Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ, РАДИОВОЛН И ХИМИЧЕСКИХ МУТАГЕНОВ НА ОДНОЛЕТНИЙ ДЕКОРАТИВНЫЙ ЛЮПИН

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ, РАДИОВОЛН И ХИМИЧЕСКИХ МУТАГЕНОВ НА ОДНОЛЕТНИЙ ДЕКОРАТИВНЫЙ ЛЮПИН"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЛОГИИ

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ, РАДИОВОЛН И ХИМИЧЕСКИХ МУТАГЕНОВ НА ОДНОЛЕТНИЙ ДЕКОРАТИВНЫЙ ЛЮПИН

(03.00,01 — Радиобиология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

УДК 582.739 : 573,23

СМИРНОВ Вадим Сергеевич

ООЙинск — 1983 год

Работа выполнена в Лаборатории биологии, генетики и селекции садовых растений кафедры высших растений Биологического факультета МГУ.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. В. Дрягина.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е. С. Алексеева;

кандидат биологических наук В. К- Щербаков.

Ведущая организация — Донецкий ботанический сад АН УССР.

Защита диссертации состоится * 1983 г.

в // часов на заседании специализированного Совета К 120.81.01 во ВНИИ сельскохозяйственной радиологии МСХ СССР по адресу; Калужская обл., г. Обнинск, ВНИИСХР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии МСХ СССР.

Автореферат разослан » 1983 г.

Ученый секретарь специализированного Совета Н. И. Санжарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В решениях партии и правительства отмечается, что в ускорении развития сельскохозяйственного производства все более важное значение приобретают исследования по биологии, в частности, в области искусственного мутагенеза. Мутагенные факторы используются для стимулирующего воздействия на рост, развитие, урожайность растений; увеличения изменчивости исходного материала для селекции (Бреславец, 1946; Gustafsson, 1947; Sparrow, 1955; Хвостова, Валева, I960; Березина, 1963; Лыспков, 1968, 1975; Дрягииа, 1969, 1974; Рапопорт, 1966; Батыгин, Савин, 1966 и др.).

Проблемы искусственного мутагенеза вызывают необходимость изыскивать новые мутагенные факторы, обеспечивающие большую изменчивость организма, В последние годы были проведены опыты по получению изменений у растительных объектов под действием радиоволн (Муст а фее в, 1970; Zolyneak, 1972), однако, еще мало изучена биологическая активность радиоволн и не прослежена связь изменений с длиной радиоволн и временем воздействия. Совсем отсутствуют данные об эффективности радиоволн в сравнении с другими мутагенами (гамма-облучение, химические мутагены).

Такие исследования важны для разработки методов воздействия на сельскохозяйственные культуры, а также для дальнейшего развития теории мутагенеза.

Однолетний декоративный люпин является перспективной цветочной культурой, пригодной для групповых посадок при озеленении больших городских площадей, скверов, парков и др. Он неприхотлив в уходе. При посеве в грунт быстро дает декоративную зеленую массу, отличается продолжительным сроком цветения. Для озеленения интересен Lupinus ornatus Dougl. н, особенно, подвид L. ornatus Oougl, var. albo-cocci-neus Atab. Однако широкое использование сдерживает то, что его высокие кусты слишком раскидисты и недостаточно ■выровнены. Наряду с другими методами, метод экспериментального мутагенеза может быть эффективным для преодоления этих недостатков.

Нейтралы:-а ил^л щ&кшша Юосдадай ссльсш.

ШДС1

Цель в задача исследования — выявление возможности, применения ионизирующего излучения, радиоволн сверхвысокой частоты и химических мутагенов в искусственном мутагенезе однолетнего декоративного люпина; для получения и отбора мутантиых форм растений и дальнейшего их использования в селекционной работе. Для этого:

1. Выясняли влияние воздействия мутагенных факторов на всхожесть, выживаемость и рост опытных растений;

2. Определяли оптимальные для формообразовательного процесса дозы ионизирующей радиации, длины радиоволн и более эффективные экспозиции и концентрации химических мутагенов;

3. Исследовали спектры изменчивости при разных видах мутагенной обработки;

4. Изучали стабильность изменений (в Мз—Мб), полученных от воздействия мутагенов.

Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые на однолетнем декоративном люпине была показала возможность использования для повышения формообразовательного процесса, радиоволн сверхвысоких частот (СВЧ) и установлены параметры их применения.

Показана эффективность воздействия ионизирующей радиации и химических мутагенов на семена декоративного однолетнего люпина; при этом определены оптимальные дозы.

