Пострадиационное восстановление и мутационная изменчивость ячменя

Питиримова, Маргарита Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Пострадиационное восстановление и мутационная изменчивость ячменя
ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Пострадиационное восстановление и мутационная изменчивость ячменя"

к а. м!9И

П.сИ') Г.

Шг

м,

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЛОГИИ ГОСАГРОПРОМА СССР

ПОСТРАДИАЦИОННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ И МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЯЧМЕНЯ

Специальность 03.00.01 — радиобиология, 03.00.15 — генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

На правах рукописи

УДК 575.24 : 633.16

ПИТИРИМОВА Маргарита Анатольевна

ОБНИНСК

1989

Работа выполнена в Агрофизическом научно-исследовательском пасти-туте ВАСХНИЛ (г. Ленинград).

Официальные оппоненты: член-корреспондент АН УССР, доктор биологических наук, профессор Д. М. Гродзинскин; доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. В. Дрягина; доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. Н. Лысиков.

Ведущая организация — Кишиневский сельскохозяйственный институт.

Защита диссертации состоится « » 1989 года

в час. на заседании Специализированного совета Д 120.81.01 при

Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии Госагропрома СССР |(Москва, Волков пер., дом 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии. Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 249020, Калужская обл., г. Обнинск, ВНИИСХР, Специализированный совет Д 120.81.01.

Автореферат разослан « » 1989 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук

Н. И. Санжарова

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность птоблаш. Вопросам интенсификации селекционного процесса отводится ванная роль в общей проблема повышения урожайности сельскохозяйственных культур. В связи с этим сильно возрастает значимость разработки теоретических основ радиационного мутагенеза - перспективного метода создания новых, более урожайных сортов.

Не менее важным является и экологический аспект этого направления исследований. В последние десятилетия отмечается глобальное повышение естественного фона ионизирующих излучений (Алексахин, Тихомиров, 1985). Параллельно с этим природа испытывает колоссальный химический пресс: в окружающей среде накопилось сейчас около 50 ООО видов различных, несвойственных природе химических соединений (Яблоков, 88). Очень острым становится вопрос о возможности сохранения в таких условиях генофонда всех представителей биосферы. Так проблемы экспериментального мутагенеза переплетаются с общим комплексом проблем охраны о кружащей среды. Поэтому изучение основных закономерностей действия ионизирующих излучений на растительные организмы является актуальной задачей современной радиобиологии и радиационной генетики.

Уда на первых этапах исследования было установлено, что одна и та же доза в "эвисимости от конкретной обстановки мояет оказы -вать больший или меньший мутагенный эффект. Поскольку мутация возникает и развивается в недрах особи Ь^, было сделано допущение, что различные факторы внешней среды, влияя на развитие опытных растений, меняют характер нутационного процесса (Янушкевич, 1962; Батыгин, 1963; Орав, 1963, 1365). Так возник вопрос о соотнесенности радиочувствительности и ыутабильности растительного организма, который до сих пор находится в центре.внимания радиобиологов.

Радиочувствительность растений определяется эффективностью пострадиационного восстановления, механизмы которого интенсивно изучаются с тех пор, как были получены первые факты обратимости первичных повреждений (Корэгодин, 1958, 1966; Лучник, 1959, 1968; Жестяников, 1968; Гродзинский, 1966, 1972; Гродзинский, Гудков, 1973; Гудков, 1985). Вместе с тем, роль восстановительных систем в формировании мутаций у высших растений до недавнего времени оставалась белыт.! пятном радиационной генетики. Это объясняется тем, что с самого начала стало традиционным раздельное изучение радио-

биологических эффектов в первом поколении (проблема радиостимуляции) и мутационных эффектов в М2 (проблема индуцированного мутагенеза). При этом, если исследовались стнцулышонные эффекты, то не проводился генетический анализ второго поколения; если ке анализировались мутационные эйтекта во втором поколении, то, как правило, уделялось недостаточно внимания состоянию опытных растений в !Лр что сильно снижало информативность эксперимента. В связи с этим цель исследования мокко сфорлулировать следующим образом.

Цель работы. Выявить возможную зависимость мзяду радиочувстви-тельностьв и мутабильностью ячменя, а также р.ль пострадиационного восстановления в индуцированном мутагенезе путем сопряженного изучения характера радиобиологической реакции растеши первого поколения излутационных эффектов в М2 и последующих поколениях.

В ходе экспериментов решались следугацие задачи:

1. Установить сопряженность меззду радиочувствительностью и мутабильностью ячменя при гамма-облучении семян в зависимости от дозы, качества посевного материала, пострадиационных условий культивирования опытных растений.

2. Дать количественную характеристику состояния облученных растений, в потомстве которых выявляется максимум жизнеспособных мутаций с хозяйственно-полезными признаками.

3. Выявить особенности радиобиологической реакции и характера мутационной изменчивости при гамма-облучении вегетируыцих растений.

4. Изучить динамику радиобиологической реакции облученной популяции ячменя по изменению количественных признаков в последова -тельных семенных поколениях.

5. Используя выявленные закономерности меяду модифякационными и мутационными эффектами, разработать принципы регулирования радиационного мутагенеза.

Научно-практическая новизна работы. Впервые проведен комплексный сопряженный анализ радиочувствительности и мутабильности растений с привлечением ионизируодих излучений в широком диапазоне доз в модифицирующих факторов, меняющих состояние М^.

Установлена двойственная роль восстановительных систем в индуцированном мутагенезе. С одной стороны, в облученных популяциях ос аовная масса мутационных изменений подвергается интенсивному стаби визирующему отбору в ближайших от воздействия поколениях, что обус ловливает относительно низкую эффективность метода радиационного цу тагвнеза. С другой стороны, восстановительные системы участвуют в формировании мутаций: максимум жизнеспособных мутантных форм выяв-

яется в потомстве растений, продуктивность которых составляет 10-210 % от средней своего варианта. Способ отбора мутантных рас-ений по массе зерна в М^ защищен авторским свидетельством ■ 1205838. Предложены режимы обработки растительного организма му-агенаж, снижающие их повреждающее действие и повышающие частоту оявления мутантных.форм, прэдетавлякшх интерео для дальнейшей елекционной работы.

Показано, что изгленение интенсивности радиационного мутагене-а при облучении вегетарузощих растений описывается пульсирующей ривой, при этом жизнеспособные формы чаще всего выявляются в слу-ае ослабления повреждающего действия мутагена в М^.

Обоснована возможность использования ионизирующих излучений I семеноводческих хозяйствах Северо-Западной зоны. Среднеугнетаю-евв дозы порядкч 100 Гр рекомендовано применять в звеньях первич-юго сэшяоводства для проведения радиационного отбора при выращи-1ании элитных семян ячменя.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Процессы постмутагенного.восстановления играют двойственную юль в индуцированном мутагенезе. С одной стороны, после облучения фоисходит быстрая стабилизация сортовых популяций: основная масса шдимых мутаций элиминируется в первом поколении; диапазон измене-ия и варьирования количественных признаков, достигающий максимума, сак правило, в снижается до уровня контроля в третьем-четвэртом гохолеяиях.

С другой стороны, в потомстве особей, активизирующих процессы сизнедеятельности под влиянием облучения или модификатора, увеличи-шется выход фертильных мутантных форм с хозяйственно-полезными [ризнаками.

2. Между состояние« растений в М^ и видимой изменчивостью в М2 •ущзствует немонотонная зависимость с двумя максимумами: с наиболь-1эй частотой мутации выявляются в потомстве особей, продуктивность соторых оказывается нияе или ваш средней популяционной, причем в юследнем случае возрастает выход жизнеспособных мутантов с нор -ильной фзртильностьш.

3. При облучении растений в разные моменты онтогенеза изменчи-50сть якает пульсирующий характер, не зависит от специфики этапа »рганогенеза и определяется интенсивность» пострадиационного вое -¡тановления.

4. факты быстрой стабилизации облученных популяций и наличие (ависимости между модификационными и мутационными эффектами, с од-

ной стороны, открывают принципиальную возмонность использования ионизирующих излучений в звеньях первичного семеноводства при вь-ращи-вании элитных семян .ячменя. С другой стороны, позволяют повисать эффективность метода радиационного мутагенеза путем применения раз личных модификаторов, повышающих аизнеслособность мутантоносителя.

Практическая тленность работы. Предложена методика сопряженной оценки влияния ионизирующих излучений и модифицирующих факторов на характер развития опытных растений в первом поколегая и уровень из менчивости в их потомстве, что позволяет с известной степенью точности прогнозировать вероятность появления му:знтного фенотипа.

Разработаны рзяимы обработки растительного организма мутагена im и метод отбора мутантннх растений по продуктивности в Ыр ували чивавщие выход наследственно измененных форм с хозяйственно-полезными признакам!, Они применяются в Северо-Западном НПО по селекции и растениеводству "Белогорка" о целью создания исходного материала для получения перспективных сортов ячменя. Выделенные в процесса исследовательской работы мутаятные формы, отличающиеся повышенным содержанием лизина в белке, более скороспелые и не уступавдие во продуктивности ставдарту, передана во Всесоюзный научно-исследовательский институт растаниеводства, где они зарегистрированы в ката лог предваритзльной регистрации, а такяе в селекдентр СЗ НПО."Бело горка", где с их участием получен перспективный гибридный материал

Метод радиационного отбора апробирован в Отделе семеноводства СЗ НПО "Белогорка" в IS84-I98S годах и применяется как менее трудо емкий и более экономичный по сравнении с традиционным индивидуально-семейным отбором в звеньях первичного семеноводства при выращивании элитных семян ячменя Белогорский.

Апробешя работы. Материалы диссертации были доложены на Первом Всесоюзном симпозиуме по радиобиологии растительного организма (Киев, 1970); на симпозиуме по облучению вегаткруювдх растений (Ленинград, 1972); не Ш симпозиуме по радиационной генетике Шозяинка 1972); на конференциях до чувствительности организмов к мутагенным факторам (Вильнюс, 1973, 1976, 1977, 1982); на симпозиуме по сельскохозяйственной радиобиологии (Кишинев, 1976); на мегвузовском учебно-методическом и научно-методическом и научно-методическом со. вещании (Ленинград, 1576); на П Координационном совещании по про -йлемз "системы надежности клеток" (Киев, 1977); ца Всесоюзном симпозиуме по использовании биофизических методов в генетика-селекционном экспзриыевтв (Кишинев, 1977); на Ш, 1У и У съездах ВСГИС им.Н.й.ВаЕилова (Ленинград, 1Э77; Кишинев, 1382; Москва, 1987); на

4 .'. " "

онферзнции "Действие физических факторов на живой организм" (Одес-а, 1975); на 14 МГК (Москва, 1978); на Всесоюзном совещания по хи-ическому мутагенезу в № АН СССР (Москва, 1978, 1983); на Везсо-зном симпозиуме по радиочувствительности и процессам восстановле-яя у животных и растений (Ташкент, 1979); на совещании "Использо-ание ионизирующих излучений в управлении жизнедеятельностью сель-кохозяйственных растений" (Моста, 1980); на симпозиуме "Проблемы пецифшчности и контролирования мутагенеза" (Москва-Шебанцзво, !980); на I и П Всесоюзных конференциях по прикладной радиобиологии Кишинев, 1981; Чернигов, 1985); на научно-координационном совещании "Радиационный мутагенез вегетативно размножаемых растений" (Ма-»уринск* 1982); на семинаре "Надежность биологических систем" (Чер-шгов, 1982); на рабочем совещании по вопросам радиационной генети-з (Пущлно, 1983); на симпозиуме "Модификация лучевого поражения »астений" (Чернигов, 1983); на научно-координационном совещании 'Физические факторы мутагенеза в селекции растений на продуктив -юсть" (Москва-Шебанцево, 1983); на объединенном заседании Коорди-[ационного Совета и Секции семеноводства, семеноведения и контроль-ю-семенного анализа ВАСХЯШ1 (Бадьда, 1983); на I Всесоюзном коордн-шционном совещании "Радиационная генетика - селекции" (Москва, [986); на I Всесоюзном совещании по применению физического и хями-шского мутагенеза в сельском хозяйстве (Кишинев, 1987), на I Все-:оюзном съезде радиобиологов (Москва, 1989).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 65 печатных забот*

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, издала "Материал методика"; пята глав, одна лз которых содержит )бзор литературы, а четыре - экспериментальную часть и обсуждение; )бщего обсуждения, заключения, основных выводов, списка цитирований литературы (558 наименований) и приложения. Диссертация изложе-ш на 390 страницах машинописного текста, включает 55 таблиц и 50 рисунков.

