Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Мутабильность разных генотипов озимого ячменя под влиянием этиленимина

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Мутабильность разных генотипов озимого ячменя под влиянием этиленимина"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ АРНЕНИЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

На правах рукописи

МОВСИСЯН ГЕНИК КОРАЙРОБИЧ

• Щ 633.16:575.24

МУТАБИЛЬКОСТЬ РАЗНЫХ ГЕНОТИПОВ ОЗИМОГО ЯЧМЕНЯ ПОД ВЛИЯНИЕ)! ЭТИЛЕНШНА

06.01.05 - селекция и сеиввоводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Эчкяадзан - 1992

4U8uusinn» i.iitiriwfcs<№wu\j HsnK'i.us'ustunht-eii'u ы^Ш'^ппмкип» ur4i ичпг&пм*в1л члзиияихлзилиъ Miisnsnns

¿lliriuiq^fi Я(иГш\< <цм»

uii^utiUSini <ti¡Wt ъпгазгь

исъиъшшъ sui'pur sL'unsbst.i'ji йдазаямп^алми,. смамтшм шг*>ь-впмввиЧ| litigo

06.01.Ou -ubibl^glia II иЦиГЪврги.biuj»jni Ъ

Il 4. s n IV fc » Í5 i' и S Ц(Л/ишрш1шЦш1< 4hu>ni.|j¡jm.Vbblit< (иЬ^ЪшЬга \t ц^шшЦшХ/ шиш^йиЛ! íujyb^nL

Диссертационная работа выполнена в лаборатории селекции научно-исследовательскрго института аеыледелия в 1989-1991 гг.

Научнгй руководитель - доктор биологических наук,

профессор

Р. С. БАБАЯН

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

С. П. СЕМЕРД1ЯН кандидат биологических наук А. М. ГАСПАРЯН

Ведущая организация - Армянский сельскохозяйственный институт

Зарта диссертации состоится " о1992 г.

в часов на заседании специализированного совета К 122.18.01

в научно-исследовательской институте земледелия.

Адрес: 378310, Республика Армения, г. Эчмиадзин, НИИ земледелия.

Автореферат разослан '¿¿^__г.

Учснь::: секретарь сг!;;:;!:пл:-.:щрованного совета, кандид-эт сельскохозяйственных

наук // Т. Т. АВАКЯН

• 'Г' МО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность,работы. Ячмень главная зернофуражная культура во многих регионах мира, в той числе в Армении. С точки зрения высокой продуктивности более перспективным является озимый ячмень. в областях, где возможно возделывание озимого ячменя, а к таковым относятся низменные и предгорные районы Республики Армения, районы с мягкими 8имами, получается в среднем на 10-20 ц/га урожая больше, чем от ярового. Следовательно, выведение и внедрение в производство новых сортов озиыо'го ячменя - один из основных путей повышения урожайности этой культуры.

Метод экспериментального мутагенеза в настоящее время занимает достойное место среди других методов селекции, используемых для создания новых, высокопродуктивных сортов. Одновременно многие вопросы теории и практики экспериментального мутагенеза, в частности мутационной селекции ячменя, нуждаются в дальнейших исследованиях, углублении и уточнении.

Экспериментальный мутагенез является важным направлением также в области исследований генетических закономерностей растений. Вкесте с тем он является одной из фундаментальных проблем биологии. Изучение закономерностей мутационного процесса представляет интерес не только с генетической -теоретической, но и с прикладной -селекционной точки зрения.

К настоящему времени во всем мире возделывается более 600 сортов продовольственных и столько же сортов декоративных и др. культур, полученных с помощью искусственного мутагенеза. Но значение этого метода для селекции определяется не только количеством выведенных сортов. С его помощью удалось решить ряд практических и теоретических задач селекции растений, которые другими методами либо не поддавались решению, либо решались с трудом. Создание исходного материала для селекции озимого ячменя с использованием широкоизвестного химического мутагена этилениыина (Ш) важная задача практической селекции. Изучение критериев доза-эффект и время-эффект этого агента на разные генотипы озимого ячменя по параметрам роста, развития и мутационной изменчивости растений тоже представляет существенный интерес как с теоретической, так и с практической точек зрения.

- -

Генетическая специфичность, наблюдаемая при изучении, нутационных изменений, как в качественном, так и в количественном отношениях к настоящему времени достаточно четко установленное явление. Однако реакция различных генотипов сортов и гибридов ячменя на воздействие ЭИ изучена недостаточно. Почти нет данных о совместном или комбинированной влиянии на озимый ячмень ЭИ и пара--аминобензойной кислоты (ПАБК), модифицирующие свойства которой обнаружены недавно. Исходя из изложенных выше соображений была сформулирована тема исследований, результаты которых обобщены в диссертационной работе.

Основная цель проведенных экспериментальных исследований состояла в изучении действия высокоэффективного химического мутагена Эй на сорта и линии озимого ячменя различного происхождения, индуцирование и выделение мутантных форм, представляющих селекционный интерес. С целью выяснения ряда вопросов этой обширной проблемы были поставлены и более или менее успешно решены следующие задачи:

- уточнение некоторых вопросов доза-эффект и время-эффект при использовании ЭИ по физиологическим параметрам повреждаемости;

- изучение физиологической реакции подопытных генотипов к действию Эй;

- выяснение степени и характера генетической изменчивости разных генотипов под влиянием ЭИ по частоте хлорофилльных и морфо-физиологических мутаций;

- сравнительное изучение физиологической и генетической резио-тентности генотипов ячменя к действию ЭИ;

- изучение модифицирующего действия ПАБК на физиологические . и генетические эффекты ЭИ;

- выделение, изучение и предварительная селекционная оценка индуцированных мутантных форм.