Методом экспериментального мутагенеза были получены, ормы однолетнего люпина, ранее не известные в культуре^ оздан новый сорт люпина «Брянский низкорослый», отличающийся декоративными цветками, компактной формой куста, обильным цветением и большой урожайностью, который в 1980 году принят в Государственное сортоиспытание.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Симпозиуме по спонтанному и индуцированному мутагенезу садовых растений (Москва, 1973), на Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии (Обнинск, 1979), на Ш Всесоюзном совещании по применению мм излучения в биологии, химии и медицине (Москва*.

1979) и на Всесоюзной конференции по химическому мутагенезу в Институте химической физики АН СССР (Москва*

1980).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов'и списка литературы* включающего 207 работ, из которых 49 зарубежных авторов. Диссертация изложена на 107 страницах машинописного текста, иллюстрирована 23 рисунками, 29 таблицами в теисте и tl в приложении. А

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевые опыты проводились па территории Брянской государственной сельскохозяйственной опытной станции с 197« по 1982 гг. Лабораторные исследования — в лаборатории, биологии, генетики и селекции садовых растений МГУ.

Для опытов был взят однолетний люпин (Ьиртиэ огпа-Ыэ Ооид!.). Этот вид люпина выращивается как декоративное растение и может использоваться для зеленого удобрения, так как образует довольно значительную зеленую массу за короткий вегетационный период. Из четырех возделы-вающихся в СССР разновидностей этого люпина воздействие-мутагенными факторами проводилось на семена подвида Ь, огпаЫэ Оои§1. \гаг. а1Ьо-сосстеи5 А1аЬ. с бело-розовым и. соцветиями. Цветки этого подвида характеризуются бело-розовым парусом с белым пятном посередине, который при старении цветка становится малиновым. Крылья белые, затем розовеющие. Лодочка бледно-розовая, с темпо-малино-вым копчиком. Цветоножка светло-зеленая. Плод — боб средней величины — от 3 до 4 см длины и от 7 до 9 мм ширины, состоит из двух продолговатых створок, которые при: созрсвашш раскрываются по брюшному и синимому швам.. Семена эллипсоидальные, плоско-выпуклые, от 4,5 до 5,5 мм длины, 3,2—3,5 мм ширины н 2,5—3,0 мм толщины; масса 1000 семян в среднем составляет около 25 г. Кожура гладкая блестящая, с темным рисунком или крапчатая. Побегообразование происходит по главному стеблю апренеталыю.

Семена этого подвида люпина были получены из ботанического сада Брянского лесохозяйственного института в-. 1970 году. По своей структуре исходная популяция в посевах 1970 г. показала однородность по всем признакам: окраске-соцветий (бело-розовые), высоте куста (85—87 см), размеру кисти (22—25 см), характеру ветвления и др.

Воздушно-сухие семена обрабатывали миллиметровыми 1г субмнллиметровыми радиоволнами сверхвысоких частот (СВЧ) в Московском НИИ радиотехники и электроники АН СССР. Использовали радиоволны в диапазоне 0,85—11 мм-при экспозиции 0,5, 2, 4, 6 и 8 часов.

Облучение проводили на генераторах: клипотроп, ОВ-12,.. ОВ-14, при мощности 5—300 мВт и 1,5—2 Вт.

Источником гамма-излучеипя 60Со служила установка) ГУТ-400 Брянского онкологического диспансера. Применяли-дозы в 5, 7, 10 и 15 кР (1,29, 1,81, 2,58 и 3,87 Кл/кг) при одной мощности 250 Р/мил <1,08 мЛ/кг).

Химическими мутагенами обрабатывали в специализированной лаборатории Брянского технологического института.

&

Изучалидва мутагена: диметилсульфат (ДМС) и М-нитрозо-М-метнлмочевину (МММ) в концентрациях 0,005; 0,01; 0,025 н 0,05% для водного раствора в течение 18 часов н 300 мг НММ или 0,75 мл ДМС в 3-литровом эксикаторе при экспозиции 1, 2, 3 и 4 суток для газовой фазы. В варианте опыта было от 200 до 600 семян.

; Обработанные семена высевали в открытом грунте в 2-кратной в 1971 и 1972 г. и в 4-кратной повторности б 1974 году. В каждой повторности было от 100 до 150 семян.

: Участок, отведенный для выращивания опытных растений, довольно ровный, с северо-запада и с запада защищен березовой рощей, а с северо-востока — плодовым садом.