КРАТКОЕ С0Д5ШШИЕ РАБОТЫ '

Материал и методика. Объектом Исследования служил яровой яч -гань - диплоид, самоопылитель. Сначала использовали сорт Винер, ¡атем, когда в Ленинградской области произошла сортосмена* опыты доводились с ячменем Надя. Для облучения вегетпрувдях растений шиболее удобным оказался низкорослый ячмень Мари.

СП

Из мутагенных факторов применяли ионизирующие излучения Со, источником которых слузила гамма-установка ГУБЭ-1500 Агрофизическс го НИИ, и наиболее распространенные в 60-х годах алкилирущие соединения - этшшетансульфонат, этиленимин, диэтвлсульфат в широкое диапазоне доз и концентраций от стимулирующих до сублетальных.

Для цитологического анализа готовили глицерин-кэлатиновке пре параты, окрашивая их железным гематоксилином но Гайденгайиу. Перестройки хромосом учитывали на стадии анафазы и ранней телофазы.

Облучение вегетирующих растений проводили в дозах 1,0-15,0 1 на П этапе онтогенеза, когда происходит залож :ше вегетативных органов, на 1У и У1, связанных с формированием генеративной сферы рг стений (Куперкан, 1555). Для этого ячмень вырацивали в вегетационных сосудах Вагнера.

Наблюдения за ростом и развитием растений в первом поколении проводили в условиях мелкоделяночкого эксперимента на Кеньковской опытной станции А®. Критерием ответной реакции растительного ори низма на мутагенное воздействие в 1,1-^ слухами как индивидуальные п< казатели - масса сухих веществ, продуктивность растения и его структура, так и пспуляцаонные - всхог.есть семян, выживаемость к концу вегетации и урояан зерна с единицы площади.

Второе поколею;е выращивали по семьям, в ходе вегетации следа ли за появлением хлорофильннх, стерильных, физиологических и морф логических мутаций. Наследуемость признаков оценивали по третьему поколени»). Выход мутаций рассчитывали по проценту мутантных семи и растений а таюке по 0Ш1 - объему генетически измененного п; ла, который позволяет учитывать не только виднгше мутации, но и т. кие разновидности генетических повреждений, как летали и стериль ■ ность Ы^ и Ы2 (Квитко, Батыгин, Питиримова, 1979).

Для изучения изменчивости количественных признаков осуществ ■ лялся пересев семей в ряду поколений, при этом в формировании сем последующего поколения участвовали все фертильные растения семьи предыдущего поколения - составляли смесь по 3 семени с особи. Стр или вариационные ряды и определяли параметры распределения семей 1 количественным признакам. Для проведения дисперсионного анализа измеряли параметры у 10 растений из каждой семьи. Полученные дана обрабатывали на ЭШ "Шшск-32н, вычленяя из общей фенотипической дисперсии О 2 генотишаческую хошоненту С | ; определяли коэфф] циентн генотипической вариации и коэффициент наследуемости и

Результаты экспериментов подвергались статистической обработ ке с применением стандартных методов. Степень сопряженности мелду

признаками определяли с помощью коэффициента корреляции рангов Спир-мена, так как этот показатель не зависит от закона распределения и формы связи.

Сравнительная оценка модибикационнах и нутационных эффектов. индуцируемых мутагенными Факторами. Для оценки состояния растительного организма в первом поколении применяются самые разнообразные показатели, что затрудняет интерпретацию и обобщение литературных данных и является одной из причин их противоречивости. Выявление объективных интегральных критериев рзакции растений, характеризующих степень их функционально-метаболической перестройки под влиянием экстремальных воздействий, является одним "3 условий повышения информативности эксперимента.

В поисках таких критериев мы анализировали изменение многих количественных ..ризнаков в Г^: всхожести семян, выживаемости растений на конец вегетации, количества перестроек хромосом в ходе первого митоза, массы сухих веществ, структуры опытных растений (общей и продуктивной кустистости, длины соломины и колоса, числа колосков и зерен, массы зерна с колоса и растения, массы 1000 семян), урожая зерна с единицы площади.

Анализ экспериментальных данных показал, что изменение популя-ционных показателей (всхожесть семян, выживаемость растений, урожайность) и индивидуальных (продуктивность особи) часто описывается идентичными кривыми: при возрастании дозы гамма-излучения наблюдается синхронное уменьшение их значений. Эта закономерность может сохраняться и при выравдвании М^- в условиях недостатка или избытка основных элементов питания, а также при обработка семян химическими мутагенами.

Достаточно часто, однако, популяционныв и индивидуальные показатели изменяются под влиянием мутагенных факторов в диаметрально противоположных направлениях (табл.1), что может быть результатом интенсивного отбора наиболее жизнеспособных индивидуумов или явлений радиационного гетерозиса. 3 связи с этим следует иметь в виду, что такие показатели, как всхожесть, выживаемость и урожайность, дают в основном представление о радиочувствительности исходной популяции. Состояние же растения - ыутантоносителя, естественно, лучше отражает индивидуальный показатель - его продуктивность. Он дает интегральную характеристику особи, отранает все перипетии онтогенеза и "вбирает" в себя в большей или меньшей степени совокупность других параметров. Расчеты показали: между продуктивностью расте -ния и средним значением остальных элементов структуры (продуктивной

кустистости, длины соломины, числа колосков и зерен, массы зерна с колоса, массы 1000 семян) существует очень высокая положительная связь: вне зависимости от природы мутагенного фактора и условий выращивания коэффициент ранговой корреляции достигает значений 0,9(+0,08)... 1,0. Аналогичная закономерность обнаружена и при облуче нии вегетирувдих растений. (Следует подчеркнуть, что иногда при увеличении дозы мутагенного фактора отмечается увеличение общей кз стистости и длины колоса за счет растяжения колосового стержня, пс этому указанные признаки из расчетов исключены.)

Изменение продуктивности растения и масск сухих веществ под влиянием мутагенов описывается идентичными кривыми, однако, интенсивность накопления биомассы в ходе онтогенеза может носить колэбг тельный характер. Поэтому наиболее объективные данные можно получить лишь при использовании усредненного значения массы сухих ве -ществ в целом по онтогенезу, что осложняет наблюдения.

Таблица I Изменение показателей состояния при гамма-облучении семян, % к контролю

Д-а, 15 Всс~ Урожайность ^

10,0 98,7 112,4 109,9 98,3

50,0 97,9 106,0 97,3 93,0

100,0 97,0 95,6 84,6 105,8

150,0 74,2 57,9 66,2 112,5

200,0 43,1 39,8 44,8 112,5

300,0 29,8 27,8 31,3 110,0

Примечание. Погрешность средней 1,9-4,7 а

Масса сухих веществ и продуктивность растения уменьшаются пр порционально возрастанию количества перестроек хромосом при облуч нии семян, однако, в случае использования алкилируицих соединений такая зависимость отсутствует, что подтверждается работами других авторов (Рапопорт, Зоз, 1968; Хвостова, Соколов, 1973). Поэтому п казатель "частота хромосомных аберраций" нельзя считать универсал -ним для оценки реакции растений на мутагенное воздействие.

Поскольку одной из статистических характеристик выборки при количественной изменчивости является средняя арифметическая (Досп

эв, 1973), можно считать, что среднее значение продуктивности осо-а является достаточно объективным и надежным критеризм модафикаци-шой изменчивости.

Кроме этого, критериями количественной изменчивости являются реднез квадратическое отклонение (э , характеризующее абсолютную зменчивость, и коэффициент вариации су , представляющий отношение тандартного отклонения к средней вариационного ряда. В работе было тдано предпочтение последнему показателю, поскольку нас интересует зменчивость не "вообще", а изменчивость определенной совокупности собей, которая в каждом конкретном случае характеризуется своей редней. Коэффициент вариации широко использутся в биологических сследованиях (Гуляев, 1977; Хученко, 19Б0), обладая большей объек-ивностью и информативностью по сравнению с <3 (Федосеев, 1979).

Наблюдение показали, что во многих экспериментах наблюдается инхронность изменения су признака "продуктивность растения" и рутах количественных признаков. Иногда сопряженность-изменения ва-иабельности разных признаков ослабевала: пр!знака "продуктив-:ость особи" и с^ других элементов структуры растения изменялись :езависимо друг от друга, нередко в диаметрально противоположных вправлениях, при этом большая стабильность жизненно важного при -нака - массы 1000 семян - сопровождалась более высокой пластично-¡тью остальных. Такое разнонаправленное варьирование различных Примаков "удерживает существенные переменные, в физиологических преде-1ах" (Эшби, 1959) и является одним из механизмов поддержания стабильности функционирования организма в экстремальных ситуациях. Это га умаляет, на наш взгляд, достоинств коэффициента вариации призна-са "масса зерна с растения" как одного из основных показателей пла-:тичности растительного организма.

Таким образом, средняя арифметическая и коэффициент вариации [ризнака "продуктивность особи" представляются нам необходимыми, но [остаточными для оценки реакции растений первого поколения на ыута-'енное воздействие.

Генотипическую изменчивость оценивают обычно по количеству му-■антных семей или растений в И2. Однако эти традиционные критерии ^страивают не всегда. Известно, что одна и та же доза может оказы-¡ать больший или меньший мутагенный эффект в зависимости от кон -сретных условий, а нередко потомство вообще оказывается чистым от саких-либо видимых мутаций. Чтобы лучше понять причину подобных яв-£ений, нужно было ввести более общий показатель, который бы подхо-шл одновременно для оценка и первого, и второго поколений.

Поскольку семья Mg является потомством особи Мр а растения, составляющие семьи, это зерна, т.е. фертильные колоски, сформировавшиеся на растении в Мр предложено было учитызать не только видимые мутации, но и такие разновидности генетического груза, как летали и стерильность в lij и М2, а Расчеты производить на количество колосков, заложившихся на всех введенных в эксперимент особях в контрольном варианте. Такой подход позволяет оценить объем генетически измененного пула (ОГИП), т.е. узнать, какая часть зачатков растений М2 (в том числе и мутантных) погибла, не реализовав свои возможности, и.показать моменты их элиминации.

