Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Создание исходного материала ярового ячменя с использованием физических мутагенных факторов, парааминоьензойной и абсцизовой кислот

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Создание исходного материала ярового ячменя с использованием физических мутагенных факторов, парааминоьензойной и абсцизовой кислот"

п и

и.ч

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 633.16:631.528

ПУРТОВА Ирина Владимировна

СОЗДАНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ МУТАГЕННЫХ ФАКТОРОВ, ПАРААМИНОБЕИЗОЯНОЙ И АБСЦИЗОВОЙ КИСЛОТ

Специальность: 06.01.05 -селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссэртации на соискание ученой стапели кандидата сельскохозяйственных наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена в Кировском сельскохозяйственном институте в 1938..,1992 гг.

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент Г,П. Дудин.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор З.В. Абрамова; кандидат сельскохозяйственны: наук, ст. научный сотрудник М.В. Лукьянова.

Ведущая организация - НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого.

. Защита состоится " £ " тц в

часов на.заседании Специализированного совета К 120.37.1 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университе! по адресу: 189620, г.Санкт-Петербург, Пушкин, Ленинградское шоссе, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан " <4 ё^АбРЯ 199-3г.

Учёный секретарь Специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук

С.И. Синицына

I. Оь!1АЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. Создание высокоурожайных и устойчивых к неблагоприятным факторам среда новых сортов сельскохозяйственных культур является основной задачей селекционной науки. Успех селекции в значительной степени зависит от разнообразят исходного материала. Одним-из.эффективных методов, решающих эту задачу, является индуцированный мутагенез. Дальнейшее повышение результативности этого метода связано с поиском новых мутагенных факторов, обладающих малой токсичностью и вызывающих высокий выход солокци-онно-цэшшх мутаций. Актуальными в этом плане представляются исследования по воздействию физиологически активных веществ (витаминов, фитогормоно»), их совместного действия с гаша- и лазерный излучением на семона и растения.

Цель работы - изучить мутагенноо действий лазерного и гамма-излучений, Физиологически активных веществ (параалшнобензойной и абсцизовой кислот) и эффективность их сочетания при создании исходного материала ярового ячменя.

Задачи экспериментальной работа:

- изучить влияние физических мутагенов, ПАБК, АБК, их совместного использования на рост и развитие растений ячменя М^;

- сравнить мутагенную эффективность лазерного излучения, ПАБК, АБК с ионизирующим излучением;

- выявить наиболее эффективнее дозы и концентрации мутагенов по выходу морфологических и физиологических мутаций у ячменя;

- отобрать селекционно-ценные морфофизиологические и биохимические мутанты ячменя. Провести их оценку на продуктивность, устойчивость к полеганию и болезням.

Научная новизна исследований. Доказана возможность получения под действием ПАБК и АБК на ячмене наследственных изменений.

Впервые изучена мутагенная эффективность гамма-, лазерного излучений в сочетании с физиологически активными веществами (ПАБК, АБК) на яровом ячмене сорта Абава.

Практичеокач ценность работы. На основании экспериментальных исследований разработаны и предложены способа мутагенной обработки семян ярового ячменя с использованием физиологически активных веществ, их сочетания с физическими мутагонами.

Выделены мутанты, представляющие ценность для селекционеров, по признакам скороспелости, продуктивности, устойчивости к поле-

гакшо, повышенному содержанию белка. Двенадцать из них переданы в коллекцию ВИР имени Н.И.Вавилова.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзной научной конференций "Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве" (Киров,1989); на УШ конференции молодых ученых-биологов (Рига,1989); на Ш Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии (Обнинск, 1990); на Всесоюзной конференции по прикладной радиобиологии растений (Чернигов,1990); на Всесоюзной конференции "Применение СВЧ-излучений в биологии и сельском хозяйстве" (Кишинев,1991); на научных конференциях агрономического факультета Кировского СХИ (Киров,1989; 1991; 1992); на научной конференции преподавателей и сотрудников СПГАУ (Пушкин,1993), Ижевского СХИ (1993).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав с 19 подглавалш, выводов, списка использованной литературы (293 наименования, в том числе 33 иностранных авторов), приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц и 21 рисунок.*

2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная часть работы проведена в 1988...1992 годах на опытном поле "Кропачи" Кировского сельхозинститута.

Воздушно-сухие и замоченные в течение 18 часов в воде семена ярового ячменя сорта Абава облучали гелий-неоновым лазером (Х= 6328 А) на установке ОКГ-12 плотностью мощности 0,5 мВт/см^ с экспозициями -60; 120; 120Л20 минут. На семена воздействовали гамма-лучами с однократными дозами облучения 100 и 150 Гр. Ддя гамма-облучения пользовались установкой "Луч-I" (мощность 2,55'Ю""4 А/кг) с источником излучения 60Со.