Учитывали полевую всхожесть, выживаемость; измеряли высоту растений. На протяжении всего вегетационного периода проводили отбор растений с изменившимися морфологическими признаками. От каждого растения первого поколения отбирали 15—20 семян с первой кисти, что составляло одну семью и высевали но семьям. Во втором поколении (М2) осуществляли основной отбор и учет изменений по трем показателям: а) количеству измененных семей; б) количеству измененных растений от всех растений, находящихся в опыте; в) количеству изменений на 100 семей. Во втором поколении кроме учета количества изменений изучали спектр изменчивости. В третьем поколении (Мз) проводили наблюдения за изменившимися признаками у семей, отобранных во втором поколении.

Цитологические исследования выполнены ил временных ацетокарминовых препаратах. Брали корешки длиной в 3,5 мм. Микрофотографирование проводили на МБИ-6 при увеличении 60X7* на пленку Мнкрат-300.

Количество хлэрофиллов а и Ь у отобранных форм, различавшихся окраской листьев, определяли па спектрофотометре СФ-14.

Математическую обработку данных проводили по Б, Л. До-спехову (1973), П. Ф. Рокицкому (1973) н Н. Л. Плохннско-му (1978).

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ,

СВЧ-РАДИОВОЛН И ХИМИЧЕСКИХ МУТАГЕНОВ НА СЕМЕНА

Первичные эффекты воздействия физическими и химическими факторами у растений

Действие мутагенных факторов прежде всего сказалось на всхожести семян люпина. 6

Гамма-облучение привело к достоверному повышению вехсжестн во всех вариантах опыта по сравнению с контролем.

Во всех облученных СВЧ-радноволнами вариантах всхожесть была несколько ниже, чем в контроле как при 2-х, так и при 0,5-часовой экспозициях. Различия с контролем были достоверными, кроме трех вариантов (воздействие в течение 2-х часов радиоволнами с длиной волны 1,04 и 3,0—3,3 мм и 0,5 часа — 6—7 мм (табл. 1).

Таблица 1

Влияние физических мутагенных фактор с з ил всхожесть, выживаемость и рост растений

П.-'Р! 1 Iii .п> т Т.1 о 3= к t- — о ^ ос i & г .'1 о >- к U и -* а Я vi* >-; а -ы ~ * и а о со s о ¥ 5 Й-5 ¡sS. о « fr-' о о-3 С1

Контроль 600 6!,5±2,0 92,4 + 1,4 Е6 81,2± 1,3

Гамма-излучение

"Со, кР (Кл/кг)

5 0.29) 600 81.8±1,6 85,8 ±1,6 102 87,7 ±0,7

7 (1,81) 570 78,6 ± 1,7 86,7-1,6 92 85,7 ±1,0

10 (2.ÜS) 600 81,4± 1,6 85,5 ± 1,6 90 87,7 ± 1,0

15 (3.87) 600 79,4 ±1,6 66,6 ±2,2 74 83,5 ±1,2

С В Ч-р здн с во ли ы

мм время

(час)

1.04 0,5 600 47,3 ±2,0 85,2 ±2,1 31 78,5 ±1,Г

2,2 0,5 600 54,6 ±2,1 69,2 ±2,6 43 83,4 ± 1,4'

3,0—3,3 0,5 600 50,6 ±2,0 85,5 ±2,0 40 81,6± 1,5

6—7 0,5 600 56,0 ±2,0 77,4 ± 2,3 29 76,0 ±1,2'

1,64 2,0 600 56,5 ±2,0 82,6 ±2,1 50 81,0± 1,3

2.2 2,0 600 54,3 ±2,0 78,2 ±2,3 40 78,0 ±1,6

3,0—3,3 2,0 600 58,5±2,0 82,4 ±2,0 46 77,9 ±1,2"

6—7 2,0 600 52,2 ±2,2 70,6 ±2,0 41 77,3±1,6-

11 2,0 600 55,8 ±2,0 74,9 ±2,4 34 81,6±1,8-

Обработка семян люпина в водных растворах химических мутагенов (НММ и ДМС) в концентрациях от 0,005 до 0,05%. снижала всхожесть семян, так же как и воздействие радиоволнами (табл. 2).

Причем, снижение всхожести, по сравнению с контролем,, от воздействия ДМС было более значительным (на 7—28%), и достоверным, чем от НММ (на 2—7%).

. Воздействие этими же химическими мутагенами, но в газовой фазе (ст 1 до 4 суток) привело к достоверному увеличению всхожести (табл. 2).