Факторы поддержания стабильности генотипа. Метод индуцированного мутагенеза уже длительное время применяется для повышения изменчивости растений, однако в мировое сельскохозяйственное производство внедрено Есего около 500 сортов мутантного происхождения. Анализ собственных и литературных данных показывает, что выход мутантных форм с хозяйственно-полезными при знака-,га недостаточно высок, а в некоторых случаях все особи М2 после использования мутагенных доз бывают представлены исключительно диким типом (Gaul , 1963; Пи-тиримова, Батыгин, 1971; Орав, 1972; Назировидр., 1974).

Эти факты натолкнули на мысль, что растительный организм -сложная саморегулирующаяся система - тем или иным способом избавляется от повреждений генетического аппарата, индуцированных мутагенами. Каким образом и в какие моменты происходит элиминация возникших мутационных изменений? На рисЛ видно, что при облучении семян дозой 100 Гр из общего потенциального объема колосков 30% погибает в первом поколении, из них 10?» - в результате снижения всхожести семян,,еще 10% элиминируется с растениями, погибшими в ходе вегетации; столько же оказываются стерильными. Во втором поколении повреждается еще 12% колосков, из них 10% - летали М2; 1,2% сте -рильных и только 0,9% реализуется как видимые мутации. Остальные колоски представлены дишш типом.

При увеличении дозы до 200 Гр резко, до 80% возрастает повреждающий эффект, причем большая часть колосков элиминируется в первом поколения (75 %) и в основном в результате увеличения стерильности растений. Частота мутаций уменьшается в 2,5 раза и составляет 0.4%. Это может свидетельствовать об усиленной элиминации мутантных колосков в онтогенезе Mj.

-Чтобы подтвердить это предположение, надо было так модифицировать состояние Мр чтобы усугубить повреждающее действие ионизирующих излучений. Поэтому облученные семена высевали на 4 резко разли-

чающиеся по уровню минерального питания агрофона: на бедный, низкий, нормальный и избыточный (на последнем непропорционально сильно завышали дозу азотных удобрений). Сопоставление модификащюнных и мутационных- эффектов показало, что

продуктивность растения уменьшается с возрастанием дозы, при этом неблагоприятные условия бедного, низкого и избыточного агрофонов усиливают повреэдаллий эффект и увеличивают степень вариабельности этого признака (рис.2).

Процент мутантных семей растет с дозой лу-ъ до того момента, пока ОШП не достигнет 80 %. На этом участке дозной шкалы -от 10 до 200 Гр - наблюдается четкая обратная зависимость между продуктивностью и мутабильно-стью ячменя. При дальнейшем возрастании дозы до 500 Гр эта зависимость начинает нарушаться, а при отклонена., условий культивирования от оптимума она меняет свой знак на противоположный: большему значению продуктивности соответствует большее значение мутабзльноста; при снизении продуктивности уменьшается выход мутантных форм. Это происходит в результате того, что в услови-

100

200 Гр

о)

о §

X О)

I 40

я я а я <и

з &

о о

Рис.1. Распределение разновидностей генетического груза по поколениям при облучении семян:

ЕШ§ в М1; гетации Мт

гибель при прорастании табель в ходе ве-- стериль -

ность Н

I»

- летали в М.

ШЯ- стерильность М2; видимые мутанты

ях бедного, низкого и избыточного агрофонов, а также в варианте 500 Гр усиливается элиминация колосков, сре;гп которых, естественно, находятся и ?.^утантные.

Так ге сопряженно была проверена реакция на облучения двух -репродукций ячменя, семена которых сформировались в контрастных условиях: в норме и при сильном недостатке основных элементов пита -кия. У потомков с бедного агрофона резко возрастал объем поврежденных колосков, что сопровождалось 10-30-кратным снижением интенсивности мутагенеза. По такой же схеме развиваются события и при облу-

Рис,2. МодисЕмкационные и муташоннне аффекты при гамма-облучении семян в зависимости от дозы и условий выращивания М^:

агрофон: I - бедный, 2 - низкий, 3 - нормальный, 4 - избыточный;

ВВВ - морфологические мутанты;

чбнии вегетируицих растений.

Таким образом, в облученной популяции сосуществуют два противоположно направленных процесса - возникновение мутаций и их элиминация-, соотношение интенсивности которых определяет в конечном счете вероятность появления мутации на уровне фенотипа. При увеличении напряженности мутагенного фактора до определенного уровня, а также при отклонении условий культивирования растений от оптимума включаются механизмы, которые ценой гибели растений - мутантоноси-тэлзй, снижения их фертильностн и, вероятно, активизации диплонт-ного и гаплонтного отборов обеспечивают усиленную элиминацию мутационных изменений.

Незначительная часть мутаций становится все-таки достоянием второго поколения. Что представляют собой эти наследственно изме -ненные формы? Сообщение многолетних данных показало: из 80 ООО растений Мр на долю морфофизиологических мутантов приходится в среднем 0,2 %, остальное - нежизнеспособные формы о нарушением синтеза хлорофилла (0,77 стерильные (3,4 %). При этом основная масса морфологических и физиологических мутантов наряду о положительными признаками имеет ряд отрицательных, что делает их неконкурентоспособными по сравнению с исходным сортом. В некоторых случаях морфологическая мутация сопровождается летальной, в результате чего семена такой формы теряют всхожесть в Mg,

Таким образом, на протяжении как минимум двух-трех поколений действуют генетические фильтра,.обеспечивавшие элиминацию значительного количества видимых мутаций, причем основная "очистка" происходит в онтогенезе первого поколения.

Изменчивость количественных признаков, индуцированная мутагенными Факторами. После мутагенного воздействия подавляющее большинство растений Mg оказывается фенотипическц неизмененным. Какова природа этих особей? Ведь кроме видимых цутаций могут возникать мутации количественных признаков,'выявить которые позволяют лишь специальные статистические методы. Вопрос о вовлечении в селекционный процесс малых мутаций остается до сих пор открытым. Поскольку формирование количественных признаков детерминировано множественными генами, высказывается предположение о большей вероятности возникновения таких мутаций и более высокой их жизнеспособности по сравнению с макромутациями (Gaul, 1961, 1965; Дишлер, 1975).

В связи с этим изучали характер изменчивости количественных признаков в ряду последовательных поколений после однократного облучения семян дозами от 10 до 300 Гр. Было проведено три серии экспе-

риментов, каждая из которых продолжалась 4-5 лет. Следили за изменением массы зерна с колоса и растения, яшиваекоста на конец вегетации и урожая'зерна с линии.

В год обработки радиобиологический эффект усиливался с возрастанием дозы гамма-излучения (рис.3). Во втором поколении картина

резко менялась: кзсса зерна с растения повышалась пропорционально дозе, возрастали дне -пгрсия, коэффициенты вариации, менялась форма распределения семей по этому показателю: снижался эксцесс, а предельный верхний класс сдвигался на несколько градаций вправо. В третьем поколешп реакция растений на облучение начинала затухать, степень варьирования признака снижа -лась, и в М4 масса зерна с особи по всем вариантам не отличалась от контроля. Параметры распределения нивелировались.

Основная гибель растений, возрастающая с увеличением дозы, происходила в Mj. Так, в варианте 10 Гр к концу вегетации сохранилось 98,8 %, а при использовании дозы 300 Гр - всего 20 % особей по сравнению с контролем. Во втором-четвертом поколениях не наблвдалось достоверных различий мезду контрольными и опытными вариантами, отмечалось лишь увеличение степени варьирования этого признака в Mg при облучении семян дозами 150 и 300 Гр. В третьем поколении значения коэффициентов вариации возвращались к норме.

Изменение массы зерна с линии определялось соотношением приведенных выше показателей и в общем напоминало картину, представленную на рис.З.

По ходу эксперимента в третьем поколении в вариантах, где наблвдалось достоверное отклонение рядов распределения от контроля (150и 300 Гр), проводили отбор лучших семей, масса зерна которых варьировала в пределах класса i + з с> или превышала это значе -ние. Из варианта 150 Гр было отобрано 9, а из варианта 300 ГР -

А g

§2,0" я '

ll'l1

¡1 8Д.0-

Рис.З. Динамика продуктивности растения по поколениям при гамма - облучении семян

15 семей со средней продуктивностью соответственно 46,8 и 48,4 г при величине этого показателя в контроле 22,1 г. Уже на следующий год различия сглаживались и полностью нивелировались при очереднс пересеве.

■Картина затухания радиобиологического эффекта отмечалась и в двух других сериях, различия заключались лишь в длительности периода, необходимого для стабилизации популяции, и в степени выраженности признаков по поколениям.

Поэтому была проведена еще одна серия экспериментов, в которой семена, собранные с облученных растений, обрабатывались ЭИ, так как 'повторное мутагенное воздействие оказывается эффективным в индуцировании видимых мутаций (табл.6; Володин, 1975, 1984). И здесь эффекты мутагенного воздействия, очень четко проявившиеся в М^ и сглаживались к третьему поколению и окончательно нивелировались в М^. Методом однофакторного дисперсионного анализа расчленяли общую фенотипическую изменчивость на гвнотипическую и паратипическую и определяли коэффициент наследуемости признака (табл.2).

Таблица 2 Коэффициенты генотипичесной вариации и наследуемости и2 признаков продуктивности растений после мутагенного воздействия

Обработка Продуктивная Число зерен Масса зерна

------ кустистость в колосе с растения

растений семян-----,-----

дозой, Гр 3110,01 £ К2 Vg К2 К2

0,0 7.7+0,4 0,06 3,£¿0,2 0,0 9 9,0±0,5 0,06

0,0 + 11,6^0,5 0,05 4,2+0,2 0,07 15,5±0,6 0,10

2,0 + 16,9±0,7 0,15 7,0+0,3 0,30 25,4±1,1 0,20

5,0 + 19,9±0,9 0,21 7,8+0,3 0,30 29,8+1,4 0,31

8,0 + 27,3^1,3 0,38 II,9*0,5 0,40 35,7±1,6 0,35

Мутагенная обработка резко повышала долю генотипически обусловленного разнообразия, что, согласно теоретическим представлениям, должно было обеспечить результативность отбора. Однако 10-процэнт-ный положительный отбор, проведенный в Мд, и в данном случае оказался неэффективным: в год отбора лучшие семьи превосходили по продуктивности контроль в 2 раза, а в следующем году, при пересеве эти различия нивелировались.

Таким образом, трехкратные попытки отбора семей по количественным признакам не увенчались успехом. Об этом же сообщают и другие

авторы (Дишлер, 1969; Майор, 1975; Лужецкая, Щербаков, IS76). Высказывается мнение, что причиной низкой эффективности использования основных генетических параметров - коэффициентов генотипической вариабельности и наследуемости - являются недостатки модели Vp = = Vg + Ve , в результате чего погрешность прогноза селекционного эффекта достигает 40 % и более (Жученко, 1980).

