Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Получение исходного материала для селекции риса путем воздействия химическими мутагенами в разные периоды онтогенеза

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Получение исходного материала для селекции риса путем воздействия химическими мутагенами в разные периоды онтогенеза"

МЕЖОТРАСЛЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ПРОИЗВОДСТВУ И ПЕРЕРАБОТКЕ РИСА (МГО «РИС»)

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

РИСА

получение исходного материала для селекции риса путем воздействия

химическими Мутагенами в разные

периоды онтогенеза

Специальность: 06.01.05. СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

АЛЕКСЕЕНКО Евгений Владимирович

На правах рукописи*

. КРАСНОДАР, 1991

МЕЖОТРАСЛЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ПРОИЗВОДСТВУ И ПЕРЕРАБОТКЕ РИСА (МГО «РИС»)

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

РИСА

На правах рукописи-

АЛЕКСЕЕНКО Евгений Владимирович

УДК 633.18:631.52:575.24

ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ РИСА ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИМИ МУТАГЕНАМИ В РАЗНЫЕ ПЕРИОДЫ ОНТОГЕНЕЗА

Специальность: 06.01.05. СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

КРАСНОДАР, 1991

Работа выполнена в 1979 — 1989 гг. во Всесоюзном научно исследовательском институте риса.

Научный руководитель — академик васхнил, доктор би ологнческих наук, профессор алешин е. гь ,

Официальные онпоненты — доктор сельскохозяйственны* наук, профессор алексеева е. с- ; кандидат сельскохознй ственных наук зеленский г. л.

Ведущее учреждение — Донской селекцентр

Зашита диссертации состоится «$-4 » ^в-НО-Зр-Л 199/ г

в Ю часов на заседании Специализированного Совета К. 020 66. 01 по присуждению ученой степени кандидата на ук во Всесоюзном научно-исследовательском институте рисг по адресу: 353204, г- Краснодар, п/о Белозерное, ВНИИ риса

С диссертацией можно ознакомиться л библиотеке Всесою^ пого научно-исследовательского института риса.

Автореферат разослан «■£'

»

1991 г

Ученый секретарь Специализированного совста

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы-

В комплексе мероприятий, направленных на решение зерновой проблемы СССР, ведущая роль принадлежит селекции, которая прнщ.ана создавать сорта с новыми свойствами. Успех работы по созданию новых сортов, отвечающих требованиям современного земледелия, в значительной степени определяется особенностями и селекционной значимостью исходного материала и постоянным его пополнением. В проблеме получения исходного материала важным является понимание роли мутаций, так как первичное наследственное разнообразие возникает только на базе мутаций-

В настоящее время без экспериментального мутагенеза, как важнейшего фактора создания исходных генетических фондов, не возможно успешное решение многоплановых задач селекции. По дальнейшая перспектива применения данного- метода требует разработки и решения ряда методических и теоретических вопросов, среди которых важное место занимает разработка метода индуцирования мутаций на разных этапах онтогенеза растения. Подобные работы на рисе в нашей стране не проводились. В связи с этим большое теоретическое и практическое значение приобретают исследования по изучению возможности повышения эффективности эксперементального мутагенеза путем воздействия химическими мутагенами в разные периоды развития риса-

Цель и задачи исследований-

Целью настоящей работы являлось изучение возможности увеличения мутационной изменчивости риса путем воздействия химическими мутагенами в разные периоды онтогенеза.

В задачу исследований входило:

— изучить возможность применения различных способов воздействия химическими мутагенами на растения риса в разные периоды онтогенеза и определить их эффективность;

— изучить влияние химических мутагенов на частоту и спектр изменчивости растений в М] и Мг по важнейшим морфобио-логическнм признакам;

— определить значение фазы онтогенеза при обработке мутагенами вегетирующнх растений;

— нз\чнть особенности химического мутагенеза вегетирующнх растений у риса;

— выявить роль хлорофцльных мутаций при мутагенезе вегетирующнх растений и изучить их;

— получить мутантные формы, представляющие интерес для селекции и провести генетическое и биохимическое изучение наиболее оригинальных из них-

Научная новизна-

Впервые на культуре риса использован метод воздейст-сия водными растворами химических мутагенов на растения в разные периоды онтогенеза. Определены наиболее эффективные спо:обы воздействия. Показана зависимость частоты и спектра изменений от типа и дозы мутагена, а также фазы развития растений в момент обработки.

Среди особенностей мутагенеза вегетнрующих растений риса от?, ечена возможность проявления значительного количества измененных форм уже в первом мутантном поколении (М1) и возникновение нескольких одинаково уклоняющихся от контроля растении в одной с€мье-

Полуена широкая амплитуда изменчивости морфобиоло-гичсских признаков, благодаря чему создается возможность отбора форм, служащих исходным материалов для селекции риса- Выделены и изучены хлорофнлыше_ мутации.

