Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Наследование признака короткостебельности у мутантных форм яровой мягкой пшеницы

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Наследование признака короткостебельности у мутантных форм яровой мягкой пшеницы"

УДК 575.224/16:581.Ш.6 На правах рукописи

2!) а яг ш

Манабасна Шуга Аскаропиа

НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКА КОРОТКОСТЕБЕЛЫЮСТИ У МУТАНТНЫХ ФОРМ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

03.00.15 - ГЕНЕТИКА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Республика Казахстан Алматы 2000

Работа выполнена в Алмзтинском государственном университете им.Абая и в Институте физиологии, генетики и биоинженерии растений.

Научные руководители:

Кандидат биологических наук, профессор Мухамбетжанов К.К. Кандидат сельскохозяйственных наук Жамбакин К.Ж..

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук Сейтхожаев А.И. Кандидат биологических наук, доцент Есырева Е. Д.

Ведущая организация:

Институт генетики и цитологии АН Республики Белорусь

у '

Защита состоится

ЪСнИиЬ 2000 г. в -ч;

на заседании

диссертационного совета Д14/А.01.01 в Казахском государственном национальном университете им. аяь-Фараби.

480078, г.Алматы, проспект аль-Фараби 71, Учебный корпус ГУК-6 КазГУ, биологический факультет, ауд. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского государственного национального университета им. аль-Фараби.

Автореферат разослан "У " 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета кандидат биологических наук

Колумбаева С.Ж.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Сочетание гибридной и мутационной изменчивости является важным методом усиления формообразовательного процесса и создания исходного материала в селекции возделываемых культур. В наиболее общей форме задачу мутационной генетики поставил Н.П.Дубинин (1963). Во всем мире официально зарегистрировано более чем 1700 мутантных сортов по 154 видам растений (Ма1и5гупБк1 М., 1995). О перспективах использования мутантов в гибридизации свидетельствуют успехи мировой и отечественной селекции (Сальникова Т.В.,1978; Козаченко М.Р. и др.,1989; К.А.,1990). Гибридизация, осно-

ванная на использовании в комбинациях скрещивания мутантных форм, была названа мутантно-сортовой гибридизацией (Володин В.Г. и др.,1988). Мутанты рассматриваются в данном случае как источники рекомбинативной изменчивости.

Для целенаправленного использования новых мутантов в селекционном процессе и биологических исследованиях особую значимость имеет изучение генетической природы возникших изменений и закономерностей наследования мутантных признаков, их коррелятивных связей, а также выяснение локализации мутантных генов, кодирующих ценные признаки растений. Кроме того, разработка новых генетических методов с использованием экспериментального мутагенеза, новейших методов биотехнологии и хромосомной инженерии требует всесторонних знаний по частной генетике сельскохозяйственных культур.

Значение индуцированного мутагенеза для селекции определяется не количеством сортов, создаваемых этим методом и находящихся в производстве, а возможностью решения некоторых практических задач. В частности проблема устойчивости к полеганию может быть разрешена с привлечением в селекционную работу низкорослых, неполегающих мутантов (Авраменко Б.И. и др., 1987; Тютин А.И., Логвиненко В.Ф.,1989).

Однако генетическая и цитогенетическая природа мутантов при скрещивании не достаточно изучена. Поэтому изучение донорских свойств мутантов, выделенных по хозяйственно ценным признакам, и создание на их основе изогенных и изопризнаковых линий является актуальной задачей современной генетики и селекции растении. В связи с этим, получение стабильных форм с помощью гаплоидной биотехнолопш является наиболее эффектшшым путем, позволяющим не только сокращать время стабилизации, но и получать новые рекомбинантные формы растений (Лукьянюк С.Ф., Игнатова С.Ф.,1983; Муромцев Г.С. и др.,1990). Однако, сочетание биотехнологических методов с мутагенезом остается все еще недостаточно реализованным в генетико-селекционных исследованиях пшеницы.

Цель и задачи исследований.

Целью исследования являлось, изучение особенностей наследования признака короткостебельности у радиационных мутантов яровой мягкой пшеницы и создание низкорослых стабильных линий мутантно-сортовых гибридов с использованием андрогенеза in vitro.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: изучить изменчивость и наследственность мутантного признака короткостебельности bF,hF2 при мутантно-сортовой гибридизации; определить комбинационную способность мутантных форм по признаку "высота растений";

изучить корреляционную связь признака "высота растений" с признаками продуктивности у мутантао-сорговых гибридов;

проанализировать процесс протекания мейоза у мутантно-сортовых гибридов в Fi;

получить удвоенные гаплоиды мутантно-сортовых гибридов с использованием андрогенеза in vitro; Научная новизна.

- Показана генетическая нестабильность радиационных мутантных форм Казахстанская 126 мк и Казахстанская 3 мк. Установлено, что гены короткостебельности у изучаемых мутшггов неаллельны генам rhtl, rht2 и rht3.

- Отмечена высокая наследуемость признака короткостебельности у мутантно-сортовых гибридов. При этом выявлено аддитивное действие генов, контролирующих короткостебельность у изучаемых мутантных форм.

- С помощью гаплоидной биотехнологии созданы из расщепляющихся му-тантно-сортовых гибридных популяций новые гомозиготные линии - носители признака короткостебельности пшеницы

Тсорстическос и практическое значение работы:

Результаты исследований вносят существенный вклад в развитие генетики количественных признаков мутантных форм, в том числе связанных с устойчивостью растений к полеганию. Генетически нестабильные мутанты яровой мягкой пшеницы Казахстанская 126мк и Казахстанская Змк предлагаются для использования в качестве доноров короткостебельности в селекции на устойчивость к полеганию. При этом возможен отбор короткостебельных растений из гибридных популяций уже в первом поколении.

Метод гаплоидной биотехнологии рекомендуется использовать для стабилизации мутантно-сортовых гибридов в первых гибридных поколениях. Созданные стабильные линии дигаплоидов ДГ-1 и ДГ-2 с мутантным признаком короткостебельности рекомендуется использовать в практической селекции. Основные положения, выносимые на защиту:

- короткостебельные радиомутанты Казахстанская 126мк и Казахстанская Змк являются генетически нестабильными;

- признак короткостебельности у генетически нестабильных мутантных форм Каз 12бмк и Каз Змк детерминируется двумя генами и проявляется аддитивным действием генов;

- гены короткостебелыюсти у изучаемых мутантных форм неаллельны генам

rhtl, rht2 и rht3;

- с помощью гаплоидной биотехнологии возможно ускоренное получение гомозиготных форм из мутантно-сортовой гибридной популяции пшеницы.

Апробация работы.

Результаты исследований были доложены и обсуждены на Республиканской научной конференции "Биологические основы селекции зерновых культур" (Алматы, 1996), на Международной конференции "Агробиотехнологии растений и животных" (Киев, 1997), на Международной конференции "Состояние и перспективы развития биотехнологии растений" (Алматы, 1997), на VII Международной конференции "Биология клеток растений in vitro, биотехнология и сохранение генофонда" (Москва, 1997), на Международном конгрессе "The IIth congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology" (Vama, 1998), на Международной конференции "Актуальные проблемы сельскохозяйственной биотехнологии" (Огар, 1998), на VII республиканской научно-практической конференции "Физиолого-биохимические и генетические основы устойчивости и продуктивности растений" (Алматы, 1999), на Международном симпозиуме "From Cells to Crops. The third Symposium in the Series Recent Advances in Plant Biotechnology" (Slovakia, 1999), на Международной конференции "Физиология растений - наука III тысячелетия" (Москва, 1999).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 14 научных работ.

Структура и объем работы.

Диссертация объемом 104 страниц машинописного текста включает следующие разделы: введение, обзор литературы, объекты и методы исследований, результаты и их обсуждение, заключение, выводы, рекомендаций для селекционной практики и список использованной литературы. Работа иллюстрирована 22 таблицами и 20 рисунками. Список цитированной литературы включает 278 наименований.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объектов исследования служили короткостебельные мугантные формы и сорта яровой мягкой пшеницы приведенные в таблице 1.

Мутанты яровой мягкой пшеницы были получены на кафедре генетики Ал-матннского государственного университета им.Абая путем гамма-облучения семян сортов Казахстанская 126 и Казахстанская 3. Казахстанская Змк (мутант короткостебельный) относится к разновидности эритроспермум, среднеспелый. Солома низкорослая, устойчивая к полеганию. Казахстанская 126мк относится к разновидности ферругинеум, среднеспелый. Соломина средней толщины, средней высоты, прочная, устойчивая к полеганию. Мутанты получены в результате точковой мутаций и являются носителями мутации с полудоминантным типом действия (Нургалиева З.Ж.,1992). В данных опытах используется 6-7 генерация.