Одной из причин отсутствия положительного эффекта при отборе может быть наличие достаточно жесткого естественного стабилизирующего отбора. Расчеты показали, что обычная скзна поколений обусловливает интенсивный отсев поврежденных или осл Зленных индивидуумов не только в опытных вариантах, но и в контроле, что можно рассматривать как один из механизмов поддержания стабильности генотипа в варьирующих условиях среды (рис.4). Быстрая стабилизация популяций

................. - после мутагенного воз -

и действия отмечалась так-

"" же в экспериментах с яч-

менем Харьковский (Орав, 1972), арабадопсасом (Дишлер, 1975), хлореллой (Щевченко и др., 1969). Таким образом, в ограниченных по численности автогамных сово -купностях растений, как и в панмиктическых популяциях, действует стаби-' лизиругацая форма отбора, "непрерывно охраняющего норму и восстанавливающего ее при нарушениях, .вызываемых отдельными... мутациями" (Е.'.альгаузен, 1968, с.ИЗ).

Если все перечисленные выше события рассматривать с позиций теории надежности, их можно квалифицировать как отказы, осуществляющиеся на разных уровнях биологичес -

Рис,Интенсивность элиминации колосков по поколениям в зависимости от дозы гамма-излучения, % к числу колос-"ков, .заложившихся на всех первоначально введенных в эксперимент особях в контрольном варианте

кой интеграции, при этом выключение элемента на низшем уровне способствует нормальному функционированию системы на более высоком. В этом отношении растительный организм можно определить как "высоко надежную систему, построенную из малонадежных элементов" (Гродзин-ский-и др., 1980),. что обеспечивает чистоту дикого типа в экстре -мальных ситуациях.

Соотношение модиДикашгонннх и мутационных эффектов пси обра -ботке семян мутагенными факторам!. Что же повышает вероятность появления жизнеспособной мутантной особи после мутагенного воздействия? Как уиз отмечалось (рис.1), основные события мутационного процесса разворачиваются в первом поколении, имечно в онтогенезе действуют элиминирующие факторы, вызывая снижение уровня мутационной изменчивости. Поэтому на обходимо было более подробно изучить характер экспериментального мутагенеза в зависимости от состояния особи м1.

В течение трех лет подряд проводили один и тот же эксперимент: семена ячменя Надя облучали дозами от 10 до 300 Гр, учитывали продуктивность растения и характер изменчивости в М2 (рис.5). Было установлено, что между этими показателями не существует однозначной зависимости. В первом опыте выход мутантных форм возрастал пропорционально подавлению процессов жизнедеятельности, коэффициент корреляции равен-1,0. В третьем эксперименте повышение интенсивности мутагенеза сопровождалось увеличением продуктивности особи Мр коэффициент корреляции менял свой знак на противоположный и достигал значения 0,8+0,16. Во втором эксперименте было получено нечто среднее: если мысленно исключить дозу 100 Гр, то южно было бы говорить об усилении изменчивости по мере снижения массы зерна с растения Мр Доза 100 Гр повышала продуктивность особи, и в этом варианте наблюдался всплеск мутационной изменчивости. Характерно, что жизнеспо -собные морфологические мутации чаще выявлялись при наличии эффектов стимуляции в Мр

Стимуляцлонные эффекты сопровождались, как правило, выравниванием популяции по изучаемому признаку, поэтому между генотипичес -кой изменчивостью и кодификационной, определяемой по су , также не обнаружено однозначной зависимости. Коэффициенты корреляции между этигли показателями варьировали в широких пределах от 1,0 (первый опыт) до -0,14 (третий опыт), причем увеличение выхода жизнеспособных форм наблюдалось при наиболее низких значениях су .

Это подтвердилось и в эксперименте с сортом Винер (рис.6). Хотя общий выход мутантяых форм увеличивался с усилением повреэдающе-

С» Б

Рис.5. Доведение Ыт и изменчивость в М? при теша-облучении дозы (сравнительные данные тре

семян в зависимости от

ментов:

грех экспери--

на оси абсцисс - доза гамма-излучения, Гр: I - 10,0; 2 - 50,0; 3 - 100,0; 4 - 150,0; 5 - 200,0; 6 - 300,0; на оса ординат: А -продуктивность особи (отклонение от контроля), %1 Б - доля му -тантных семей (диаграмма), %; с - коэфхшщент вариации, %;

мутанты морфологические в физиологические;

I—1 - хлороЗильные

стерильные;

го действия излучений, что сопровождалось возрастанием су , максимум жизнеспособных мутаций выявлялся при использовании дозы 50 Гр, которая повышала продуктивность особи в перовом поколении.

Для того чтобы определить, проявляется ли обнаруженные взаимозависимости моднфакацвонних и мутационных эффектов только под влиянием ионизирующих излучений или они носят более универсальный характер, в качестве мутагенных факторов использовали такзг алкилиру-вде соединения- ЭИ, ЭМС и ДЭС. Сопрягенный анализ эффектов в и показал, что в некоторых случаях максимальному значению продук-

60,

тивности соответствует минимальное значение мутабильности, а снижение ?гасеы зерна с растения сопровождается усилением интенсивности мутагенеза, коэффициент корреляции равен-1,0. Нередко, однако, этч четкая обратная зависимость нарушается. з результате того, что измен -чивость возрастает в вариантах со стимуляцией развития признака "продуктивность растения", коэффициент корреляции мезду эффектами в М^ и 112 снижается до -0,6+0,29.

Ослабляется также связь медку коэффициентом вариации и долеИ му-тантннх семей. Параллелизм в изменении этих показателей наблюдается только в интервале концентраций 0,1-0,6 %. 3 левой части дозной шкалы картина меняется: возрастание экспериментальной изменчивости в варианте 0,01 и 0,10 % сопровождается снижением су , в результате чего в целом га = 0,6+0,29. Характерно, что доля морфологических мутаций часто оказывалась максимальной при использовании относительно низких концентраций, ноторга стимулировали процессы хиЕнедеятель-ности растительного организма. Это особенно четко видно при анализе : многолетних данных по изменению спектра мутантных растений (тайлЗ).

Таким образом, и при воздействии химических мутагенов изменчивость ячменя монет возрастать как при угнетении, так и пра активизации жизнедеятельности растительного организма, что сопроводда-втся соответственно возрастанием или снижением коэф|явдентов вариации, причем в последнем, случае - при наличии эффектов стимуляции в первом поколении - увеличивается доля семей с дззнеспособными нутациями.

50 150 100 200

доза, Гй

Рис.6. Зависимость мезду нутационной изменчивостью ячменя Винер (диаграмма), продуктивностью особи х и коэффициентом вариации этого признака при гамма-облучении семян:

- морфологича скиа, |-

хлоройшгьвде, §11| - ствраль— ные мутанты

Таблица 3 Частота появления различных типов мутантных форм в зависимости от концентрации химических мутагенов, % к общему числу мутантов

Концентрация,

М у т г »н т н

морфологические хлорофалфше стерильные

0.01 98,9+0,7 1,1±0,07 0,0

.0,03 45,9+5,7 27,0^5,7 • 27,0+5,1

0,10 19,2+2,2 . - - 32,8^2,6 47,9+2,8 -

0,30 26,4+1,5 , 39,8+1,7 33,6+1,6

0,60 5,7*1,7 59,4±3;5 34,8+3,5

Взапмозависимость модконкагиошт и мутационных а:Т>Те;ггов, возникающих при облучении вегетирудцих растений." Б период, когда были начаты исследования, практически отсутствовав систематизированные •сведения об изменении радиобиологических эффектов при облучении ве-.-гетируыдих растений, хотя еще в 40-х годах была высказана идея, что ■любой фактор среды может усилить или ослабить процесс, протекающий в момент воздействия (Куперман, 1936). Много позже эта гипотеза впервые была экспериментально подтверждена (Непгг1оЬ , 1960; Баты-ган, 1961), работы в этом направлении следовало продолжать и углу- ' бить. Поэтому растения ячменя ¿Лари облучали на трех этапах,резко • различающихся по характеру органообразовательных процессов: на П, когда закладываются вегетативные .органы; на XI, связанном с формированием генеративной сферы, и на 1У, который является переходным между П и У1. Учитывали не только изменение элементов структуры растений, но а массы сухих веществ и величины конусов нарастания, так как это давало дополнительную важную информацию о реакции на облучение развивающихся вегетативных и генеративных органов.

Наблюдения подтвердили, что более чувствительным является процесс, являющийся ведущим в момент облучения: на П этапе сильнее, чем на У1, снижается масса сухих веществ за счет более резкого уменьшения длины соломины. При воздействии на У1 этап повышенной (по сравнению со П этапом) оказывается радиочувствительность признаков, связанных а генеративной сферой,- размеров конусов нарастания, Длйны-колоса, числа колосков и зерен. Особенно сильная отзывчивость на радиационное воздействие была выявлена в момент прохождения 1У этапа: в этот период начинается интенсивное формирование генера-

'20

тивных органов, что сопровождается резкий повышением митотичзской активности (Гриф, 1959).

Хотя на П этапе гамма-излучение сильнее тормозило накопление биомассы, чем на У1, по интегральному показателю - массе зерна с растения - он оказался самым радиоустойчивш, так как угнетение вегетативной сферы в меньшей степени влияет на семенную продуктив -ность особи, чем повреждение генеративной системы. Затем в порядке ■ убывания располагались. У1 и 1У этапы. К настоящему времени положе-; ние о большей отзывчивости процессов, протекающих в момент воздей-: ствия различными факторами, подтверждено целым рядом исследователей (Батыгин, Потапова, 1969; Назаров, 1970; Ибрагимов, Ковальчук, 1975; Щербаков, 1982). ДкфферзIщаальный характер реакции растений .

■ в зависимости от их физиологического состояния отбывает .перспективы для разработки приемов, повышающих урожай и качество продукции, некоторые из них уже сейчас находят применение з „практике сельскохозяйственного .производства (Батыгин и др., 1978; Серегина.,: 1982, 1985).

Литературные данные о мутабильности вегетирупцих растений немногочисленна и противоречивы, до сих пор практически отсутствуют прямые факуыр ррлряженности эффектов в М^ и М2. В результате мно- . голетне'го изучения изменчивости ячменя после облучения вегетирувдих" растений было установлено, что максимальной изменчивостью отличался 17 этап, обладающий наибольшей радиочувствительностью и вариа- ; бельностью количественных признаков (рис.7). Основная масса мута- : ций (2,8 %) была прздстазлена шор;,игла с нарушением синтеза хлоро- . фалла, на долю же семей с морфологическими мутацзяш приходилось ..... лишь 0,28 %. При облучении П и У1 этапов наблюдалось ослабление по- ." вреждвщего действия радиации, что сопровождалось снижением коэффициентов вариации. В этих вариантах интенсивность мутагенеза падала, при этом, однако, увеличивался процент семей с морфологическими му-.; тациямл шш доля таких семей от общего числа мутантных семей.

