С. Восстанавливающая способность тканей различных по радиочувствительности растений. //Радиочувствительность нормальных и опухолевых тканей. Алпа-Ата: Наука КазССР, 197'«. С. 2С0-202.

22. Абдурохнонов A.A., СсЯсебаея А.Т., Алиб^кова К.Д. действие ионизируют« излучений на кндуъированний синтез гнтоцнанов в гречихе. //Радиобиология. 1976. Т. 16, S I. С. 112-114.

23. Байбекова Т.К., Сейсебаев А.Т. Изучение родиозаиитиого действия лейкоэфдина на проростки кукурузы. //Генетические основы селекция растений. Алма-Ата: Наука КазССР, 1976. С. 130-133.

24. Сейсебаеа А.Т., Абдурахианов A.A. Активность глюкозо-б-фосфат-дегидрогеназы в проростающих семенах растений с различной ра-диочувотэительностыо. //Генетические основы селекции раотений. Алма-Ата: Наука КазССР, 1976. С. 146-14925. Ушкемпиров A.M., Сейсебаев А.Т., Байбекова Т.К. Изучение в Mj

раниомодифицирукицего действия лейкоофдина на семена ячменя и кукурузы. //Матер, симпоз. "Теоретические и практические аспекты использования ионизирующих излучений в сельском хозяйстве". Кииинев, 27-29 сентября 1976 г. Тезисы докл., Кишинев, 1976. С. 209-210.

26. Абдурахманов A.A., Сейсебаев А.Т., Бердина М.А. Фенольные агли-коны растений при действии радиации и их биологическая активность. //Матер, симпоз. "Теоретические и практические аспекты использования ионизирующих излучений в сельском хозяйстве." Кишинев, 27-29 сентября 1976 г. Тезисы докл., Кишинев, 1916. С. 170.

27. Байбекова Т.К., Сейсебаев А.Т. Действие лейкоэфдина на частоту хромосомных аберраций у кукурузы, индуцированных гамма-лучами цезия 137. //Материалы симпоз. "Теоретические и практические аспекты использования ионизирующих излучений в сельском хозяйстве." Кишинев, 27-29 сентября 1976 г. Тезисы докл., Кишнез, 1976. С. 92.

28. Сейсебаев к.'I., Бьйоекова Т.К. Цитогепетическое изучение- радио-модифицируюшего действия лейкоэфдина на семена и проростки кукурузы. //Материыш второго Советско-Индийского симпозиума по проблемам генетики и селекции культурных растений. Беку: Злм АзербССР, 197а. С. ЮГ-ЮЗ.

29. Сейсебаев А.Т. Влияние некоторых природных соединений фонсльной структуры на цитсгенетические аффекты гамма-радиации. //Всес. симпозиум "Роль и механизмы действия биологически активных соединений в гамма-об.чученном организме. Тез. докл., Пущино, 1978, С. 43.

30. Сейсебаев А.Т., Ураэалиев P.A. Радиационный мутагенез и возможности его модифицирования под действием биологически активных соединений. //Гез. докл. Республиканского совещания по проблемам генетики я селекции растений. Алма-Ата, 1979. С. 83.

31. Тлеубергекова К.А., Сейсебаев АЛ1., Байбекова Т.К., Ьердина H.A. Модифицирующее действие препарата Ф-I на цитогенеткческий эффект гамма-радиации у ячменя. //Тез. докл. Республиканского совещания по проблемам генетики и селекции растений. Алма-Ата, 1979. С. 91.

32. Сейсебаев А.Т., Байбекова Т.К. Модификация радиочувствительности растений биологически активными веществами. //Радиочувствительность и процессы восстановления у животных и растений. Тез. докл. симпоз. Ташкент, 23-26 октября 1979 г. Ташкент: SAH УзбССР, 1979. С. 233-234.