Таблица 1

Мутанты и сорта пшеницы, используемые в работе

№ Мутанты и сорта Разновидность Оригинатор

1. Казахстанская 126мк феррупшеум АГУ им .Абая

2. Казахстанская Змк эритроспермум АГУ им. Абая

3. Казахстанская 4 грекум КазНИИЗ, КазГУ

4. Казахстанская 16 лютесценс КазНИИЗ

5. Саратовская 29 лютесценс НПО

"Элита Поволжья"

6. Саратовская 42 альбидум НПО

"Элита Поволжья"

7. Целинная 21 лютесценс ВНИИЗХ

8. Целинная 26 лютесценс ВНИИЗХ

9. Целинная юбилейная лютесценс ВНИИЗХ

10. Омская 9 лютесценс СибНИИСХ

Опытные растения выращивались на агробиологической станции ЛГУ км. Абая. Агротехника общепринятая. Всего было проведено 32 комбинации реци-прокных скрещиваний между мутаптными и районированными сортами, опыление - твел-методом. Гибридологический анализ проводили в первом и во втором гибридных поколениях по каждой комбинации скрещивания.

Результата по количественным признакам подвергали статистической обработке по общепринятым формулам (Доспехов Б.А.,1985; Удольская H.JI.,1976).

Статистическими характеристиками количественной изменчивости изучаемых признаков служили сг2 — дисперсия, о— среднее квадратическое отклонение, CV— коэффициент вариации.

Степень доминирования определяли по формуле Beil G. M. и Atkins R. E.(1965).

Для вычисления коэффициента наследуемости использовали формулу Machmud I. и Kramer H. (1951).

С целью идентификации мупштпых генов у короткостебельных форм яровой мягкой пшеницы был взят метод Gale M.D и Gregory R.S. (1977).

Цитологические исследования у мутантов, сортов и гибридов Fi проводились по общепринятой методике (Паушева З.П.,1988).

Для получения удвоенных гаплоидов изучаемые растения отбирались в стадии одноядерной микроспоры. Срезанные растения перед культивированием выдерживали в холодильной камере, при температуре 7±2°С в течение 2-10 суток. Стерилизацию колосков, находящихся в листовой обертке, проводили поверхностно 70% спиртом. Базовыми средами для культивирования пыльников служили питательные среды Гамборга В5 (Gamborg O.L., Evelenigh D.E.,1968) и N6 (Chu С.С.,1978). Процент частоты индукции новообразований подсчитывал-

ся от числа посаженых пыльников. Регенерацию гаплоидных растении из морфогенных каллусов и эмбриоидов проводили на среде N6.

Глютенины в составе суммарных белков эндосперма экстрагировали из половины зерна. Алкилированные глютенины фракционировали методом и.К.ЬаетшН (1970) с некоторыми модификациями (Булатова К.М.,1985). Регистрацию высокомолекулярных субъединиц глготенина проводили согласно каталогу Р.1.Раупе и ОЛ.Ьаитепсе (3983).

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ II ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 ИДЕНТИФИКАЦИЯ МУТАНТОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ПО ГЕНАМ КОРОТКОСТЕБЕЛЬНОСТИ

Генетический анализ короткостебсльных мутантов Казахстанская Змк и Казахстанская 126мк яровой мягкой пшеницы

Данные полученные при скрещивании короткостебельных мутантов с их исходными формами (Нургалиева З.Ж.1992) был подвергнут генетическому анализу. Высота растений первого поколения является промежуточной, а во втором поколении размах изменчивости высоты не выходит за пределы родительских форм. Поэтому нами была высказана гипотеза о дигенном контроле различий между родителями и аддитивном (полудоминантлом) характере действия генов в каждом локусе. У сорта Казахстанская 3 высота растений составляла в среднем 90,98 см., у короткостебельного мутанта 70,80 см. Условно можно обозначить, что в этом случае, сорт Казахстанская 3 будет иметь генотип аавв, а мутант Каз Змк - ААВВ, так как короткостебелыюсть в данном случае имеет полудоминантный тип действия. Различие по высоте растений между родительскими формами равное 20,18 см. (90,98-70,80), определялось бы различием в четырех генах. Следовательно, можно предположить, что каждый ген полученный от короткостебельного мутанта уменьшает длину стебля на 5,05 см. Тогда теоретически растения Р, АаВв должны иметь высоту растений 80,88 см. [90,98-(5,05х2)], что довольно близко к фактической длине 80,76 см. в прямой и 81,64 см. в обратной комбинации соответственно. В Рг частота встречаемости фенотипов при распределении потомства по классам указывается в процентах, соотношение при этом составляет 7:22:27:18:20:6. Как известно, при неполном доминировании признака и первом поколении, а также когда родители отличаются по двум парам генов, то в Бг расщепле1ше должно быть 1:4:6:4:1, в процентном выражении это будет 6,25:25,0:37,5:25,0:6,25, что довольно близко к фактическому распределению. Поскольку фактически высота мупигта Каз Змк составляет 70,84 см., а исходного сорта Казахстанская 3 93,80 см. (средняя арифметическая), то теоретически каждый класс имел бы высоту в сантиметрах 70,84 : 76,58 : 82,32 : 88,06 : 93,80. Полученные данные подтвердили предположенную гипотезу о двугенной детерминации признака короткостебелыгости у изучаемого мутанта.

Аналогичный анализ был проведен с короткостебельным мутантом Каз126мк, полученным у сорта Казахстанская 126. При скрещивании мутанта Каз 126мк с исходным сортом Казахстанская 126 в реципрокных комбинациях высота растений Fi была также промежуточной, в F2 размах изменчивости высоты растений не выходил за пределы изменчивости родительских форм.

Таким образом, полученные данные генетического анализа позволяет предположить, что мутанты Казахстанская 126мк и Казахстанская Змк возникли в результате мутации двух генов, определяющие высоту растений.

Идентификация мутантных форм по генам короткостебслыюсти Для идентификации генов короткостебельности у изучаемых мутантных форм был использован метод Gale M.D и Gregory R.S.(1977). Методика основана на нечувствительности генотипов с генами rhtl, rht2 и rht3 к воздействию ГК3. В качестве контроля в эксперимент были включены высокорослый сорт Кооператорка и носитель генов короткостебельности rhtl,2 Nonn 10 и Tom Pouce носитель гена rht3. Данные эксперимента приведенные в таблице 2 свидетельствуют, что мутантные формы и их исходные сорта, как и контрольный сорт Кооператорка чувствительны к гибберелловой кислоте.

Таблица 2

Эффект чувствительности к ГКз сортов и мутантных форм мягкой пшеницы

Генотип Длина проростка

гибберелловая кислота Н20

Кооператорка 15,9+2,60* 5,5±0,74

Nonn 10 4,9±0,74 4,4±0,52

Tom Pouce 5,8±0,66 6,2±0,43

Казахстанская 126мк 13,2+2,78* 5,1±0,90

Казахстанская 126 14,8±2,96* 6,7±0,99

Казахстанская Змк 12,6±2,57* 4,8±0,49

Казахстанская 3 14,8±2,32* 6,4±0,74

Примечание- знак * -различие достоверно при Р S 0,05.

Длина проростка у мутантных форм при обработке раствором ГК3 колебалось от 12,5 до 15,9 см, а в контрольном варианте от 4,81 до 6,67 см., т.е. они значительно превышали длину проростка контрольного варианта. У Nonn 10 и у Тот Pouce как в опытном, так и в контрольном варишгге реакция на гибберел-лин отсутствовала.

Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что мутантные гены короткостебельности мутантных форм Каз 126мк и Каз Змк невозможно идентифицировать по методике Гейла-Грегори на экзогенный гиббереллин. Следовательно, можно сделать вывод, что гены короткостебельности rhtl, rht2 и rht3 неаллельны генам изучаемых мутантных форм.

3.2 ОСОБЕННОСТИ ЗАВЯЗЫВАЕМОСТИ И ПРОЦЕССОВ ПРОТЕКАНИЯ МЕЙОЗЛ ПРИ МУТАНТНО-СОРТОВОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ

Завязываемость гибридных семян

Проведено реципрокное скрещивание с участием двух короткостебельных мутантов и сортов яровой мягкой пшеницы. Анализ данных по завязываемости семян у мутшгшо-сортовых гибридов, свидетельствует о том, что наибольшая завязываемость проявилась в прямых комбинациях, т.е. при использовании мутантов в качестве материнской формы. В обратных комбинациях скрещивания наблюдали пониже1шую завязываемость гибридных зерен. Различия по завязываемости гибридных зерновок при мутантно-сортовой гибридизации, по-видимому, объясняются наличием хромосомных нарушений в пыльце мутант-ного родителя, ведущих к снижению формирования нормальной зиготы.