. Конкретный этап онтогенеза продолжается от 3 до 10 дней и со- . провождается изменением фязиолого-биохимического состояния конуса нарастания (Бутенко, 1964, 1978; Ватыгин, Потапова, 1972; Чельцова, 1980). Поэтому облучали'растения в начале, середине и конце этапа. Эти эксперименты были проведены впервые и выявила пульсирующий характер мутагенеза в ходе онтогенеза: максимальной изменчивостью обладали растения в начале этапа, затеи выход к.„тацвй снижался, до.;. стигая минимума при облучении в конце этапа (рис.8). Параллельно

■ менялось соотношение "нуклеиновые кислоты/гетероауксин" в конусах

8 Ф

€

Ог

нарастания: коэфйиакент корреляции гв = 0,73±0,08 (анализ проведен ст.науч.сотр. С.Л.Потаповой). Подтвердилось наличие четкой обратной зависимости ыея-ду степенью развития растений в Ь^ и общей изменчивостью зх в ^ (га = -1,0). Вместе с тем, наибольший выход витальных форм, как и в пт двдущкх экспериментах с вегетарузцгш растениями, обнаружен при некотором ослабления повреждающего действия радиации - при воздействии в середине и конце этапа.

Следует подчерк -нуть, что всплеск кута-бильности и радиочувствительности в начале этапа сопровоздался снижением вариабельности количественных прззна — ков, что особенно четко проявилось на 17 этапе. Из литературы известны факты увеличения выхода ыутантных форы и чувствительности организма к гамма-излучению в результате искусственного повы-вения синхронности вступления клеток в митоз под влиянием гетеро -ауксина (Тарасенко/1973, 1980) и 5-аадноурацвла (Савин, Артемьева, 1973, 1986). Это дает основание предположить, что переход к очередному этапу онтогенеза в процессе ивдивидуального развития монет бить связан с гоатковре манной синхронизацией клеточных ляляиий в 'Анусе нарастания.

« -20

<0 -§

;ё-40 ж о

Тяс.7. Изменчивость ячменя (диаграмма), продуктивность особи (I) и кргаффи-циенты вариации этого признака при 1 облучении растений на втором,^четвертой и шестом этапах онтогенеза:

I 1- хдорофяльныв лщп - ^реологические мутанты

I 20

¡10

ъч-20

о я к о

§-60 §

¡20

[га

2 1

\ ■ч

а б в

ш 11 а б в

2п "

Еис.8. Соотношение мезду изменчивостью ячменя (диаграгяла) и некоторыми показатзлями состояния Мт птга гамма-облучении растений ... в начале (а), середине (б)аи конце (в) этапа:

I - продуктивность растения; 2 - соотношение нуклеинознх кислот и гвтероауксина; 3 - коэффициент вариации признака "продуктивность

растения , % ;

I I- хлорофилыше.

- морфологические мутанты

Мутагенез как функция постмутагенного восстановления. Во.всех рассмотренных выше экспериментах сопоставлялись средние значения изменчивости и параметров Ц^'в целом по варианту. Но важно было дать более четкую количественную характеристику эффектов Мр при которых отмечается повышенный выход мутантных форм, пригодных для селекционной работы. Для этого необходимо бнло какяьнго образом абстрагироваться от влияния постоянно меняддахся условий внеяней среди. Поэтому продуктивность каздой особи, испытанней .чутагвнноз воз. ' 23

действие, выражали в процентах к средней варианта и строили кривые распределения растений по этому признаку. Затем по результатам анализа Mg определяли, какие индивидуумы являются мутанткыми, и вычисляли в каждом класса изменчивость в процентах к числу проанализированных особей. Такой подход был применен впервые и выявил ' еле думце е (рис.9): вдивая мутабпльности имела дла максимума. С наи"" " ' большей частотой мутаро-2,3 валп растения, масса

зерна которых составля-' ла 70-90 или II0-2I0 % от средней популяцяон -ной, при этом в последнем случае, т.е. в по томстве особей, продуктивность которых превышала среднюю варианта, .увеличивалась доля, жизнеспособных форы. Способ отбора мутантных растений по продуктивности уже в первом поколении защищен авторским свидетельством Jí 1205838 (Пи-тиримова, 1986) и позволяет повысить эффективность метода индуцированного мутагонеза.

К настоящему времени накопилось большое количество литературных данных, показывающих, . что экспериментальная

изменчивость возрастает при усилении повреждающего эффекта в Mj (Зоз и др., 1974; Сингх и др., 1978; Тарасенко, 1980; Володин, 1984; Савин, Артемьева, 1986; и т.д.). Вместе с тем, имеется и прямо противоположные сведения: модификаторы самой"различной природы, снижающие угнетающий эффект мутагенов,в первом поколении, увеличивают выход и/или расширяют спектр мутантных форм в М2 (Хвостова, Эльшуни, 1965; Левенко, 1967, 1970; Кулиев, 1975; Орав и др., 1972; Манзюк, Козаченко, 1976; Ранчялис, 1978; Санаев, 1982; Сейсебаев, ЗЭ86)

Рис.9. Зависимость между продуктивностью и мутабильностью ячменя:

на оса абсцисс - масса зерна с особи, % к средней варианта; I - частота опытнцс растений по продуктивности; 2 - доля мутантных особей, %', 3 - доля жизнеспособных »^тентов, %

Наличие двух волн изменчивости, набдвдапцихся как при снижении, так и при повышении устойчивости растений первого поколения • к мутагенным факторам; широкое варьирование коэффициентов корреляции между степенью выраженности количественных признаков опытных растений, с одной стороны, и мутационными эффектами, с другой; изменение соотношения между общей мутабильностью я выходом жизнеспособных форм в зависимости от дозы мутагейа и продуктивности особи Mj - наводят на мысль, что в формировании мутаций могут участво -вать разные механизмы. В последние годы возникновение мутаций рассматривается не иначе, как в тесной связи с процзссагли репарации, репликации и рекомбинации ДНК. Наиболее подробно механизмы мутагенеза изучены у^яцфоорганизмов (Witkin, George , 1973; Захаров, Ковальцова, 1973;-Жестяников, 1935; Корогодин и др., 1988). В силу причин методического характера длительное1время на удавалось доказать явление поклеточного восстановления в растительных тщетках. К настоящему времени, однако, появился целый ряд работ, которые твердо доказали наличие у высших растений ферментов теговой репарации и репарационной репликации (СаЪе1а, 7/aevra , 1971; Сойфер, Циеминис, 1974;Tano,. Yamaguchi , 1977; Yamaguchi et al. , 1978, 1980; Veleminsky et al. , 1980; Еестяников и др., 1982; и др.). :

Согласно современным представлениям о молекулярных механизмах мутагенеза,при использовании высоких доз цутагенов, а также модифицирующих факторов, усиливающих их повреждающее действие, подавляются процессы тождественной репарации, в результате чего узеличи-. вается вероятность реализации потенциальных повреждений ДНК в фено-типически регистрируете мутации. Но кроме тождественной, существует нетождественная, мутагенная репарация (Лобашев, 1947). В ответ на экстремальные воздействия, повреждащие ДНК и другие компоненты клетки, активизируется деятельность ряда ферментов, включаются дополнительные ветви репарации. Считается-, что эксцизионная репэра -ция, осуществляемая по типу "длинной заплаты", и sos -репарация протекают с ошибками и являются источниками мутаций (v/itkin , 1974, 1977; Radman , 1975, 1977; Bridge в , 1977; Тарасов, 1982). При использовании модификаторов, снижающих повреждающий эффект в Uj, и относительно низких доз мутагенов, интенсЕфицяр.утаих процессы жизнедеятельности, а также.у особей, менее чувствительных к мутагенному воздействию, должны доминировать процессы мутагенной репарации.

Расчеты показали:, в вариантах, me вод влиянием: мутагенов на-блвдадась стимуляция развития признака "продуктивность растения", в измененных семьях отсутствовало в 72 % случаев расщепление на му-тантный и дикий фенотип (табл.4), а цутантные формы были, как пра-

Та"лвца 4 Частота появления нерасщепляпцихся семой : в зависимости от степени развития Mj _— ,i _i .' — __:_L_Li_

Семей с жизнеспособными мутантами

Семей Всего "В том числе нерасщепляпцихся

в анализе--------

а % .к6 всем' % к мутант-

п * п семьям яш семьям

Варианты do стимуляцией развитая Uj 1970 47 2,4+0,3 34 1,7+0,3 72,3+1,0

Варианты с угнетением развития 1798 101 5,6+0,6 II 0,6*0,1 10,9+0,7

вило, высоко фертильными и обладали хозяйственно-полезЕыми признаками. Для объяснения появления во втором поколении нерасщепляпцихся семей привлекается механизм мутокроссинговера (Рапопорт, Деы -ченко,. 1969, 1971), заклочакщайся в той, что мутация переводится в гомозиготное состояние путей рекомбинации, осуществляющейся во время первого дзления инициальной зародышевой клетки. Бели клетка с мутацией в двух аллелях станет инициальной для формирования генеративной ткани и все гаметы получат по ыутантному аллели, то семья big окажется гомогенной и будет полностью, представлена измененными растениями. .

Наличие штотичзского кроссинговера показано в настоящее время не только для микроорганизмов, но и для высших растений (Блян -дур, Лысиков, 1972; Barrow et al. , 1973; Carlson , 1974; Демченко, 1984; Захаров, Давровов, 1985). Поскольку рекомбинация является одним из механизмов репарации, а именно, sos -репарации, которая протекает по типу пострешшкативной, факты появления гомогенных семей могут служить удовлетворительным доказательством-участия систем репарации в формировании мутаций. Как видно из табл.3, вероятность ивдукции мутагенной репарации в вариантах, где наблюдалась активизация процессов жизнедеятельности растительного организма, почти в 7 раз выше по сравнению с вариантами, где продуктивность

особи оказывалась ниде контроля. Естественно, нельзя полностью отождествлять восстановление на уровне организма с репарационными процессам:», протекащида на молекулярном уровне и уровне хромосом: в формировании конечной реакции на мутагенное воздействие у высших растений большую роль играют процессы регенерации, когда в результате снятия апикального доминирования (Гродзинский, Гудков, 1973; Гудков, 1985) формируются дополнительные побеги, что и обусловливает эффекты стимуляция. Следует иметь, однако, в виду, что активизация восстановительных процессов в главном побеге, как и нор. -мальное, без снижения фертильности, развитие боковых возможно лишь на достаточно высоком общем метаболическом фоне организма, который обусловливается интенсификацией работы репарационных систем. То есть процессы, протекапцпе на уровне молекулярных взаимодействий, представляется возможным экстраполировать с известной степенью приближения на судьбу растения в целом. Более аргументировании1? доеоды ыояно будет получить лишь в экспериментах с применением мутантов, дефектных по репарации, которые к настоящему времени еще неизвестны.

Работу репарационных систем можно охарактеризовать эффективностью и точностью. На основе анализа соотношения этих свойств у Escherichia coll , проведенного методом сравнения репарации мутаций, ивдуцированных УФ у штаммов разных генотипов, Е.Виткин (1972) пришла к заключению, что в ходе эволюции предпочтение было отдано эффективности, а не точности. Высказывается предположение (Тихомирова, 1979), что в процессе естественного отбора у гивых организ -мов закрепились механизмы типа мутагенной репарации, обеспечивающие появление с определенной частотой ошибок матричного синтеза, приводящих к образованию мутаций, обусловливающих экологическую пластичность популяций (Инге-Вечтомов, 1976), Некоторые исследователи считают, что мутагенная репарация является не ивдуцибельной, а конститутивной ( Hastinge et el." , 1976)..