Научнап_новизна. В результате проведенных экспериментальных и следований установлены ряд фактов и закономерностей, носящих характер научно:! новизны. Так, показано, что реакция разных генотипов озимого ячменя на угнетающее действие ЭИ неодинаковая. У большинства генотипов начальный рост проростков угнетается уже с дози 0,015/", при более низких концентрациях возникает заметный стиму-лнционнш! эффект, степень которого у разных генотипов тоже неоди-

*

наковая. На начальный рост проростков угнетающе действует также насыщенный водный раствор ПАЕК, Модифицирующее действие этого соединения существенно зависит от времени его применения (т.е. до или после обработки семян растворами ЭИ). Задержка роста стеблей растений разных порядков под влиянием ЭИ различная. Больше всего угнетаются стебли боковых побегов (низких порядков). Почти по всей параметрам физиологического и генетического действия ЭИ наблюдается четкзя генотипзависимость.

ПЕ§ктическап_ценность_иссл§50Б8ний. Установлены наиболее эффективные дозы (концентрации) ЭИ &пя индуцирования мутаций, в том числе представляющих селекционную ценность. Показана целесообразность совместного использования ЭИ и ПАБК для (фтационной селекции озимого ячменя. При этом возникает большое разнообразие му-тантных форм. Выделены мутанты, представляющие селекционный интерес. Они включены в селекционный процесс в группе селекции озимого ячменя лаборатории селекции НЙИ земледелия Республики Армения.

Апробация_работы. Материалы диссертационной работы доложены на семинарах отдела селекции и генетики, изложены в виде отчетов.

Публикащя_реэультатов_и£следовани£. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в республиканской научной периодике и в сборниках научных работ в виде 3 статей.

2бъем_£§боты. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и практических рекомендаций. Общий объем составляет 114 страниц машинописи, включая 21 таблицу и 10 рисунков. Список литературы включает 22? наименований, в том числе 79 иностранных авторов.

Материал и методика

Опыты проводились с разными по происхождению генотипами озимого ячмбня. Это сорта Радикал, Комполети ранний, Циклон, Арара-ти-7, Утик, мутант М-160 (М2-5-52), двухпленчатая мутантная форма М-А, полученная из сорта Арарати-7, гибридная линия Ногв1*ит (рмбшемпх мАЛге > 'а такке полиплоидная гибридная линяя

. Воздушно-сухие семена (влажность 12-14%) указанных генотипов подверглись обработке ЭИ в концентрациях 0,005-0,05% при лабораторных и 0,02% - полевых опытах. Продолжительность обработки составляла 6-24ч (в полевых - 18ч).

Место проведения полевых опытов Мерцаванская,зональная станция АрмНИИ земледелия.

- б -

В каждом варианте обрабатывалось ло 1000 семян для полевых и по 50-100 секян для лабораторных опытов. Семена высевались вручную, рядками, с густотой 5x20 см. Растения за период вегетации поливались 2-3 раза. В первом мутационном поколении (М^) проводились учеты тарфозов, химерных растений, прохождение фенофаз растениями и т.д.

ъо втором мутационном поколении (1^) посев проводился по семьям (колосьям) и растениям преимущественно необмолоченными ко-, лосьяыи с густотой 20x20 см (колосья) или 5x20 см (семена). С каждого варианта М^ высевались до 500 семей (колосьев). После про-ростания проводились учеты пигментных мутаций в фаае первого листа и в течение вегетации по классификации Хензеля ( Напее£ ,1960). Кроме того, в проводились фенологические наблюдения, учет и выделение мутантов. Проводился также учет морфо-фиапологических мутаций в течение вегетации, в основной по морфологии колоса и целого растения и по продолжительности прохождения фаз развития. 1

После уборки проводились лабораторные анализы ботанико-морфо-логических особенностей, а такие ряда элементов структуры урожая: высоты растений, кустистости (общей и продуктивной), длины колоса, числа члеников, числа зерен в колосе, массы зерен одного колоса и массы 1000 зерен.

В лабораторных опытах изучалось влияние разных концентраций и продолжительности обработки ЭИ на всхожесть семян и начальный рост растений. С этой целью семена проращивались в рулонах из полиэтиленовой пленки и фильтровальной бумаги (Бабаян, 1981). Рулоны ставились в стаканы с водой при комнатной температуре и освещенности. Длина первого листа, колеоптиля и наиболее длинного кореака измерялась на 8-ые сутки проращивания.

Результаты учетов и измерений обрабатывались стандартными биометрическими методами (Урбах, 1964; Доспехов, 1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Действие ЭИ на первое поколение

В исследованиях по мутагенезу, в частности в мутационной селекции, важное значение имеет выяснение не только генетического, но и физиологического дейстзия мутагенов. С этой точки зрения начальный рост является одним из важных показателей реакций расте-

ний разных генотипов на мутагенные воздействия.