т:

Таблица 2

Влияние химических мутагенов на всхожесть, выживаемость и рост

растений Л\|

3

Вариант опыта я F = S Е ■-Я ä £ н о <и С * u -ja О Еыживае-I мость, % О — X Ii — ш SS — е- j Высста, с

Водный раствор

мутаген \ кони., %

И ММ

ЛМС

.мутаген

контроль

(¡00 59,0 ±2,0 4У 80,6 ± 1,3

0,005 (¡00 53,2 + 2,0 ÜJ, 8 ±2,7 35 81,1 ±2,5

0,01 000 37,4 ±2,0 61,6±2,ü (¡7 83,1 ± 1,1

0,025 <>00 55,8 ±2,0 58,2±2,6 37 75,3 ±2,0

0,05 (i'JO 51,8 ±2,0 57,1 ±2,8 37 83,! ±1,2

0,005 000 5S,7±2,0 86,2±],8 80 81,7± 1,4

0,01 (¡00 51,8±2,0 85,7 ±2,0 60 80,9 ± 1,2

0,025 (¡00 45,3±2,0 80,1 ±2,4 53 76,0±l,l

0,05 ООО 31,3± 1,9 78,3 ±3,0 41 77,5 ±1,3

Газе л я я фаза

экепш., сутки

11ЛШ

Л MC

контроль

000 75,3 ± 1 ,8 91,3±1,3 101 78,0 ± 1,0

1 000 85,8 ±[,4 80,6 ± 1,7 116 81,2±l,l

2 000 85,8 ± 1,4 80,8 ±1,7 132 77,8 ± 1,0

3 600 85,8 ±1,4 78,8 ±1,8 100 79,0±i;i

■f 600 81,8± 1,6 78,8 ±),8 101 88,2 ±1,0

1 600 83,8± !,5 75,0 ± 1,9 so 85,4 ±L,0

2 G00 83,8 ±1,5 78,0 ± 1,9 126 79,7±0,9

600 82,3 ± 1,6 75,9 ±1,9 Ы 81.3 ±1,1

4 600 81,3± 1,6 74,4 ±2,0 86 81,6± 1,1

Выживаемость растений, выросших из облученных СВЧ-' радиоволна ми семян, во всех вариантах опыта была ниже, чем :в контроле (табл. 1). Особенно большой была разница (на 22—23%} при воздействии радиоволнами с длиной волны б— 7 мм и 2,2 мм. Гамма-облучение также привело к снижению выживаемости растений.

Меньше всего выжило растений в варианте .15 кР (3,87 Кл/кг) (66,0% при 92,4% в контроле).

При обработке НММ в водном растворе выживших растений было меньше (на 21—23%), чем при воздействии ДМС и достоверно меньше во всех опытных вариантах по сравнению с контролем (табл. 2).

По высоте все опытные растения отличались от контрольных незначительно и в большинстве случаев недостоверно. Четкой закономерной зависимости высоты растений от дозы и концентрации мутагена не наблюдалось.

Гамма-облучение в дозах от 5 (1,29) до 10 кР (2,5В Кл/кг) было в какой-то мере, стимулирующим для всхожести семян и роста растений (табл. 1).

По изученным показателям (всхожесть, выживаемость и высота растений) можно считать, что высокочастотные миллиметровые радиоволны по своему действию близки к другим мутагенным факторам и особенно к химическим мутагенам.

Изменчивость растений в первый год воздействия физическими и химическими факторами

Первым видимым эффектом после воздействия мутагенными факторами являются разные морфологические изменения (морфозы). Большинство изменений в М1 — модификацион-иые. Во втором и третьем поколениях морфозы не сохраняются, однако, появление морфозов может служить хорошим маркером формообразовательного процесса. Поэтому нами обращалось внимание на такие изменения.

Учеты и наблюдения показали, что при гамма-облучении с увеличением дозы возрастало и количество радиоморфозов в М[. Так, например, при дозе в 5 кР (1,29 Кл/кг) наблюдалось 5,5% радиоморфозов, а при 15 кР (3,87 Кл/кг) их встречалось до 7,3% при 2,2% в контроле (табл, 3).

Таблица 3

!

Количество морфозов при обработке гамма-излучением семян однолетнего декоративного люпина в М:

Доза в кР (Кл/кг)

Изучено растений, шт.

Хлороф ильные измене-' ния, %

Морфологические

изменения, %

Всего изменений, %

Контроль 5 <1,29) 7 (1,81) 10 (2,38) 15 (3,87)

338

421 386

422 317

1,3 ±0,6 3,1 ±0,8 2,5 ±0,8 2,3 ±0,7 4,7 ±1,2*

0,9 ±0,5 2,4 ±0,7 2,8+0,8* 2,6 ±0,8 2,6 ±0,9

2,2 ±0,8 5,5± 1,1 * 5,Э± 1,1* 4,9±1,0* 7,3 ±1,5**

При воздействии СВЧ-радиоволнамн разной длины в 2-х экспозициях не обнаружено закономерных изменений количества морфозов в М1 от длины использованных радиоволи. Однако, во всех опытных вариантах морфозов было в 2—5 раз больше, чем в контроле.