■Абсцизовая кислота использовалась в концентрациях 0,2; 1,0; 5,0 мг/л (7•Ю-7; 4«Ю-6; 2-10"^ М), параашнобензойная кислота - 0,02; 0,1; 0,5 % (0,0014; 0,007; 0,03 М). В опыт были включены десять комплексных вариантов: лазер + Т-лучи; f-лучи+лазер; ла-зер+ПАВК; ПАБК+лазер; Г-лучй+ПАБК; ПАЕК+ /"-лучи; лазер)-АБК; АБК+ +лазер; f-лучш-АБК; АБК+«Г-лучи, где экспозишя лазерного излучения бала 120 минут, доза гамма-лучей 150 Гр, концентрация ПАБК 0,IiS и ABK.1,0 мг/л. В кавдом варианте обрабатывали и высевали 500 зерен (по 125 семян на четырех делянках). Контролем служили необработанные семена.

В первом поколении проводили фонологические наблюдения, учитывали лолэвуа всхожесть семян, выживаемость растений, -измэнчи- • восгь количественных признаков..

В Mg посе:,текло высевались семена с -главного колоса растений первого поколения. 3 течение вегетационного периода проводили отбор хлорэфильккх мутаций, выделяли 'семьи с видимыми морфологическими и физиологическими отклонениями от исходного типа - контроля; определяли частоту изменений по. проценту сомаЯ с изменениями к общему количеству высеянных семей в варианте.

3 третьем поколении проверяли наследован?.' нзменэнких признаков, выделенных в Mr,. Степень наследования определялась по частоте семей с мутациями на число анализируемых се.мей с изменен-ны.'.з: признаками в М2 (Вэлодан В.Г.,1975).

В четвертом и пятом поколениях проводили сценку на продуктивность мутант;с:х форм (по методике контрольного питомника), ряд мутантов изучался в предварительном сортоиспытании.

3 зерно мутантов третьего и четвертого поколений определяли содержание болка по Кьольдалзо (Коновалов ¡СГ.Б. и др.,1987). У селе кцнэнно-цошшх мутантных линий изучали устойчивость к каменной, черной (ложной) и пульной головне по методике ВИРа (Кривченко В.И. 1978). Был проведен анатомо-морфологический анализ стебля в свя- ' зи с устойчивостью к полеганию по методике BliPa (1981).

изучения генетического действия используемых факторов применялась "тост-система waxy -изменений (Eriksson G. ,1962, 1969; Виленский Е.Р., Щербаков В.К.,1985).

У 29 мутантшх форм определяли формулы гордаинов методом электрофореза (Поморцев Л.Л, и др.,1985).

Полученный цифровой материал биометрических измерений количественных признаков B'Mj...Mtj обрабатывали статистически по Н.А.Плохинскому (1969) и Б.Л.Доспэхову (1985), а оценку данных альтернативной (качественной) изменчивости - по В»Г.Вольфу (1966).

3. РЕЗУЛЬТАТУ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние гамма- и лазерного излучений. ПАБК и АБК на пост ц развитие ячменя в Mj. Физические мутагены и физиологически актив тивныо вещества (ПАБК, ЛБК) по-разному повлияли на всхожесть семян, выживаомость и степень развития растений.

Наиболее сильно (на 51,6...57,2$) снизило полевую всхожесть гамма-излучение в дозах 100 и 150 Гр (семена сухие). Замачивание семян перед гамма-облучением усилило эффект: из 500 обработанных семян взошло только 3. Обработка семян лазерным излучением,- ПАЕК, АБК оказала незначительное снижение полевой всхожести семян.

Применение лучей лазера, физиологически активных веществ до и после радиации модифицировало ее действие (рис,1). Использование лазетаого излучения (120 мин) до гатаа-лучей положительно повлияло на всхожесть семян, повысив ее до 25,6$. Обратное сочетание - ¡Г-лучи+лазер привело к снижению данного показателя по сравнению с индивидуальной гамма-обработхой.

Обработка семян раствором ПАЕК 0,1$ до. гамма-облучения несколько повысила полевую всхожесть семян. Более сильный защитный эффект ПАБК проявила после мутагенного действия радиации, увеличивая полевую всхожесть до 18,2$ (вариант f -150 Гр - 13,2$). Сходное репарагенное действие оказала на гамма-обработанные семена АБК I мг/л, Обратная комбинация АБК+З^-лучи вызвала почти полную гибель растений (полевая всхожесть семян 0,6$).

Гамма-излучение оказало сильное угнетающее влияние и на динамику развития растений ячменя. Период вегетации увеличился на 4...7 дней. Замачивание семян в воде и растворах физиологически активных веществ перед гамма-обработкой или резко замедлили развитие растений, или вызвали гибель растений после фазы кущения (АБК+Т-^-чи).

Абсолютное число сохранившихся растений находилось в прямой зависимости от полевой всхожести семян. Достоверно снизилась до 77,0$ выживаемость растений в варианта ПАЕК 0,1$ (в контроле 93,4$). В вариантах f-лучи+лазер, Т-лучи+ПАБХ, if-лучи+АБК сохранилось защитное действие используемых модификаторов, препятствующее развитию отдаленных эффектов радиации.

Значительные изменения произошли в структуре урожая ячменя. Для сравнения количественных признаков растений опытных вариантов использовался средний суммарный показатель - коэффициент депрессии (стимуляции) - по Володину В.Г,, Лисовской 3.И.(1979).

Гамма-издучениа 150 Гр в индивидуальном и в комплексных вариантах оказало депрессирухэдее действие (Д,$ = 7,9...19,9). Снизилась продуктивная кустистость, душна стебля, завязываемость семян в колосе. Высокая стерильность привела к снижению массы

%

fi

Г'

П

П

il

с

n

г

2 3 4

—I всхожесть семян

m

a s iû выживаемость раатанла

II

12

Рис.1. Всхожзсть семлл и выаазазмооть растений ячменя в (1983 г.): I - контроль; 2 - лазер 120 мин; 3 - t-150 Гр (сухие); 4 - Г-150 Гр (замоченные); 5 - лаззр 120 + ^-150 Гр; 6 - У-150 Гр+лазэр 120 мин; 7 - ПАБК 0,0; 8 - ПАНК 0,12* Г-IÔO Гр; 9 - f -150 Гри1ЛБК 0,1$', 10 - АБК I мг/л; II - АБК I ыг/л+ r'-ISO Гр; 12 - f -150 Гр+АБК I мг/л

7

зерна о колоса в 2,8 раза ( Т-лучи+ПАБК), В го же время длина колоса достоверно увеличилась на 2,0...3,8 см.

Лазерное излучение с экспозициями 120 и 120+120 минут вызвало значительно меньшую депрессию основных элементов структуры урожая ячменя по сравнению с. гамма-излучением. На продуктивную кустистость экспозиция.120 минут оказывала стимулирующее действие .

Наибольшие коэффициенты стимуляция (St ,%) - 9,1 и 5,9 отмечены в комплексных вариантах - ПАБК+лаэер и АБК+лазер. Увеличилась продуктивная кустистость* длина стебля и колоса, количество колосков и масса зерна о колоса,

Изучаемые факторы повлияли и на изменчивость количественных признаков растений ячменя. Наиболее варьирующими признаками для сорта Абава оказались общая и продуктивная кустистость, масса эерна с колоса. Коэффициент 'вариации (cv %) этих признаков составил соответственно 36,9,,.71,0; 43,1.,,89,6} 19,3...57,4, в контроле - 65,7j 64,3¡ 18,0. Меньшая вариабельность'наблюдалась у признаков длина стебля, колоса, количество колосков в колосе. Наибольшая изменчивость количестввншх признаков отмечалась в . .вариантах о гамма-лучами и их сочетании с другими факторами.

Изменчивость ячменя в Мд. Во втором поколении проводили от-, бор семей с феногипическкми отклонениями от исходного сорта. Выявлены семьи с хлорофальнымк мутациями, частота которых колебалась., от 0,4 (AEK-t-лазер) до 13,2$ (Г-150 Гр). В вариантах с абс-цизовой кислотой отмечено'снижение чаототы хлорофилъкых мутаций с повышением концентрации фитогор'лона. В остальных опытных вариантах не наблюдалось строгой зависимости между дозой, экспозицией, концентрацией фактора и выходом хлорофилькых мутаций. В спек-• тре преобладали мутации типа etriata . (чередование ка листьях продольных зеленых а желтых полос). Мутации других типов (albinas maculate, margináis ) были обнаружены только в 4 вариантах: лазер 60; 120 минут; лазер+ПАБК) АБК 0,2 мг/л. Частота их колебалась от 0,3 до 0,65?.

• В Mg кроме хлорофильных мутаций были.выделены семьи с морфо-_логическими и физиологическими изменениями..Количество таких се-' мей в Wg составило 323, т.е. 7,12$ от общего числа высеянных семей. Максимальная частота семей с морфофийиологическпми; изменениям« во втором поколении отмечена в варианте 'Г-лучи+ПАБК - 50,0$,

минимальная частота - 3,3$ в варианта АБК+лазер (табл.1).

Таблица I

Мутабильность ячменя сорта Л (Зава по морфологическим и физиологическим признакам в Mg (1989 г.)

Вариант Количество изучав- типов мых иэмене-семэй ний Число семей с изменениями сг 11 " ■

Контроль (семена сухие) 290 3 - 1,7+0,76

Г-ЮО Гр 32 8 7 21,9+7,31*|j

Г-150 Гр 38 ■ 7 8 21,0+5,61*"

Лазер 60 мин 237 14 22 7,7¿I,57*

Лазор 120 мм 315 15 15 ' 4,3£l,20*

Лазер 120+120 мин 287 13 25 0,7+1,66*'

Вода+лазер 120 мин 257 9 21 8,2¿I,7I*"

Лазор 120 мин+Т-150 Гр 33 10 7 21,2+7,12*

Г-150 Рр+лазер 120 мин 18 S 7 30,9¿II. 49 * *

ПАЕК 0,02$ 28S II 23 S.Oil.Sl]"

ПАБК 0,1$ . 222 12 15. 6,8±I,68"'

ПАБК 0,5$ 281 14 29 I0,3±I,8l"*

ПАБК 0,1/л-лазор 120 мин 260 12 16 6,I±I,40 "

Лазор 120 мин+ПАБК 0,1$ 285 10 12 4,2+1,19

Г-150 Гр+ilASK 0,1$ 12 5 в 50,0^14,43*

AJ3K 0,2 мг/л 312 9 21 6,7*1,42'

АБК I мг/л 2'16 II 13 5,3±I,42*

АПК 5 мг/л 263 9 10 3,8±1,17

Лазор 120 млн+АБК I иг/л 260 9 10 3, &tl,19

АБК I мг/л+лпэор 120 мин 275 9 9 3,3±I,07

Г-150 Гр+АБК I мг/л- 15 3 4 26,7±II,42*

Примечание: * - уровень вероятности Р > 0,95;

.. - уровень вероятности Р >0,99;' ... - уровень вероятности Р ? 0,999.

Высока;! частота изменений (до 21,9$) наблюдалась в вариантах с гамма-излучением, но абсолютное число семей с изменениями было невелико. В вариантах с лазерным излучением частота изменений варьировала от 4,8$ (лазер 120 мин) до 8,7$ (лазер 120 +'

+ 120 мин). Существенных различий между данными вариантами не отмечено. В вариантах с лазером отмечен высокий выход семей с фено-типическими отклонениями - 15...25.

Частота изменений в вариантах с ПАЕК не зависела от концентрации данного"витамина-й находилась в пределах 8,0...10,3$.

. • Отмечена отрицательная связь между повышением концентрации АБК до 5,0 мг/л »'частотой морфефизиологических изменений.

Предмугагенная обработка растворами физиологически активных веществ в 1,3...2,4 раза увеличила частоту изменений в М2 по ■ сравнению с индивидуальным гамма-облучением.

Для практической селекции наиболее важен спектр индуцированной изменчивости. В опыте наибольшее количество новообразований отмечено в вариантах .с лазерным излучением - 15 типов, наименьшее количество-(3...8 типов) в вариантах с гамма-лучами и сочетании их с модификаторами.

Сцектры изменчивости ячменя сорта Абава в М2 представлены на рисунке 2. Гамма-издучение в основном повлияло на морфологию растений. Большинство семей (42,9%) имело короткий стебель с толстой прочной соломиной, длинным рыхлым кол о с о';,I. Ор^еди выделенных семей Не было скороспелых, а процент погднеспелых" форм был самым высоким - 11,4.-Произошли изменения количественных признаков: увеличилась продуктивная кустистость. С увеличением дозы радиации повысилась доля семей с достоверно низкой массой зерна с колоса, что связано с частичной стерильностью колосьев.'

Обработка лазерным светом сухих и замоченных семян ячменя расширила спектр изменений. Среди'новообразований выделены семьи с-промежуточной.и прямостоячей формой куста, длинно- и коротко-стебельные, -с крупным и коротким колосом', устойчивые к полеганию. Появились скороспелые формы, которые созревали на 3-4 дня раньше, чем ¿сходный.сорт. Число скороспелых форм возрастало с увеличением длительности облучения семян.

Использование парааминобензойной кислоты дало спектр новообразований, близкий к лазерному излучению. Преобладали длинносте-белькые формы с коротким колосом. Выход скороспелых форм был максимальным 27,5$. Их число увеличилось с повышением концентрации ПАЕК.

Применение фитогормона АШ увеличило долю изменений морфологических и количественных признаков: Выделены семьи с прямостоя-

гамма-излучение лазерное излучение ПАЖ АЖ

Рас.2. Спектра изменчивости ячменя в М2 {%)'■ I - морфологические изменения растений; 2 - скороспелость; 3 - позднеспелость; 4 - другие физиологические изменения; 5 - изменения количественных признаков

чей формой куста, короткостебельные, с крупным колосом, скороспелые.

Мутационная и модификационная изменчивость в третьем и четвертом поколениях. В третьем'поколения хлорофильные мутации и морфофизиологические изменения наследовались в зависимости от их типа, характера и параметров мутагенных факторов.

Частота хлорофильных мутаций в Mg была близка к частоте во втором поколении. Наибольшее количество хлорофильных мутаций было' отмечено в вариантах с гамма-лучами - IIД...13,2$. Мутации striata В М3 наследовались на 82,5$, marginata _ на Ю0,0£, maculata - на 50,0%. Расширился спектр хлорофильных мутаций.

Появились мутации viridis (светло-зеленые), viridoalbostriata

(чередование продольных зеленых и белых полос'), flavoviridis (желто-зеленые).

Анализ характера наследования морфофизиологических измене-4 ний показал, что часть из них имела модификационную природу в М2 и в третьей поколении вернулась к исходному фенотипу. Большое количество таких семей отмечено в вариантах с ПАБК - до 51,7$, в варианте вода+лазер - 61,9%. В вариантах совместного действия лазерного и гамма-излучений все выделенные семьи несли наследственные изменения.

Кроме семей, вернувшихся к исходному фенотипу, в Мд наблю- • дались нестабильные.(расщепляющиеся) семьи. Их количество в вариантах с лазером было меньше, чем с гамма-облучением. В вариантах с АБК и в сочетании абсциаовой кислоты с лазером расщепляющихся семей отмечено не было,

В Мд наблюдалось сужение спектра изменений вследствие разного характера их наследования (табл.2)

Такие изменения, как промежуточная форма куста, короткий стебель наследовались полностью в Мд. Высокий процент наследования (63,9...92,3) отмечен у изменений: высокая кустистость, позднеспелость, длинный колос, высокая масса зерна о колоса.

В вариантах с гамма-лучами в Мд наблюдался высокий выход короткостебельных, позднеспелых форм, с длинным рыхлым колосом, не имеющих большой селекционной ценности.

В вариантах с лазерным излучением наследовались формы как длинно-,так и короткостебельные, с крупным плотным колосом, ви-оокой массой зерна с колоса.

Таблица 2

Характер наследования измененных признаков у ячменя в М^

Типы изменений ' . Кштчесгво С9М8^ ***|Л0ДО-

М>| ШШ1Д

о Мо /п ^ 3 ч

м2 % . вания (Р + Зр )

Форма куста: промежуточная 5 5 100,0+4,47

прямостоячая 48 10 20,0+5,86

Кустистость: высокая 8 7 87,5+11,69

низкая 39 - -

Стебель: длинный 31 II 35,5+8,59

короткий 68 68 Ю0,0±1,21

Колос: длинный 62 52 83,9+4,67

короткий 17 I 5,9+5,70

Ранний выход в трубку 3? 2 5,4+3,71

Созревание:, раннее 102 27 26,5+4,37

позднее 39 36 92,3+4,27

Устойчивость к полеганию 26 15 57,7+9,69

Повышенное количество колосков . 44 43 97,8+2,24

в колосе

Масса зерна с колоса: высокая 36 23 63,9±8,00

низкая 20 I 5,0+4,87

Параачинобензойная кислота вызвала образование скороспелых, короткостебельных, устойчивых к полеганию мутантных форм.

Спектр изменчивости Ид в вариантах с АЕК незначительно отличался от спектра изменчивости во втором поколении. Наблюдалось наследование скороспелых мутантов, с коротким стеблем, крупным колосом, повышенной массой зерна.

Максимальная частота мутаций в Мд отмечена в вариантах с гамма-лучами и их сочетанием с другими факторами. Процент мутаций в этих вариантах изменялся от 18,4 (<Г-150 Гр) до 38,9 ( 7"-лучи+лазер). Абсолютное число мутантных семей было небольшим - 3...7. В вариантах с лазерным излучением частота мутантных семей в Мд составила 2,5...6,&% о максимальным абсолютным выходом.

При обработке семян растворами ПАБК и АБК получены морфо-физиологические мутации на уровне лазерного излучения: 3,6... 5,2% и 2,6...5,8%, соответственно. Такой выход мутантных семей в Мо позволяет говорить о наличии мутагенных свойств у парааминс-

бензойной и абсцизовой кислот.

В третьем поколении кроме мутантных форм, растений с исходным фенотипом и расщепляющихся семей вновь были выделены расте-няя с измененными признаками - 25 семей. Это скороспелые и позднеспелые форда, с повышенной массой зерна, с длинным и коротким стеблем. Характер наследования этих мутаций в М^ продставлен в таблица 3.

Таблица 3

Наследование в М4 измененных признаков, выделенных в

Тип мутаций coiS]°BTM° Получено со:л°а В

^ исходного мутантно-фвкотипа го фенотипа

nvf n rrf

/VI " /«

Стебель: короткий ■ 7

длинный I

Созревание: раннее 3

позднее 3

Плотный колос I

Высокая масса зорка с колоса 5

- 7

2 3

65,67 37,5

100,0 100,0 33,3 62,5 100,0 100,0

Семьи с мутантными признаками - короткий и длинный стебель, плотный колос, высокая масса зерна с колоса наследовались в четвертом поколении. Пять семей из вЪсьми имели более длинный вегетационный период в М^, у остальных семей данный признак определялся кодификационной изменчивостью.

waxy -иаменения ячменя при действии изучаемых Фактопоп. Для оценки генетической активности изучаемых факторов использовали чувствительную тест-систему иахУ -изменений в пыльцевых зернах посла обработки. Изучалось 8 вариантов. Уровень спонтанного мутирования пыльцовых зэрон в контроле составил 0,09$. Во всех опытных вариантах выявлено достоверное повышение частота waxy-мутаций по сравнению с контролем (табл.4).

Гамма-излучение 150 Гр в 2,2 раза увеличило частоту-изменений в пыльцевых зернах. На этом же уровне наблюдалось число мутаций в варианте с лазером. Совместная обработка лазерным . к гамма-излучением вызвала аддитивный эффект: частота мутаций

Вариант

Число пыльцевых зерен, гас .шг

Частота мутаций

п

$

Контроль

48 60 50 50 30 50 30 30 30

44 0,09+0,01

114 0,20+0,02

80 0,16+0,02

190 0,33+0,04

137 0,46+0,04

164 0,33+0,03

315 1,05+0,06

85 0,28+0,03

55 0,18+0,02

?-150 Гр Лазер 120 мин Лазер 120 мин + Г-150 Гр Т-150 Гр + лазер 120 мин ПАБК 0,1$

ПАБК 0,1$ + Г-150 Гр Г-150 Гр + ПА.БК 0,1$ Г-150 Гр + АБК I мг/л

увеличилась до 0,38...О,46$. Существенной разницы между прямой и обратной комбинациями нт.

Более сильное мутагенное воздействие оказало замачивание семян в растворах ПАБК 0,1$ - частота мутаций была 0,33$. Комбинированная обработка - Г-лучи+ПАБК вызвала эффект на уровне индивидуального использования факторов. Обратное же сочетание ПАБК+Г-лучи достоверно увеличило частоту мутаций. • • . - .

Обработка раствором АБК I мг/л после гамма-облучения снизила уровень мутирования до 0,18$.

Данные уровня мутирования одного локуса соответствуют результатам полевых опытов, полученных во втором и третьем поколениях ячменя.

Морфолого-анатомическое строение стебля и устойчивость к полеганию мутантов ячменя. 7 36 мутантов ячменя, устойчивых и склонных к полеганию, был проведен анатомо-морфологический анализ стебля.. Среди мутантных форм, устойчивых к полеганию, были как коротко-, так и длинностебельные. У короткостебелышх форм (11-12, 13-7, 21-4, 22-2) второе нижнее мевдоузлие было коротким, толстым и с более высок й массой, чем у исходного сорта. Отмечалось увеличение толщины стенок стебля за счет увеличения слоя паренхимы. Увеличилось количество проводящих пучков в слое скла-

ренхимы, среднее их число было 32,2...35,7, в контроле 30,0 (табл.5).

Таблица 5

Длина стебля и количество проводящих пучков у мутантов ячменя (среднее за 3 года)

Длина ' Число проводящих Балл .«цпа/лм стебля, ПУЧКОВ_ УСТОЙ-

см склерон- парен- ч^сти хика хима

Сорт Абава 70, I2,2#> 30 8 - 3-4

II—12 (лазер+ПЛБК) 63,3*" 14,б" Зк! 2\ 5

13-7 <лз;< I мг/л 14, I* * 35 ?" ■1-5

21-4 ( Г-лучи+АПК) 59,7*" 31 А ■» 5

22-2 ( f-лучи+ЛАБд) 61,9" 14, э" 3-1 Í 5

3-8 (лазер 120 мин) 74,3 14, б" 32 е" Г,

5-6 (лазер 120+120 мин) 71,0 и,а;. 30 7* 5

5-28 (лазер I2Ö+I2Q млн) 68,9 15,6* * 33 о" 5

1-1-4 (АБК 5 мг/л) 57,3* юл" 23 .7"' 2

У большинства длинкостебельных нополег&ющих мутантов (3-3; 5-6; 5-28) длина второго междоузлия била достоверно ниже или находилась на уровно контроля. Увеличение толщины стенки произошло также за счет увеличения толщины паренхимы. Достоверно повысилось число проводящих пучков в склеренхиме и паренхиме.

Мутанты, полегающие во все годи изучения, имели прямостоячую форму куста (например, мутант 14-4). Анатомическое строение стебля этих форм отчетливо выявило причины их полегания. Лкаметр второго междоузлия, толщина стенок стебля, паренхима, склеренхима был: достоверно менкве илу. имели тенденцию к уменьшению. Б 1,2...1,3 раза по сравнений с исходным сортом уменьшилось общее число проводящих пучков и составило 31,7...37,0.

Устойчивость мутактных Форм ячменя к болезням. В М^-М- била проведена оценка солокцконно-цеиных мутантов ячменя на устойчивость к каменной, чорной (ложной) и пильной головне. Сорт Лба-ва средне восприимчив K^stilugo hcrtlei ( a Ustilago nisra, Ustilago nuda поражается выше среднего. Но двухлетним данным мутаятше формы 10-1, 11-12, 12-11 были практически устойчивы к каменной головне и имели процент поражения стеблей соответствен-

но 1,9; 4,4; 3,2. Мутанты 7-8, 10-4, II—12 оказались устойчивы к черной (ложной) головне - поражение стеблей составило 2,3; 4,2; 5,1%. Мутантная линия 11-12 обладала также средней восприимчивостью к пыльной головне с процентом поражения 35,4.

Перед посевом проводился фятопатологический анатаз семян на зараженность возбудителямк корневых гнилей, полосатой и сет-чагой пятнистостью. Заражение грибковыми патогена1® зависело от погодных условий. В йолее холодный с обильными осадками 1991 год заражение было более сильным, чем в 1992 году, когда преобладала умеренно теплая, сухая погода. Семена сильнее зараталлсь Helmin-thosporiuai sativum , чем остальными патогенами. Более устойчивыми к этому возбудителю оказались мутантные формы II—12, 12-14, •процент заражения которых в 1992 году был 13,0 и 19,5 соответственно. Эти же мутанты проявили устойчивость к возбудителям пятнистости (процент заражения до 3,5), Таким образом, наибольшей устойчивостью к болезням обладали мутанты 10-4, 11-12 и 12-14, полученные в вариантах с использованием физиологически активных веществ и совместно с лазерным излучением.

Урожайность селекционно-ценных мутантных Форм.ячменя. Сравнительное изучение продуктивности мутантов ячменя, интересных в селекционном плане, и исходного сорта Абава проводила в четвертом И пятом поколениях. 46 л^утантов изучалось в контрольном питомнике и 7 мутантов находилось в предварительном сортоиспыта-.нии. Мутанты оказались не равноценны По урожайности (табл.6).

По результатам ПСИ 1992 года лучшим был номер 12-14 (АБК 0,2 мг/л), урожайность которого на 9,2 ц/га больше, чем у сорта Абава. У мутантной линии 10-4 (ПАБК+лазер) Также отмечено достоверное повышение урожайности на 3,4 ц/га {9,6%).

Мутантная форма 12-12 (АЕК 0,2 мг/л) в предварительном сортоиспытании изучалась два года и дала достоверную прибавку урожайности в сравнении о контролем (23,3...27,3$).

У данных форм увеличение урожайности связано с большей продуктивной кустистостью, чем у исходного сорта.

Характеристика мутантов о хозяйственно полезными признаками. В результате проведенной работы был выделен 21 мутант ячменя сорта Абава, представляющий ценность для селекции ■по признакам скороспелости, продуктивности, устойчивости к полеганию. У данных мутантов определялась формула гордеинов. Она такая же как у ис-

Таблица 6

Урожайность мутантов ячменя в ПСИ (М5, 1992)

Отклонение от Продол-исходного сорта житель-кость

ц/га % вегетац.

периода, дней

Сорт Абава 35,2 87

4-1 (лазер 60 мин) 29,6 -5,6 -16,0 87

I6-I (АШлазер) 32,4 -2,8 -8,0 84

3-15 (лазер 120 мин) 35,5 ' +0,3 +0,8 87

3-3 (лазер 120 мин) 36,6 +1,4 +3,9 87

10-4 (ПАБК+лазер) 38,6 +3,4 +9,6 82

12-12 (ЛБК 0,2 иг/л) 43,3 +8,2 +23,3 84

12-14 (ЛБК 0,2 мг/л) 44.4 +9,2 +26,1 84

"СР05 ■ 3,2 ц/га

ходного сорта Лбава - кга А2веу2 1 чт0 подтвердило подлинность полученных мутантов.

В вариантах с обработкой лазером получены, в основном, длин-ностебелышо, устойчивые к полеганию формы, с крупным колосом и зерном.

Мутант 3-8 получен в М? при облучении семян лазером с экспозицией 120 минут. Обладает высокой устойчивостью к полеганию. Длина стебля в среднем за три года равна 74,3 см, что превышает исходный сорт на 5...10 см. Созревает одновременно с контролем.

Мутант 4-1 выделен во втором поколении в варианта лазер 60 минут, Длина соломины за годы испытаний в среднем равна 73,6см. Превосходит сорт Абава по содержанию белка в зерна на 1,5...2,7%.

Мутант 5-6 получен в 1<!г воздействием лазерным излученном с экспозицией 120+120 минут. Стебель сродней длины (71,0 см), устойчивый к полегании. Мутант имеет крупное зерно - масса 1000 зорен 50,1...55,9 г. Созревает на уровне контроля. Содержание белка в зерне на 1,6.-.2,4$ выше исходного сорта.

Обработка семян раствором ПАПК вызвала появление более скороспелых, устойчивых к полеганию форм.

Мутант -7-8 выделен во втором поколении после обработки со-

Мутанты

Средняя урожайность, ц/га

мян 11АБК о концентрацией 0,02$. Высота стебля и кустистость - па уровне контроля. Созревает на 2-3 дня раньше сорта Абава. Масса 1000 зерен 45,0...54,8 г. Устойчив к полеганию. Средневоспршш-чив к пыльной и устойчив к черной (ложной) головне, грибковым патогенам.

Мутант 8-13 выделен в третьем поколении в варианте ПАЕК 0,1%. Короткостебельный (59,0 см), масса 1000 зерен 52,2 г. Созревает на 10 дней раньше исходного сорта. Превосходит сорт Абава по содержанию белка на 2,6%.

Мутант II—12 получен в в варианте лазер 120 мин + ПАБК 0,1%'. Зерно крупное (масса 1000 зерен 51,5...58,3 г). Средняя высота стебля составляет 63,0 см, устойчив к полеганию. Обладает средней устойчивостью к пыльной головне, практически устойчив к каменной и черной головне, грибковым патогенам.

Наиболее продуктивные мутанты получены при воздействии на семена абсцизовой кислоты и при сочетании ее с лазерным излучением .

Мутант 12-12 выделен в Mg в варианте АБК 0,2 да/л. Колос короткий, повышенной плотности. Нервы цветковых чешуй не окрашены, ушки белые. Масса 1000 зерен 43,5...51,6 г. Имеет кустистость выше исходного сорта. Созревает на 3...5 дней раньше сорта Абава. Урожайность на 23,3...27,3% выше исходного сорта.

Мутант 12-14 получен во втором поколении в варианте АБК 0,2 мг/л. Колос плотный, нервы цветковых чешуй не окрашены, ушки белые. Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 46,3...46,2 г). Короткостебельный (64,0 см). Созревает на 4...5 дней раньше сор- -га Абава. Общая и продуктивная кустистость выше контроля. По урожайности превышает исходный сорт на 26,1$. Устойчив к каменной головне, грибковым патогенам.

Мутант I6-I выделен в М2 в варианте АБК 1,0 мг/л+лазер 120 минут. Длина стебля 62,2 см. Устойчив к полеганию. Масса 1000 зерен 50,0...53,7 г. Вегетационный период на 3-4 дня меньше, чем у Абавы.

Из полученных гамма-мутантов наибольший интерес представила одна форма.

Мутант 18-8 выделен в облучением гамма-лучами дозой 150 Гр. Колос и зерно крупное (масса 1000 зерен 54,4,..58,2 г). Короткостебельный (63 см), устойчивый к полеганию. Превосходит

сорт Абава по содержанию белка в зерна на 2,2...

ВЫВОДЫ

Резу-льтаты экспериментальных исследований позволяют сделать следущиа выводи:

1. Семена к растения ячменя сорта Абава по-разноц/ реагировали в на воздействие физических кутагенов и физиологически активных веществ. Сильное делрессируащее действие на семена и растения первого поколения оказало гаша-излучогаю в дозах 100

и 150 Гр. Лазерное излучение с экспозициями 60; 120; 120+120 ;ла-нут, парааминобензойная кислота - 0,02...0,552, абсцизовая кислота - 0,2...5,0 от/л не вызвали существенного отрицательного влияния ни растения г.

2. Применение' лазерного излучения (120 мин) до и поело гам-ма-лучой снизило депрессирушее действие радиации на семона к растения первого поколения. Обработка семян растворами ПАБК 0,1$ и АБЛ 1,0 кг/л после гамма-излучения оказала защитный эффект, но в меньа9.1 степени, чем лазерное излучение.

3. В Mg получены мутации трех основных групп: хлор ^ильные, морфологические и физиологические.

4. Максимальный абсолютный выход г.сутатШ в М^ наблюдался в вариантах с лазерным излучении. Прообладали длиннэстобелыше, устойчивые- к полегания мутантные формы, с крупным плотным Колосов.

5. А5К 0,2...5,0 мг/л и ¡1АБК 0,02...0,555 проявили мутагенный эффект на ячмене, шэывач появление скороспелых, продуктивных корзткостэбольнкх и устойчивых к полога»«» мутантов.

6. Дополнительная обработка растворили физиологически активах веществ гамгда-оСлученных семян, сочетание лазерного и гамма-излучений увеличило долю полезных мутаций.

7. Использование абсцазовой кислоты и ее сочетание с лазерным излучением вызывало образование норасщопляэдихся в третьем

й последующих поколениях мутантных фор;.!.

8. Применение в качестве теста -мутации подтвердило вывод о наличии мутагенных свойств у ПАБК и АБК. Лазерное излучение, физиологически активные вещества модифицируют 'действие гамма-лучей.

9. Используя физические мутагены & физиологичоски активные

вещества, можно получать мутанты с различной архитектоникой стебля. Мутантные формы с сочетанием коротких, толстых вторых междоузлий, большим количеством проводящих пучков более устойчивы к полеганию. Мутанты с прямостоячей формой куста, тонкостенной соломиной, узким кольцом механической ткани и низким числом пучков полегают.

Предложения для селекционной практики

1. Для создания исходного материала ячменя предлагаем использовать наиболее эффективные по выходу морфологических и физиологических мутаций для сорта Абава дозы, экспозиции и концентрации мутагенов: облучение сухих седан излучением лазера (.£=6328 А) с плотностью луча 0,5 мВт/см^ и экспозициями 120 и 120+120 минут; Т-150 Гр+лазер 120 мин; ПАШ 0,02 и 0,1$ (6 часов), прямое и обратное сочетание ПАЕК 0,1$ и лазерного излучения экспозицией 120 минут; АБК 0,2 и 1,0 мг/л (18 часов).

2. Селекционным учревдениям рекомендуем использовать в селекции на скороспелость, продуктивность, устойчивость к полеганию, повышенное содержание белка созданные и изученные мутантные формы ярового ячменя: 3-8, 5-6, 7-8, 8-13, 10-4, 11-12, 12-12, 12-14.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Пуртова И.В., Дудин Г.П. Морфофизиологическое действие лазерного излучения и абсцизовой кислоты на растения ячменя в первом поколении //Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве: Тез.докл.Всесоюз.науч. конв. - Киров, 1989. - С.92-93.

2. Пуртова И.В., Дудин Г.П. Получение высокопродуктивных форм ячменя с помощью лазерного излучения //Экологические вопросы рационального природоиспользования: Тез.докл. УШ конф. молодых ученых -биологов. - Рига, 1989. - С.132.

3. Пуртова И.В., Дудин Г.П. Влияние ла: зрного и гамма-излучений на растения ячменя сорта Абава первого и второго поколений //Ш Всесоюз. конф. по сельскохозяйственной радиологии: Тзз.докл. - Обнинск, 1990. - Т.1У. - С.87-88.

4. Пуртова И.В., Дудин Г.П. Модифицирующее действие ПАБК на гамма-облучение ярового ячменя //Проблемы прикладной радиобиологии растений: Тез,докл. Всесоюз. конф. по прикладной радиобиологии растений. - Чернигов, 1990. - С.90-91.

5. Пуртова Л.В., Дудан Г.П. Зависимость мутационной изменчивости ячменя сорта Абава от реиша лазерного облучения //Примено-1ше СВЧ-излучений в биологии и сельском хозяйстве: Тез.докл. Все-союз.конф. - Кишинев, 1991. - С.101.

6. Дудин Г.П., Пуртова И.В. Морфофизиологическое действие лазерного излучения, гамма-лучей и парааминобензойной кислоты на культуре ячменя //¡[нтенсивная технология возделывания сельскохозяйственных культур /Тр. иц-та. - Кировский СХИ. - Киров, 19Э1. - С.61-67.

7. Пуртова И.В. Морфогенетическая эффективность абсмизовоИ кислота, лазерного и гамма-излучениИ на яровом ячмено //Почва, сорт, агротехника /^р. ин-та. - Кировски!! СХИ. - Киров, 1993

(в печати).