В результате анализа пыльцевых зерен мутантов йодным методом (Пауше-ва З.П.,1988) установлено, что ферпщьность пыльцевых зерен мутантов составляет почти 99% и при самоопылении мутантные формы обладали высокой самофертильностью.

Мейоз у мутантно-сортовых гибридов н их родительских форм

Цитологический анализ показал, что у сорта Саратовская 29 мейоз проходит нормально, наблюдалась преимущественно бивалентная конъюгация с небольшим числом унивалентов, общее количество аберрантных клеток составило 1,9%, тогда как у мутанта Каз 126мк их было 24,6%, а у Каз Змк 11,6%. У мутантно-сортовых гибридов, частота аномалий оказалась выше, чем у их родительских форм, колебались от 13,3% до 20,7%.

Как у мутантных форм, так и у мутантно-сортовых гибридов во всех пыльниках наблюдается сразу несколько фаз мейоза М1+А1+диады или МН+АП+тетрады, также А1+диады и М11+тетрады. В диакинезе обнаружено разное количество бивалентов 21",22", 23", 21"+2', 22"+1' (рисунок 1-1а,б,в,г). Основная масса нарушений выявляется на стадии М1 мейоза. В метафазе I и ме-тафазе II у мутантных форм наблюдались слипание хромосом и их фрагментация, что весьма характерно для мутантов (рисунок 1-2а,б; 1-4а). В метафазе I обнаружены 18,21,22,23,24,26,27 бивалентов, большинство из которых открытого типа, с 1-2 унивалентами (1-2в,г). Наличие таких транслокации свидетельствует о нарушешш нормальной конъюгации гомологичных хромосом. Это приводило к появлению в анафазе I определенного процента клеток с унивалентами, хроматидными и хромосомными мостами, а также к отставанию хромосом и их фрагментации (рисунок 1-3 а,б,в,г), возникающих в результате гетерозигот-ности по парацентрической инверсии. Кроме того, в анафазе I обнаружено неравномерное расхождение хромосом. В метафазе II встречались асинхронное деление хромосом. В результате наличия фрагментов образовались хроматид-ные мосты в анафазе II (рисунок 1-46). Отстающие униваленты (рисунок 1-4в) в дальнейшем образовывали микроядра в клетках диад и тетрад.

Типы хромосомных нарушений у мутантных форм и мугантно-сортовых

гибридов

/ ^

' а

б V

« 4 Л

¿К», л

'«фу

—».а.__г

в «^т — - г

»ач

•V

'

ПГ'

б.—

в

. в

/1

Л* - »

,у

-

4»

'б

С

1 - диакннез у мутантно-сорговых гибридов: а, б - 21"; в - 2011 + I1 (-фрагмент); г -20" + I1; 2 - метафаза I: а - слипание хромосом и фрагменты; б, в, г, - открытые биваленты, униваленты, фрагменты; 3 - анафаза I: а - отставание хромосом; б -хромосомный мост; в - расхождение хромосом; г - хроматидные мосты; 4 - анафаза и метафаза II: а - фрагменты; б - хромосомный мост; в - отставание хромосом

Рисунок 1

I

в

б

7

3

а

Таким образом, результаты цитологического анализа показывают, что как у мутантов, так и у мутантно-сортовых гибридов наблюдается повышенная частота хромосомных нарушений в мейозе.

3.3 ОСОБЕННОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ ПРИ МУТАНТНО-СОРТОВОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

Анализ количественных признаков в Р]

Анализ результатов выраженности количественных признаков у мутантно-сортовых гибридов показывает различные типы проявление мутантного признака короткостебелыюсти в некоторых комбинациях скрещивания. Исследование показало уменьшение высоты растений на 13,83 - 42,80 см. у гибридов по сравнению с сортами. В комбинациях при прямом и обратном скрещивании по высоте растений наблюдались не только частичное доминирование, но так же сверх доминирование и гетерозис. Наблюдаемое явление можно объяснить тем, что высота растений в скрещиваниях с мутантами контролируется полигенами действующими как аддитивно, так и с эффектами доминирования и сверхдоминирования. Из 32 реципрокных гибридных комбинации частичное доминирование признака короткостебельности наблюдалось в 13 комбинациях (Ьр=0,23 -0,95), то есть высота гибридных растений промежуточная по сравнению с родительскими формами. У 16-ти комбинации наследование шло по типу сверхдоминирования (Ьр= 1,02 - 1,94) короткостебелыюго родителя. В комбинациях Каз Змк х Целинная 21 (Ьр=2,37) и Целинная 21 х Каз Змк (Ьр=3,64) наблюдался гетерозис, т.е. гибридные растения превосходили по короткостебелыюсти му-таитные растения и сокращение высоты стебля по сравнению с сортом произошло более чем на 40%, а по сравнению с мутантом почти на 9%. Только в одной комбинации Целинная 21 х Каз 126мк наблюдается уклонение высоты растений в сторону высокорослого сорта, выражающиеся депрессией (Ьр= -0,19) по отношению короткостебельности, так как при изучении степени доминирования короткостебелыюсти в качестве лучшего признака нами использован признак короткостебелыюго мутанта (таблица 3).

Анализ данных представленных в таблице 3 свидетельствует о том, что при мутантно-сортовом скрещивании, длина стебля гибридных растений первого поколения варьирует в пределах 10,40 - 30,66%, что, связано с достаточно высокой гетерозиготностью гибридных растений.

Мутантные формы Каз 126мк и Каз Змк фенотипически однородны, но при скрещивании с другими сортами, уже в первом поколении наблюдаемая фено-типическая неоднородность гибридного потомства по признаку высота растений подтверждает ранее выдвинутое предположение о том, что изучаемые мутанты генетически нестабильны. Высокая фенотипическая изменчивость высоты растений р! при скрещивании мутантных форм Каз Змк и Каз 126 мк с исходными сортами установлена и Нургалиевой З.Ж (1992). Известно, что у генетически нестабильных мутантов в период стабилизации происходит

Таблица 3

Изменчивость и наследственность признака "высота растений" у родительских форм и мутантно-

сортовых гибридов в И;