Обработка -семян химическими мутагенами в водном растворе в больших концентрациях (0,025—0,05%) так же, как облучение, вызвала появление несколько большего количества морфозов (на 1—2%), чем при низкой концентрации. Зао

кономерной связи количества появившихся морфозов с временем воздействия и типом мутагена как в опытах с водными растворами, так и в газовой фазе не наблюдалось.

Вычисление коэффициента корреляции между количеством наблюдавшихся морфозов в М1 и полученными мутациями в М2, показало наличие между ними высокодостоверных положительных связей. Особенно высокие коэффициенты корреляции (0,91 ±0,09 и 0,99±0,08) были при воздействии па семена радиоволнами (1,64—11 мм) в экспозициях: 0,5 и 2 часа.

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИОНИЗИРУЮЩИМИ ИЗЛУЧЕНИЯМИ РАДИОВОЛНАМИ И ХИМИЧЕСКИМИ

МУТАГЕНАМИ

Воздействие радиоволнам и и гамма-излучением

Использование радиоволн в диапазоне от 0,85 до 11 мм показало их высокую мутагенную активность. При изучении

Вариант опыта

длина ра-

диоволны, X

мм; доза,

к К (Кл;кг) 3

о

(г>

Частота и спектр изменений у растений

Типы

высота окраска листа форма

иг £9

ф

5 гиганты о. о Г"> о ч № га г* о * 5

а. й> и а и и о г>-> К и

Контроль 1101 0,7 1.1 2,0 0 0 0 0

"амма-излучсние

"Со

5 (1,29) 1104 1,9 6,8 17.7 0 0,3 0 0

7 (1,81) 992 0,6 0,9 18,1 0 0 0 0

10 (2,38) 1084 2,0 5,0 18,0 0,4 0.8 0 0

15 (3,87) 102К 3,0 1.9 15,2 0,5 0 0 0

Радиоволны

1,64 0,5 140« 3,7 3,8 13,2 0,2 0 0,6 0

2,2 0.5 1270 1,4 5,7 13,4 0 0 0,3 0,4

3,3-3,3 0,5 1224 1,2 9,8 6,3 0 0,7 0,4 0

6—7 (1,5 1112 3,4 7,2 11,7 0 0,9 0 0

1.64 2 1244 3,9 2,4 И,4 0 0,3 0.4 0

•> 2 о 1220 1.7 1,9 12,[ 0 0,3 0 0

з.з ^ №2 1.2 8,5 15,2 0 0 0 О

0—7 2 8йа 0 18,6 15,4 0 ■ 0,4 0 0

и»

_|—I_I_к—

-flp

i П ч j (? t I•i ним«

1,2? j,w t,St j.í7

12 3 ч t í t I 1 itvn«

(iP /,61 Jtrt 4(7

Phc. 2. Изменчивость в мг щтетт яшраяивногз лтт m ьщешаат гамма - тччтт/ws<¡

m Ф г,ss 4«? Kff/кг

Рнс З изменчивость в Mt ятрлятшго щцшяттгв щщл

m воцвнстыя ттмвсш мутлгет ¡ /9?5с/,(аод»ын раствор)

Рис.4 Изменчивость bM¿ дшрдтивного однолетнего люпина от воздействия химических мытдгенов в мзоеой Флзе I \9?5г).

второго поколения (Ма) отмечено значительно большее, по сравнению с контролем, число измененных растений, семей и изменений на 100 семей (рис. 1).

Наблюдалась четкая связь количества возникших изменений с продолжительностью воздействий. Двухчасовая экспозиция в большинстве случаев была в 1,5—2 раза эффективнее 0,5-часовой. Особенно много различных изменений было при воздействии в течение двух часов радиоволнами с длиной волны 6—7 мм.

Гамма-излучение 60Со в дозах 5, 7, 10 и 15 кР (1,29; 1,81; 2,58 и 3,87 Кл/кг) достоверно увеличило выход измененных растений (рис. 2). В вариантах с облучением также было в 2—3 раза больше семей с изменениями. Например, при дозе 10 кР (2,58 Кл/кг) количество семей с изменениями достигло 67,3%, а в контроле только 18,9%. Облучение в 2,7—3,9 раза по сравнению с контролем увеличило число изменений на 100 семей.