Результаты опытов, проведенных в этом направлении, показывают, что Ш оказывает значительное влияние на начальный рост ози-х ного.ячменя. Плд влиянием 0,02% раствора ЗИ при экспозиции обработки 18 ч как общая закономерность наблюдается существенное подавление ростовых процессов у всех генотипов (табл. I).

Из органов проростков самыми резистентными оказались колеоп-тили, а более чувствительными - корешки. Из этих данных следует также, что под влиянием ЭИ указанной концентрации и экспозиции существенно снижается про роста емояь семян.

При постоянной 18-часовой экспозиции обработки увеличение концентрации Ш, как и следовало ожидать, усиливает повреждающий эффект, что выражается в снижении проростаемости семян от 84,0 до 64,0$. Достоверное угнетающее действие Эй наблюдается уже с концентрации 0,015$. При этом существенно угнетаютсн ростовые процессы почти у всех частей проростков.

Примерно такая же картина наблюдается при изменении экспозиции обработки с постоянной концентрацией раствора 0,02%. При низких концентрациях (0,005 и 0,01%) и непродолжительных экспозициях обработки (бч) наблюдается заметный стимуляционный эффект ЭИ на ростовые процессы. В частности, зафиксировано повышение длины ростка и частично колеоптиля. Для ростка он составляет 9,83 и 4,29%, а для колеоптиля - 6,05% концентрации. При экспозиции в 6 ч превышение длины ростка по сравнению с контролем составило 7,37%, а длина колеоптиля была на уровне контроля.

Проводились опыты также для изучения влияния сравнительно нового модификатора действия мутагенных агентов витамина Hj или пара-анинобензойной кислоты (ПАБК) при ее пред- и постмутагенном применении.

Полученные данные определенно свидетельствуют о закетноы модифицирующем действии ПАБК на физиологический эффект ЭИ (табл.2). Выяснилось, что проростаемость семян зависит не только от зкспо-.аиции обработки, но и от последовательности воздействия этих агентов. При сочетании Ш 9ч+ПАБК 9ч и особенно ЭИ 18ч+ПАБК 18ч проростаемость обработанных семян всегда ниже (для сорта Арарати--7 соответственно 90,00 и 14,00%), чем при обратных сочетаниях -ПАБК 94+ЭИ 9ч, и ПАБК Х8ч+ЭИ18ч- (соответственно 91,84 л 68,00%).

влияние 0,02$ ЭИ на лэчольный рост озимого ячменя (экспоз.. у.р. обработки - 18ч)

Пророс- Длина ростка

длина колеоптиля

Генотип

1. А^зрати-7 контроль (вода)

2. А^арати-7

3. Утик-контроль

таемость

ч

74,26

72,67

80,00 69,33

Длина корешка

4.Утик-5И

5. Н .^Г&ЛлпГщ* кИ-У^г

контроль 87,13

6»

ЭИ 83,33

7. М-160 -контроль 59,11

8. И-160-ЭИ 47,97

си г Си си %

10,94*0,43 100,00 4,08*0,09 100,00 15,62*0,40 100,00

6,49*0,40 59,32 2,92*0,10 71,57 4,64*0,30 29,70

13,31*0,34 100,00 4,21*0,35 100,00 14,00*0,35 100,00

6,56*0,26 49,29 2,88*0,05 68,41 3,49*0,25 24,93

12,10*0,25 100,00 4,25*0,06 100,00 17,70*0,26 100,00

10,80*0,28 89,26 3,88*0,10 91,29 8,77*0,34' 49,55

10,70*0,37 100,00 3,90*0,06 100,00 12,13*0,42 100,00

7,94*0,43 74,20 3,5^*0,07 90,77 4,49*0,26 37,02

I

сс I

Таблица 2

Влияние Ш 0,02% и ПАБК 0,3$ на начальный рост озимого ячменя (сорт Арарати-7)

Пророс- Длина ростка Длина колеоптиля Длина корешка

№ Вариант таемость, --------- % см % см см %

I. Контроль (вода) 93,88 12,00*0,32 100,00 3,70*0,07 100,00 16,62*0,53 - 100,00

2. ЭИ 9ч 90,00 12,26*0,29 102,17 4,00*0,06 108,II 16,53*0,31 99,46

3. ПАБК 9ч 88,00 11,53-0,50 96,08 4,03*0,11 108,99 15,71*0,58 94,52

4. Ей 18ч 98,00 12,18-0,30 101,50 3,80*0,06 102,70 16,43*0,40 98,86

5. ПАБК 18ч 64,00 9,64*0,59 80,33 3,41*0,12 92,16 12,40*0,79 74,61

б. ЭИ 9ч+ ПАБК 9ч 90,00 9,71*0,47 80,92 3,53*0,10 95,41 12,46*0,60 74,97

7. ПАБК 9ч+ ЭИ 9ч 91,84 II, 42*0, 39 95,17 3,74*0,07 101,08 16,00*0,43 96,27

8. ЗИ 18ч+ ПАБК 18ч 14,00 7,71*0,78 64,25 2,70*0,21 72,97 8,84*0,75 53,19

9. ПАБК 18ч+ ЭИ 18ч, 68,00 10,48-0,35 87,33 3,48*0,07 94,05 14,11*0,66 84,90

Интересен анализ результатов, касаюидейся угнетающего действия ПАБК и ЭИ на разные органы проростков. При обработке 1АБК угнетающий эффект на органы проростков выражался сильнее, чем при обработке только Эй (при одной и той же экспозиции).