Индицированы новые формы риса: ультракороткостебель-ный мутант, обладающий рядом уникальных признаков, и мутант, у которого цветковые чешуи лишены хлорофилла-

Практическая ценность-

Выделенные в результате исследований мутанты, которые могут быть использованы в селекции риса па короткостсбе-льность, качество зерна, раннеспелость, а также оригинальные формы, представляющие интерес для теоретических исследований. переданы в коллекции риса ВИР. ВНИИ риса и УкрНИС риса. По результатам исследований наиболее эффективные способы обработки .вегетирующнх растений предложены для практического использования в селекции-

Апробация работу.

Основные результаты исследований докладывались на: Всесоюзных конференциях молодых ученых — рисоводоп (г. Краснодар, 1981., 1982, 1991); Всесоюзных совещаниях по химическому метагенезу в ИХФ АН СССР (г. Москна, 1982, 1983, 1985, 1991); Республиканской конференции «Экспериментальный мутагенез и его использование в селекции растений» (г- Чернигов, 1989); 20 и 21 заседаниях научно-методического совета селекцентра В'СГИ (г- Одесса. 1990. 1991); отчетных конференциях профессорско-преподавательского состава Каменец-Подольского СХИ (г. Каменец-Подольский, 1988), Проведенные исследования по мутагенезу вегетнрую-щнх растений риса отмечены на I Всесоюзном конкурсе молодых ученых рисоводов (г, Краснодар, 1987).

Публикация.

По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, 2 статьи находятся в печати.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит изгведеиия, 7 глав, выводов, рекомендаций для селекционной практики, списка использованной; литературы н; приложения, общим объемом

страниц машинописного текста, иллюстрнрована 0.Е таблицами и 2.1 рисунками- Список использованной литературы включает 228^. наименований, в том числе работ зарубежных авторов. •

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

/• Обзор литературы

Обоснована необходимостью дальнейшей разработки метода индуцирования мутаций на разных этапах онтогенеза. Прослежены, пути развития радиационного и химического мутагенеза вегетирующнх растений основных сельскохозяйственных культур, в том числе и риса. Представлены основные проблемы и достижения по данному вопросу в нашей стране и за рубежом.

2. Материал и методика исследований-

Исследования проводились на экспериментальной базе ВНИИРиса ЭСХ «Красное» в период с 1979 по 1989 гг.

Исходным материалом служил широко распространенный сорт Краснодарский 424. В качестве химических агентов прн-

Меняли мутагены алкилируювдего типа в следующих концентр Á Uj U i\:< НИ rp¡>Jü~S TuflMO ? til чНА ( ¡jJM) (J. О /, 0.0 ¿,O,0 g. 0.05%. этилметансульфонат (ЭМС) — 0,1, 0,2 и 0,05%, нитро-зометнлмочевина (НММ) — 0,0015%, 1,4 — бис-диазоаце-тнлбутан (ДАБ) — 0,03%, днметилсульфат (ДМС) — 0,005%, диэтилсу.льфат (ДЭС) — 0.05. 0,1%. Водные ^астзоры мутагенов готовили по методике и рекомендациям отдела генетики института химической физики АН СССР непосредствеп-но перед обработкой.

Изучение влияния воздействия химических мутагенов в определенные периоды онтогенеза риса проводили по следующей схеме: п.1979 г- — инъекция мутагена в верхнее междоузлие за 2-3 дня до выметывания; инъекция мутагена медицинским шприцем в перхнее междоузлие п фазе цветении; обработка метелок риса через 24, 48, 72 часа после оплодотворения, п 1980 г. — проращивание семян в растворе мутагена п течение 10 суток; инъекция мутагена медицинским шприцем в зону узла кущения; обработка метелок риса в .листовом влагалище за 2-3 дня до выметывания; инъекция мутагена медицинским шприцем в верхнее междоузлие в фазе-цветения; обработка метелок через 12 и 96 часов после оплодотворения. Всего в 1979 г. было обработано мутагенами 2122 растения, в 1980 — 1452. Контролем служила обработка дистиллированной водой.

Выращивание растений, предназначенных для обработки мутагенами, проводили в вегетационных сосудах, где после появления всходов Оставляли по 10 растений, удаляя уклонившиеся от среднего развития формы. Семена с каждого обработанного растения (Мо) убирались отдельно-

Первое (Мг) и последующее мутантные поколения изучались в полевых условиях. Посев ручной, посемейный, с размещением контролен через 20 номеров. В период вегетации проводили отбор н учет растений с видимыми хлорофильны-мн и морфобнологическими нарушениями. Частоту мутаций определяли по проценту семей с уклонившимися от контроля растениями от общего количества изучаемых семей в варианте. Все измененные формы убирались отдельно. Кроме этого, после проведения индотборов с каждого варианта отбиралось по 50-100 метелок с растений без видимых отклоне-

пий от исходной формы, семена с которых объединяли и высевали популяцией-

В поколениях М2 и М3 учитывался характер наследования измененных признаков у ранее выделенных форм, проводились отборы и учеты уклонявшихся от контроля растений. Часть материала изучалась в селекционном и контрольном питомниках. Агротехника в полевых опытах выдерживалась согласно рекомендациям ВНИИРнса.