Гибридные комбинации X 52 СУ Р нР Н2

1 2 3 4 5 6 7

КазЗмк х Саратовская 29 72,8±2,72* 82,27 14,04 24,67 +0,77 70,44

Саратовская 29 х КазЗмк 81,7±1,89* 44,57 9,11 38,01 +0,23 45,43

Каз126мк х Саратовская 29 71,1±2,53* 201,16 22,58 14,69 +1,06 78,97

Саратовская 29 х Каз126мк 74,4±3,02* 260,50 16,69 16,95 +0,83 83,76

Саратовская 29 101.7±2.95 52,81 7,82 33,81

КазЗмк х Казахстанская 4 74,2±3,14* 82,69 13,82 21,70 +0,54 72,12

Казахстанская 4 х КазЗмк 70,7±1,27* 33,94 9,23 54,17 +0,79 29,49

Каз126мк х Казахстанская 4 67,3±3,17* 76,713 14,74 20,35 +1,47 47,81

Казахстанская4 х Каз12бмк 70,4±3,03* 117,85 17,51 21,37 +1,19 65,99

Казахстанская 4 91.4+2.11 47,35 9,25 51,17

КазЗмк х Казахстанская 16 64,1±2,16* 91,18 17,36 27,62 +1,70 79,78

Казахстанская 16 х КазЗмк 72,6±1,38* 44,71 10,40 48,07 +0,61 58,76

Каз12бмк х Казахстанская 16 64,7±3,16* 191,84 24,35 11,61 +1,94 83,27

Казахстанская1б х Каз126мк 67,9±3,12* 94,15 16,49 21,00 +1,68 65,92

Казахстанская 16 87,2±1,69 30,36 7,05 42,53

КазЗмк х Омская 9 64,4±2,91* 111,80 18,75 11,93 +1,40 83,34

Омская 9 х КазЗмк 68,3±2,95* 119,81 18,66 20,76 +1,20 84,46

Каз126мк х Омская 9 67,1±2,34* 72,07 14,21 27,25 +1,39 55,03

Омская 9 х Каз126мк 71,0±2,10* 89,85 15,26 32,11 +1,16 63,93

Омская 9 93,5±2,41 30,97 6,64 36,90

Продолжение таблицы 3

1 2 3 4 5 6 7

КазЗмк х Ц-юбилейная 64,7+2,21** 146,19 21,20 24,51 +1,23 82,92

Ц-юбилейная х КазЗмк 63,3±3,13** 79,07 16,07 15,24 +1,34 68,42

Каз126мк х Ц-юбилейная 73,4±2,82* 172,78 20,37 24,05 +0,95 74,85

Ц-юбилеГшая х Каз126мк 81,6+3,14* 61,30 10,64 21,02 +0,36 29,10

Ц-юбилейная 104.1+ 2.61 55,69 7,87 38,10

КазЗмк х Саратовская 42 71,1±1,49** 14,79 6,13 46,16 +0,89 -10,16

Саратовская 42 х КазЗмк 73,4+2,49* 116,68 17,02 26,27 +0,85 86,04

Каз126мк х Саратовская 42 72,2+2,64* 152,13 19,49 25,65 +1,02 81,36

Саратовская 42 х Каз126мк 74,6+2,55* 227,94 22,72 15,87 +0,82 87,56

Саратовская 42 104.2±1.98 23,70 5,14 43,54

КазЗмк х Целинная 26 72,8+2,35** 93,14 15,04 28,98 +2,37 75,03

Целинная 26 х КазЗмк 63,5+2,46** 237,86 27,65 13,04 +3,64 90,22

Каз126мк х Целинная 26 76,5+1,49** 56,18 11,06 46,99 +0,76 27,96

Целинная 26 х Каз126мк 63,8+2,50** 84,80 16,62 13,45 +1,47 52,28

Целинная 26 108.0±2.19 48,29 7,05 37,53

КазЗмк х Целинная 21 73,7+1,86* 69,46 12,83 38,97 +0,68 75,44

Целинная 21 х КазЗмк 65,0+3,08* 305,50 30,66 7,29 +1,32 94,41

Каз126мк х Целинная 21 69,6+2,10* 98,97 16,36 29,32 +1,25 70,00

Целинная 21 х Каз126мк 85,3±3,14 56,67 9,78 20,46 -0,19 47,61

Целинная 21 95.6±2.42 26,00 5,93 37,71

Казахстанская 126мк 70,7±2,35 33,91 9,14 38,95

Казахстанская Змк 68,2±1,40 11,20 5,49 44,65

Примечание- знак * -различие достоверно при Р < 0,05; **- при Р < 0,01

реконструкция хромосом в результате кроссоверного рекомбиногенеза (Володин В.Г. и др.,1988). Такие хромосомы отличаются не только от соответствующих гомологов других сортов, но и от собственного исходного сорта. Поэтому мы предполагаем, что у наших радиационных мутантов произошла не только мутация, которая сократила длину стебля, но и кроссоверный рекомби-ногенез в хромосомах, где локализованы гены, контролирующие высоту растений, что и привело к фенотииической изменчивости высоты растений при скрещивании этих мутантов с исходными сортами. Данное утверждение основывается на теоретической модели, которую предлагают Володин В.Г. с соавторами - объединение реконструированных хромосом с нормальной хромосомой других сортов в гибриде приводит к возникновению неоднородности потомства в Р) по данному признаку.

Распределение фенотипов гибридной популяции первого поколения по признаку "высота растений" представлены на рисунке 2.

Распределение мутантно-сортовых гибридов Р] и исходных форм по высоте растений

70

50 - К 40 С о ч зо 20 1 0 /' \ Л

Л- / -

7 к ^ ~ * V к / ч

А _ Н___ \ 'к \ / - V/- ------

° 4 1-30 51-6 0 6 1-70 7 1 -80 В (-9 0 9 1-100

— — Саратовская 4 2 1 0 .0 3 6.7 3 3 ,3

. - . 3м1 я с.42 1 2,5 4 в, 7 37.8

-*-С - 4 2 * Каз Зи ■ 9,5 1 ».0 47,6 1 9 ,0 4,9

— М--К а 1 3 и К 20,1 б б. в 1 3.3

"высота (см)

~ высота {см]~~

Рисунок 2, лист 2

Почти у всех изученных гибридных популяций установлена положительная наследуемость высоты растений. Коэффициент наследуемости высоты растений в первом поколении колебался от 27,96% до 90,22% (таблица 3).

Анализ результатов наследования признаков продуктивности показывает, что в реципрокных гибридных комбинациях по отдельным элементам продуктивности наблюдается разные типы доминирования - от гетерозиса до депрессии. В наших опытах наиболее четко гетерозис по всем элементам продуктивности проявился у растений Р[ в комбинации Целинная 21 х Каз 126мк, у которых все показатели были значительно выше, чем у каждой из родительских форм. В комбинации Саратовская 29 х Каз Змк так же наблюдался четкий гетерозис по массе зерна с главного колоса (1ф=33,0) и с одного растения (Ьр=34,3).

Анализ количественных признаков в

При гибридологическом анализе потомства Р2 мутантно-сортовых гибридов высота растений колебалась от 17 до 110 см. Анализ данных представленные в таблице 4 показывает, что во всех гибридных комбинациях, как и в первом поколении, идет сокращение стебля гибридных растений, об этом свидетельствуют коэффициенты фенотипического доминирования признака короткостебель-

Таблица 4

Изменчивость и наследственность признака "высота растения" у родительских форм и мутант-