СВЧ-радиоволпы по своей эффективности оказались близкими к гамма-облучешпо как по количеству измененных растений, так и измененных семей, В варианте опыта при воз-

Таблица 4

М2 в зависимости от мутагена

изменений, %

листа

3

и О

форма куста

^ гз и ^

4) со Я

О

•е-

срок цветения

3

о

0 0 0 0,3 0 0 0 0,6 0 5

0 0 0 1,6 0,3 0,3 0 4,4 1,4 9

0 0 0 3,9 0 0.9 0 6,6 0 7

0 0 0.4 1,1 0 0,4 0,4 2,4 0,4 И

0 0 0 0,6 0 0 0 5,0 0 6

0 0,2 0,8 1,9 0 0,2 0 8,2 0,4 11

0 0 0,4 2.5 0 0,4 0 7,4 0,4 10

0 0 0 0.8 0.4 0,4 0,8 14,9 0 10

0 0 1.5 2,4 0 0 0,4 9,2 0,4 9

0.4 0,3 0,3 2,8 0 0 0 9,4 0.4 11

0 0 0,3 1,7 0.3 0,3 (1 9,3 0 9

0 0 1,5 0 0 0,6 10,6 0 0

0 0 0,4 3,6 0 0 0 20,9 0 6

действии длиной волны 6—7 мм, показатель «число изменений на 100 семей» был выше самой эффективной дозы облучения — 10 кР (2,58 Кл/кг) в 1,5 раза.

Во всех вариантах опытов изучали характер изменчивости. Спектр изменений оказался довольно широким (табл. 4). В опытных вариантах встречались: карликовые растения н гиганты, растения широколистные и узколистные, с измененной цветочной кистью, с нераскрытыми цветками.

Отобраны растения с измененной окраской цветков, с крупной цветочной кистью, густооблиственные, с восемью цветками в мутовке и др.

По срокам цветения выделены рано- и позднецветущпе формы. При воздействии СВЧ-радноволнами отмечено 16 типов изменений, а при гамма-излучении 6(|Со — 12 типов изменений при 5 типах в контроле.

Наибольший размах изменчивости наблюдался при дозе гамма-излучения — 10 кР и при воздействии радиоволнами с длиной волны 1,64 мм при обоих изучаемых экспозициях (П типов изменений) (табл. 4). В этих вариантах получены наиболее интересные в декоративном отношении формы с розовой окраской цветков, многоцветковые и др.

По размаху и спектру изменчивости СВЧ-радиоволны приближались к гамма-облучению, что также указывает на их высокую мутагенную эффективность (табл. 4),

Обработка химическими мутагенами

Изучение частоты появления измененных форм в Мг при обработке семян химическими мутагенами (ДМС и НММ) в водных растворах и в газовой фазе показало эффективность этих мутагенов. Так, например, количество измененных растений при обработке -семян водными растворами химических мутагенов было в 5—8 раз больше, чем в контроле (рис. 3). По числу семей с изменениями и по изменениям на 100 семей эти различия с контролем были меньшими (в 2—3,5 раза).

Сравненне действия химических мутагенов в газовой фазе и водных растворах позволило сделать вывод, что по количественному выходу измененных форм более эффективными для изученных мутагенов оказались водные растворы, чем газовая фаза. Особенно наглядно это видно по показателю: «количество изменений на 100 семей». В водном растворе более активной оказалась НММ., по сравнению с ДМС, а в газовой фазе, наоборот, ДМС вызвал больше изменений, чем НММ (рис. 3,4).

При обработке семян химическими мутагенами также увеличивался размах изменчивости по сравнению с контролем. 12

Так, например, при использовании водного раствора ДМС » Ма отмечено 17 типов изменений, а в газовой фазе этот мутаген дал 11 типов. При обработке НММ в растворе было 12 типов изменений, а в газовой фазе — 17, при 4 и 5 типах в контроле (табл. 5),

Таблица 5

Изменчивость у растений однолетнего люпина в М3 при обработке семян химическими мутагенами

Количество типов изменений

Водный растсор Газовая фаза

контроль НМЛ! ДМС контроль НММ ДМС

4 12 17 5 17 11

В вариантах с обработкой химическими мутагенами были выделены наиболее интересные формы, которые не встречались в контрольных вариантах. Например, формы с чисто-розовыми цветками (0,005% ДМС), со сжатыми листьями (0,005 и 0,05% НАШ) п др. Закономерной зависимости увеличения изменчивости от повышения концентрации или экспозиции не наблюдалось.

СТАБИЛЬНОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗНАКОВ У РАСТЕНИЙ М3 ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МУТАГЕННЫМИ ФАКТОРАМИ

При изучении изменений в последующих поколениях (М3— Mg) показано, что не все они одинаково стабильны. В третьем поколении не все семьи сохранили измененный признак, по которому они были отобраны во втором поколении. Наибольшее число семей, сохранивших измененные признаки, было в четырех вариантах опытов с воздействием радиоволнами длиной 0,85 и 3,0—3,3 мм при экспозиции 0,5 час (84,2 и 94,4%) н 2,2 и 6—7 мм при экспозиции 2 часа (79,7 и 88,9% соответственно). Не всякий измененный признак одинаково сохраняется в следующих поколениях. Такие признаки, как окраска цветка, форма цветка и листа сохранялись в последующем поколении на 100%, а густооблнствеИность — только

13

от 0 до 25%. Фасциация в наших опытах оказалась иенаслед-ственным признаком.

За формами, отобранными по ценным декоративным признакам (12—4—37, 13—2—164, 12—1 — 111 и др.) наблюдения продолжали до Мб—М7. В большинстве своем они устойчиво сохранили измененные признаки при семенном размножении. Отдельные отобранные формы (6—1—23, 5—1—79, 14—!—163 и др.), хотя и сохранили изменения, по которым были отобраны, но были исключены из перспективных ^а нк низкую семенную продуктивность или полную стерильность.

ФОРМЫ РАСТЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ МУТАГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ФИЗИЧЕСКИМИ И ХИМИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ

В результате проведенной работы были выделены в в настоящее время размножаются разнообразные формы, которые по своим морфологическим признакам представляют интерес в декоративном садоводстве и селекции. Наряду с практически ценными формами, которые нуждаются в незначительной доработке, сохраняются и другие формы, не имеющие значения для непосредственного использования, но которые могут быть донорами ценных признаков для дальнейшей селекционной работы с однолетним декоративным люпином.

Получены следующие мутантные формы, у которых изменено:

— строение листа: широколистная — 6—1 —139, со сжатыми листьями — 12—3—157, с толстыми темно-зелеными листьями — 12—1—108 и 14—1 —163, с очень крупными, до 18 см в диаметре, листьями — 5—1 —14;

— окраска цветков: чисто розовая — 12—1—78—1, бело-красная — 5—I—79 и сине-фиолетовая — 15—3—115 и 12— 1—78—2;

— форма цветков: каплевидная — 1—2—149, с широким открытым парусом — 13—2—164, с зонтиковидным парусом — 12—4—78, махровые (с 8-ю цветками в мутовке вместо 5) — 5—1—78;

— высота куста: гиганты с высотой около 120 см (при 80—85 см в контроле) — 13—3—70 и 1—2—151, низкорослые карлики с высотой 30—40 см — 1—2—176 и 12—1 —111.

Выделены формы:

.— с длинной цветочной кистью до 40 см (при 20—22 см в контроле) — 12—4—37;

— с повышенной (в 1,5—2 раза) продуктивностью — 15 — 1—95, 12—1 — 111 и др.

Получена раннеспелая форма — 13—2—60, зацветающая на 1—1,5 недели раньше контроля.

В Mi встречались формы и с короткой рудиментирован-ной цветочной кистыо, но они не сохранились из-за их стерильности. '

Было выделено 2 формы, по своим морфологическим признакам, на поминающие многолетний люпин, однако, эти ценные по декоративности формы имели очень низкую продуктивность.

Подготовлено в Государственное сортоиспытание три высокорослые и декоративные формы: 13—2—164, 13—3—70 (гамма-излучение еоСо — 7 кР и 10 кР) и 1—2—151 (СВЧ-радноволпы 11 мм — 2 часа) отличающиеся гигантским ростом, высокой семенной продуктивностью и довольно значительной зеленой массой.

С помощью экспериментального мутагенеза, (от воздейст-тшя ДМС в концентрации 0,005%) создан новый сорт люпина «Брянским низкорослый». Растения этого сорта по высоте не превышают 40 см, имеют сильное ветвление кустов (до 20— 25 побегов), что придает им хорошую декоративность. Цве-. тение обильное (до 20 соцветий) и продолжительное (более 2-х месяцев). Сорт отличается высокой семенной продуктивность'.^ (Г>г,-.|ее 20 г семян с куста). Содержание хлорофиллов а и () в листьях выше в 2 раза по сравнению с контролем. Митотическое деление в мернстсматнческих клетках корешков у этого компактного мутанта проходит нормально — без нарушении.

ВЫВОДЫ

1. При изучении воздействия трех факторов: ионизирующего излучения, СВЧ-радиоволн и химических мутагенов на семена однолетнего декоративного люпина отмечена некоторая стимуляция всхожести и роста растений, особенно, при гамма-облучении и химических мутагенах в газовой фазе.