Во всех случаях предмутагенная обработка ПАБК оказывает защитное действие, а постмутагвнная обработка, наоборот, увеличивает степень повреждаемости, усиливает эффективность ЭИ в этом отношении. Это можно объяснить тем, что ПАБК, реагируя уже с поврежденными генетическими структурами, понижает активность репара-тивной системы.

Необходимо отметить, что имеются многие невыясненные вопросы, связанные с модифицирующим действием ПАБК при применении и в пряди постмутагенной обработке семян. В наших опытах по изучению начального роста определенный интерес представляет явление зависимости реакций как от генотипов, так и от используемого агента, его концентрации и экспозиции обработки. Нам представляется, что вопросы генетического и модифицирующего действия ПАБК нуждаются в дальнейших более детальных исследованиях.

Одним из эффектов мутагенных воздействий ка ячмень является возникновение пестролистности или химерности в М^. Яри этом появляются пестролистные растения, у которых имеются хлорофилл-недостаточные сегменты в листьях, реже стеблях и колосьях. В наших опытах частота химерности, вызываемая ЭИ, у разных генотипов не одинакова к колеблется в пределах 0,3-2,68% (табл. 3). В этом отношении, самая большая частота появления химерных растений зарегистрирована у сорта Радикал, а минимальная - у сорта Арарати-7. Остальные генотипы ранимают промежуточное положение. Генотипзави-симость появления химерных по хлорофилльной недостаточности рас-, тений в свидетельствует о сложном характере возникновения этого явления и необходимости дальнейших более детальных исследовэ-

ОпрсделенныР интерес представляет изучение влияния ЭИ на прип-гп!"! и плеугнтн продуктивности растений (табл. 5). Обработка 1-',', влияние как на выживаемость растений, так и на не-

хо?о: :-ле..' нти роста и продуктивности, в частности на высоту рас? длин:,' колоса, число колосков, число зерен с колоса, масс;.' ;:ирен с колоса и 1000 зерен. ЭИ в большинстве случаев приводит к угнетению всех показателей роста и продуктивности рзсте-

Таблица 3

Частота химерных растений в ^ (Ш 0,02%, 18 ч)

^е-ЙЖя спектр химерности,

К; Генотип ний, ------

шт

шт

аМьт Ка**Ь* НСКРОЗ

I.Радикал ' 820 22 2,68 13,64 22,73 ¿<- ,73 40,90

2.Комполети

ранний 814 АЬ 2,21 5,55 27,78 16,67 50,00

3.с343хй.

£Р«пЫп*ит 744 9 1,21 - 55,56* 11,11 33,33

4.Арарати-7 644 2 0,30 - - 100,00

5.Утик 704 7 0,99 - 28,57 14,29 57,14

6. Н. ¡рС(Нал*"тХ

Н-уиСусчг 704 8 1,14 12,50 . 25,00 25,00 37,50

7.М-160 721 5 0,69 - 60,00 20,00 10,00

ний. Различные признаки растений угнетаются в различной степени. Например, высота растений у обработанных вариантов составляет 60-80% от контроля, кустистость в среднем 60-807-, а иногда наблюдается сгимуляционный эффект.

/ Наиболее устой'Швым является число колосков в колосе, отклонение которого от контроля, например у сорта Комполети ранний составляет 77,07, у сорта же Циклон - 83,05% и т.д.

Интересно также изучение вышеуказанных показателей у колосьев разного порядка у растений Мр При учете этого показателя данные главного колоса сравнивали с колосьями остальных порядков. Как следует из анализа полученных результатов, достаточно четко наблюдается такая закономерность: у растений М-^в минимальной степени угнетены колосья первого порядка, в большей степени -колосья второго порядка, затем третьего и т.д.

Как уже отмечалось, проводились также опыты с ПАБК. При этом ЭИ использовался в 0,02$ концентрации, а ПАБК - 0,3/* (насыщенный раствор). Доказано, что ПАБК существенно модифицирует действие ЭИ в М^, причем модифицирующее действие этого соединения зависит от времени его применения (пред- или постмутагенное).

¿кклзаеыостъ и рост растений в Ы-^ и<> 0,С2~, экспозиция обработки 18ч)

¿к«»: эй- йксота растений, Кустистость

К-. Дзризнгы ' _____общая______________продуктивная___

_________________________________________________________%_________51_____"____2___

1. Кочлолег;; рзнниН-

контроль . ,

(К) 65,2С 76,61-1,11 1СС.00 7,72-0,71 100,00 3,5Ь*С,37 100,00

2. Коиполети . . .

ранний-^ 20,60 46,88-1,55 61,19 6,52*0,89 84,46 3,36*0,56 94,38

3. Циклон-К 50,40 59,21*1,28 100,00 5,76*0,67 100,00 2,32*0,24 100,00

4. Циклон-^ 22,00 42,64*1,24 72,02 7,84*0,67 136,11 2,92*0,28 125,86

со I

Таблица 5

Элементы продуктивности ячыеня в М^ (ЭК 0,02%, 18ч)

К? Варианты Ч::сло колосков Число зерен в колосе Масса зерен с колоса Масса 1000

ит % ит Ъ г % г

I. Комполети

ранниК Контроль (К) 12,08*0,40 100,00 27,69*1,01 100,00 1,24*0,05 100,00 44,73

2. Комполети ранний М^ 9,31*0,51 77,07 15,07*1,39 54,42 0,75*0,^8 60,48 50,00

3. Циклои-К 14,04*0,48 100,00 33,88*1,50 100,00 1,45*0,07 100,00 42,73

4. Циклон-!^ 11,66*0,52 83,05 21,04*1,63 62,10 0,80*0,08 55,17 38,13

5. С-ЛЗхН. $г>*1»' Итвит-К 11,13*0,36 100,00 19,00*1,13 100,00 1,09*0,07 100,00 57,58

г о. Сз^ЗхН,»*•»»• мясшм- П^ 11,87*0,65 106,65 18,63*1,86 98,05 0,95*0,12 87,16 51,07

?. Арарати-7-К 13,53*0,37 100,00 30,76*1,11 100,00 1,09*0,05 100,00 35,31

8. Арарати-7-М1 11,08*0,43 £1,89 21,08*1,37 68,53 0,73*0,06 66,97 34,71

iiTopoe мутационное поколение

Лро;ю;;;;лсн ряд опытов по изучению дисперсии параметров начального роста растений озимого ячменя во втором мутационном поколении (;.!2). ii лабораторных опытах семена проращивались по методике, предложенной Бабаяном (Бабаян, 1981). Полученные из некоторых опытов данные обобщены в таблице 6. Здесь налицо достаточно четкая закономерность - повышение коэффициента вариации и средне-квадратического отклонения во втором поколении обработанных ва-р:антов, что и говорит о повышении генотипической неоднородности. Различие дисперсии более ощутимо в отношении роста корешков.

Исходя из данных наших исследований и данных литературы можно заключить, что о степени вызванной мутагенами генетической изменчивости можно составить определенное представление в разных этапах развития растений, но, разумеется, эти данные не могут дать более или менее полное представление о степени мутационной изменчивости разных генотипов ячменя. Они в основном имеют предварительный, ориентировочный характер и могут дать самое общее представление об изменчивости генетических структур, ответственных за ростовые процессы.

Изучая вопрос о мутабильности озимого ячменя по мутациям хлорофилл ьной недостаточности установлено, что у подопытных генотипов возникают почти все основные типы хлорофилльных мутаций [affina , xantt» , .'</.'* и другие). Результаты этих опытов свидетельствуют также о тон, что частота вызванных ЭИ пигментных нутаций у испытуемых генотипов яиыеня колеблется в достаточно аироких пределах - 4,02 - 15,78£ (табл. 7).

Полученные данные свидетельствуют еще об одном интересной не только с генетической, но и практической, селекционной точки эре-н::ь двоении - зависимости частоты и спектра мутаций от генотипа. i i¡juí:x оштах наиболее цутэбилышин по данному критерию оказались сорта Арарзтк-7 (15,78/j) и Утик (14,20%), а наименее мута-бильной - лилия I.Í-A, (двухпленчатан линия, полученная из сорта Арарати-7(4,02%).

Существенный интерес представляют данные о спектре индуцированных по хлоро^илльной недостаточности мутаций (табл. 8). Из возникши с вьсокоц частотой типов хлоро&илльних мутаций наиболее разнообразным оказался общий тип affina , который проявляется в ^ор;,:е affinm (основной), a/f* —x<*nth* и a-fio —■vt'j¿o/>s ,

Таблица б

Дисперсия начального роста в М2, обработанных ЭИ (0,02%, 18ч) и контрольных растения яч:.:еня (сорт Арарати-7)

Контроль ЭИ

Показатели

ростки колеоптили

ростки колеоптили корешки

Средняя длина, с.*.г

Сродно— квэдрат;:-ческое сткдоке::::3

(V;

12,45*0,45

2,'»6

• л 70

-- , ' -

4,21*0,10

0,55 15,15

корепки 18,15*0,29

1,61 8,85

12,50*0,55

2,99 23,95

4,16*0,13

0,69 16,59

16,22*0,29

1,60 9,85

Частота и спектр индуцированных Ш' (0,02%, 18ч) хлорофиллышх мутаций разных

генотипов озимого ячменя в

!2 Генотип

Кол-во семей

в М; шт

2'

Частота мутаций

кол-^о му-тантних семе", шт

процент мутаций

Спектр мутаций (в процентах от общего количества)

а///«

VI

Гг/</«5

1. Радикал

2. Коуполети ранний

483

3. Циклон

4. Арарати-7

5. М-А

6. Утик

7. Н. *

Н-уи^аг* 493

8. М-160 467

495 475 450 497 493

48

41 63 71 20 70

52 55

9,94

8,28 13,26 15,78 4,02 14,20

10,55 11,78

47,92

24,39 44,44 40,85 35,00 55,71

50,00 41,82

18,75

17,07 11,12 23,94 10,00 22,86

26,92 21,82

33,33

58,54 44,44 35,21 55,00 21,43

23,08 36,36

04 I

Таблица 8

Частота и спектр пигментных мутаций у разйых генотипов в М2 (ЗИ 0,02/5, 18 час)