но-сортовых гибридов в Бг

Гибридные комбинации X 52 СУ Р Нр Н2 Т

1 2 3 4 5 6 7 8

КазЗмкх С- 29 66,7+1.68** 143.77 24.64 25.49 +0.69 86,10 -3,82

С-29 х КазЗмк 73,2+1,74* 153,36 27,03 14,79 +1,98 93,31 -24,90

Каз126мк х С- 29 60,9+1,85** 224,47 28,67 13,95 +1,89 95,45 -17,99

С- 29 х Каз12бмк 53,4+1,29** 156,94 28,59 21,58 +0,29 82,06 2,18

Саратовская 29 95,3±1.78 48,64 8,74 44.,27

КазЗмк х Каз 4 62,0+2,15** 115,08 26,99 19.00 +1,19 92,59 -12,02

Каз 4 х КазЗмк 64,1+2,04** 159,26 29,76 13,07 +0,96 90,94 -8,29

Каз126мкхКаз4 65,9+2,08** 109,10 28,08 18,74 +1,19 92,23 -9,31

Каз 4 х Каз12бмк 64,9+2,36** 194,05 27,16 16,05 +1,35 85,70 -11,32

Казахстанская 4 96.5+1.45 45,46 8,85 58,71

КазЗмкх Каз 16 63,3+1,71** 169,44 31,19 24,20 +1,11 85,86 -10,08

Каз 16 х КазЗмк 73,1+2,19* 207,92 31,25 26,98 -0,20 90,90 4,80

Каз126мк х Каз 16 64,0+2,12* 210,41 28,73 17,75 +1,66 91,14 -11,93

Каз 16хКаз126мк 63,0+2,41* 165,44 24,58 14,72 +1,78 85,05 -12,95

Казахстанская 16 89.6+1.59 44,33 7,99 43,34

КазЗмк х 0- 9 59,6+1,82** 129,61 18,65 19,18 +1,61 65,15 -16,21

0- 9 х КазЗмк 62,2+1,76** 189,10 27,55 19,60 +1,25 88,42 -11,84

Каз126мкх 0- 9 68,2+1,69* 171,69 24,19 26,62 +0,95 85,65 -6,34

0- 9 х Каз126мк 67,3+1,77* 179,30 25,11 24,38 +1,09 87,13 -7,50

Омская 9 89.9+1.76 49.49 9,65 41,08

Продолжение таблицы 4

1 2 3 4 5 6 7 8

КазЗмк х Ц-ю 53.1±2,35** 134.54 25,88 20.08 +1.85 92.94 -26.54

Ц-ю х КазЗмк 69,3±2,58* 160,41 20,80 24,98 +0,58 94,08 -0,18

Каз126мкхЦ-ю 61,7±1,41* 144,18 22,21 32,56 +1,46 78,60 -14,55

Ц-ю хКаз126мк 72,0±2,30* 135,92 28,31 28,38 +0,60 93,04 -0,06

Ц - юбилейная 90.3±1.52 63,03 9,79 53,09

КазЗмк х С- 42 66,9±1,61*» 316,41 30,44 17,07 +0,83 97,35 -4,19

С- 42 х КазЗмк 67,9±2,39*« 336,00 31,07 14,03 +0,79 97,5 -3,28

Каз126мк х С- 42 71,3±2,53* 147,52 29,23 17,02 +0,74 94,35 -0,88

С- 42 х Каз126мк 70,4±2,82* 210,23 22,95 22,64 +0,73 96,04 -0,82

Саратовская 42 100.5±1,89 43,08 7,49 69,41

КазЗмк хЦ- 26 67,8±2,08* 106,27 27,48 19,72 +0,82 90,60 -3,34

Ц- 26 х КазЗмк 66,5±2,42* 139,81 20,48 25,37 +0,72 92,86 -5,34

Каз12бмк х Ц- 26 74,4±1,86* 191,95 24,70 31,34 +0,42 89,18 2,37

Ц- 26 х Каз126мк 60,8+2,06** 112,40 22,24 24,67 +1,70 91,15 -17,79

Целинная 26 90.1±1.62 62,64 9,72 48,48

КазЗмк хЦ-21 69,8+1,86* 183,94 34,92 24,83 +0,30 85,56 10,39

Ц-21 х КазЗмк 72.Ш.64* 169,14 33,05 29,81 +0,50 82,47 14,51

Каз126мк х Ц-21 69,2±1,96* 101,03 26,45 31,59 +0,87 89,84 -4,08

Ц-21 хКаз126мк 69,4+2,14* 111,23 27,39 29,88 +0,82 90,78 -4,77

Целинная 21 89.0+2,12 59,82 9,88 47,43

Казахстанская 126мк 67,2±1,01 26,33 8,64 60,16

Казахстанская Змк 63,6±1,16 27,09 9,36 55,54

Примечание- знак * -различие достоверно при Р < 0,05; при Р < 0,01

ности. Наследование признака короткостебельности в комбинациях скрещивания характеризовалось частичным доминированием и сверхдоминированием. Результаты наших опытов показывают, что фенотипическая изменчивость высоты растений у мутантно-сортовых гибридов Р2 составляет 10,65 - 31,07% (таблица 4), такую же высокую вариабельность показывали гибриды в первом поколении (таблица 3). Но, во втором поколении гибридных популяций, наблюдался еще более широкий спектр изменчивости длины стебля по сравнению с потомством Рь Однако число дополнительных классов в разных комбинациях было неодинаковым (рисунок 3). Самый большой спектр изменчивости был зафиксировал в комбинациях скрещивания с участием генетически нестабильного мутанта Каз Змк с сортом Саратовская 42 - выявлено 8 фенотипических классов по длине стебля. Отмечено расщепление от 16 см до 100 см (рисунок 3), что подтверждается и высоким значением коэффициента изменчивости (СУ=31,07%) данной комбинации (таблица 4).

Выше нами была высказана гипотеза о дигенном контроле признака короткостебельности у изучаемых мутантных форм по сравнению с исходными родителями. Следует, отмстить, что не во всех гибридных комбинациях закономерность расщепления при дигенном контроле признака сохраняется. Во многих комбинациях наблюдается больше классов, чем ожидается, а в некоторых наоборот. Для оценки достоверности данных по расщеплению гибридов в Р2, где количество теоретически ожидаемых классов совпадает к фактическим полученным классам, использовали метод Хи-квадрата. Например, в комбинаций Каз Змк х Саратовская 29 при анализе 56 растений потомства 1'2 наблюдалось расщепление в соотношении, 2:6:22:22:4, которое удовлетворяет теоретическое соотношение 3,5:14:21:14:3,5, ожидаемое при 1:4:6:4:1 (х2=3,04; р=0,50 - 0,80).

Распределение мутантно-сортовых гибридов 1'г и исходных форм по высоте

растений

70 1 СО 50 • 5 ш А

» о о о о г П «ч к-'"* х- - / X \ - >- -

21-30 31-40 41-50 я-во 61.70 71-80 81-90 91-100

— -ф — Саратовская 29 19 59 22

- - » - -Каз Зык 19 65 16

-Л-Каз Зык к С-29 4 11 39 39 7

— -X— - С-29 X Каз Зык е 13 13 38 25 5

высот« (си)

Рисунок 3, лист 1

60 50 АО т I30 *20 10 0 А \ -V X. Л ú-- А -к \ У 'А А V

21-30 31-Ю 41-50 51-60 61-70 71-60 61-90 91-100

-•-Саратовская 29 19 59 22

—-■— C-29xK¡ot2S 5 10 60 25

— -А- - Каз126х С-29 33 6 25 2S 6

- - * - - Каз 126U« 7 57 36

высота (см)

ео во I " * эо 20 10

i > _ X Л

/ ч N /s ч -

/ / \ \ у ч

----- ---- / / - Ы-.- ' «А * * ... . - А' V. _ - * * / ч

Я- . ж- -- ... ♦ ♦ А''

1 в-20 г rto 31-40 41-50 91-во в 1-70 71-вО 81-00 В 1.100

— -Ш- • С-42 I Ки Эм( 6 0 >1 1« 21 1в 21 в б

■ • * • <КИ 3»1 i С-42 2 3 3 13 13 27 21 10

— -К— «•> Змi 10 es 10

■ ы««та (см)

Рисунок 3, лист 2

Такое же соотношение данных получены в комбинациях Казахстанская 4 х Каз 126мк (х2=3,54; р=0,20 - 0,50); Целинная юбилейная х Каз 126мк (x,i=4,44; р=0,20 - 0,50); Омская 9 х Каз 126мк (х2=7,98; р=0,05 - 0,10); Целинная 21 х Каз

Змк (х =2,36; р=0,50 - 0,80). На этом основании можно сделать вывод о дн-генном различии родительских форм. Однако, как уже было отмечено, существуют отклонения от теоретически ожидаемого, при этом во всех комбинациях наблюдалось трансгрессивное расщепление в сторону короткостебельности (Рисунок 3). Факт выщепления трансгрессивных растений можно рассматривать, как следствие генетической нестабильности мутантов, проявившаяся при мутантно-сортовой гибридизации, или же, возможно и тем, что генотип высокорослых сортов имеет ген контролирующий короткостебельность, а так же то, что гены контролирующие короткостебельность у мутантов и сортов между собой неаллельны. Это означает, что высота растений в скрещиваниях контролируется полигенами, то есть, кроме аддитивного действия двух генов контролирующие короткостебельность со стороны мутанта, существует неаллелыюе взаимодействие и других генов, приводящие к уменьшению длины стебля. В таком случае, можно объяснить, что результатом взаимодействия неаллелных генов и являются полученные трансгрессивные короткостебельные формы.

Коэффициент трансгрессии признака короткостебельности в гибридных популяциях, колебался от-0,18% до 14,51%. Установлена высокая наследуемость признака короткостебельности (Н2=65,15-97,50) у изучаемых мутантно-сортовых гибридов.

Изучение наследования признаков продуктивности растений у гибридов второго поколения показало, что гибриды Рг по признакам продуктивности уступают гибридам Бь

Комбинационная способность мутантных форм по признаку короткостебельности

Для определения, в какой степени, изучаемые, мутантные формы обладают свойством передавать признак короткостебельности при гибридизации с сортами, мы изучали комбинационную способность высоты растений. Изучив полученные комбинации как топкросные, где в качестве тестеров выступают мутантные формы, мы обнаружили наличие генетических различий между комбинациями по изучаемому признаку, а повторности же выровнены, разница между ними лежит в пределах ошибки опыта. Это подтверждается данными

Таблица 5

Дисперсионный анализ высоты растений у короткостебельных мутантных форм и сортов яровой мягкой пшеницы

Источник варьирования Число степеней свободы Сумма квадратов Варианса б2 Р факт. Р табл. (Р=0,95)

Общее по опыту 367 56481,43 - - -

Повторности 22 2879,38 130,88 0,07 0,60

Гибриды 15 542139,60 36142,64 20,02 1,72

Случайное 330 595741,60 1805,28 - -

результатов дисперсионного анализа первичных данных, которые свидетельствуют о том, что фактическое Р по сортам больше табличного при вероятности 0,95, а по повторностям Б фактическое меньше табличного (таблица 5). Это позволило провести анализ варианс комбинационной способности изучаемых сортов.