В лабораторных условиях проводили биометрические и технологические анализы, определение всхожести семян. Био химическое изучение наиболее интересных мутантов проводили в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ВНИИ-риса. Выражаю искреннюю признательность руководителю этой лаборатории к. б- н. Авакян Эу Р. и к. с- — х- н- Алешину Н- Е. за помощь в выполнении данной работы.

Полученные результаты обрабатывали методами математической статистики (Зайцев, 1984; Доспехов.1979) • 3. Всхожесть и выживаемость растений риса в Мо М.

Одним из наиболее падежных критериев оценки чувствительности растений к мутагенному воздействию являются всхожесть семян в Мь Анализ полученных нами данных показывает, что решающими факторами, оказывающими влияние на всхожесть семян, являются концентрации мутагенов, стадия развития растений в момент обработки, а также взаимодействия этих двух факторов.

Инъекция мутагенов медицинским шприцем в полую часть верхнего междоузлия за 2-3 дня до выметывания не вызывала заметного изменения всхожести по сравнению с контролем. При воздействии в фазе цветения и через 48 часов после оплодотворения поражающее действие более высоких концентраций ЗМС и НЭМ были одинаковым и снижение всхожести соответственно составило 12 и 17%. В тоже время, при обработке метелок через 24 часа после оплодотворения достоверное снижение всхожести вызвала только НЭМ. а в варианте с обработкой через 72 часа после оплодотворения более жестко действовал ЭМС. Наиболее наглядно чувствительность растений к мутагенному воздействию проявилась при обработке метелок риса НЭМ — 0,03%. В данном случае воздействие I! первые сутки после оплодотворения вызвала снижение всхожести на 18,5%, на вторые сутки эта величина составила 17%, а на третьи сутки всего — 6,5% от контроля.

В процессе работы мы отмечали реакцию отдельных частей растения на действия химических мутагенов и различные отклонения от нормального развития в год обработки. Так, при проращивании семян в водном растворе НММ — 0,0015% отмечено сильное угнетение проростков: развивается только почка. а корешок или слабо развит или не развивался совсем-Вероятно, это связано с цитостатическим действием мутагена. Подобного типа реакцию растений наблюдали и при воздействии в фаз£; кущения НЭМ. Через 4-5 дней после введения мутагена на глубину узла кущения у части растений наблюдалось пожелтение верхнего листа главного побега, хотя в дальнейшем зеленая окраска восстанавливалась и главный побег как и все растение развивался нормально, однако у некоторых растений все же отмечалось замедление в росте и отмирание главного побега, в то время как боковые побеги развивались без отклонений.

4- Хлорофильные мутации.

4.1. Частота и спектр хлорофильных мутаций. Во многих исследованиях по индуцированному мутагенезу принято использовать хлорофильные мутации в качестве теста на эффективность и специфичность мутагенного действия. В первом мутантном поколении преобладали мутгщии типа стриа-та. Наибольшая частота хлорофильных изменений отмечалась после обработки метелок через 24 часа после опл'одотво-' рения ЭМС — 0,2%и после обработок метелок в листовом влагалище перед выметыванем НЭМ— 0,05%, где количество семей с хлорофи.льными мутациями соответственно составляли 5.0 и 5,7%. Небольшое количество семей с хлорофиль-ными нарушениями отмечалось также и после воздействия ДЭС — 0,1% в фазе цветения и ЭМС — 0,2, НЭМ — 0,02, 0.03% через 48 часов после оплодотворения- В остальных вариантах опыта, включая контроли, хлорофильных мутаций в М] не обнаружено. (Таблица 1 и 2)-

Дальнейшие отборы растений с измененными морфобио-логическимн признаками показали, что наибольший'; процент хлорофильных мутаций отмечен в тех вариантах, где било выделено наибольшее количество морфологических изменений.

Появление хлорофильных мутаций при пересеве растений, не отличавшихся от исходной формы в М^ указывает на наличие мутационного процесса. В данном случае наибольшее количество хлорофильных мутаций в М2 (4,6%) отмечено при иоздействииЭМ'С — 0,2% на метелки риса через 24 часа после оплодотворения.

При пересеве растений, уклонявшихся в М, от исходной формы, наблюдалось значительное выщепленне хлорофильных мутаций только в вариантах с обработкой метелок риса ЭМС через 1. 2 и 3 суток после оплодотворения. В отличии от М1 в М2 большую часть хлорофильных изменений представляли альбиносы.

Важно отметить и тот факт, что в М2 около 20% семей с хлорофильными мутациями имели свыше 5 растений с одинаковым хлорофильным нарушением.