Когда мы осознали благотворную роль процессов восстановления в формировании мутаций, были проведены эксперименты, в которых режимы мутагенной обработки подбирались таким образом, чтобы активизировать восстановительные процессы у ошггных растений. Применяли комбинированную, разнесенную по онтогенезу обработку мутагенными факторами: сначала семена намачивали в растворе ЭК, а' затем облучали растения, выросшие из этих семян (табл.5), причем дозу 6 Гр давали аккордно или фракционирование, с интервалом 24 ч по 2 Гр. Повреждающий эффект комбинированной обработки оказался ¡гиге суммарно-

го, а выход и хлорофильных, и морфологических мутаций в М2 был выше аддитивного. В вариантах с фракционированием дозы наблюдалось более полное восстановление продуктивности особи, что сопровождалось возрастанием частоты видимых мутаций.

Таблица 5

Чувствительность и мутабильность растительного организма при комбинированной обработке мутагенами

____________■______________________________I______

ЭИ 0,1 %

Семе

В ана- — лизе

С мутациями Всего

С морфологическим:

— Продуктивность особи,

+ +

6,0 6,0 2,0x3 2,0x3

342 316 122 118 172 100

0,6+0,4 28,6^2,5 5,7+1,9 43,2+5,2 19,8+3,6 О

2,2+0,7 2,4+1,2 5,1±2,0 1,7+0,9 О

66,4

44.4 78,7

55.5

53.6 100,0

Для стимуляции восстановительных процессов использовали также мутагенное воздействие на растительный организм в двух последова -тельных поколениях. Растения ячменя Мари облучали дозами 2,0; 5,0 и 8,0 Гр на П этапе онтогенеза. Полученные семена обрабатывали ЭИ (0,01 %) весной следующего года, затем проверяли изменчивость в 1,"2 (табл.5). Обработка семян ЭИ снижала продуктивность особи на 13 %. Облучение растений в предыдущем году усиливало повреждение, вызванное этим мутагеном, но во всех случаях эафе :ст комбинированного воздействуя в двух последовательных поколениях был намного ниже сум -марпого, особенно в вариантах 5,0 Гр + ЭИ и 8,0 Гр + ЭИ.

Анализ второго поколения выявил очень низкий уровень изменчивости ячменя после гамма-облучения растений. Дополнительная обработка семян второго поколения ЭИ резко повитала выход мутаций: при двукратном воздействии изменчивость ячменя была в несколько раз выше аддитивной, особенно в случае предварительного облучения растений дозой 5,0 Гр. ' -

Терапевтическое действие вызывала постмутагенная обработка семян биологически активным соединением лентехнинок, снизив на 16 % повреждение, вызванное ЭМС. Это оказало положительное влиянне на

характер экспериментальной изменчивости: частота появления семей с мутациями возросла с 12,0 до 18,7 %, при этом почти в 2' раза повышался выход яизнеспособных форм.

Таблица 6 Изменчивость ячменя при однократном и двукратном воздействии мутагенами на растительный организм

Облучение Обработка Семей Продуктив-

растзний семян ЭК --------------- ность особи,

дозой, Гр 0,01 % 3 анализе Мутантннх, % %

0,0 - 100 0,0 100,0

2,0 - 100 0,0 71,0

5,0 - . 100 1,0+0,9 59,5

8,0 - 100 1,0+0,9 45,4

0,0 - 100 0,0 100,0

0,0 + 149 2,7+1,3 87,5

2,0 + 100 14,8+3,5 73,8

5,0 + 90 25,6+4,6 77,2

8,0 + 90 11,1+3,0 77,5

Для изучения закономерностей индуцированного мутагенеза мы применяли саше разнообразные модификаторы: варьировали-дозу излучения, условия почвенного питания растений до и поме обработки сеглян мутагенами, физиологическое состояние организма, режим мутагенной обработки, применяли БАС, и во всех случаях интенсивность мутагенеза определялась не природой модифицирующего фактора, а характером постмутагенного восстановления..Полученные факты позволяют квалифицировать феномен модифицирования мутационного процесса как неспецифический ответ биологической системы ка дзйстзие модификатора.

Результаты'ыноголетних исследований свидетельствуют, таким образом, о двойственной роли защитно-восстановительных систем в ивду-цироваяном мутагенезе. С одной стороны, в облученной популяции протекает . интенсивное "самоочищение" на разных уровнях биологпческоГ: интеграции, что обеспечивает надежность хранения и передачи генетической информации в экстремальных ситуациях, в том числе и при действии мутагенов. С другой стороны, восстановительные системы спо -собствуют возникновению и сохранению мутаций. Оба этих аспекта могут быть реализованы в практической деятельности.

Практическое использование модификационных и мутационных эффектов. индуцированных мутагенами. В настоящее время в семеноводческих хозяйствах при производстве семян элиты применяют, как правило, индивидуально-семейный отбор - трудоемкий метод, требуаций больших затрат ручного труда, что сильно повышает себестоимость продукции. Согласно "Методическим указаниям" (1С32), в питомнике первого года бракуются растения, масса зерна которых оказывается нихз значения класса х - С , что составляет около 20 % общего числа анализируемых семей..

Вместе с тем, удалить аз посева особи с пониженной жизнеспо -собностью и продуктивностью можно с помощью гамма-излучения. Дозы порядка 100 Гр снижают выживаемость растений на 15-30 %. Из-популяции элиминируются в первую очередь ослабленные индивидуумы, а вы -■ жившие, более радиостойкие, лучше противостоят неблагоприятным факторам внешней среды.

Как показали результаты многолетних экспериментов, частота появления жизнеспособных мутантных форм под влиянием гамма-излучения в среднем не превышает 0,2 %, а это Находится в пределах, допустимых ГОСТом для элитных семян, сортовая чистота которых должна быть не ниже 99,7 %. Показано также, что при использовании доз порядка 100 Гр не меняется существенно белково-нуклеиновый состав зерна (Батыгин, Груздбв, Питиримова и др., 1979). Нередко уже в первом поколении индивидуальная продуктивность опытных растений превосходит контроль. Урожайность популяций, испытавших воздействие гамма-излучения в умеренных дозах, восстанавливается, как правило, уже на . следующий год до уровня контроля, а нередко и превосходит его в результате явлений мутационного гетерозиса. Коэффициенты вариации количественных признаков нивелируются в М3. Все это открывает принципиальную возможность для использования гамма-излучения в первичном семеноводстве. Получать-элиту с помощью радиационного отбора можно в соответствии со схемой, приведенной на рис.Ю. Сортовые семена облучают дозой 100 Гр и высевают в питомник отбора. Посев широко -рядный, предусматриваются видовая и сортовая прополки, механизированная уборка. Аналогичные операции проводятся в питомнике размножения и отбора. Полученные сема на используют для выращивания суперэлиты и элиты (Питиримова, Батыгин, 1985). .

Для более объективной оценки предлагаемого метода с 1984 по 1988 гг. проводилось сравнение эффективности ивдивидуально-семейно-го и радиационного способов отбора при выращивании элитных семян ячменя Белогорский в условиях СЗ НПО "Белогорка". Подтверждено, что

метод ргдиоотбора как менее трудоемкий и более экономичный может с успехом использоваться в первичном семеноводстве ячменя: урожай элиты, полученный с помощью радиоотбора, не уступает варианту индивиду альЕо-секейного отбора, а ее сортовая чистота соответствует действующему ГОСТу. Применение метода радиационного отбора сокращает срок выпуска элиты на 2 года.

В результате многолетнего изучения закономзрностеГ' индуцированного мутагенеза дана количественная характеристика эффектов в Мр при которых наблюдается . повышенный выход наследственно-измененных форм, обладающих хозяйственно-полезными признаками. Способ отбора мутантных растений по продуктивности в первом поколении защищен авторским свидетельством К 1205838, а разработанные на его основе режимы обработки растительного организма, сникающие повреждающий эффект мутагенных факторов, увеличивают эффективность метода индушрозанногс мутагенеза и применяются в Северо-Западном НПО по селекции и растениеводству "Белогорка" с целью создания исходного материала для получения перспективных сортов ячменя. Шесть мутантов, полученных в ходе исследования и отличающихся повышенной урожайностью, скороспелостью или большим содержанием лизина в белке, переданы в лабораторию селекции зернофуражных культур селекцентра СЗ НПО "Белогорка", где они проходили испытание в питомниках исходного материала. Выделены линии мутанта сорта Винер с урожайностью зерна на уровне стандартного сорта Белогорсхий, но созревающие на 5-7 дней ранызе, которче использованы в качестве донора скороспелости при создании гибридного материала. 14 мутант-ных форм переданы, также в отдел серых хлебов Всесоюзного НИИ растениеводства им.Н.И.Вавилова, где она зарегистрированы в каталог предварительной регистрации и включены в программу экологических испытаний.

При радиационном отВсрс

ТиришНыс песеты

ЧсяНгрть"'/ г/ф л СдщрЬлМ'а

:::::::::::::: I ~Л/щЬча

р/ггтяО мд Злит.7

РлсЛО. Схема получения сеглян элиты

Заключение. Метод экспериментального мутагенеза уже длительное время используется для увеличения изменчивости растений, однако вопрос о повышении его эффективности до сих пор не снят с по -вестки дня. Применение ионизирующих излучений в широком диапазоне доз от стимулирующих до летальных; выращивание растений до и после облучения семян в резко различных условиях почвенного питания; привлечение специальных способов расчета груза генетических повреждений на число введенных в эксперимент особей позволило глубже понять причины низкого выхода жизнеспособных мутантных форм. На пути появления мутантного фенотипа стоят серьезные объективные трудно-

• сти: тождественная репарация возникших изменений ДНК; гибель клеток, перегруженных мутациями; элиминация мутантных клеток из ткани в результате репопуляции; отмирание побегов; табель целых растенкй-

< химер, которые не могут функционировать в результате нарушения слаженности метаболизма; повышение стерильности особи; формирование химерных зародышей и снижение всхожести семян в Ь/^; появление ле -

. тальных и нежизнеспособных Хлорофильных, стерильных и малопродук -тивных неконкурентоспособных форм; полная гибель всходов в измененных семьях в третьем поколении - все это разные стороны одного и того же явления - генетического гомеостаза, поддерживающего чистоту дикого типа в скстремальных ситуациях. Таким образом, эффект, возникший на уровне молекулярных взаимодействий, может быть сведен на нет в система организма и популяции в целом, при этом основная "очистка" осуществляется в онтогенезе первого поколения.

' В связи с этим следует иметь в виду, что на более высоких сту-

• пенях биологической организации исследователь сталкивается с одним из основных принципов живых систем - неаддитивностью свойств структур и процессов при их интеграции (Гродзинекий, 1972). А.Сент-Дьер-дьи, придавая особое значение этому свойству живого, писал: "Я совсем не хочу сказать, что достижения молекулярной биологии не заслуживают глубочайшего восхищения... Мы не должны, однако, забы -вать, чта молекулярный уровень представляет собой лишь один из немногих уровней организаций, в то время как само слово жизнь под -разумевает совокупность всех функций и всех реакций. ... Целостный уровень является и наиболее сложным, и наиболее трудным для исследования. Именно этому уровню присуще все очарование и вся прихотливость жизненных явлений" (Селье, 1972).

Основные события мутационного процесса у растений разворачиваются в первом поколении, поэтому состояние организма-мутантоносите-ля не может не оказывать существенного влияния на судьбу мутации.