Таблица 6

Дисперсионный анализ комбинационной способности у короткостебельных мутантных форм и сортов яровой мягкой пшеницы по высоте растений

Источник варьирования Число степеней свободы Сумма квадратов Варианса 52 Р факт. Ртабл. (Р=0,95)

ОКС сортов 7 1533,11 219,02 2,79 2,03

ОКС тестеров 1 12,56 12,56 0,16 3,86

СКС сортов 7 424,56 60,65 0,77 2,03

Ошибки 330 25901,81 78,49 - -

Анализ данных представленных в таблице 6 свидетельствует о том, что общая комбинационная способность сортов превышает их специфическую комбинационную способность, а поскольку ОКС обуславливается аддитивным действием генов, а СКС неаддитивным, можно сделать вывод, что при наследовании признака короткостебелыюсти яровой мягкой пшеницы преобладает эффект аддитивности над эффектом доминирования при скрещивании с мутантными формами Каз 126мк, Каз Змк. Вместе с тем, СКС между линиями не является достоверной, то есть изучаемые сорта не отличается между собой специфической комбинационной способностью наследовать признак короткостебелыюсти при мутантно-сортовой гибридизации.

Результаты проведенного анализа подтверждают ранее полученные результаты о том, что мутантиые формы сокращают высоту растения при скрещивании со всеми изучаемыми сортами вследствие аддитивного действия мутантных генов короткостебелыюсти.

Корреляционные связи признака короткостебелыюсти с признаками продуктивности

Отмечена, что отрицательная корреляция встречалась очень редко, как в р1 так и в Р2. Вместе с тем, наблюдается связь между данными корреляционного анализа и наследованием признаков продуктивности, так, например, в комбинации Каз 126мк х Саратовская 29, где наблюдали депрессию признаков продуктивности, выявлена высокая прямая корреляция между высотой растений и признаков продуктивности. В комбинациях с частичным доминированием признаков продуктивности, таких как Саратовская 29 х Каз 126мк и Каз 126мк х Саратовская 42, выявлена низкая положительная корреляция между изучаемыми признаками. Гибридные растения, полученные в наших исследованиях, в целом, имеют пониженную высоту стебля, и проявление отрицательной

корреляции высоты растений с признаками продуктивности в некоторых гибридных комбинациях Fi, делает возможным отбор растений сочетающих корот-костебелыюсть с продуктивностью.

3.4 ПОЛУЧЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ЛИНИЙ У МУТАНТНО-СОРТОВЫХ ГИБРИДОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНДРОГЕНЕЗА IN VITRO

Морфогенез и регенерация гаплоидов в культуре пылышков мутантно-сортовых гибридов.

Для получения гомозиготных форм в культуре пылышков пшеницы, были отобраны и использованы растения второго поколения из реципрокной гибридной популяции, полученные при скрещивании сорта Саратовская 29 с коротко-стебельными мутантами Казахстанская 126мк и Казахстанская Змк и сочетающие в себе короткостебельность с высокой продуктивностью. Все линии, используемые в эксперименте, на 20 - 25 день культивирования пылышков индуцировали каллусы, но по степени отзывчивости к андрогенезу in vitro оглича-лись между собой. Как указано в таблице 7, наибольший процент каллусогенеза был отмечен у линий Каз Змк х Саратовская 29 (3,8% от числа культивируемых пыльников) и наименьший (0,1%) у линий Саратовская 29 х Каз Змк.

Таблица 7

Влияние питательной среды на каллусогенез и эмбриогенез в культуре пыльников мугантно-сортовых гибридов пшеницы.

Комбина- Среда Количество Морфоген- Эмбриоиды Морфогенные

ция скрещивания пыльников ные каллусы (%) (%) каллусы + эмбриоиды (%)

Каз Змк х N6 612 3,1±0,7 1,6±0,5 4,7±0,9

С-29 В5 238 3,8+1,2 2,9±1,1 6,7±1,6

С-29 х N6 357 2,5±0,7** 3,9±1,0** 6,4±1,3**

Каз Змк в5 731 0.1±0.1 0,4+0,2 0,5±0,3

Каз126мк N6 595 3,2±0,7** 2,7±0,4 5,9±0,9**

х С-29 в5 541 0.4±0,3 1,7±0,6 2.010.6

С-29 х N6 204 2,9±1,2 3,9±1,1* 6,9±1,8*

Каз126мк в5 306 0,6±0,4 1,6±0,2 2,3±0,9

Примечание- знак * -различие достоверно при Р < 0,05; при Р < 0,01

Из четырех проанализированных мугантно-сортовых гибридов относительно высокой способностью к эмбриогенезу обладали такие гибриды, у которых в качестве материнской формы был использован сорт Саратовская 29 (3,9%). У гибридов прямой комбинации формирование эмбриондов происходило в мень-

шей степени, чем каллусообразование. Исключение составили гибридные растения комбинации Каз 126мк х Саратовская 29 на среде Гамборга В5. Аналогичная картина наблюдается и у гибридов комбинации Саратовская 29 х Каз 12бмк.

Сравнительное изучение влияния питательных сред, Гамборга В5 и Ns на морфогенез и регенерацию гаплоидов мягкой пшеницы показало, что среда Ne явилась более благоприятной для формирования андрогенных структур с хорошей регенерационной способностью практически для всех комбинаций.

В нашем эксперименте основной средой для регенерации использовалась N6, 1 мг/л ИУК и 0,5 мг/л кинетииа. Регенерация эмбриоидов происходила в течение 10-20 суток, либо через 25-30 суток после предварительной холодовой предобработки. В некоторых случаях наблюдался прямой органогенез на среде для культивирования пыльников. Регенерацию альбиносных растений наблюдали как у каллусов, так и у эмбриоидов.

Результаты изучения регенерации гаплоидов у мутантно-сортовых гибридов приведены в таблице 8. Полученные результаты свидетельствуют о высоком значении фактора генотипа для регенерации растений. Более того, отмечается влияние эффекта цитоплазмы на регенерационные процессы у мутантно-сортовых гибридов пшеницы при андрогенезе in vitro.

Таблица 8

Регенерация гаплоидов мутантно-сортовых гибридов пшеницы на среде N6

Комбинация Зеленые растения (%) Альбиносы (%) Всего (%)

Каз Змк х С-29 11,1+1,1 2,2±0,5 13.3±1,2

С-29 х Каз Змк 18,5±1,2** 3,7±0,6 22,2±0,3**

Каз126мкхС-29 32,6+1,9 - 32.6±1,4

С-29 х Каз 126мк 38,1±2,1 14,3±1,6 52,4±2,2**

Примечание- знак ** -различие достоверно при Р < 0,01

Результаты эксперимента показали отсутствие влияния цитоплазматиче-ского эффекта на каллусо- и эмбриогенез и присутствие его на регенерацию растений в культуре пыльников in vitro. Выявлено генотип-средовое влияние на индукцию андрогенеза in vitro. Получены дигаплоидные линии гибридной комбинации Казахстанская 126мк х Саратовская 29.

Морфологический, карнологнчсскнн и биохимический анализ удвоенных гаплоидов

Анализ удвоенных гаплоидов по высоте и по признакам продуктивности, представленный в таблице 9, свидетельствует, что у дигаплоидной линии ДГ-1 среднее значение высоты растений составляло 56,7 см., то есть на 30,4 см. короче, чем у первоначального исходного сорта Саратовская 29, на 2,9 см. выше, чем у мутантнои формы. У дигаплоидной линий ДГ-2 высота растений составила 58,3 см. Также, из таблицы видно понижение коэффициента вариации

Таблица 9

Выраженность количественных признаков линий мутантно-сортового гибрида в Рг, исходных форм яровой мягкой пшеницы и дигаплоидов

Генотип Высота растений Число зерен, шт Масса зерна, г Масса зерна с растения, г

см CV% главного колоса

Казахстанская 126мк 53,8±1,9 10,2 36,4±1,3 1,4±0,1 2,3±0,4

Саратовская 29 87.1+1.6 7,7 42.2+1.4 1,9±0,1 3,8±0,5

Линия F2 (Каз126мк х С-29) 57,6±3,7 28,0 33,3+1,7 1,3±0,2 2,1±0,4

ДГ-1 56,7+2,2** 9,7 32,7±1,2* 1,4 ±0,1 2,9±0,6

ДГ-2 58,3±1,8** 8,6 39,4±1,5 1,7+0,4 3,1±0,3

Примечание- знак * -различие достоверно при Р < 0,05; **- при Р < 0,01

высота растений у изучаемых дигаплоидов 9,7 и 8,6% соответственно, тогда как, коэффициент изменчивости у исходных линий составил 28,0%. Отличие по числу и массе зерна с главного колоса у удвоенных гаплоидов по сравнению с исходной гибридной линией было в пределах ошибки. В то же время, наблюдалось уменьшение значений этих признаков по сравнению с сортом Саратовская 29: число зерен с главного колоса которого составило 42,2 шт. и масса зерна с колоса 1,9 г., а у ДГ-1 число зерен с главного колоса 32,7 шт., масса зерна 1,4 г. У ДГ-2 значения этих показателей составили 39,4 шт. и 1,7 г. соответственно. По признаку "массы зерна" с одного растения дигаплоиды также уступают лучшему родителю. Так, у Саратовской 29 величина этого показателя составила в среднем 3,8 г., а у дигаплоидов 2,9 г. и 3,1 г. соответственно. Однако, этот показатель у дигаплоидов превосходит изучаемое значение у мутантной формы и исходной гибридной линии. Фенотипнческие наблюдения показали, что растения дигаплоидной линии ДГ-1 не отличаются между собой и идентичны сорту Саратовская 29.