4.2- Изучение выделенных хлорофильных мутаций.

В наших опытах проявлялись только два типа хлорофильных мутаций:альбино (белые листья) и стриата (белые продольные полосы вдоль влагалища и пластинки листа)-Летальные мутации альбино погибали в фазе 2-3 листьев, как только израсходовался запас пищи в семени. Мозаичные мутанты стриата выживали до конца вегетации и давали семенное потомство. Было отмечено, что в тех случаях, когда бесхлорофильная зона располагалась на листовой пластинке билатерально или занимала значительную часть ее, мутатная ткань переходила на ножку метелки и распространялась на часть колосков. При пересеве семена, образовавшиеся из этих колосков, давали только альбиносы, в то время как остальные зерна метелки — зеленые проростки- В данном случае решающим фактором для определения цвета проростков являлся цвет ткани, из которой образовалась завязь, что указывает на пластидную изменчивость. Характер расщепления в потомстве изученных мутаций стриата различен, что говорит о разном количестве инициальных клеток, подвергнутых воздействию мутагена, потомки которых впоследствии формировали цветоносы.

4.3. Морфобиологическое описание мутации риса

«Метелка альбинос». В результате проведения дополнительного опыта по обработке метелок риса сорта Спальчик

' . ■ ■} -чг^/.Ч.;-;:^"' -;.-.•• 9

через 24 часа после оплодотворения ЭМС — 0,2%, в М] было отобрано растение с редким хлорофильным нарушением. Му-тантное растение по форме, расположению листьев и метелки напоминало исходную форму, но цветковые чешуи на всех метелках были лишены хлорофилла (метелка альбинос). Все органы цветка были хорошо развиты, растение цвело- и дало хорошо выполненные семена. То, что метелка альбинос цвела и развивалась нормально, говорит о том, что бесхлорофнль-ные участки выживали, получая питание от зеленых, в тоже время, пустозерность мутанта на 10% превышала исходный сорт.

В Мг из 150 полученных проростков 149 были альбиносы, и только одно растение наследовало мутацию «метелка альбинос». В Мз ожидаемого массового выщеплення альбиносов не произошло, а наблюдалось расщепление на альбиносы, растения с «метелками альбиносами» и растения с обычными зелеными метелками. В свою очередь, растения с «метелками альбиносами» разделились на две группы: с компактными метелками и архитектоникой тина исходной формы и более высокорослые с рыхлой развесистой метелкой. В последующих поколениях эти формы продолжали расщепляться и лишь в восьмом поколении удалось выделить две чистые линии растений с «метелками альбиносами». Данные образцы были переданы в мировую коллекцию риса ВИР, которая ранее таких форм не содержала.

Мутанты подобного типа, названные грандпа, получены и хорошо изучены на ячмене. Таким образом, выделение мутантов с белыми метелками на рисе еще раз подтверждает закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н. И. Вавилова.

Мутанты с белыми метелками являются хорошими генетическими маркерами и могут служить великолепным объектом для генетических, фнзиолого-бнохимическнх и других исследований-

Кроме появления растений с белыми метелками, в данной мутантной популяции наблюдался очень мощный мутационный процесс среди растений с зелеными метелками. В результате проведенных отборов было выделено большое количество мутантов. Обилие мутантных форм, вероятно, связано с

аействием гена-мутатора заработавшего в данном организме. Свыше 100 мутантных образцов прошли и проходят изучение во всех звеньях селекционного процесса, включаются в ибридизацию.

5. Морфобиолсгические мутации

5.1. Частота и спектр индуцированных изменений в Mj.B

зтличпн от обработки семян мутагенами при мутагенезе ве-■етнрующих растений значительное количество мутантов мо-•кет проявляться уже в первом поколении. Выделенные в М( лутанты часто бывают гомозиготны по мутировавшим генам I, кроме того, в этом поколении отмечается большое колк,-lecTBo близнецовых растений. (Краевой и др. 1977; Охримен-га, Лебедысова, 1977).

Данные особенности отмечены и нами при изучении М, юсле обработки растений риса химическими мутагенами на разных этапах онтогенеза. На возможность проявлений "мос-¡юбиологических изменений в Mj нам указали хлорофильныс мутации, наблюдаемые в фазе всходы- По мере формиропа-шя тех или иных признаков растений определялось и значи-ельное расхождение в количестве и спектре морфобнологи-lecKiix изменении, зависящее как от этапа онтогенеза растеши в момент обработки и способа воздействия, так и от вида i концентрации мутагена. (Таблица 1 и 2). Значительное ко-шчество уклонившихся от контроля растений в М) (от 15 до 50% семей с изменениями) наблюдалось при обработке соцве-ий риса в листовом влагалище перед выметыванием,через 12-)6 часов после оплодотворения. В этих же вариантах отмечен i наиболее широкий спектр изменчивости, но значительную 1асть в нем представляли стерильные формы.