2. Выявлено, что во всех вариантах с воздействиями на семена однолетнего декоративного люпина гамма-излучения, СВЧ-радноволнами у растений в Mj морфозов было больше, чем в контроле. Однако, четкой закономерной связи количества морфозов с дозой, временем воздействия и длиной волны не наблюдалось. Показано наличие высокодостоверных положительных связен между количеством наблюдавшихся морфозов в Mt и полученными мутациями в М2 (коэффициент корреляции -г0,99±0,08),

3. Установлено мутагенное действие ионизирующего излучения, СВЧ-радиоволн, и химических мутагенов на одиолет-

ннй декоративный люпин. Наиболее мутабильной дозой гамма-излучения является доза в 10 кР (2,58 Кл/кг), при которой у 67% семей наблюдались наследственные изменения.

4. Экспериментально доказано, что СВЧ-радноволны вызывают морфологические и физиолого-биохимические наследственные изменения, выявляющиеся в М2. Наибольшей мутагенной активностью обладали радиоволны в диапазоне длины волны: б—7 мм ¡г 7—8 мм. Более эффективна экспозиция 2 часа (до 70% семей-с изменениями).

Характер и эффективность действия сверхвысокочастотных (СВЧ)-радиоволн на однолетний декоративный люпин дают основание рекомендовать использовать лх для повышения изменчивости растений.

5. Спектр изменчивости растений М2 в вариантах с гамма-облучением (особенно в дозе 10 кР — 2,58 Кл/кг) и СВЧ-радиоволнамм был близким, максимальная величина которого равнялась 9—11 типам изменений.

6. Обнаружена высокая эффективность химических мутагенов (ДМС и НММ в концентрациях 0,005 и 0,05%) для повышения формообразовательного процесса' у декоративного люпина (частота изменений в М2 в 5—8 раз выше контроля).

Применение этих мутагенов в газовой фазе при обработке семян также способствовало увеличению изменчивости растений люпина (в 2,5—4 раза по сравнению с контролем).

7. Установлено, что наиболее стабильными признаками* сохраняющимися у всех выделенных семей люпина, были окраска и форма цветка, форма листа. По признаку карликовости, стабильность составляла 45—100%. Фасциация у однолетнего люпина не наследовалась.

8. Получены формы однолетнего люпина, ранее неизвестные в культуре, — с зонтиковидным парусом, с закрытым цветком, карлики, гиганты и др. В результате экспериментальной работы создан новый сорт люпина «Брянский низкорослый», отличающийся декоративными цветками, компактной формой, обильным цветением и большой урожайностью» который в 1980 году принят в Государственное сортоиспытание.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенные исследования позволяют рекомендовать в искусственном мутагенезе растений наряду с гамма-облучением и химическими мутагенами широко использовать СВЧ-радиоволны.

2. По изменчивости в А1[ (морфозам) можно отбирать .материал с высокой мутабильностью, который даст большой исходный материал для селекции в последующих поколениях.

3. Полученные высокодекоративные формы бело-розового люпина с высокой семенной продуктивностью целесообразно использовать в озеленении и включить в дальнейшем в -селекционную работу.

4. Новый сорт «Брянский низкорослый», принятый в 1980г. в Государственное сортоиспытание, широко использовать в декоративном садоводстве: в парках, скверах, бульварах и цветниках как иа бордюрах, клумбах, рабатках, так и иа партерных газонах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Смирнов В. С., Мериакри В. В. Влияние облучения миллиметровыми и суб миллиметровым и радиоволнами на наследственность и изменчивость декоративного бело-розового люпина. — В кн.: Спонтанный и индуцированный мутагенез в селекции садовых растений. М., Изд-во Моск. ун-та, 1974, с. 127.

2. Смирнов В. С. Использование миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн для стимулирования мутагенеза декоративного люпина. — Вестн. Моск. ун-та. Сер. бкол., почвоведение, 1975, № 6, с. 63—66.

3. Дрягина И. В., Смирнов В, С. О возможности применения радиоволн в мутагенезе растений. — В сб.: Индуцированный мутагенез в селекции садовых растений. М., Изд-во» Моск. ун-та, 1977, с. 35—39.

4. Смирнов В. С. Люпин «Брянский низкорослый». — Ж. Цветоводство, 1981, № 5, с. 18,

Заказ 2667

ТБ 02601

Тираж 100

Малояроеллвеика я городская типография управления издательств, полиграфии и книжной торговли Калужского облнеполкова