Наряду с морфологическим анализом нами проведено цитологическое тестирование корешков регенерантных растений до и после колхицинирования. Анализ ацетокарминовых давленых препаратов показал гаплоидный набор хромосом до колхицинирования и последующую дигаплоидизацию в клетках корневой меристемы корешков изученных растений после колхицинирования.

На материале дигаплоидов гибридной комбинации Казахстанская 126мк х Саратовская 29, изученных по количественным признакам, проведен анализ электрофоретических спектров глютенина.

По спектру высокомолекулярных субъединиц глютенина у исходной мутантной формы Казахстанская 126мк все анализированные зерна были идентичны и имели субъединицы 2*, кодируемые локусом Glu Al, 7+8, кодируемые локусом Glu В1 и 2+10, кодируемые локусом Glu D1. Электрофорез запасных

белков зерен Р0 и Pi поколений дигаплоида ДГ-1 показал их идентичность между собой и сортом Саратовская 29 по спектру ВМС глютенинов, имевших следующий состав: 2*, 7+9, 5+12 (рисунок 4).

Компонентный состав глютенина дигаплоида ДГ-2 включал высокомолекулярные субъединицы, контролируемые аллельным вариантом локуса Glu D1 мутантной формы Казахстанской 126 и высокомолекулярные субъединицы, контролируемые аллельным вариантом локуса Glu В1 сорта Саратовская 29. Субъединицы 2*, контролируемые локусом Glu Al, присутствуют в белковом спектре обоих родителей. То сеть, спектр анализа линий ДГ-2 показал рекомбинацию локусов по электрофоретнческим спектрам глютенина. По анализам электрофоретических спектров глютенина также выявлена полная идентичность и гомозиготность спектров семян Ро и Р| у ДГ-2.

Спектр глютенинов Pi поколения дигаплоидов и их родительских форм

—

•««"гзайбЦ*^ - -

■v ■Г 4 T. ff- y* K *r XXv Wi s*

Т0*И ег *

а - Казахстанская 126мк; б - Р0 ДГ-1; в - Р! ДГ- 1; г - Р0 ДГ-2; д- Р] ДГ- 2; е- Саратовская 29.

Рисунок 4

Таким образом, использование гаплоидной биотехнологии позволило получить из гибридной популяции за сравнительно короткий срок гомозиготные линии пшеницы с признаком короткостебельности. Результаты морфологических и биохимических анализов показали константность дигаплоидных линий первого п второго поколений, а также возможность выявления и закрепления рекомбинации в дигаплоидных линиях мутантно-сортовых гибридов Р).

а

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы выявлены особенности наследования признака корот-костебелыюсти мутантных форм сортов яровой мягкой пшеницы Казахстанская 126 и Казахстанская 3. Установлена неаллельность генов гШ, гЫ2 и гШ генам короткостебелыюсти изучаемых мутантных форм. Генетическим анализом определена дигенная детерминация признака короткостебелыюсти у изучаемых мутантных форм.

При изучении завязываемости гибридных зерновок при мутантно-сортовой гибридизации, выявлена зависимость завязываемости от направления скрещивания. Пониже1шая завязываемость в обратных комбинациях, т.е. при использовании мутантов в качестве опылителя, объясняется генетической нестабильностью изучаемых мутантных форм.

Изучение процесса мейотического деления у мутантно-сортовых гибридов и исходных форм показало, что у мутантно-сортовых гибридов, как и у мутантных форм основная масса хромосомных нарушений выявляется на стадии М1 мейоза. Наблюдается слипание хромосом и их фрагментация, открытие биваленты, униваленты. В некоторых клетках метафазы I встречались триваленты, квадриваленты. Наличие таких транслокации свидетельствует о нарушении нормальной конъюгации гомологичных хромосом.

Изучение изменчивости и наследуемости признака "высота растений" показало высокий процент коэффициента вариаций и коэффициента наследуемости как в первом, так и во втором поколениях гибридов. По результатам распределения мутантно-сортовых гибридов во всех комбинациях выявлено расщепление трансгрессивных короткостебельных форм, высота растений которых значительно ниже, чем у мутантов.

Дисперсионный анализ комбинационной способности короткостебельных мутантных форм по высоте растений позволил определить аддитивность действия генов, контролирующих короткостебельность у мутантных форм, обусловленную высоким значением общей комбинационной способности.

Изучение корреляционных связей признака короткостебельности с признаками продуктивности мутантно-сортовых гибридов показало положительную корреляцию высоты растений с признаками продуктивности.

Изучение морфогенеза и регенерации гаплоидов в культуре пыльников показало преимущество гаплоидной технологии по сравнению с самоопылением для достижешш гомозиготности линий из расщепляющихся популяций мутантно-сортовых гибридов в сравнительно короткий срок. Получены семена дигап-лоидных линий гибридной комбинации Казахстанская 126мк х Саратовская 29.

Проведено цитологическое тестирование корешков регенерантлых растений до и после колхицинирования. На материале дигаплоидов, изученных по количественным признакам, проведен анализ электрофоретических спектров глюте-нина. Электрофорез запасных белков зерен Р0 и Р| поколений дигаплоида ДГ-1 показал их идентичность между собой и сортом Саратовская 29 по спектру

ВМС глютенинов. Спектр анализа линий ДГ-2 показал рекомбинацию локу-сов по электрофоретическим спектрам глютенина.

ВЫВОДЫ:

1. Короткостебельные радиомутанты Казахстанская 12бмк и Казахстанская Змк характеризуются генетической нестабильностью, которая выражается в пониженной завязываемости гибридных семян, когда мутантные формы выступают в качестве опылителя, и высоким значением коэффициента вариации высоты растений (10,40% - 30,66%) в первом поколении гибридных растении.

2. Установлена высокая степень наследуемости признака короткостебелыю-сти у мутантно-сортовых гибридов как в первом, так и во втором поколениях. В то же время, отмечен более широкий спектр изменчивости длины стебля у гибридов второго поколения по сравнению с потомством первого поколения.

3. Выявлена аддитивность действия генов, контролирующих короткосте-белыюсть у мутантных форм, при изучении комбинационной способности с сортами яровой мягкой пшеницы.

4. Корреляционные связи признака высоты растении с признаками продуктивности у гибридных популяций носят преимущественно положительный характер. В то же время показана возможность сочетания признака короткосте-белыюсти с высокими показателями продуктивное™ у отдельных гибридных линий.

5. По результатам эксперимента по методу Гейла-Грсгори показано, что гены, контролирующие высоту растений у мутантов Казахстанская 126мк и Казахстанская Змк, неаллелыш генам короткое!ебелыюсти гШ, тЫ2 и гШ.

6. Обнаружена высокая частота хромосомных нарушений в мейозе у мутантно-сортовых гибридов, при этом частота аберрантных клеток в гибридных комбинациях не зависит от направления скрещивания.

7. С помощью гаплоидной технологии получены стабильные дигаллондные линии из расщепляющихся гибридных популяций комбинаций Каз 126мк х Саратовская 29 с признаком короткостебелыюста.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Манабаева Ш.А. Цитогснетаческое исследование исходных форм при му-тантно-сортовой гибридизации яровой пшеницы //Проблемы генетики и селекции растений (Сб. науч. тр.) - Алматы, 1994. - С. 12-19.

2. Манабаева Ш.А., Мухамбетжанов К.К. Изучение количественных признаков радиационных мутантов яровой пшеницы и их гибридов //Проблемы генетики и селекции растений (Сб. науч. тр.) - Алматы, 1994. - С. 51-60.

3. Манабаева Ш.А. Жаздык, бидайдыц мутант-сорт Р, будаидарыныц сандык, белгшершщ ту к, им куалаушылыпли зертгеу //Жаршы, Бастау. -Алматы. -1995. -3. Б. 14-21.