При использовании ЭМС и НЭМ в большинстве случаев трослеживалась тенденция увеличения выхода измененных [юрм с увеличением концентрации мутагена. У ДЭС наоборот юлее эффективными была более низкая концентрация. Важ-ю отметить и тот факт, что во всех вариантах воздействия ia вегетирующие растения риса, кроме проращивания семян | растворах мутагенов, встречались семьи с несколькими оди-1аково уклоняющихся от контроля растений.

1Ü

Частота изменений в М! иМ2 у риса сорта Краснодарский 424

а результате воздействия химическими мутагенами в разные периоды онтогенеза в 1980, 1981 (% семей с изменениями)

Таблица 1

Мутаген, концентрация М, м,

хлоро-фильные морфобио-логичеекие 1 к-во типов морфобио-логические к-зо типов

Обработка растений перед выметыванием

Контроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭМС-ОД 0,0 4,3** 3 1,4 2

ЭМС-0,05 0,0 4,2** 2 0,8 2

нэм-о;о1 0,0 1,7 2 1,5 3

НЭМ-0,05 0,0 4,0 3 — —

Обработка растений в фазе цветения

Контроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭМС-0,1 0,0 1,4 1 — 0

ЭМС-0,05 0,0 1,6* 2 — —

НЭМ-0-01 0,0 3,9** 3 — —

НЭМ-0,05 0,0 3,6** 4 — —

Обработка соцветий через 24 часа после оплодотворения

Контроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭМС-ОД 0,0 3,3 3 0,0 0

ЭМС-02 5,0* 61,0*** 5 11,3*** 5

НЭМ-0,02 0,0 1,3 1 2,2* 1

НЭМ-0,03 0,0 8,9 3 2,1* 2

Обработка соцветий через 48 часов после оплодотворения

Контроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭМС-0,1 0,0 32 9*** 6 2,8 1

ЭМС-0,2 2,7* 37,3*** 4 0 0

НЭМ-0,02 1,3 0,0 1 0,8 1

НЭМ-0,0.3 1,1 1.1 2 — —

Обработка, соцветий через .12 часов после оплодотворения

Контроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭМС-0,1 0,0 4,4 1 2,6 1

ЭМС-0,2 0,0 16,5*** 2 — —

НЭМ-0,02 0,0 0,0 0 — , —

НЭМ-0,03 0,0 0,0 0 — ' —

*Р —95%, **Р —99%, ***Р—99,9%

[астота изменеиий в М, иМ2 у риса сорта Краснодарский 424 результате воздействия химическими мутагенами в разные ериоды онтогенеза в 1981, 1982 (% семей с изменениями)

Таблица 2_

М, М,

Мутаген, концентрация хлоро-фильные морфобио-логические к-во типов 0 5 1 § Р о о 3 Ч И о § о га к

Проращивание семян в растворе мутагена

онтроль 0,0 0,0 0 0,0 0

АБ-0,03 0,0 0,0 0 9,5 3

МС-0,005 0,0 2,5 2 21,5* 3

ММ-0,0015 0,0 2 5 2 5,3 1

Обработка растений в фазе кущения

онтроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭС-0,05 0,0 5,1* 3 2,0 1

ЭС-0,1 0,0 2,5 2 0,0 О

ЭМ-0,02 0,0 2,5 1 2,0 1

ЭМ-0,05 0,0 0,0 0 4,2 2

Обработка соцветий в листовом влагалище перед выметыпанием

онтроль 0,0 0,0 0 0,0 О

ЭС-0,05 0,0 10,4** 4 1,4 1

ЭС-0,1 2,9 4,5* 4 6,3 1

ЭМ-0,02 0,0 7,6** 4 0,0 0

ЭМ-0,05 5,7* 21,7*** 8 3,4 3

Обработка растений в фазе цветения

онтроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭС-0,05 0,0 3,6 1 0,0 0

ЭС-0,1 1,6 6,6* 5 3,9 ' 1

ЭМ-0,02 0,0 5,1* 4 1,4 1

ЭМ-0,05 0,0 7,0* 2 3,1 1

Обработка соцветий через 12 часов после оплодотворения

онтроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭС-0,05 0,0 6,2 1 3,7 1

ЭС-0,1 0,0 0,0 0 3,3 2

ЭМ-0,02 0,0 12,5 3 4,3 1

ЭМ-0,05 0,0 25,0* 2 0,0 0

Обработка соцветии через 00 часов после оплэдотпорснил

онтроль 0,0 0,0 0 0,0 0

ЭС-0,05 0,0 17,6* 4 0,0 О

ЭС-0,1 0,0 11,7 1 5,6 1

ЭМ-0,02 0,0 15,4* 1 0,0 0

ЭМ-0,05___0,0 5,9______^__2^4___1_

*Р—95%, **Р — -99%, ***Р—99,9% :