33. Сейсебаев А.Т., Заманбекова A.A., Байбекова Т.К., Какупова Ш.А. Цитогенетичеокий эффект комбинированного действия гамма-лучей

и ультрафиолетового света на семена ячменя. //Экспериментальные работы по генетике растений в Казахстане. Алма-Ата: Наука КазССР, 1981. С. II4-TI8,

34. Тлеубергеиова К.А., Сейсебаев А.Т., Какупова i.A. Изучение пострадиационного воздействия ацетиленовых производных пиперидина на семена ячменя в Mj. //Экспериментальные работы по генетике раотений в Казахстане. Алма-Ата: Наука КазССР, 1981. С. I23-T29.

35. Сейсебаев А .Т., Байбекова I .К., Тлеубергенова К.А., йсмагулова H.H., Заманбекова A.A., Жакупова Ы.А. Цитогенетическое изучение радиомодифицирующего действия препарата Ф-Т на семена ячменя.

. //Цитология и генетика, 1901. Т. 15. № 5. С. 51-55.

35. Байбекова Т.К., Сейсейаев А.Т. Действие лейкоэфдина на мутационный эффект гамма-излучений. //Первая Всес. конф. по прикладной радиобиологии. Тпз. докл., Кишинев: Штиинца, I98T. С. 59-60.

<7. Сейсебаев А.Т., Тлеубергенова К.А., Заманбекоьа A.A. Цитогенеги-ческое изучение комбинированного действия гамма-излучений и ультрафиолетового света на семена ячменя. //Первая Всес. конф. по прикладной радиобиологии. Тез.докл., Кишинев: й'тиинца, 1981. С. 88.

38. Сейсебаев А.Г., Абдрахманов O.K., Тлеубергенова К.А., Жакупова И.А. Изучение последействия радиоиодифицируюдего эффекта препарата на изменчивость ячменя э Mg и Ну //Цитология и генетика, 1982. Г. 16. № Г. С. 41-45.

59. Бердина И.А., Сейсебаез А.Т., Байбекова Т.К. Радиомодифицирующий эффект лейкоэфдина при действии в различных стадиях клеточного цикла. //Известия АН КазССР, серия биологическая, 1983. В 6. С. 7-9.

!Ю. Бердина H.A., Сейсебаев А.Т., Байбекова Т.К. Изучение предрадиа-ционного воздействия лейкоэфдина на кинетику клеточного деления корневой меристемы ячменя. //Вестник АН КазССР, IS83. К S. С. 46-49.

4Т. Сейсебаев А.Т., Абдурахманов A.A. йенольные агликоны при действии радиации и их роль в радиационном поражении. //Йнф. бюл. АН СССР ^ по проблемам радиобиологии. М. 1984. Вып. 29. С. 45-46.

42. Сейсебаез А.Г. Радиочувствительность растения (модификация и мутационная изменчивость). Алма-Ата: Наука КазССР, 1986. 208 с.

43. Сейсебаев А.Т. Некоторые пути повышения эффективности радиационного мутагенеза растений. //Радиационная генетика - селекции. Материалы I Всес. координационного совещания. II-I3 парта 1986 г. М. 1986. С. 83.

44. Сейсебаев А .Т., Исмагулова Н.К., Бердина (i.A., Байбекова Т.К.,

. Айтенова Ш.С. Модификация цитогенетического эффекта гамма-излучений воздействием препарата АСА: Влияние препарата АСА на частоту и спектр хромосомных аберраций, индуцированных гамма-излучением цезия 137. //Цитология и генетика. 1986. Т. 20. й Э. (Рукопись деп. в ВИНИТИ П.02. 1986 г. » 945-В86).

45. Сейсебаев А.Т., Исмагулова Н.К., Байбекова Т.К., Айтенова Ш.С. Модификация цитогенетического эффекта гамма-излучений воздействием препарата АСА: Изучение пост- и предрадиациоиного действия АСА в Hj. //Цитология и генетика. 1986. Т. 20. № 3. (Рукопись деп. в ВИНИТИ 16.04. 1986 г. № 2754-В86).

46. Бердина М.А., Сейсебаев А.Т., Заманбекова A.A. Радиомодифицирующий эффект гипоксантина в зависимости от дозы гамма-радиации. //Вестник АН КазССР, 1986. № 7. С. 74-76.