4. Жамбакин К.Ж., Терлецкая Н.В., Смолякова О.И., Манабасва Ш.А., Берлина М.А. Использование гаплоидной технологии в селекции зерновых культур// В сб.: "Биологические основы селекции зерновых куль-тур"(Матсриалы Республиканской научной конференции).- Алматы, НИЦ "Бастау".-1996,- с.142-145.

5. Жамбакин К.Ж., Манабаева Ш.А., Акишев А.А.. Оптимизация условий морфогенеза и регенерации в процессе андрогенеза мягкой пшеницы in vitro //Биотехнология. Теория и практика. - Алматы, 1997. - 3. С. 49.

6. Манабаева Ш.А., Жамбакин К.Ж., Мухамбетжанов К.К.. Ускоренное получение гомозиготных линий мутантно-сортовых гибридов //Биотехнология. Теория и практика. - Алматы, 1997. — 3. С. 106.

7. Жамбакин К.Ж., Терлецкая Н.В, Манабаева Ш.А., Турашева С.К. Морфогенез в культуре репродуктивных органов злаков //Биология клеток растений in vitro, биотехнология и сохранение генофонда. Тез. докл. VII Международной конференции. - Москва, 1997. - С. 89.

8. Жамбакин К.Ж., Тукеева Д.Н., Терлецкая Н.В., Манабаева Ш.А. Перспективы получения новых изогенных линий с генами Rht. //Агробиотехнологи;: растении и животных. Тез. докл. Международной конференции. - Киев,1997. -С. 147-148.

9. Manabaeva Sh. A., Zhambakin К. Zh.. Production homezygote lines of mutant-cultivar hybrids with semidwarf character //The 11th congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology. 7-11 September 1998, Varna, Bulgaria. S03-07

10. Манабаева Ш.А., Жамбакин К.Ж. Получение гомозиготных линий мутант-но-сортовых гибридов с признаком короткостебельности // Биотехнология. Теория и практика. Материалы конференции "Актуальные проблемы сель-ско-хозяйственной биотехнологии",- 1998. - 1-2, (5-6). С. 69-71.

11. Манабасва Ш.А., Жамбакин К.Ж., Берлина М.А, Хайленко Н.А., Исмагуло-ва Н.К. Особенности мейотического деления у мутантно-сортовых гибридов и их родительских форм //Поиск. - Алматы, 1998. - 3. С. 23-30.

12. Турашева С.К., Манабаева Ш.А., Жамбакин К.Ж. Получение гаплоидных растений мягкой пшеницы путем андрогенеза in vitro //Материалы VII республиканской научно-практической конференции "Физиолого-биохимические и генетические основы устойчивости и продуктивности растений". - 1999. С.156-157.

13. К. Zhambakin, N. Terletskaya, Sh. Manabaeva, S. Turasheva, A. Akishev. Morphogenesis in haploid culture of cereals //From Cells to Crops. The third Symposium in the Series Recent Advances in Plant Biotechnology". Slovakia, 1999. S 2.-P 11.

14. Манабаева III.А., Булатова K.M., Жамбакин К.Ж. Биохимический анализ удвоенных гаплоидов мутантно-сортового гибрида //Физиология растений -наука Ш тысячелетия. Тез. докл. Международной конференции. - Москва, 1999. - С. 628.

Манабаспа Шуга Аскаркызы

Жазлык бидапдыц мутантгыц формаларыньщ к.ыска сабаюъщ бслпсшщ тукьм куалаушылыгы

Биология гылымдарыныц кандидаты галыми дорсжсс! ушш коргайтып диссертация 03.00.15 — генетика

Тужырым

Жаздык жумсак бидайдын мугантплк формалары - К,азакстан 126мк жоне Кдзакстан Змк кыска сабактылыктыц донорлары ессбнще зсрттсль цц1. Мутант формаларын тозаццаткыш ессбнще колцанганда дон байлану корсеткнншщ томендсу! жонс Снрппш будан урпагы оымднегершщ узындыгы бойышна ерскшслепстшдт олардыд генетикалык тураксыздыган корсстп. Мутант формалардыц кыска сабактылыгын бакш/айгын гендердщ гЫ 1, гШ жонс гЫЗ гелдерше аллельс1здт аныктадды. Генетикалык талдау нотижссшде мутантгык формалардыц кыска сабактылык, белпепнц дигсщцк дстерминациялыгы ашлкталды. Мсйоз процессш зерттсу нотижссн!Дс, мутант формаларында жене мутант-сорт будандарывда хромосомалык ауыткудыц жогары жиип'п ашлкталды. К,ыска сабактылыктъщ тукымкуалаушылык касиетшщ жогары дорсжсс1 аныктальт, мутант-сорт будандастыруда ос1мдиспц бойы аддитшт, сон-ымсн катар доминанта жонс жогары доминанты осср стетш коп гендермен бакыланатындыгы корсетшдК Мутант-сорт будандарын ж1ктеу потижеанде барлык комбинацияда трансгрессии! кыска сабакты формалардыц ажырайтындыгы ашлкталды. Кдлска сабактылыкты бакылайтьш гендердщ аддитшгп оссрн! жоне жалпы комбинациялык кабистпктщ жогары монш аныктауга мутант формалардыц комбинациялык кабшетплнтнщ ди-сиерсиялык талдауы мумкпцик бердк Мутант-сорт будандарыида оамд1ктщ бойыныц бидай ошмдшгш аиыктайтьш белгшермен тура корреляциялык байлаиысы ашлкталды. Эйтссде, жскс будан комбцнацияларьпща кыска сабактылыкш жогары бидай ошмдиппмеп у'^сс-пру мумкивдит бар екендт корсетщгц.

1п \1й"о-да апдрогснез од1сш колдана отырып алынган дига1шоидты линиялардьщ сандык белплершщ корссткпптср! зерттелд1 жоне глютешшнщ элсктрофорстикалык спектрлершс талдау жасалды.

Генетикалык тураксыз Казакстан 126мк жоне К,азакстаи Змк муганг формаларын сслскцияда егшшц жаиырылуга тоз1мдшгш арттыру ушш кыска сабактылыктыц Донорлары рстшдс колдану усынылды. Гаилоидты биотехнология оддеш мутант-сорт будандарын турактаидыруда б1рншп будан урпагында колдану жонс практикалык селекцияда алынган кыска сабакта гомозиготалм, дигаплоидты лшшяларды колдану усынылды.

Manabaeva Shuga Askarovna

Inheritance of short-straw character in mutant forms of a spring soft wheat

Thesis for Degree of the Candidate of Biological Sciences 03.00.15-genetics

Summary

The radiative mutant forms of a spring soft wheat Kazakhstanskaya 126mk and Kazakhstanskaya 3mk are investigated as the donors of a short-straw character. Have been shown reduced setting of grains by using of mutants as pollinators and nonuniformity of hybrids of a first generation on plants height that have proved a genetic instability of short-strawed radiomutants. Have been established genes of shortness of mutant forms not allele to genes rhtl, rht2 and rht3. Have been defined a digene determination of a short-straw charactcr by the genetic analysis. The high frequency of chromosome anomaly in meiosis both for mutants and for mutant-variety hybrids is detected. The high degree of hereditivity of a short-straw is detected. Height of plants in crossing with mutants is shown controlled by polygenes and is operated additively as effects of dominance and superdominance. Mutant-variety hybrids in all combinations is detected the splitting of transgressive short-strawed forms with more lower plants height, than for mutants. The dispersion analysis of combinative ability of the short-strawed mutant forms has allowed to reveal additivity of gene activity controlling a short-straw of the mutant forms, and high values of common combinative ability. Have shown a high positive correlation between character of plants height and characters of productivity for mutant-variety hybrids. At the same time, we have created a short-straw hybrid lines with high productivity.

The haploid lines are obtained by the method of an androgenesis in vitro and dihaploid lines are made by further colchicine treatment. The expressiveness of quantitative characters is investigated and the analysis of electrophoretic spectra of glutcnin is carried out in dihaploid lines. The constancy of dihaploid lines in the first and second generations is established. The possibility of revealing and fixing of . recombination on glutenin spectra for dihaploid lines is confirmed.

The genetically unstable mutants of spring soft wheat Kazakhstanskaya 126mk and Kazakhstanskaya 3mk are offered for usage as the donors of short-straw in breeding on resistance to the lodging. It is recommended to use the haploid biotechnology for stabilization of mutant-variety hybrids in the initial hybrid generations, and to utilize in the breeding the created stable lines of dihaploid hybrid combinations Kazakstanskaya 126mk x Saratovskaya 29 with mutant character of a short-straw.