5-2. Частота и спектр индуцированных изменений в Л

При изучении второго мутантного поколения мы преследова. две цели: 1. проследить характер расщепления измененных пр знаков, отобранных в первом мутантном поколении;2.вы вить, в какой степени реализовалась программа изменений Мь Для этого пересевали семена растений с изменении? признаками и семена растений, не отличавшихся от исхо ной формы в Мь

Данные, полученные в результате изучения, указывают ; наличие скрытой изменчивости, которая проявилась в М2. Б лее низкая частота морфобнологических изменений в М2 : сравнению с Мь говорит о том, что большая часть их (око, 70%) реализовалась и была отобрана в первом мутантнс поколении. Данная зависимость нарушалась только в вари нте с проращиванием семян в растворах мутагена, где часто изменений в М2 была значительно выше^чем в М(.

Характер расщепления измененных признаков, отобранш в Мь имел определенную зависимость. Как в нервом, так, во втором опытах около 20% семей сохранили нриобретенш признаки в М2, что указывает па гомозиготность мутирова шпх генов. Около 40% семей расщеплялись, свидетельств; о наличии нарушений генетического аппарата. И такой 1 процент семей не наследовал измененные признаки, котор! в данном случае. вероятно(зависили от функционального сс тояния генетического аппарата, а не сопровождались его стр ктурными изменениями.

6. Характеристика полученных мутантов.

В результате воздействия химическими мутагенами на и гстнрующие растения риса было выделено большое кол чество мутантов. Данные образцы имеют широкий спектр с лнчий от исходной формы как в сторону увеличения селекц онного значения признака, так и в сторону его умсньшени Мутантные формы имели высоту растения от 25 до 125 с

В селекции на короткостсбельиость могут быть исиользоваг образцы: К— 7891, М — 8814, М — 8872, М — 8881, В1 сота которых не превышает 70 см. Ряд мутаитных лиш имели вегетационный период на 510 суток короче исходи го сорта (М — 4613— 81, М— 3898, М — 461—3 и др.

1нтерес представляют мутанты, сохраняющие в поколениях ысокую стерильность от 70 до 98% (М — 7845, М — 4095, \ — 3988). Часть выделенных мутантов отличалась о.т нсхо-,ного сорта по форме зеряовки от удлиненной I /в—2,1 М — 7 — 81) до округлой £'/в — 1,4 (М — 7483) и шарооб-азион ¿У1 в — 1,2 (М — 324 — 81). По технологическим свой-твам зерна выделились линии М — 7 — 81, М — 1011, \ — 8814, обладающие высокой стекловидностыо и массой ООО зерен и низкой трещиноватостыо- 15 образцов передано рабочую коллекцию ВНИИриса, около 200 мутантов и об-азцов полученных при участии мутантов изучались в Укр-1ИС риса и 3 наиболее редких форм переданы в мировую :оллекцню риса ВИР. Ценные в селекционном отношении 1утапты включаются в качестве родительских форм п гибридизацию, и номера с их участием проходят испытания во сех звеньях селекционнго процесса, включая контрольные итомники и конкурсное сортоиспытание.

7. Ультракороткостебельный мутант риса

В 1980 году в Mi, npis проращивании семян риса сорта краснодарский 424 в водном растворе ДМС — 0,005% было ыделено суперкарликовое растение. Мутация стойко перервалась в поколениях и в 1984 г. была передана в мировую :оллекцию риса ВИР, где данной мутантной форме был нрн-воен номер К — 7891 (мутант Алексеенко).

Морфобиологические особенности. Мутант Алексеенко, как исходный сорт, относится к разновидности италика. Это су-еркарликовое растение, высота которого в полную спелость ie превышает 25 см., что в пять раз меньше исходной формы. )дну треть высоты растения составляет метелка, несущая 0-40 хорошо выполненных зерен. 80% длины стебля прихо-,ится на долю верхнего междоузлия, остальные сильно сбли-<ены. Мутант имеет толстые, широкие листья, сохраняющие емно-зеленую окраску в течение всей вегетации. Язычок хо-ошо развит, ушки отсутствуют.

Мутант позднеспелый, так как созревает за 130-135 дней.

Таблица 3

Характеристика мутанта Алексеенко в сравнении с исходной формой

I | Краснодарский

Показатели ! Мутант Алексе- ¡424 (исх. форма)

_____ I енко Х± Мх Г X ± Мх

Продуктивная кустистость 3,1 ±0,2 2,8 ±0,4

Высота растения, см. 20,6±0,4 109,9 + 2,1

Длина метелки, см. 7,6 ±0,1 18,9 ±0,7

К-во аерсн в метелке, шт. 30,5 ±1,5 98,4 ±7,4

Пустозерность, % 9,9±о,а 14,6±4,1

Масса оерна с растения, г. 2,3 ±0,3 6,9 ±1,2

Масса соломы, г. 1,1 ±0,2 6,5 ±0,6

Масса 1000 зерен г. 21,8 25,7

Стекловидность % 52 73

Трещиноватость, % 67 68

Пленчатость, % //в ' 17,4 1,6 16,4 1,7

Выход крупы, % общий 67,8 72,7

целого ядра 99,3 83,0

дробленки 0,7 17,0

Из особенностей вегетаций можно отметить то, что из-за сильно уменьшенного колеоптиля на поверхность почвы сразу выходит первый настоящий лист, а не шильце, как у исходной формы. При сильном кущении боковые побеги образуют замкнутый круг вокруг главного стебля. После полного налива зерна наблюдается быстрое усыхание листьев и стебля.