Установлено, что меяду кодификационными и мутационным эффектами не существует однозначной зависимости. В некоторых случаях выход мутантных форы возрастает пропорционально угнетающему действию излучений, что сопровождается повышением коэффициентов вариации ко- • личественных признаков. В то же время в потомстве особей, переживших достаточно жесткий радиоотбор, превосходящих по продуктивности контроль и более выравненных по фенотипу, такте отмечается всплеск мутационной изменчивости.

Более подробный, индивидуальный анализ продуктивности отдельных растений Ь^ и мутабильности в показал, что с наибольшей частотой мутируют особи, масса зерна которцх в первом поколения составляет 70-90 % или 110-210 % от средней своего варианта, при этом в последнем случае, т.е. в потомстве растений, продуктивность которых превышает среднюю популяшоннуа, увеличивается доля витальных форм с измененной морфологией или физиологией.

Расчеты показали, что в вариантах со стимуляцией развития количественных признаков в 72 % случаев в появлялись вксокофер -тильнве ыутантные формы, при этом паблэдался феномен мутокроссинго-вера: в измененных семьях отсутствовало расщепление на мутантный и даюай фенотип. В вариантах с угнетением процессов жизнедеятельно -сти таких семей было лишь II %, в остальных случаях наблюдалось расщепление по фенотипу, а мутанты обладали, как правило, повшен-ной стерильностью, что снижало их практическую ценность.

Поскольку в основе кутокросскнговера лзккт рекомбинация, которая является одновременно одним из механизмов репарации, более высокая частота нерасщеплящихся семей в вариантах со стимуляцией развития К2 ыогет служить косвенным доказательством участия репарационных систем в формировании мутаций у ячменя. Таким образом, пострадиационное восстановление, регистрируемое на уровне фенотипа, отражает в известной степени процессы, протекающие в клеточном ядре, что позволяет рассматривать мутагенез как функцию репарации, подтверждает правильность физиологической концепции мутационного процесса (Лобаиев, 1947) и открывает возможности для повышения эффективности радиационного мутагенеза с помощью кодификаторов, активизирующих постмутагенное восстановление.

Можно констатировать, поэтому, что прп интенсификация восстановительных процессов у растений, испытавших воздействие мутагена, мутации чаде возникают (в результате нетождественной репарации, протекающей по типу пострешшкативной) и лучше сохраняются в результате ослабления действия элиминирующих факторов.

Путем привлечения самых разнообразных модификаторов удалось показать независимость характера экспериментальной изменчивости от их пр1родн, что позволяет квалифицировать феномен модифицирования как не специфический ответ биологической системы на действие модифицирующего фактора.

Подтверждена, правильность высказанного в х годах предположения о том, что различные факторы внешней среды, влияя на разви -тие растений в первом поколе кии, меняют характер индуцированного' мутагенеза. Показана возможные причины этого явления: восстанови -тельные системы играют двойственную роль в индуцированном мутагенезе: с одной стороны, в облученной популяция протекает интенсивное "самоочищение" на разных уровнях биологической интеграции, что обеспечивает надежность хранегш и передачи генетической информации в ; экстремальных ситуациях, в том числе а при действии мутагенов. С другой стороны, восстановительные системы способствуют возникнова-ншо и сохранению мутаций. Оба эти аспекта могут найти практическое применение.

Следует обратить серьезное внимание на факты повышения измеп -чивости растений при комбинированном действии ионизирующих излуче -■ ний и алкилирующих соединений, а также при мутагенном воздействии в последовательных поколениях. Все возрастающее загрязнение окррт.в-ющей среды отходами химической промышленности, широкая химизация сельскохозяйственного производства, в ходе которой применяются неоправданно .высокие дозы гербицидов, в сочетании с глобальнш.1 повышением естественного фона ионизирующих излучений может нанести.ке-.- поправимый ущерб генофонду различных представителе и биосферы. Выявленные закономерности экспериментального мутагенеза побуждают нас к быстрейшему решению общего комплекса проблем охраны природы.

•ВЫВ ОДЫ

1. Системы восстановления играют двойственную роль в индуцированном мутагенезе. С одной стороны, мутагенное воздействие вклача-ет гомеостатические механизмы, осуществлягацие элиминацию основной массы видимых мутаций; с другой стороны, в потомстве особей, активизирующих процессы.жизнедеятельности под влиянием облучения или модификатора, увеличивается выход фертильных мутантных форм.

2. После однократного мутагенного воздействия происходит быстрая стабилизация популяций: основная масса видимых мутаций элиминируется в различные моменты онтогенеза М|; диапазон изменения и варь-

ирования количественных признаков, достигающий максимума, как правило, в год воздействия, возвращается на уровень контроля в М3-М4, при этом радиобиологическая реакция может развиваться по типу многократного затухающего гетерозиса.

3. Состояние объекта, режим воздействия и условия выращивания опытных растений, влияя на развитие радиобиологической реакции в первом поколении, меняют течете мутационного процесса, при этом определяющим является не природа модифицирующего фактора, а характер постмутагенного восстановления. Это позволяет квалифицировать феномен модифицирования как неспецкфический ответ биологической системы на внешние воздействия.

4. Низкое качество посевного материала, а также отклонение уровня почвенного питания опытных растений от оптимума усугубляя? повреждающее действие гамма-излучения, повышают модификацаокну» изменчивость ячменя и уменызают выход видимых мутаций в результате усиленной элиминации их в онтогенезе Мр

5. Режимы мутагенной обработки, снижающие повреждение растений, а также вызывающие стимуляцзонные эффекты в первом поколении, повышают экспериментальную изменчивость ячменя и/или долю зяаякзсп®-собных кутаптных форм в М,,.

6. Между продуктивностью растений в М^ и изменчивость» в шх потомстве существует немонотонная зависимость с двумя макайдпйаог» с наибольшей частотой мутируют особи, продуктивность которых с© -ставляет 70-90 % или 110-210 % от средней популяционной, пряшк в последнем случае возрастает процент мутантов с нормальной фертияь-ностью.

7. Коэффициенты корреляции между кодификационными и кутацяса-ными эффектами варьируют в широких пределах (от -1,0 до 0,8) а определяются соотношением интенсивности процессов возникновзяяй к элиминации мутаций, изменение которого, в свою очередь, отлагается на характере радиационного мутагенеза, •

8. Реакция вегетирущих растений неоднозначна при сблучешя их в различные периоды онтогенеза: наибольшей чувствительностью обладает процесс, являющийся ведущим в момент воздействия. В то -:з время мутационная изменчивость не зависй"1 от специфики этапа, носит пульсирующий характер и так же, как и при облучении покоящихся семян, определяется интенсивностью пострадиационного восстановления М^.

9. На основе косвенных доказательств (высокая частота появления нерасщеплякадихся семей в вариантах со стимуляцией развития количественных признаков) сделано заключение, что пострадиационное

восстановление, регистрируемое на уровне фенотипа, отражает в из -вестной степени процессы, протекающие в клеточном ядре, что позволяет рассматривать мутагенез как функцию репарации и. подтверждает правильность физиологической концепции мутационного процесса (Ло-башев, 19^7).

10. Разработаны принципы повышения эффективности индуцированного мутагенеза путем многоступенчатой обработки растительного материала мутагенными факторами и применения модификаторов, повышающих жизнеспособность ыутантоносителя.

11. Обоснована принципиальная возможность применения радиационного отбора в звеньях первичного семеноводства при производстве элитных семян ячменя в условиях Северо-Западной зоны, что на 25 % снижает затраты ручного с_уда и сокращает срок выпуска элиты на 1-3 года по сравнению с традиционным ивдивидуально-семейным-отбо -ром.

Приношу глубокую благодарность доктору биологических наук, профессору Н.Ф.Батыгину и доктору биологических наук К.В.Квитко за критические замечания и ценные советы, высказанные при обсуждении работы, а такке всем коллегам, принимавшим участие в проведении данного исследования.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. • Питиримова М.А. Влияние гамма-излучений и некоторых химических мутагенов на рост и дифференциацию конусов нарастания ячменя

в первом поколении // Научно-техн.бал.до агр.физике/АФй. JI., 1968. & 12. С.38-41.'

2. Питиримова М.А. Воздействия на семена ячменя гамма-лучами и химическими мутагенами // Вестн.с.-х.науки. 1969. К 4. С.97-93.

3. Батыгин Н.Ф., Питиримова U.A. Влияние условий выращивания первого поколения ячменя сорта Винер на частоту появления и характер хлорофилышх мутаций в f.l?/I Сб.тр.по агр.физике. Л.: Колос, 1969. Вып.17. С.84-87.

4. Питиримова М.А. Цитологический анализ мутагенного действия гамма-лучей и алкилирующих соединений на ядра клеток корешков за-родкшей ячгленя//Научно-техн.бюл.по агр.физике /АФИ. Л., 1970.

Л 14. С.27-30.

5. Питиримова М.А. Исследование реакции растительного организ-

ма на действие гамма-лучей и алкалируадах соединений на примере двурядного ячменя: Автореф. дис. ... канд.биол.наук. Л., 1970. 16 с.

6. Батнгин Н.Ф., Питиримова М.А. Условия почвенного питания растений первого поколения и изменчивость в ll^ при обработке семян гамма-лучами и некоторыми химическими мутагенами // Генетика. IS70. " 2. С.34-39.

7. Питиримова М.А., Батнгин Н.Ф. О корреляции мегду радиочувствительностью и мутабильностью ячменя Ц Генетика. 1971. Т.7. C.I59-I6I.

8. Батнгин Н.Ф., Питиримова М.А. Влияние гамма-лучей и алкили-рукхцих соединений на изменчивость ячменя при обработке растений в различные периоды онтогенеза // Индуцированный мутагенез у растений. Таллинн: АН ЭССР, 1972. C.I3-20.

9. Батнгин Н.Ф., Питиримова М.А. Поведение растений в первом поколении и генетические эффекты в Beстн.с.-х.науки. 1372,

J5 8. С. 124-126.

10. Питиримова М.А., Батыгин Н.Ф. К вопросу о возможных механизмах мутагенеза// Индуцированный мутагенез у растений. Таллинн: АН ЭССР, 1972. С.83-90.

11. Батыгин Н.Ф., Питиримова М.А. Условия роста и развития первого поколения и характер изменчивости: Тез.докл.конф. "Чувства -тельность организма к мутагенным факторам и возникновение цутапий". Вильнюс, 1973. С.27.

12. Pitirimova М.А. Enviromental factors affecting mutagenesis (summary) // Isotopes and radiation in agricultural research in the Soviet Union. IAEA. Vienna. 1973. P. 65-67.

13. Питиримова М.А., Батыгин Н.Ф. К вопросу о действии модифицирующих факторов на характер мутационного процесса// Инф.бюл. 1974. Вып.16. С.80. (Симпоз.по радиационной генетике, 3-II марта 1972 г.).

14. Батыгин Н.Ф., Куперлан Ф.м., Питиримова М.А. Острое облучение вегетиругщих растений и перспективы его использования в растениеводстве и селекции: Обзор.ицформация. М.: ВНИИТЭИСХ, 1975. 73 с.

15.- Питиримова М.А., Батыгин Н.Ф. Исследование реакции растительного организма на действие мутагенных факторов// Сб.тр.по агр. физике /Ш. Л., 1976. Вып.40.,С.52-63.