Генотип Общее кол-во семей С п е к т р м у шт т а ц и й

с мутациями, ИТ а //гпя аПс я«0и »|1<»>5 ХвяМс- VII. о«.,

I. Радикал 48 16 - 7 3 6 16 -

2. Кемполет ранний . 41 8 - ' 2 - 7 24 -

3. Циклон 63 21 I 6 I 6 27 I

4. Араритк- 7 71 26 I 3 14 2 21 4

5. М-А 20 5 I I I I 10 I

6. Уткк 70 34 - 5 7 9 15 -

7. Н 52 24 2 _ 8 6 12 _

е. а-:-о 55 19 * I 3 4 8 20

со многим'/ переходными проявлениями (по степени выраженности, наличие антот,иана и др.). По этим показателям у трех генотипов (Циклон, М-А и М-160) наблюдались все три основные типы мутаций а№пл , а у остальных генотипов - только две из них. Что касается типов хагПЛа и *<'1.'«/«'4 , то у них из типов ( хая1/<а, ь&пИчо — у'ч'А* и у»Ч«'«Л"$ г у«'г«'«/л —• л£/,ла и

■ ) наиболее чаще возникают и

»11 л с/ / 5

Таким образом, улжко отметить, что под влиянием л! из пигментных мутаци»! чаче всего возникают типы а и у»"т«'оЛ'л , а резке - хл.п1Аа , с их подтипами.

В экспериментальном мутагенезе определенный интерес представляет изучение соотношений ыутантных и нормальных растений в цу-тантных семьях Ы^. Это является важным показателем для выяснения числа измененных локусол и самих генов. С помощью учета мутзнт-нах и нормальных растений внутр:*. цутантных семей можно выяснить также число инициальных клеток в зародыие растений, дающих начало генегчтквныы органам.

Полученные в этом направлении результяты подтверждают существующие в литературе данные о том, что количество инициальных клеток в зародыше ячменя составляет 5-4 и больше.

В наших опытах наблюдалось еще одно интересное явление: у семи генотипов <5ыли отмечены семьи, несущие более одного типа мутации. Необходимо отметить, что данные по частоте семей с двойными мутациями пи сравнению с количеством мутантных семей и по общему количеству сеней в Ы^ одного й того же генотипа значительно расходятся. Так, если частота семей с двойными мутациями по сравнении с .числом иутантных семей выше у сортов Радикал (9,09%) и Циклон (8,6255), то по сравнению с общим количеством семей в М2 отличаются сорта Арарати-7 (1,11%) и Циклон (1,05%). У сорг-а Комполети ранний семы; с двойными мутациями не обнаружены. При сравнении частоты мутаций в с частотой двойных мутаций, наблюдается высокая корреляция между ними (коэффициент корреляции Т = 0,58). Это означает, что на фоне высокой мутабидьнрети соответственно увеличивается и частота семей, несущих боле? одного типа мутаций.

Установлено, чтг> частота и спектр нутаций зависят не только от генотипа, мутагенй, его концентрации и продолжительности об-

работки, но и от порядка появления колосьев. Л наших опытах под влиянием ЭИ у всех генотипов максимальное число хлорофилльнь'х ыу-тациГ. наблюдалось у растений, раззившихся с кслосьев первого порядка (с главных колосьев). Меньшим числом генетических изменений гтличались растения, развившиеся с колосьев второго порядка, затем третьего и т.д. Наименьшее число мутаций носили те рпсте-нуя, которые развивались из.колосьев последнего (в наших опытах пятого) порядка.

Почти у всех генотипов (кроме сорта Циклон) на долю семей из колом зв первого порядка приходится больше половины часто? всех хлорофилльных мутаций.

Прицгрьо такая же картина наблюдается и у других генотипов. Из полученных результатов легко придти к однозначному выводу о том, чте частота мутации в большой степени зависит и от порядка колосьев М^. Из этих данных следует ванное с селекционной точки зрения заключение о то«, что для получения потомства с по-зыленной степенью разнообразия необходимо 'для размножения в отс'Срать у растений колосья первого (и второго) порядка. С атой же целью следует обработанные мутагенами семена в как рекомендует Бриге и Ноулэ (Бриге, Ноул?, 1972), вьсеять гугто.

, Приведенные в таблице 9 данные показывает, что предмутьгенная обработка ПЛБК се..шн сорта Утик повысила резистентность к отношению ЭИ и снизила его мутагенни!! э^ е^т. Т<'.к, если т1 варианте 2И+ ПАБК общая мутабильностъ составляла 10,0,"!, ти п^»: прсдиутагенноЯ обработке (ПАБК+Ж) - лкеь 6,22,''. Такэ>.: :«е ;-зконоиерносфь наблюдается и по отдельным типам ыутацкй «I№па , /г«*ЗДх ,

). У сор^а ье Арарати-7 данные противоречили и картина несколько иная. Общая мутабильность здесь паз: при предиутагзшюй, так постиутагенно'/ обработке почти оушако^н - 11,50 и II, Одш со здесь предмутагеннап обработка снизили частоту мутаци;: типа л-ЙГ/яя и хля~Ич* и увеличила частоту у«"*»«Л'з

Таким обралои, постыутагеннан обработка соин:: ПАБК у одною генотипа повышен частоту ".утацкК, у другого ке, наоборот, снижает ее, т.е. постыутагеннан обработка уьелкчк^зст 1ювр^ьлиь:.уЛ5 эффект Ш, а предмутагенная обработка окозиьа^т ^уда-'тьс.мь'" защитный эффект от повреждающего генетически« аппарат деГ.ст."'".-1 мутагена. Эт.; данные предсташишт определенный интерес г. свидетельствуют о необходимости дальнейшего углубленного изучении данного

Таблица 9

Частота и спектр хлорофилльных мутаций при coEuetJTtru действии на сечега Ж и ПАБК (СИ 0.02%, 18ч., ПА5К 0,3%, 18ч).