Проведенные генетические исследования показали, что карликовость контролируется рецессивными гомозиготными генами. Во всех проведенных скрещиваниях расщепление в Рг, соответствовало классической схеме моногнбридного расщепления: 3 высокорослых: 1 карлик.

Биохимическое изучение, карлика, проведенной в лаборатории биохимии, и молекулярной биологии ВНИИ риса пока-

зало, что мутант Алексеенко характеризуется пониженным биосинтезом эндогенных гиббереллинов. Мутант обладает повышенной рекцией на азотные удобрения и метаболизмом, направленность которого свойственна интенсивным сортам, а также повышенным содержанием хлорофилла (таблица 4)

Таблица 4

Некоторые физиолого-биохимические характеристики

10-днечных проростков двух различных по реакции ГК форм

риса

Л Белок, % к СЫРОМУ Н-В; Общая длин. ' мм Хлорофилл мт/г сырого Каратинойд. вещества

а о ■9 Орган I За а «о ÉH Рч ! з и! к к ад ^ч 'ч 1 8« и lO £ч Сч

Красно-

дарск 424 '

Лист 6,4 52, Корень 6,2 5,6

153 301 0,8 0,9 0,4 0,2 82 76 — — — —

Карлик Лист 7,1 4,3 Корень 4,4 7,4

64 326 1,6 1,0 0,4 0,3 154 ИЗ — — — —

В настоящее время мутант Алексеенко широко используется в селекционных программах ВНИИ рнса и УкрНИС риса-На его основе получен ряд новых карликовых форм и образцы, полученные с его участием, проходят изучение во всех звеньях селекционного процесса.

Ультракороткостебельным мутантом заинтересовались во многих странах мира. Запросы на мутант Алексеенко присланы из Индии, США, Филиппин.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны и апробированы способы воздействия водными растворами химических мутагенов на растения рнса в периоды: прорастания, кущения, перед выметыванием, цветения н через 12, 24, 48, 72, 96, часов после оплодотворения.

2. Наиболее эффективными оказались тс способы воздействия, при которых мутаген непосредственно контактировал

. д.7

с формирующимися генеративными органами (обработка м< телок в листовом влагалище перед выметыванием) и развив; ющимнся зародышами (обработка метелок через 12, 24, 4 часов после оплодотворения^, а также, в период вступлени меристематических клеток в стадию синтеза ДНК (прор; щиванне семян в растворе мутагена)-

3. В ходе исследований установлено, что решающими фа\ торами, оказывающими влияние на всхожесть семян перв( го мутантного поколения, являются концентрация мутагена стадия развития растений в момент обработки, а также вза1 модействня этих факторов.

4. Отмечено, что информативность теста «хлорофильны мутации» при мутагенезе вегетирующих растений оказалас довольно высокой. В наших опытах хлорофильные мутаци возникали только в тех вариантах, где практическое действи мутагенов было наиболее эффективно. Среди хлорофильны мутаций, выделенных в М,, преобладали мутации типа стриг та (84%). В М2 — альбино (86%).

5- Выявлено и изучено растение риса с редким хлорофнл! ным нарушением — «Метелка альбинос». Мутанты с белым метелками являются хорошими генетическими маркерами могут служить великолепным объектом для генетически: фнзиолого-биохнмических и других исследований.

6. Установлено, что при мутагенезе вегетирующих растенп риса значительное количество морфобиологических изменсни (до 60% семей с изменениями) проявляется уже в перво: мутантном поколении. Часть из них (около 20% семей) со> ранили приобретенные признаки, что указывает на гомозг готпость мутировавших генов. Около 40% расщеплялись, св1 детельствуя о наличии нарушений в генетическом аппарате И такой же процент растений не наследовал измененные при: накн, которые в данном случае завпеилн от функционально го состояния генетического аппарата, а не соировождалпс его структурными изменениями.

7- Отмечено, что во всех вариантах воздействия, кром проращивания семян в растворах мутагенов, как в Мь так в М2 наблюдалось возникновение нескольких однообразн уклоняющихся от контроля растений в одной семье. ПодоС нос явление, вероятно, связано с »идентичным состоянием реакцией клеток растений, отвечающих за формирование уч томства в момент обработки.

8. Установлено, что на частоту и спектр индуцнрованны

изменений значительное влияние оказывают концентрации мутагенов и фазы развития растений в момент обработки. В наших опытах лучшими вариантами оказались обработка ЭМС — 0,2% метелок риса через 24 часа после оплодотворения (61% семей с изменениями в М1) и обработка метелок перед выметыванием НЭМ — 0,05%) (21,7%семей с изменениями в М1).

9. В результате проведенных исследований получены: карликовые и полукарликовые растения риса высотой до §0см; мутанты с измененой формой зерна от шарообразной ¿/в-1,2 до удлиненной Г/в-2,1; линии сохраняющие в поколениях высокую стерильность (87-98%); мутанты превышающие по качеству зерна исходный сорт; мутанты с измененным вегетационным периодом (113-135 суток), а также растения с измененной формой, метелки и др. Большинство полученых мутаций следует рассматривать в качестве доноров интересующих селекционера признаков для дальнейшей работы методами гибридизации и переданы в рабочие коллекции УкрНИС риса-и ВНИИриса

10. Воздействие ДМС — 0,005% в период прорастания семян риса Краснодарский 424 позволило выделить оригинальную мутантную форму, представляющую собой ультрако-роткостебелыюе растение, высотою до 25 см., обладающее рядом уникальых особенностей. (ВИР К — 7891, мутант Алек-сеенко)- Изучение данного растения показало, что карликовость контролируется рецессивными гомозиготными генами, которые подавляют синтез эндогонных гиббереллинов- Мутант обладает повышенной реакцией на азотные удобрения, высокой кремнефилыгостыо и метаболизмом, направленность которого свойственна интенсивным сортам и представляет большой интерес для практической селекции и теоретических исследований.

предложения для практической и теоретической селекции

1. Для получения нового исходного материала шире использовать апробированные нами методы воздействия химическими мутагенами на растения риса, особенно: проращивание семян в растворе мутагена; обработка метелок перед выметыванием и.через 12, 24, и 48 часов после оплодотворения.

2. В исследованиях по мутагенезу вегетирующих растении, риса использовать хлорофильные мутации в. качестве, критерия для оценки мутагенной эффективности различных сп'осо-

- 'Да

бов воздействия, концентрации и видов мутагенов.

3. В селекционных программах применяют выделенные мутанты, как источники: короткостебельности (М — 8814, М — 8581, М — 1746); раннеспелости (М — 461^ — 81, М — 1776, М — 1357, М — 7398); различной формы зерна (М — 7 — 81, М — 324 — 81', М — 7473, М — 1827) и т- д.

4. Широко использовать в качестве объектов для теоретической и практической селекции, генетических, физиологоби-охимнческих и других исследований редкие мутантные формы: ультракороткостебельный мутант риса (ВИР К — 7891, мутант Алексеенко), мутанты с метелками альбиносами (М — 106 — 89, М —109 — 89) и высокостерильные мутанты (М — 7845, М — 4095, М — 3988 — 81).

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Алексеенко Е. В. Эффективность действия химических мутагенов при обработке растений в разные периоды развития// Конф. молодых ученых ВНИИриса: Тез- докл. — Краснодар, 1981 — с. 5-6.

2. Алексеенко Е. В. Эффективность действия химических мутагенов при обработке вегетирующих растений риса //Конф-молодых ученых ВНИИриса: Тез. докл. — Краснодар, 1983 —С. 4-5.

3. Авакян Э. Р. Алешин Н, Е., Алексеенко Е. В- Алешин Е. П. Реакция различных форм риса отечественной селекции на гиббереллин// Физиология растений — 1984 — № 4 —С. 777-780.

4. Алексеенко Е. В. Мутабильность при воздействии на разных этапах онтогенеза риса II Эксперементальный мутагенез и его использование в селекции растений: Тез. докл. Респуб. конф: — Киев, 1989: — С. 11-125: Алексеенко Е. В. Ультракороткостебельный мутант риса// Эксперементальный мутагенез и его использование в селекции растений: Тез. докл. Респуб. конф. — Киев, 1989 — С. 12-13.

6. Алексеенко €. В. Ефектившсть оброблення х1м1чнимн мутагенами рослин рису в перюд вегетаци // Тез. допов1д. науково^теоретичноТ конфереицп сшвробтшюв та асшраит1в Кам'янець-Подольського с- х. 1нституту — Кам'янець-Подоль-съкнй, 1990 — С.37'.

7. Алексеенко Е. В. Редкая мутация риса «метелка альбинос» II Всесоюз. конф. молодых ученых-рисоводов: Тез- докл. — Краснодар, 1991 — С. 29.

2а'

I ávctKyctn- E.R., My OS Luv IV. Мехеепло JUyosPdn Е.Р J í¿ce uyltA ¿ove

etboLoqzrwux çMeAe/ùn corvéesví // К Lee., kes. ШWf'S&kttvi d9Si.- МбгP.-3-4