47. Сейсебаев А.Т. Действие регуляторов роста но мутационный эффект гамма-излучений. //Генетика и селекция растений и микроорганизмов. Материэаы республиканской конференции Каз ВОГИС. Алма-Ата: Наука Каз ССР, 1986. С. IOO-IOI.

48. Берлина H.A., Сейсебаев А.Т., Заманбекова A.A. Радиомодифицирую-щий эффект рипоксантина в зависимости от его концентрации. //Известия АН КазССР, серия биологическая, 1987. I. С. 7-9.

49. Сейсебаев А.Т. Модификация радиочувствительности и мутационной изменчивости растений. //5 съезд Всес. общества генетиков и селекционеров им. Н.И-Вавилова. М. 24-28 ноября 1987. Тезисы докл. И. 1987. Т. 4. Ч. 2. С. 152-153.

50. Сейсебаев А.Т. Модификация радиочувствительности и мутационной изменчивости растений. //$изиолого-генетические основы повышения устойчивости и продуктивности сельскохозяйственных растений. Алма-Ата: Наука Каз ССР, 1988. С. 15.

51. Сейсебаев А.Т. Исследование роли модифицирующих факторов в радиационном мутагенезе растений. //I Воес. радиобиологический съезд. Москва, 21-27 августа 1989 г. Тезисы докл. Пущино, 1989. Т. 2. С. 307-308.

52. Бердина (i.A., Сейсебаев А.Т., Заманбекова A.A. Радиочувствительность гамма-индуцированных мутантов ячменя сорта Черниговский 5. //I Всес. радиобиологический съезд. Москва, 21-27 августа 1989 г Тезисы докл. Пуиино, 1989. Т. 2. С. 269.

53. Сейсебаев А.Т., Байтасов К.Б., Абенова Б.А. О наследовании количественных признаков у гибридов ячменя первого поколения. //Известия АН Казахской ССР, серия биологическая, 1989. № 5. С. 14-18.

54. Сейсебаев А.Т., Бердина H.A., Байбекова Т.К., Исмагулова Н.К. Характер наследования отдельных мугантных признаков у ячменя. //Генетика, 1989. Т. 25. № 12. С. 2259-2262.

55. Сейсебаев А.Т., Рахимбаев Б.С. Цитогенетическое изучение радиа-ционно-индуцироваьных мутантов ячменя. //Третья Всео. конф. по сельскохозяйственной радиологии. Тезисы докл. Т. 2. Обнинск, 1990. С. 94-95.

56. Бердина М.А., Сейсебаев А.Т. Действие препарата АЕ на мутационный эффект J--излучений. //Третья Всес. конф. по сельскохозяйственной радиологии. Тезисы докл. Т. 2. Обнинск, 1990. С. 85-86.

57. Сейсебаев А.Т., Бердина И.А., Бозбаева Б.А. Использование радиационных мутантов в генетических исследованиях и селекции ячменя.

4P

.//Генетика и селекция растений. Тезисы докл. 1. 2. Ташкент, 1990. С. Г37-139.

58. Сейсебаев А.Т., Исмагулова Н.К., Нургалиева 3.1. Изучение генетической природы разностебельных и многорядных мутантов ячменя, //Генетика и селекция растений. Тегисы докл. Т. 2. Ташкент,

Г990. С. 139-110.

59. Сейсебаев А.Т., Бердина М.А., Исмагулова Н.К., Бозбаева Б.А. Изучение генетических особенностей радиационно-индуцированных мутантов ячменя. //Проблемы теоретической и прикладной генетики в Казахстане. Материалы Республиканской конференции. Алма-Ата, 18-22 ноября 1990 г. Алма-Ата: Рылым, 1990. С. РО-91.

60. Сейсебаев А.Т., Исмагулова Н.К., Смирнов Ю.А. Генетический анализ радиационно-индуцированных мутантов ячменя. //Известия АН КазССР, серия биологическая. 1991. К 4. С. 31-35.

Подписано у. печет;: 0.11.91 г. Злк. 1095 ТдрЛСО сг.з.

0тг:з':отсно на ротапряпте

КоЕлафорг.' ГАПН. г.Адаа-Лта,пр.Лен;ша,38.