16. Батыгин Н.Ф., Питиримова Ы.А. Индивидуальный и популяцион-ный гомеостаз в индуцированном мутагенезе: Тез.докл.конф. "Чувстви-

тельность организма к мутагенным факторам и возникновение мутаций". Вильнюс, 1976. С.8.

17. Питиримова М.А. К вопросу об особенностях реакции расти -тельного организма на облучение в различные периоды онтогенеза;/ Сб.тр. по агр.физике/АФИ. Д., 1976. Вып.40. C.I00-I06.

18. Питиримова 1.2.А. Зависимость радиобиологических эффектов обработки семян от их физиологического состояния// Сб.тр.по агр.физи-ке/АФИ. Л., 1976. Вып.40, С. 167-174.

19. Питиримова М.А., Батыгин Н.Ф. К вопросу о повышении мута-бильности при облучении вегетирующих растений,/ Сб.тр.по агр.физи-ке/АШ. Л., 1976. Вып.40. C.207-2I2.

20. Питиримова М.А., Потапова С.М. О причинах различной мута-бильности при облучении ве-зтируюиих растений: Тез.докл. Симпоз. по .радиобиологии. Кишинев, 1976. C.I44.

21. Питиримова М.А., Потапова С.М. Физиолого-биохимические аспекты различной мутабильности вегетирующих растений: Тез.докл. конф. "Чувствительность организмов к мутагенным факторам и возникновение мутаций". Вильнюс, 1976. С.43; 1977. С.75-79.

22. Батыгин Н.Ф., Питиримова М.А. Особенности мутагенеза при воздействии на растения в разные моменты онтогенеза: Материалы

Ш съезда ВОГЛС им.Н.И.Вавилова. Л.: Наука, 1977. T.I. С.48.

23. Питиримова М.А. Индуцированный мутагенез и репарация: Тез. докл.Всес.конф. "Использование биофизических методов в генетико-селекционном эксперименте", Кишинев, 1977. С.42.

24. Батыгин Н.Ф., Питиримова М.А., Потапова С.М. О периодах повышенной мутабильности в онтогенезе ячменя // Докл.ВАСХНИЛ. 1977.

Я I. C.I0-II.

25. Питиримова М.А., Потапова С.М., Никитина Л.Н. Облучение вегетирующих растений как метод выявления некоторых онтогенетических закономерностей развития-растительного организма: Тез.докл.Всес. конф. "Использование биофизических методов в генетико-селекционном эксперименте". Кишинев, 1977. С.42. ■

26. Батыгин Н.Ф., Питиримова М.А. Характер генетического гомео-стаза при воздействии гамма-лучами и химическими мутагенами// Химический мутагенез и гибридизация. М.: Наука, 1978. C.2I7-220.

27. Жебрак Э.А., Батыгин Н.Ф., Груздев Г.Г., Питиримова М.А. Обмен азота у ячменя при радиооблучении // Изв.ТСХА. 1978. Вып. 5. С.116-124.

28. Питиримова М.А. Индуцированный мутагенез и поливариантность генетического гомеостаза: Тез.докл.ХХУ МГК. М., 1978. Ч.П. С.269.

29. Питиримова М.А., Потапова С.М. Изменчивость ячменя в зависимости от режима воздействия мутагенными факторами // Научно-техн. б юл.по агр.физике/АФИ. Л., 1978. К 34. С. 16-19.

30. Батыгин Н.Ф., Груздев Г.Г., Питиримова U.A., Ее брак Э.А., Кручинина Л.К. Аминокислотный обмен у ячменя в онтогенезе при ради о об лучении семян мутагенными дозами/' С.-х.биология. 1979. Т. 14, К I. С.37-41.

31. Квитко K.B., Батыгин И.О., Питиримова М.А. Вклад мутационной изменчивости в популяпионное разнообразие одноклеточных и высших растений// Популяции растенай (генетическая и патогенетическая структура). Л.: Изд-во ЛГУ, 1979. С.72-90.

32. Питиримова ILA., Потапова С.М. К вопросу о физиологическом характере мутагенеза при облучении вегетируицих растений: Тез. докл. Первой Е'чзс.конф. по с.-х.радиологии. М., 1979. С.49-50.

33. Питиримова М.А., Потапова С.М. Характер мутагенеза при аккордном и фракционированном облучении растений/^ Научно-техн.бюл. по агр.физике /кШ. Л., 1979. К 39. С.46-50.

34. Батыгин Н.Ф., Питиримова М.А. Системы надежности и многовариантность генетического гокеостаза/ Надежность клеток и тканей. Киев: Наук.думка, 1980. С.136-140.

35. Питаримова М.А., Ткачев М.В., Федотова С.С., Чернокнсо -ва Е.И. Влияние условий выращивания на проявление эффекта радиостимуляции при гамма-облучении семян ячменя: Тез.Всес.кокф.по прикладной радиобиологии. Кишинев: Штниица, 1931. С.40.

36. Питиримова М.А. К вопросу о чувствительности к цутабильно-сти ячменя: Тез.докл.Всес.конф. "Чувствительность организмов к мутагенным факторам и возникновение мутаций". Вильнюс, 1982. С.36.

37. Патарилова М.А., Потапова С.М. Мутабильность а чувствительность ячменя при повторном воздействии мутагенными факторами: Тез. докл.Всес.конф. "Чувствительность организм в к мутагеннкм факторам и возникновение мутаций". Вильнюс, 1982. С.50-52.

38. Питиримова М.А. К вопросу о специфичности индуцированного мутагенеза: Тез.1У съезда ВОГИС им.Н.И.Вавидова. Кишинев, IS82. С.104-105.

39. Питиримова U.A., Ткачев М.В., Подошкина Л.Б., Черног,шсо -ва Е.И. О влиянии модифяцирупцих факторов на проявление эффекта радаостимуляции при гамма-облучении семян ячменя // 11аучк о-те хн. б ш. по агр.фазике / А®. Л., 1982. К 49. С.38-44.

40. Питиримова М.А., Times M.B., Подошкина Л.Б., Черног.щсо -ва 5.И. Норка реакции гак мера адаптации генотипа к варьпрукврнл ус-

ловиям среды/' Норма реакции растений и управление продукционным процессом/АФИ. Л., 1982. С.38-45. (Сб.тр.по агр.физике).

41. Питиримова U.A. Зависимость между мутабильностью и продуктивностью ячменя // Докл.ВАСХНИЛ. Х983. № 12. С. 11-13.

42. Питиримова М;А. Роль модифицирующих факторов в формировании характера индуцированного мутационного проц:.сса у ячменя: Тез. докл. П Всес.конф. по с.-х.радиологии. Обнинск, 1984. Т.2. С.30.

43. Питиримова К.А., Ткачев М.В., Охитина Н.П., Подошкина Л.Б., Федотова С.С. Изменчивость количественных признаков ячменя в по -следовательных семенных поколениях при гамма-облучении семян Н Радиобиология. 1934. Т.24. Вып.6. (Рукопись деп. в ШНИТИ 25 июля 1984 Г. JE 5422-84.

44. Питиримова М.А., фкачев Ы.В., Подошкина Л.Б., Охитина Н.П. 1 Характер радиационного поражения и ход восстановительных процессов

в ряду последовательных поколений при гамма-облучении семян: Тез. докл. П Всес.конф. по с.-х.радиологии. Обнинск, 1984. Т.2. С.24-26.

45. Питиримова М.А. Возможность контролирования мутационного процесса у ячменя Ц Вестн.с.-х.науки. 1985. & 6 (345). C.6I-68.

46. Питиримова М.А. Характер восстановительных процессов в облученных популяциях ячменя Ц Надежность биологических систем. Каев: Наук.думка, 1985. С.203.

47. Питиримова U.A. Поливариантность генетического гокеостаза и возможность увеличения оффективности индуцированного мутагенеза ячменя/ Генетика. 1985, T.2I, JS 5. C.809-8I8.

48. Питиримова М.А. Изменчивость ячменя при повторной обработ-. ка двух последовательных поколений мутагенными факторами. Сообщ.1,

Воздействие этиленишном на гамма-облученные растения/' Генетика. 1985. Т.21, Ji 7. С. 1222-1224.

49. Питиримова М.А. Изменчивость ячменя при повторной обработке двух последовательных поколений.мутагенными факторами. Сообщ.2. Изменчивость количественных признаков/'Генетика. 1985. T.2I, №8. С.1327-1331.

50. Питиримова М.А. Роль систем репарации в индуцированном мутагенезе: Тез.докл* П Всес.конф. по прикладной радиобиологии. Киев, 1985. ЧЛ. С. 19.

51. Питиримова М.А., Ткачев М.В., Подошкина Л.Б., Охитина Н.П. О возможности применения радиационного отбора для повышения индивидуальной продуктивности растений: Тез.докл. П Всес.конф. по прикладной радиобиологии. Киев, 1985. Ч.П. С.44-45.

52. Патирвмова М.А., Батыган Н.Ф. Перспективы использования ионизирующих излучений в семеноводстве /! Селекция и семеноводство.

' 1985. № 2. С.51-53.

53. Питириыова М.А. Способ отбора мутантных растений ячменя: A.c. Г 1205838 СССР// Ей. 1986. £ 3.

54. Патиримова ГЛ.А. мутагенез как функция репарации: Тез.докл. I Всес.коордикац.совещ. "Радиационная генетика - селекции". М., IS86. С.75.

55. Батыгин Н.Ф., Волкова В.А., Лопатин А.К., Питириыова М.А/, Ткачев М.З. Оценка радиационного метода отбора в первичном се;.-зко-еодстзз // Селекция, сз;.:зководство и технология возделывания зерновых культур в Северо-Западной зоне РСФСР. Л., IS86. С.92-96.

56. Питириыова М.А. Влияние восстановительных процессов на характер экспериментальной изменчивости ячменя: Тез.докя. у Всес. съезда ВОГКС кы.Н.И.Вавилова. 1987. Т.2. C.2I4-2I5.

57. Питиримова М.А. Мутационные и модификационнке эффекты в экспериментальном мутагенезе: Тез.докл. 1 Всес.совещ. "Применение физического и химического мутагенеза в сельском хозяйстве". Кишинев, 1987. С.18.

58.Питирлмова М.А., Охдтина Н.П., Федотова С.С. Принципы использования модифицирующих факторов для повышения эффективности метода индуцированного мутагенеза: Тез.дом. I Всес.совещ. "Применение физического и химического мутагенеза в сельском хозяйстве". Кишинев, 1987. С.87.

59. Питириыова М.А. Пострадиационное восстановление и мутационная изменчивость ячменя: Тез.докл. I Всес.съезда радиобиологов. 1989.

60. Питиримова М.А., Охитпна Н,П., Федотова С.С. Ионизирующие излучения как фактор повышения пластичности сортовой популяции: Тез.докл. I Всес.съезда радиобиологов. 1989.

Информация о работе

Питиримова, Маргарита Анатольевна
доктора биологических наук
Обнинск, 1989
ВАК 03.00.01

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Пострадиационное восстановление и мутационная изменчивость ячменя ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Пострадиационное восстановление и мутационная изменчивость ячменя"

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Пострадиационное восстановление и мутационная изменчивость ячменя
ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология