Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Улучшение физических и биохимических свойств зерна высоколизиновой кукурузы селекционно-генетическими методами

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Улучшение физических и биохимических свойств зерна высоколизиновой кукурузы селекционно-генетическими методами"

Г в

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО . ЗНАМЕНИ СЕЛШДОШО-ПЩТКЧЕСКИЙ ИНСМТУ^-'

УЛУЧШЕНИЕ ЙИЗЙЧЕСШ И Б'ЛЖИЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНА ШСОКОЛИЗИНОВОЙ КУКУРУЗЫ СЕЛЕКЦИОШЮ-ГЕНЕТИЧЕСКШИ МЕТОДШ

03.00.15 - генетика

Автореферат

яссертащи на оогбканм ученой степени • кандидата биодогичеоких пачк

Одеооа - 1991

На правах рукописи

МАНОЛИЙ ШКТОР ПВТРОЗ«

Ш 631.523.11:631.523.4:633.15

Диссертационная работа выполнена на кафедре селекцги, га-НАРякЕ а биотехнологии с.-х. культур и в лаборатории генетики а овлокцаи кукурузы Опытной станции селекции генетики полевых ' культур Кишиневского ордена Трудового Крпнохо Знамени сельскохозяйственного института им. М.В.йрунзв в 1983-1939 г.г.

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор

Палий А.Ф.

Официальные оппоненты:

- доктор биологических наук, о.я.о. Белоусов A.A.

- кандидат сельскохозяйственных наук Стовнийчук В.Г.

. Ведущее учрезденае - Научно-исследовательский институт кукурузы а сорго ССР У.олдова НПО "Иорумбень"

Зевдта соотоитой -//" ¿»¿/FährtIS9I г. в I4.Ü0 •часов на..'заседания специализированного совета Д 020.08.01 во'Всесо-• Юо.чом ордена Бенина и ордена Трудового Красного Знамени селак-. '• цгокно-генеткчзском институте по адресу (270Ü 36, г.Одесса, 3S, Овадиояольокая дорога, 3). * '

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " " I г.

Ученый секретарь спащш-лазировяшого совета

. . ' ; . СЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■'■■-■ Актуальность. Для успешного выполнена задач но уволите-нкэ производства зерна большое значвняз ииаат догьшенпэ урокаЗ— • ноатз syicypy зн'— одна Я из основных зернофураяних культур. Нзря-ду.с сел^пцгей на гэтароззо, особое внимание уделяется улучшению качзатва зерна кукуруза. В этом плане БнэтаталкпгЯ Едтерео яродзтавгяет уволгггрето колитаотва белка я улучЕенкэ его.сйа— ланокрованноати по амзкокЕсяотаому состав?.

Поолз обзаружэнит бзохЕяггзского зф^оетз зздоссэрнових ну-тзцпЗ с2( op ааие—2 ) н fi2Î fioury-2 ), увоагшвапсп: содерзз-

• iras яязЕна, триптофана г других незаменим! амкногаголст в белке, сткрнязоь Еирокга парспактнзя в селекшп: ез позкиоежэ кз -чзствз зерна кукуруза. Однако ьтпшогоо зарно внсоколэгагновыг " о2 я fi2 — goes отлячаетоя кенызвЯ абсолютной aaosoS, иедлбтт— -нзз гнешаог, сильнее трзкяруется прз механизированная уборка

• гг более воспркзмтаэо к грзбновнм заболеваниям. Для устранения.-отазчвпднх недостатков зерна вепоколлззповоЯ кукуруоз возникла нзобходетость в прпвдетвЕяг нового генетгчэокого кагзряала, а Taicts в разработка п использовании новпх. солекцлатшо-генетте*-огасх прнекоэ» ■

-. Цель п вяхшчп яоплаговаттЯ. Цоль работа пстокт в этученаз возкошгаотэй улучязнагг фаззчеовзг е бгогпшгчэоках своЗатз зерна вясокояяззноеоЗ кукуруза салекцистнно-гензппвокгг.гз ызтодамп. Б

.'свята.© зтна в 'задача лоалздованиЯ входило:

• - изучгть возкогкость уяучлганяя физЕчзоксЗ о?руктурн зерна онэЗновсд кукурузп путэу отбора форм О ИОДПфПЩВОЯЗНННИ S нло— - ■ спармЬи, а .такгз. опрздадоть характер. нзолздовэпзя мззэячноста эндосперма гослэдусмыт генвтпчзекзх ввточкагоз '.'о2;

- пояучлта енссколнзкеоетэ о2 - мутация оо стекловяддсЗ к гш--'

сиотенцнзй эндоопв;"ма методом экспериментального мутагенеза ;

- создать и использовать различные сочетания гонов- ( XI 2 аи 2, р! о2 £Ш 2, о2 зи 2 ) для улучшения технологических свойств зерна высоколизинозой кукурузы;.

- изучить' осойаякооти проявления мутации охвйк-2 б гомо-д гетерозиготном состоянии во взаилюдейс лаш с рецессивным ал-лолем зицагу-г при различных их дозах в эндосперме;

На^чнад | новизне работы. - Выявлено плойотропноа влияние различнее доз генов о2 и аи 2 в гетерозиготном состояния на уши -чзскио и биохимические свойства ?ерна кукурузы;

- установлены существенные различия по физгко-биохммичвеним свойствам зерна и продуктивности гибридов, созданных на ооновз двойных рецэссивов о2 зи 2, га сравнении с мутантньми (с2, ей 2) л обычными (+/+) по консистенции зарна аналогами;

- показана возможноотъ получения высоколизиновых о2 - ^орм о модафицаровашой структурой эндосперма. методом экспериментального мутагенеза;

. - выделены двойной ( 1'1 2 аи 2 •) • и тройной рецессив ( р! о2 и 2 ) и обоснована возможность их практического использования в селекции кукурузы на качеств» зерна.

Практическая значимость'результатов ксследдвднцй.

- Установлено, что одним из наиболее перспективных способов

улучшения физических свойств зарна высоколизиновой кукурузы яв~

• № ляатся использование генов, модифицирующих структуру эндосперма;

- предложена модификация метода выведение двойного рецес -сива Г1 2 в а 2 лприманение которой .позволяет сократить объем работы по его вдвятифика^;

к Мзуод тиорсооган А.Ф.Иалий, -£.1'1.Ныгакаы (1^79),

- обоснована возможность использования а селекции кукурузы на качество зерна биохимического действия рецеооивной мутации six 2 как оамостоятеяьно, так и в сочетания о генами о¿, z\2

и pi ;

- методом экспериментального мутагенеза получены'формы опеЯк-2 кукурузы о модафицирогэнной структуро:' эндосперма зерна;

- созданный новый исходный матерная на база мутаций о2 , su2, fi2, pi о плотной структурой эндосперма п утучшеннкм

аминокислотным составом зерна включен в селекционно-генетические программу различных шучно-исоледовательокзх учреждений страны (во Всесоюзном седекционно-гонетичеоком институте, в Молдав-оком НМ кукурузы к сорго, Украиноком НИИ растениеводства, ое-лекции и генетики им.В.Я.Юрьева и на Опытной станции по селекции и генетике Кишиневского СХИ м.М.В.Фрунзе);

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на пятом съезде Молдавского общества генетиков к селекционеров, ш.Н.И.Вавилова (Клейнов, 1987 х-.), на первом Всесоюзном радиобиологическом съезда (Москва, ±989 г.), на Всесоюзных науч-' ных конференциях "Онтогенетика высших растений" (Кишинев, I989i0 и "Генетика развития растений и животных" (Ташкент, 1990 г.). • Диссертация рассматривалась на заседании научно-методического совета по оелекцпи, генетики и биотехнологии с/х культур Ки- •• шзгаевокого СХИ им.М.В.Фрунзе (I93U г.).

Структура и объем диссертации. Диооертация.изложена на 173 страницах машинописного'текота и оостоит из введения, плтл гдав, выводов, практических рекомендаций, описка использованной литературы к приложения. Работа содеркит 37 табвд, 14 ри-г■■ иунков ь одну схему. Список литературы.вклкчает'339 нзнмзнсза-кий, в том числе 115 на ипоотранннх языках. ..

7CI0Sth, ИСХОДШ2 ШЕШЛ И ЫКГОДЩА ИССЛЕДОВШЙ.

Полевые исследования проводили на Опытной отанцщ селекция к генетики полевых культур Кишиневского сельскохозяйственного института ил.и.Б.0рунзе (ОССГ ВЗХЙ) в I386-IS89 гг. Почванно-климатлческие условия га года проведения иослэда-ваний, в оо-побном,соответствовали средкемзоголетшаг пкачзнияа для Центральной зоны Молдовы.

Исходный материалом поолужили шеишося в лаборатории селекции а генетики кукурузы ОССГ КОХИ Еорыадьныэ (+/+) саао-опыявннвэ'. лгшга кукурузы, а такта ех аналоги, полученные на оонова ыутанткых аллелей о£, su 2, о2 зи 2, £L 2, pi . 3 качестве доноров геноэ-уодагикаторов использовали ¿¿екоиканскпо источники ыодифихщрованпого эндооаерма - Temperate X Tropical riiat Ыо2( Т. Т. flint Мо2), leapexate white 15о2 ( Т. viiiite }Ло2), Pool 34 Ыо2'и Харьковский синтетик ХС-4 Мо2, любезно недоставленные каы ведувды научным сотрудником БС1К А.А.Ьо-■ лоусовыц. Гибрида-аналога, полученные на основе использования действия генов о2, su 2, о2 su 2'а -»•/+, испытывали на изолированном участке, где их высевает рядом на одноряд-' ковре делянках площадь» 4,9 ы2 в четырех повторзостях. Схемы посева 70 х 70 оы. Фенологические наблюдения, измерения и.учеты проводили ооглаоно общепринятой методике. Трогай зерна гибридов учитывали при 14? влажности. Анализ QKC и СКС ыугсдатных и обычных линий по урогаю верна, оодержанив балка г лизина изучали в анализируют* окрзгиванаях ('мотодон топ~ кросоов)'. Агротехнические цриеын, применяемые в опытах, ооот-затотвоваги. рекомендациям по возделывании кукурузы в Центральной зоне Колдовы.

В цель* возможного выявления внооколизинозых мутаций о роговидным эндоспермом семена оггайковкх линий 1Ж 131 Ао2 и Ж 302 Ао2 обрабатывали химическими мутагенами - шгтрозоэтил- . мочевиной (НЭМ),.нитрозомет1№»очевино8 (НММ). нигрозодиметил-мочовтшой (НДЯ.1) в раотворе 0,1% концентрации. Непосредственно . парод пооевом оемвна этих же ынкй облучали гамма-лучами в следующих дозах (п Грэях): 50, 100, 150, 200, 250 и 300. Попользовали также оовмэотную обработку оемян дозами 50, ТОО и 150Гр о каидом из вышеуказанных химичеогапс мутагенов.

Биохимические анализы проводили в лаборатории биохимии п физиологии Молдавского ШИ кукурузы и сорго под руководством к.б.н. А.Й.Ротаря при непосредственном учаотии автора. Содер--та ни о общего азота определяли методом Къель^аяя о пооледующги. пересчетом на оырой бе;пк (и х Ь,25), аодергдии'э лизина методом связывания красителя на приборе "Юдп" (Швеция), а полный амшокиолотный состав на Aoid enalyzer 339" (Чехооловакия). *

Данные полевых и лабораторных опытов подвергали математической обработка методом вариационной отаткстики и разноотным методом (Доопахов Б.А., 1985). Раочеты коэффициентов корреля-.. цчк выполняли по методике П.Ф.Рокицкого (1973). Анализ комбинационной способности линий по урокаЯнооти зерна, оодержаяяи .'• белка и лизина в топкроосах проведен по 1-3 модели,первого метода В.К.Савчекко, (1973). Результаты расщепления оценены ые-.

ГО'

тодом х "(Лобашэв М.Е., I9S7). Математическая обработка подученных экспериментальных данных проводилась в внчполитэльеом центре Кишяевокого ОХИ на электроннот-вычиолитальной машине . "Ш-1600". • •

рщдатш исшщоший

ИЗУЧсЖЕ И ШПОЛЬЗОВАШЕ ДЕЙСТВИЯ ГЕНОВ-МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЙ КОНСКСТЩШ ЭНдОШША ЗЕРНА

огыйковоЯ кукурузы

Однш из путай устранения отмеченных недостатков зерна opaque-2 Кукурузы ЯВЛЯвТСЯ ИСПСЦГЬЗОВаНИв ДвЙОХВИЯ ГОНОВ-МОДИфикаторов о2, частично нормализующих структуру зндосяармл ( Раег д.у.еъ.&1«, 1969; С околов . В.1,¡., 1975; Карапванов Г.Я. и др., 1380; Палий А.Ф., 1983, 1989; Зяма К.И., 1984; Белоусов А,А., 1985, 198Э). •

В кашах исследованиях включение источников генов-модафи-каторов (Мо2) в .¿окотил перспективных самоошшенншс линий (А632, Ш£ 131, В 37, ВИЗ? 44, ¡¿К 302) осудзствляяа миг одет беккросеиро-вашя» 'Зерна расщеплявшихся початков, в зависимости от степени нормализации структуры эндосперма,, разделяли на 5 фракций: о полностью .тусклым эндоспермом - Мо, с нормализацией до 25 % ендоспорма -" , до 50 % -, до 75 % - Мд и о полностью стекловидным эндоспермом - М4. Эти фракции и были использованы для изучения физических и биохимических признаков эорна кукурузы.

Геэультаты изучояля драгстера наследования мозаичноста эн~ доснорма о2 в беккроссшсс потомствах, включающих в своем генотипе геяы Мо2, свидетельствуют о сложной генетической природе данного призна:».-

■ Полученные дашпа по изучению действия генов Мо2 на физические Свойства зерна показывают; что с увеличением стекловид-иооти эадосяериа масса 1000 эерчн и шготноеть. зерновки у модн-Фадроваидых опаловых форд возраогает ( табл.1).

Таблица I

Влияние генов-модЕфикаторов эндосперма Мо2 на физические и биохимические свойства зерна бек-кросоних потомств ВС?(средние"данные по пяти липшш)

Источник ге-

нов-модаФикаторов

Мо2

генотип а

зеона

гл2

-г

Mo. i

М4

Т. Т. flint' Ио2 257,4 231,О*2 '284,7х* 316,8™

Т. will to Ыо2 247,7 253,9 263,8х* 266, Э^ 283,

Pool 3+ Uo?. 276,5 287,1х 296,2х31 зоз.г-^ 322,2^

XG-'f Uo?- 257,1 271,0х 272,8х 278,4^ 304,7ХХ

Плотность зяпна. г/мл I,277Ji

1.Т. flint IIo2 1,13 1,17х J ,22х* 1,24хх

I1, white Цо2 1,14 1,25:сх i.zs7*

Pool 34 Ko2 1,14 1,25™ I,27:cc

XO-4 Lio2 1,16 ТДЭ301 1,22^ 1,24хх т.гв**

Содержание бе яка. % на a6a.ovx.B-so .

T.I. flint Ko2 13,71 13,67 13,05 13,95 13,61

T. wbite VioZ 14,4Г 13,79 13,53 14,59 13,83

Pool 34 i:o2 11,72 .12,15 11,05 11,29 ' 11,47

XC-4 Uo2 12,44 11,74 12,06 12,01 12^49

Содержание лязияэ.& к белку

Г.Т. flint Uo2 4,13 . 3,75 3,53х З.О?5^ 2,98х"

T. white i\io2 4,23 З.бб^ З^б32 2,-73,хх

•Pool 34 Mo2 4,01 3,99 3,61 3,46х 2,72хх

XC-4 Mog 4,27 4,03 З.б!27' г.эз3^ г.бз^

х - доотозерио при Pq^ хх- доотозерио при Р0-

Ho содержишь бечка существенных различий диаду изученными фракциями i в пределах беккросошх поммотв с участием одного генетического источника Мо2) у большинства линий не установлено» Ореда изученных в о шт. а источников Ио2 доноры т. т. flint Мо2 и T.white Uo2 способствовали некоторому увеличению количества белка в зернен

Содержание лизина в белке мучнистой фракции Uq в большинстве случаев сущест^энно превосходит этот показатель у остальных изучаемых фракций зерна. Однако в зерне М2 а фракций в сравнении о Mq в ряде случаев отмечено незначительное уменьше-•ше содержания лизине в белке. Стекловидная фракция зерен М^ отличается оаыым низким содержанием этой незаменимой аминокислоты*

• Анализ корреляционных связей показал наличие весьма значи-тгвдой взаимосвязи мевду отепзныэ нормализации эндосперма оодерканием лизина в зерне С г =-0,63... - 0,85), плотностью .sepna ( 0,87 ... 0,93) и маосо1 1000 зерен 0,31,..0,71)'. • Корреляционная связь мезду ллотяостьй'зерновки и сходерканиеы лизина в зерне оказалаоь средней отрицательной (г =.- 0,59...-0,76). Слабые значения корреляционных овязой были отмечены мевду оо -держанием белка и стекловидноотыо зерна ( г = -0,20,,, +0,09) . и моаду содержанием белка и содержанием лизина( г¿-0,23...+0,251.

Полученные нами результаты указывают на возможность использования положительного действия генов Мо2 дяя получения форм, сочозмощих высокое качество белка и ул^шшную физическую структуру эддоолв1«а одайковой кукурузы-.-

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УЛУЧШЕНИЯ КОНСИСТЕНЦИИ ЗЕРНА. ОПЕЙКОВОЙ КУКУРУЗЫ МЕТОДОМ ЭКСШРШЕН-ТАЛЪНОГО МУТАГЕНЕЗА

Эффективным способом расширения спектра генотипичвскоЛ изменчивости кукурузы по содержанию белка язляетоя примеиегоге экспериментального мутагенеза. С помощью этого метода выдо.-зки мутанты кукурузы, о о держащие 14-18* белка в зерпе (Бэглнт А., "овач А., 1961; Лысиков В.К., 1966; Еляндур О.В., 1974; Моргун В .В., 1933; Хриотов I'.., 1984). Однако отмеченное яри этом увеличение содержания белка не сопряжено а повышением его биологической ценности.

Для улучшения технологических овоЯств зеря- и ряде хозяйственно ценных признаков опойковой кукурузы нами изучена возможность получения виооколизиновых о2- форм оо стекловидным (прозрачным) эндоспермом методом экспериментального мутагенеза. С этой целью семена оамоопыленпнх опеЗковых (о мучнистой кон-оиотеициой эндосперма) линий Ж 13X и МК 302 обрабатывали различными физическими и химическими мутагенам. Из полученных роо-щеиляющихся початков в Mj для дальнейших иооледоващй в Mg и мз отбирали семьи о улучшенной копоиотепциой эндоспорма зерна.

Выявлено, что s Mg по орэвнении о Mg значительно увеличился процент растений о модифицированными зернами на початке (в среднем в 2 раза), что указывает на выоокий уровень наоладуемо-оти этого признака. Напуолыпеа чноло изменений обнаружено в варианте облучения дозой 50Гр. Действие химичеоких мутагенов сказалось более слабим, и количество початков о измененным эпдо-опармом зорна баяо мшьшз^Со&чэотноэ действие физкчооких и химических факторов на изменение? физической структуры эндооперма с2 било наименьшим, за исключением варианта 50Гр + НИМ.

Степень измпнч^вости коксиотенции эндосперма опеИк-2 кукурузы в значительной мере определяется геноипом походной линии. Наибольшую частоту феноткпзгчосюгх изменений в структуре зн-" дооперма по всем вариантам обработка наблюдали у опейкоаоИ яи-нии Ж 131 и а меньше!», степени - у ЫК 302.

Анализ биохимических даиных покаагч, что по содержанию болка и лизина модифицированные зорна в. ^ и Мд были близки или незначительно прчвосходили контроль с типичным мучкиотым эндоспермом. В то ке время в лотомстве воех вариантов, в т.ч. и в контроле, наблюдалось знэ'чгаельноэ варьирование содержания белка (8,8-15,8$) ж лизина (2,03-5,13;*).

■При изучении физических овойотэ модифицированного зерна семей, выделенных из ладой Ж 131 и ЫК 302, достоверных различий в сравнении.о контролем по маосе а плотности зерна не установлено. При эхом наблюдалась определенная тенденция к улучшению данные признаков у форм о измененной структурой эндосперма.

В результате проведенных экспериментальных исследований не удалось получить высоколззиновых мутаций о роговидным(под-. нолтыо стекловидным) эндоспермом зерна. В то жа время под действием используемых в опытах мутагенных факторов удалооь существенно увеличить частоту проявления генов, модифицирующих структуру ,эндосперма опейковой кукурузы. Это обстоятельство позволяет вести более эффективную работу по отбору и выведению опейковше лгчий о улучшенной "овоистенциеЗ зепна.

ИСПОЛЬЗОЕШЕ МУТАЦИИ ей 2 В СЕЛЕКЦИИ КУКУРУЗЫ ' Н\ К/ЛЕСТВО ЗЕРНА

^зучёнае штй и гибридов. розданных на основе иопользова-р^'Я лаРогигш г^до°'о2? си 2 г. ш. "в'замодейотвня. Однш яз пу-

теЯ улучшения консистенции зерна високолизиковой кукурузы является создание и использование двойных рецессипов типа о2 £12, о2. яи 2, о2 тех и др.(Яо1зод О. Е* ; 1966; а1<т»? О.У.^.'ь!., 1975; Палий А.Ф. и др., 1930, 1983 л др.). ^ наших наследованиях, выголкенных совместно о В.И.Цыганаш, изучалась овзМоз-ность использования двойного рзцессквэ о2 ги 2 дня улучшения физических свойств зерна внссколизиновоЗ кукурузы. Для- создания высоколизиновых гибридов использовали мутантаав (о2 зи 2, о2, зи 2) аналоги линий ШР 44, А 819, А 632, оЬ 43,« 64'я Ж 131, изучение которых проводили э сравнения о обнчннма формами.

Полученные нами данные цоказнзавт, что разлития мэяду генетическими вариантами линий по количественным признакам рас- • тений (высота растений, высота накладки основного початка,-Длина метелки, длина лгала, ширина листа, ко71ичеотво листьев, ко- ' личеотзо початков, продолжительность вегетационного периода) практически отсутствуют, ото указывает на то, что аллели о2, "' зи2, как и двойной ^ецеосив о2 зц 2, не оказывает плейотрон-. кого действия на данные цризгзки. Только вегетационный период у мутантнпх генотипов оказался несколько более продолжительным (на 1-6 дней), чем у нормальных форм.

Выявлено, что в результате сочетания аялелей о2 и зч 2 в . одном генотипе, плотность эндосперма опейковой кукурузы восстанавливается практически на уровне нормы (табл.2). По маоое 1000 зерен, изученные мутапгнне аналоги достоверно уступают

г .

обычным линиям, но в наибольшей отепэни это характерно для таодного рекомбинанта о2 ви.2.

Содержание-белка в зерне мутантных и обычных аналогов "ав-нкй находится практически на одинаковом уровне. По содгзряакга ллзина линии о2 и о2 ни2 превосходили гомозиготы и ,

Таблица 2

Сравнительная характеристика мутантных и обычных аналогов лягай! кукурузы.по отдельным хозяйственно дотик признаком зерна »сседяее по шеоти одноименным итг.шм за 1987-1988 гг.)

Поюяюк , Г ГСТОЮД,,

{ • ++ ! о2 ! зи 2 ! о2 ни 2

1,28 226, г™

14,4

4,0ХХ БД3« 70,4 ■

особенно, аналоги о обычной консистенцией эндооперма. По сравнению о другими 'генетическими вариантами двойной рецеосив о2 ви 2 отличается большим содержанием маола в зерне.

В процессе изучения комбинационной способности аналогов линий в тодкросонах скрещиваниях установили, что преобладающую роль в изменении урожайности зерна, содержания белка и лизина оказывают аддитивные эффекты генов. Выявлено такие, что мутации о2, еи2 и о2 ей2 существенно не изменяют комбинационную способность мутантннх лилий по сравнению с обычными аналогами. Наибольший интерес для использования в селекция кукурузы на урожайность и качество зерна представляют генотипы ШР 44 о2 ей2, v'о4 02 ей 2 и и 64 ей 2.

При сравнительном изучении гибридов-аналогов о2- ви 2, о2, ви2 и +/+, как и на линейном материале, достоверных различий мекду вариантами по количественным признакам растений не обна-

плотность ЗОР5Ш, г/мл

Касса 1000 зерен, г

С одержанио бе яка,%

Содержа!из лизина в белке, г/100 г

С оде рхшние ма с ла,%

Содержание крахмала,$

х - достоверно при Гд^ у.''.— достоверно при РдТ

1,31 300,3 14,0

2,8 3,8 70,8

1,14хх 238,8х 14,4

4,3ХХ 4,6ХХ. 72,0х

1,28 247,5* 15,3

• 3,4х 71,0

хх

рукено. Не выявлено такке существенных разлагай то колота-, отвенным признакам початков (длина початка, нижней и верхний диаметр початка, число рядов зерен и число зерен в ряду, об- -щее чколо зерен на початке, еыход зерна). Одгако по сравнении о нормой у мутантных гибридов (особенно у о2 su 2) отмечена • более высокая восприимчивость к фузариозу. Вследствие мучнистой структуры эндослррка опейковые (о2} глбрсдл отличались повышенной тразмируемость» зерна при обмолоте. Злаиа-сть зерна изученных мутантных форм на 2,7-5% превышала нормальные'зга-логи.

По млоае 1000 зерен гомозиготные гибриды о2, си 2 и о2 эи 2 достоверно уступает своим аналогам с обычной консистенцией' зерна. Объем зерна у o2su2 и su 2 - фирм так™,о уступает-обычным аналогам (табл.?). Наибольшая депрессия по этим признакам* отмечена у двойных рецоосивов. j то же время ыутантныз формы au 2 и о2 зм 2, вследствие стекловидной структуры эндосперма, по плотности зерна не отличаются от нормы.

Следует отметить, что значение изученных признаков варьировало ,главным образом, в зависимости от гекотмпа гибридной комбинации, что дает воыйожжкло проводить отбор генотипов с.' .. Уозяйственно ценными признаками и овойотвами.

Урожайность зерна гибридов su 2 и о2 зц2, значительно уотупала обычным аналогам. Наименьшее снижение продуктивности (6,2/5) зерна в' сравнении о нормой отмечено у опейк~2 гибридов.

г .

Отдельные мутантные комбинации по урожаю зерна незначительно уступали или даже превооходили овои нормальные аналоги. Болеа высокая уронайность гибридов о2 su 2-отмечена у комбинации •'' (г S4 х А 632)- х ВИР 44,. w 64 х ВИР 44, к 632 х MX 131. Следовательно, влияние различных генов на урожайность гибридов

Таблица 3

Соавнительная харантепиотикэ мутантных и обысках гиб рл до в-а на логов кукурузы по отдельны!.! хозяйственно цсшныч признакам зерна (сроднее по 13 одно-имешшм гибридам за 1987-1983 гг.)

ГдлигЕй" -

Признак ++ I ! ! 02 ! | о2 вц 2

Массе 1000 зерен, г 299,0 277,0х 248,3** 237,О**

Объем 100 зорен, мл 23,1 23,4 хо х^х

Плотность зерна, г/мл . 1,30 1,19а 1,31 1,31

Урожайность зорна,55 ц/га 72,8 68,3х 63,7х* 53,

Содержание белка,% 9,5 9,6 ' 10,4х 10, 7х*

Содержание лязнна в белке, гДООг 2,4 3,7^ ЗД» З.б3®

Содержание масла,% 3,8 •4,4" 5,5^ б.З3®

Содержание крахмяка.л 71,6 72,0 67,3х2 69,5

Средний сбор белка, кг/га 571,3 559,4 554,4 508,8х

Сведнай сбор лезши», кг/га 13,8 го,?5® 17,0х7* 18,

X - достоверно при Р05 хх - достоверно при Р^^

к - урогзхшееть зерна представлена зэ 1987-1989 гг. определяется конкретной генотипической средой.

При изучении бпохж'ч о о ки х сно»'стз аарна существенного влияния рецессивных мутаций па соягржапке белка но выявлено. Пра атом нзбольисо, ко достоверное преимущество по этому признак осечено у генотипов, вкяктяздх эллеяи ой ви 2 и ей 2. Макскматькае содержание пкзкна о белке среди мутантных гибридов I з2 л (Й »и 2 - фор.у. По сбору белка о одпннцы

.15

площади гомозиготы о2 зи2, вследствие их меньшей урожайности, существенно уотупапи норкальннм аналогам. В то т вссмя мозду гибридами о2, вц 2 и fД по обору белка о I га достоверных различий не обнаруаено. Все изученные варианты мутаптшос генотипов отличались повышенным выходом лизина о единицы плошади. В этом члане особенно выделялись опейковнег формы, превосходящие норму в ореднем на 150,2,1, Наличие оллэяя su ?■ в ганотигго-гибридов как при самостоятельном его использовании, так и в двойном рецессивп вызывает некоторое повышение оодопясзкая масла и уменьшение количеотва крахмала а зерне.

Проведенные нами исследования свидетельствуют о возможности использования даойногс роцесоива о2 au 2 в оелеетши для создания высоколизияов^ гибридов с твердой (стекловидной)структурой эндосперма и сбалансировании по аминокислотному составу белком в зерне. Бресте о тем необходимо продояяитъ селок-ционно-гензтичеокие исследования,направленные на уменьаениэ отрицательного влияния двойной гомозиготы на уролайиоать ексо-колизиновых гибрщ^в.

Влияние различных доз генов о2 п su 2 на изменение Физических и &тохжич9скнх свойств эвлоспегма аеша кукурузы. В литература имеются отдельные сообщения (pates l. s. , IS6G-; гадеоп С.К., Alexander D. 2. , 1957; Белоусов A.A., 1989) . о том, что rail о2 в гетеоозиготком состоянии в зависмюсти от '"ёгЬ"дозы"в эндоспорой зерна .. /'"Г " учитывая триплокдную природу поокеднего, вызывает определенные изменения в содержании лизина, триптофана, метионкка п других физических и биохжа-ческих признаков зерна кукурузы. Нрактичеок_ отсутствую1- данные о совместном влиянии рецэсоивных генов о2 и su 2 в гете-«

розвготном постояншг на физические и биохимические споЗотза

эндосперма зерна кукуруз.1;. В связи с этим, в задачу напкх ио-ойедовэкнй входило изучение особенностей проявления гена о2 в гомо- и гетерозиготном состоянии в сочетают с а мелем ви. 2 при различных их дозах в эндосдерме.

В качестве исходного материала *ля исследование! исподьзо-ваяк обычные по консистенции зерна лйЬа! А 632, и 34А, оЬ 43 ' и их аналоги по гекэм о2, ои2 и о2 аи2. Влияние дозы • гена изучали ка гетерозиготных формах, полученных в реципрокных .скрещиваниях обычных и мутзнтных аналогов -линий.

Установлено, что в завиелмооти от доз генов- о2 и ви2 з эццоспермэ физические свойства (маоса, плотность) зерна изменяется в различной степени. Гомозиготы о2 вц2 и о2 у йоэх изученных линий вызывают наибольшую депрессия; маооы 1000 зерен. При этом гомозиготы о2 отличаются и самой низкой птотностью зерна. С возрастанием дозы • гена ей2 я дкдас а яле лей (+/+) масса зерна и плотность эндосперма увеличиваются. Б отдельных случаях выявлено, тао уже при одной дозе гана о2 инк еи2 изменения этих признаков йаш математически до с то™ верными. Лучшие генотипа, гомозиготные по гену ви2 и о2 зи2, но плотности зерна приблизились к но та е. Мааса а плотность зерна гетерозиготных форм по генам о2 и ви2 занимали промежуточное аолокениэ кеаду значениями этих признаков у опейко-вой п обыпой кукурузы.

Анализ биохимических овойств зерна изученных генотипов выявил теяме}£ции к ошпкению оодержания белк« в зерне по мере увеличения дезы гена- о2, а в некоторых случаях и числа аллелей и» 2 в эндосперме. В то же время гомозиготы о2 и о2 пи 2 по аодзргзш-пг ллзлна значительно превооходиди аналоги с сбыч-

ной консистенцией эндосперма. В зернах гетерозигот с одной пли двумя дозами генов о2 и зи2 выявлено достоверное повышение содержания лизина в белке в сравнении с нормой, однг -ко т этомг показателю они существенно уступали простым и двойным гомозиготам.

Елязлена различная степень Еоздейотвия генов о2 и эй 2, находящихся в гетерозиготном состоянии, на оодо^дгние амино-киолот в белке. В г^тарозиготах о двумя дозами гена о2, наблюдалось повыиенное содержание лизина, аргинина, гистидина, еспарагиновой кяолоты при одновременном уменьшении содержания аланина, лейцина, фенилаланина и глутаминовой кислоты. Зти ' данные совпадают о результатам, полученными ь.С. Баъ«(1966) я А.А.Белоусозым (198^). Действие мутаций яи2 в гетерозигот-'то на аминокислотный ооотав белка аналогично действию гена о2, но менее выражено.

Создание двойного пецесоива 2 зи 2 и изучение его влияния на количество и качество белка в ддрне кукурузы. Наряду с созданием и изучением двойного мутанта о2 2 а задачу наших иооледований еходило изучение возможности использования положительного биохимического взаимодействия рецессивных му' тзций структуры эвдооперма П 2 и ви 2 в селекции кукурузы на' качество зерна.

В соответствии о модифицированной наш (совместно с А.Ф, Палий и В.И.Цыганаш)методаой получения двойных роцесоивов £12 . аи 2 ряд £12 - линии (МК 131, СЛ 092, СЛ 502, ВИР 44, В 37, 5 2, н ШР 51) Скрещивали о их гомозиготными аналогами по гену си2. В Р-л получены семена о генотипом + £1 л £1 'I; . . +ц- зи, 2. На гибридных платках в наблюдали расщепление ■зерен на три фенотипичоских клосоа: роговидные; муччкстне;

прозрачные, слегка морщинистые в соотношении 6:6:4. Гомозигот« i'i 2 au 2 выделены в Ру э розультЕ,тв самоопыления рас-тамкй из тусклой) фракции зерен Е последующего тестирования на элделькость о гомозиготной формой по комплементарному гаку с. а 2, которую кспальзо.валл' в качестве материнской формы. Тусклая фракгсдя з^рка второго поколения представлепа шотъ» генеткчяокиш классами, в том число fl 2 f 1 2 fi 2; -{ ou 2 su 2. В случае опыления тестера по cfi 2 пыльцой гомозиготных растений по обеим аллелям П2 и siß все зерна па аочатко имеют тусклый (мучяястьй) фенотип.. В случае ко опы- . деиия тестера cfi 2 пыльцой гетерозиготных растений по гену £1 2 на початке появляется расщепление в соотношении 1:1 (мучнистые : роговидные). В ?д примерно у 1/3 самоошгаешшх растопки получены печатки, на которых произошло раощопленяе зерэн в соотношении 3:1 (мучнистые ; прозрачные, слегка морщинистые). Последняя фракция зерна обусловлена наличием в Х'-екотипе аллех^'й £1 2 и su 2 в гомозиготном состоянии.

В отличие от £1 2 - йорм, о присущей им мучнистой структурой эндосперма, гомозиготы £12 su 2 имели прозрачные по фенотипу зерна. Однако,несмотря на восстановление стекловидной структура эндосперма, маооа зерпа у деойннх мутантов в среднем на 10,3$ кике в сравнении с массоЗ fl 2 ~ форм. Гомозиготы fl 2 su 2 по плотности зерна существенно превосходят аналоги, включающие мутацию i'l 2.

У двойных рекомбинантов в сравнении с fl 2 - аналогами выявлено достоверное увеличение содержания белка в зерне. В результате сочетания аллелей fl 2 и su2 в одном генотипе отмечено некоторое изменение аминокислотного соотава бэлка. В

зерне двойных рецессивов обнаружено увеличение содер&чнкя лизина, асиарагиновой кислоты, глицина, аалина, аргтптнс и уменьшение количества глутаминоасй кислоты, алашгаа, «обгонит, лейцина. При этом биохимические свойства зерна в значительной степени завюят от генотипа используемых в окроютвашгл линий.

тдтпрт с дуойнта сецеооттвом о2 s»2 п сзлектпгл кукупузп на . качество. В целях устранения некоторых недостатков у двойных рецессивов о2 su 2(нэкомпвктное расположение зерен из початке вследствие увеличения ширины бороздок мезду рядами, умень-иенае массы z урожайности зерна и др.) в специальном опктэ,поставленном совместно с З.И.Цыгаиаи, ш попытаглсг использовать действие рецессивной ыутацня pi ( pistillate iiorsts ), контролирующей развитие обоих цветков в кеноких колосках. Методом беккросоированкя мутации pJ ввели в генотип пяти о2 su2 - аналогов линий (О 156, oh-13, IIG, ЫК 131, ВИР 44).

В результате исследований выявлено, что зерш^развивавдке-оя из вторичных цветков (включающих ген pi ), уступают по маосе аналогичным зернам, формирувдимоя из первичных (обычных) цветков, тогда как по плотности зерновки спи превосходят обнч-Ш9 формы. При этом характер влияния алледп pi на массу и плотность зерна во многом определяется генотипом родительских форм. Установлено также, что гены о2 и su 2 оохранявт отрицательное плейотрспное действие на массу зерна' к на фоне мутации pi .

Сравнительная характеристика о2 su 2 и pi о2 su 2 -растений по некоторым количественны?,! признакам початка к зерна кукурузы (табл.4) показала," что развитие обоих цветков в яен-ских колосках приводит-к формированию дополнительных зерен .на початках растений pi с2 со, 2 (на 40,3$), к небольякму, ко

достоверному повышению выхода зерна (на 4,9$) а средней мао-сы зорка с початка (на 14,4$).

Таблица 4

Сравнительная характеристика о2 ей 2 и р1 о2 ей 2- ростешй по некоторым количественны!.! признакам початка и зерна кукуруз: (среднее за 1987-1988 гг.)

Признак

1 Изучено 'образцов

Генотип раотений

02 ей 2 !рЮ2би2|

! «1 1

ПОР,

0,05

Общее число зерен на початке, шт. 31

Выход зернаД 31

Масса зерна с початка, г

Маооа 1000 зерен т початке, г

31 31

361,9 73,8

63,2

176,7

507,9 77,4

72,3

143,2

146,0 53,71

3,6 2,69

9,1 8,18

33,5 17,37

По содержанию белка существенных различий, ма^цу обычными зерновками и их р!.- аналогами не обнаружено Некоторое

преимущество в этом плане выявлено у фракции о2 ви 2. По содержанию лизина чаблюдаетоя определенная тенденция в плане увеличения количества этой ашнокиолоты в генотипах, включающих ген р1 . При этом влияние генотипа на этот показатель более существенно, чем влияние мутантного алделя р1 .

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования действия мутации р! в сочетании о двойным ре-цессивом о2 еа 2 или с другими евдоспермовыми мутациях®, как дополнительный прием при, о е лекции кукурузы на качеотво зерна.

На основании полученных экспериментальных данных «окно сделать следующие вывода: '

' I. Использование генов, модифицирующих- структуру эндосперма о2, позволяет существенно улучпить физические свойства зерна опейковой кукурузы щщ одновременном сохранении на оптимальном'уровне признаков качества зерна. Среди изученных генов -модпфзхаторов кзпболее ценными для практической селекции оказались ?ool 1!о2 л Т. т. flint г.о2.

2. С ¡ювысением степени нормализации консистенции зндос'пер-:*з опойк-2 кукурузы масса 1000 зерен и плотность зерновки модифицированных форм увеличивается. При этом показана возможность сохранения в этих формах высокого уровня содержания лизина а белке. Изучение особенностей проявления'модгкзпцировзкно-го эндосперма о2 показало сложный характер Езслэ.-ования этого признака у изученных генетических источников Мо2.

3. Методом экспериментального мутагенеза получены линии о2 с почти нормализованной структурой эндосперма (до модификации), у которых содержание и качество белка было близким к стандартным формам опейк-2. Диапазон изменчивости изученных признаков в значительной мере зависит от мутагена, применяемой дозы и генотипа исходной формы.

4. Сочетание аллелей о2 е su 2 з одном генотипе позволяет создать высоколизиновыз линии а гибриды кукурузы с твердой 'стекловидной) структурой эндосперма. зерна. . ■

5. У линий з гибридов, полученных на базе дзойьлго рецео-сива о2 su 2(как я у мутантных форы о2 и su 2), в_ сравнении .

ч -

о"нормой не установлено плеВотрспного действия этих.аллелей на количественные признаки растений и початков кукурузы. В то ~э время ыутаптные гибриды характеризуются повышенным содержанием влаги в зерне при уборке я восприимчивостью к поражению фузгриозсм початков.

6. Но массе 1000 зерен двойные рекомбшанты о2 зи 2 достоверно уступают опайк-2 формам^ Однако по плотности зерновки онд значительно превооходят опейковые генотипы и практически

не отличаются от нормальных форд. Выявлено влияние генотипа на физические свойства зерна, что дает возмогшие ть проведения отбора ¡1а их улучшение

7. Вкоог.олизиновые гибриды о2 аи 2 с роговидной отрук -турой эндосдорма существенно уступают по урожайности нормальным и ¡дутантнш ( о2 и зи й ) аналогам. Отдельные гибридные комбинации ( » 64 х ВИР 44; ( V* 64 х А 632) х ВИР 44; А 632 х

х Ж 131), лобученные на базе двойного рецвеоква о2 ни 2 , по продуктивности приближаются к обычной кукурузе.

8. Введение генов о2, ви 2 и о2 ей 2 в генотипы обычных •¿орм не способствует существенному изшнению количественного содержания белка в зерне. Незначительное преимущество по этому показатели отмочено у ои г и о2 ви 2 гибридов. По содержанию лизина и его сбору с единицы площади мутации о2 ц о2 аи 2 в 1,5-2 раза превышают обычные формы. Гомозиготы -»и 2 и о2 ви г вызывают нокоторде повышение количества масла в зерне.

9. Сочетание роцессивных генов о2 и аи 2 в одном генотипе сохраняет плзкотрошоо действие на изученные признака и в гетерозиготном состоянии. По физическим а биохимическим свойствам зерня гетерозиготные генотипы о различной дозой генов о2 и

ей 2 , е большинства случаев зашиаот промежуточное положение мзаду значениями этих признаков у гомозиготных мутантных (о2, о2 зи 2 ) и обычных (+/+) форм. В некоторых случаях гетерози -готц по этим признака.'»! близка к показателям нормы..

10. На оаиове аналогов - лшшЙ 2 и си 2 создан двой-

Hot? рецёссив il 2 su 2, j которого отмочено достоверное повышение плотности зерновки, содержание белка в зерне и снижение маосы 1000 зерен в оравнэнии о аналогами fl2. В белке гомоз::гот f J su 2 обнаружено также увеличение срдаркянкя лизина, аопарагиновой' кислоты, глицина, валина, аргинина и уменьшение количества г лу тамилов ой кислота, оланина, метиони-"а и лейцина.

II. Использование действия мутации pi , способствующей развитию обоих цветков в донских колосках, приводит к достоверному увеличена общего чиола зерен, выхода и массы зерна с гючатка. Введение мутактного аллеля pi в гоноти" о2 ви 2 -ферм улучшает физические свойства зорна и сохраняет высокие биохимические показателя у изученных двойных рекомбинантов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В качестве наиболее перспективного метода улучшения физических свойств зерна высоколизиновой кукурузы рекомендуется использование "енов, модифицирующих структуру эндосперма.

2. Предложена модификация метода выведения дьоЯных ре-цессквов fi'2 зи 2 в ig в результате оамоопнления растений из тусклой фракции зерна и последующего тестирования на ал-пльность с гомозиготной формой по комплементарному гену cfl2.

3.С цегмо направленного оелекционного Процесоа на улучшение качества зерна кукурузы рекомендуется шире использовать новый походный материал, ооздапннй на базе генор эндооперма о2,

ей 2, п. 2, pi . Среди изученных генетических pitочников Мо2 наиболее шроко оледует использовать Pool ' Uo2 и т. т. flint Ыо2. .

4. Рецесаивную ыуицшз ей 2, обусловливающую стекловщг-куи структуру эндоопэрзла, рекомендуется использовать в салок- . цил кукуруза на качество как самостоятельно, так и в сочетание с геиаии о2, А 2 н р£ . ■

По материалам диссертации опубликованы следу визге работы:

1. Влияние гаша-^учаЗ, химических цутагенов н их оовыа-стногс деЗотвпя на растения кукурузы. - Твзиш У сььзда ШГеС.-Кшзинэв: Штиинца, 1987, С.214-215.

2. Влияние кутзцпй о2 и вп2 и их вза»">дайатвиэ на качо--ство верна к.укурузы. - В сб.: .Солекциопно-гоЕетичеокиэ метода ионЕшакия урояаЗностк, качества и устойчивости полевых культур. - Еяешзв, 1988, С.18-24 (в соавторстве).

5. Использование индуцированного мутагенеза для улучшения технологических свэйста ззрна васоколизиЕОВоЗ кукурузы. -Тезисы I радиобиологического оьээда. — П., 1989, С.632( в соавторства). '

4. ПлеЯогропвоо действие иутациЗ о2, ои 2 и их взагао-действия на отдэльпнэ количественные признаки кукурузы. - Те-зиск докл.Всессшзп«кауч.ков|."ОнтогвштЕка высших растений".

- ХиЕЗинел, 193?, с.50-51( в соавторства). • •

5. Использование мутации »гногорядности початка в село к— ' ЮТ выаоколнзжЕовой кукуруза о2 ви 2. — Тезисы докл. Всесоюзн-вэуч.конф.'Оцтогенестхз вксотх. растений®. - Кдппнев, 1939,

С.71—72 (в соавторстве).

6. Влияние различиях доз генов о2 п си 2 Еа изменение' физических и баохтпггзсаях сесЛстз зедоспергз зарез кукурузы.

— Тезиск докл. II Всессгз.соаад. Тензтая развгапкг расгенз"

и животных". - Ташкент, 1990, 0.122-124 (в соавторства).

7. Создание двойного рецессшш £12 ги 2 я изучение его влияния на котпеотво и качество балка в зерне кукурузы. - Тезисы доял.П Всесоюз.совет."Генетика развития растений и животных". - Ташкент, 1990, С.124-125 (в соавторстве).

«- Л

. /

Поап.к печати 24.01.Г11 г. фортт 60x8'* I /1С. Об'гм 1,0гч.пэч.л. 1,5п.п. Заказ ^ 1341. Тирлж 100-»кп. Гортндагр^фтз» Опесского овттоляграфпаяата, щ № 3, Ленина, '4Э.