Кол-во Частота мутаций Спектр мутаций (в'% от семей общего количества)

Вариант в М? -----------------------------------------------

- кол-во мутант- % ну- „

ных семей, шт таций хапт/а.

Арарати-7

сИ+ПАБК 450 51 11,33 5,11 2,89 3,33

ПАБК+5Ж 400 46 11,50 5,0 2,25 4,25

Угик

ЭИ+ПАБК 400 40 10,00 3,75 . 2,75 3,25

ПАБК+ЭИ 370 23 6,22 2,43 1,06 2,71

явления.

Частота и спектр морфо-физиологических мутаций

В процессе экспериментальных исследований былй обнаружены, выделены и учтены мутации, затрагивающие морфологические, физиологические и другие показатели ячменя. Мутации этой категории обычно именуются видимые или морфо-физиологические. В числе мор-фо-физиологических мутаций нами были зарегистрированы разнообразные типы изменений - некротические мутации, карликовость растений, поздноспелость, стерильность, курчавость листьев и остей и др. Генетическая природа указанных иутаций проверялась изучением соотношений мутантных и нормальных растений в мутантных семьях, а также проверкой константности в следующем поколении (М^). Из приведенных в таблице 10 данных следует, что среди испытуемых генотипов видимые морфологические мутации наиболее часто наблюдались у M-I60 (8,35>j) и H.spontantam х Н. (8,11%), реже у сорта Комполети ранний (4,24%). Среди различных типов морфо-физиологических изменений чаще всего встречаются стерильность и поздноспелость растений. Последнее место в этом ряду занимают мутанты с' курчавостью.

Таблица 10

Частота и спектр ыорфо-физиологических изменений в ^ (Эй 0,02^, 18 час) у разных генотипов ячменя

Кол-во Морфо- Спектр морфо-физиологических изменений

измене- физ.из- (в % от общего числа)

№ Генотип кий, шт менения, % некроьы поздно-спелые низкорослые стерильные спонтанно-гибридные • курчавые ости другие изменения

I. Радикал 27 5,59 14,81 25,93 3,70 25,93 7,41 • 3,70 18,52 .

2. Комполети ранний 21 4,24 19,05 9,52 19,05 33,34 - 14,28 го 4,76 Т

3. Циклон 23 4,84 43,48 4,35 4,35 i:\I3 - - 8,89

М-А 29 5,84 10,34 Ь,?0 44,83 10,34 - 3,45 24,14

5. С*43хН («1>*ми 23 4,82 26,09 8,69 17,39 21,74 - - 26,09

6. Утик 30 6,~В9 - 33,33 33,33 13,33 - 3,34 1с,67

7. И• у»фа»# 40 8,11 • 2,50 15,00 ЗОО 12,50 _ 25,00 12,50

6. М-160 39 8,35 5,13 43,59 30,77 12,62 5,13 - , г-

Обработка мутагеном вызывает также существенное пов .шенио частоты спонтанной гибридизации. Предполагается, что это в конечном счете токе является результатом мутационных нарушений в га-метогенезе и других, обусловливающих оплодотворение процессах.

Разумеется, с практической точки зрения наибольший интерес представляют те мор^о-физиологические мутанты, которых можно использовать в селекции в качестве доноров разных полезных свойств и признаков. Например, иммунные формы, формы, устойчивые к полеганию и разним стрессовым условиям и др.

Нередко такие мутанты могут быть также родоначальниками новых сортов и размножатся как таковыми.

Краткая характеристика некоторых мутантов, представляющих селекционный интерес

В результате проводимых исследований были получены многочисленные мутантные формы, являющиеся носителями того или иного ценного признака или свойства, и представляющие селекционную ценность. Некоторые мутанты могут быть использованы как удобные объекты генетических исследований.

Как было сказано выше, индуцированные нами многие мутантные формы могут быть использованы в качестве доноров селекционно-ценных признаков и свойств (крупнозерность, крупность и плотность колоса, короткостебельность и др.), а некоторые изучаться как перспективные селекционные линии.

Таблица II

Некоторые показатели роста и продуктивности селекцг.оняо-ценных мутантов

¿ысота Дл;.на ко-Сорт, мутант Рэстеы-.й, лоса, с:.'

Число Число зе- Масса зе- Плотность колосков, реп с ко- рен с ко- колоса l;t лосз, шт ло^а, г

Комполетп т ранш:Р.-исходная íopaa

М2б-80

Ш'.клон-2. исходная

M2s-s

i¿n«im —

% 9-61 Ту25

Лгг: п"лт::-7

76,6*1,I 75,7*2,5

59,2*1,3 78/41.4

57,7*0,9 89,4*3,3 76,4*2,0

"±Л о • - » ' . »-

5,1*0,1 5,9*0,3

4,0*0,1 5,7*0,1

5,7*0,2 6,9*0,6 8,3*0,3

5,2±С,1 7,4*0,^

12,1*0,4 ¿7,7*1,0

12,5*1,2 12,2*1,8

14,1*0,5 33,9*1,5

24,0*1,3 64,0*4,5

" «-1 21,9*

±0,4 19,0*1,1 ,tT э 30 6*3,6 ст r±z h

,2

!l 51J7*3,4

13,5*0,4 30,8*1,1 19,8*1,2 47,5*2,7

1,2*0,1 0,6*0,1

1,5*0,1 2,9*0,2

1,1*0,1 I 9*0,3 2,5*0,2

Á »1-0,1 1,8*0,2

2,5*0,1 2,1-0,1

3,5*0,1 4,2*0,2

1,9*0,1 I 8*0 I

2:6*0:1

2,5*0,1 2,7*C,I

i

pj

ВЫВОДЫ

1. ЭИ в концентрации 0,02% при 16 час. обработке существенно угнетает начальный рост проростков озимого ячменя. Реакция различных геноти.юв к ЭИ, а также разных органов растений неодинаковая. Наиболее резистентным из испытуемых генотипов оказалась гибридная линия, происходящая от скрещивания дикого ячменя с культурным (Н. врег^а!^!» х Н. ). Из органов проростков менее всего страдают колеоптили. У взрослых же растений менее изменчив признак числа колосков в колосе.

2. При постоянной экспозиции - 18 час увеличение концентрации мутагена приводит к повышению повреждающего эффекта по показателям проростаемости (всхожести) семян и степени угнетения ростовых процессов растений. Достоверное угнетающее действие ЭИ наблюдается уже с концентрации 0,015%. Аналогичный эффект получается при обработке семян раствором постоянной концентрации (0,02%) с различной продолжительностью воздействия - от 6 до 21 часа.

3. Низкие концентрации мутагена и короткие экспозиции воздействия оказывают слабое стимулирующее действие на ростовые процессы.

4. Насыщенный раствор (0,3,-Л ПАБК оказывает угнетающее действие, степень которого зьше, чем действие Эй в концентрации 0,02% ¡; при одной и той же экспозиции.

5. Модифицирующее действие ПАБК на физиологические эффекты мутагена зависит не только от экспозиции обработки, но и от последовательности воздействия этих агентов. Так, предыутагенная обработка ПАБК оказывает защитное действие, а постаутагенная -наоборот, увеличивает степень позреждающего эффекта ЭИ.

Предполагается, что ПАБК, реагируя уже с поврежденными структура;.:!: генетического аппарата, снижает активность репаративных систем клеток.

6. Установлена достаточно четко выраженная закономерность о различно;': степени угнетенности стеблей-(и колосьев) ргзных порядно э. Так, у растений Мт з наименьшей степени угнетаются стебли первого порядка, а затем по степени угнетенности идут побеги второго, третьего и последующих порядков. При этом под влиянием мутагена в максимальной степени снижается масса зерна с колоса,

а высота растений и длина колоса угнетаются сравнительно незначительно.

7. В опытах по изучению дисперсии начального роста в М2 были получены в некоторой степени противоречивые данные. В обобщенном виде эти данные можно интерпретировать как подтверждающие заклх>-чения о повышении дисперсии показателей роста. На основании этих данных можно составить определенное представление о степени генетической изменчивости разных генотипов, ячменя под влиянием мутагенных воздействий.

8. Частота индуцирования Ш химерных по пигментации растений в М^ существенно зависит от генотипа ячменя, В наших опытах этот показатель варьировал в пределах 0,30-2,68%.

9. При комбинированном воздействии ЭИ и ПАБК модифицирующий эффект последнего на ыутабильность зависит от очередности применения. При предмутагенной обработке ПАБК у генотипа Утик оказывает защитное действие и мутагенный эффект ЭИ выражается слабее, чем при постмутагенном применении. У сорта же Арарати-7 наблюдается несколько иная картина, что свидетельствует о зависимости совыьстного эффекта этих соединений от генотипа.

10. По всем изученным параметрам наблюдается четко выраженное явление генотипзаЕисимосги. Реакция разных генотипов на действие ЭИ и его комбинированное применение с ПАБК существенно различна.

11. У изученных генотипов ЭИ оказался эффективным по индукции морфо-физиологкческих мутаций (некротические мутации, карликовость растений, позднеспелость, стерильность, курчавость к др.).

12. Многие мутантные формы и линии, индуцированные и /од-? наших исследований, представляют существенную селекционную ценность как для разиножения в виде чистых линий, так и в к:;чостве доноров ряда признаков (скороспелость, короткосте6е;;ьно';ть, крупнозерное» и др.).

Список опубликованных по теме диссертации работ:

1. Влияние этиленииина на начальный рост растений у разных генотипов озимого ячменя. Биологический журнал Армении, 1991, 44,1, 64-66.

2. Действие этиленииина на начальный рост ячменя в зависимости от концентрации раствора, и продолжительность: воздействия. Сборник научных трудов АриРИК земледелия, 1991.

3. Сравнительное изучение влияния ЭК в у рзэнпх го ¡юти пои озимого ячменя. Биологический журнал Армении, 1991, 44, 5-7,-