Генетична активність фізичних та хімічних мутагенних факторів на озимій пшениці при прямій і комбінованій дії - Автореферат

Наукова робота, виконана за темою дисертації, була складовою частиною комплексного плану досліджень, які проводяться у відділі експериментального мутагенезу Інституту фізіології рослин і генетики НАН України і належить до державної НТП НАН України: "Ефективність низьких доз мутагенних факторів в індукуванні мутацій у рослин" (номер державної реєстрації 0199U000291). На основі результатів експериментальних досліджень розроблені пропозиції для селекційної практики, які розширюють можливості використання експериментального мутагенезу при створенні сортів озимої мякої пшениці; рекомендовано оптимальні дози мутагенних факторів різної природи при їх відокремленому та комбінованому застосуванні для створення нового вихідного селекційного матеріалу озимої пшениці; методом двократного індивідуального добору створено мутантні лінії з комплексом цінних ознак, які перевершують вихідні сорти Скіфянка, Поліська 90, Одеська 267 за продуктивністю; створено генетичну колекцію мутантних форм озимої пшениці, яка використовується в селекційній роботі науково-дослідних установ. У варіантах з використанням комбінованої дії гамма-променів і нітрозоалкілсечовин, насіння перед замочуванням опромінювали гамма-променями у дозі 100 Гр. Після розподілу варіантів згідно збільшенню їх цитогенетичної активності, на сортах озимої мякої пшениці Скіф?янка, Поліська 90, Одеська 267 отримано такий ряд: контроль (min) <НЕС <НМС< гамма-промені <гамма-промені НЕС <гамма-промені НМС (max). Після розподілення застосованих у досліді варіантів обробки мутагенами по кількості типів індукованих морфологічних мутацій колосу отримані дані (типів мутацій, штук): гамма-промені 50 Гр - 5, гамма-промені 200 Гр - 7, гамма-промені 100 Гр - 11; НЕС 0.05 % - 6, НЕС 0.025 % - 6, НЕС 0.005 % - 12; НМС 0.005 % - 8, НМС 0.012 % - 10, НМС 0.025 % - рослини загинули, гамма-промені НЕС 0.005 % - 11, гамма-промені НЕС 0.025 % - 13; гамма-промені НМС 0.012 % - 11, гамма-промені НМС 0.005 % - 12.Комбінована дія на насіння різних сортів озимої мякої пшениці гамма-променями і хімічними мутагенами є ефективним методом розширення мутаційної мінливості у рослин, використання якої може бути перспективним у подальшій селекційній роботі з даною культурою. Спільне використання гамма-променів 100 Гр і нітрозоалкілсечовин для обробки насіння озимої пшениці, викликає більш істотне зниження показників польової схожості насіння, виживання рослин М 1, в порівнянні з відокремленим застосуванням тих самих мутагенних факторів. Внаслідок комбінованої дії гамма-променів 100 Гр та нітрозоалкілсечовин 0.005 %, схожість насіння у польових умовах складала 60.7-77.6 % (контроль 90.4-93.7 %). Найбільшу частоту хромосомних перебудов (50.20 %) спостерігали при комбінованій дії гамма-променів та нітрозоалкілсечовин (100 Гр НМС 0.012 %). Наприклад, при застосуванні НМС 0.005 % на сорті Одеська 267, спостерігалось: фрагментів - 9.0 % (контроль - 0.3; гамма-промені 100 Гр - 12.3; гамма-промені 100 Гр НМС 0.005 % - 25.0), мостів - 1.0 % (0.2; 18.8; 35.4, відповідно), відстаючих хромосом - 0 % (0; 0.4; 1.5, відповідно), мікроядер - 0 % (0; 10.8; 11.1, відповідно).

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення проблеми створення перспективного вихідного матеріалу з комплексом цінних ознак та властивостей, шляхом застосування в мутаційній селекції озимої пшениці комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів.

Комбінована дія на насіння різних сортів озимої мякої пшениці гамма-променями і хімічними мутагенами є ефективним методом розширення мутаційної мінливості у рослин, використання якої може бути перспективним у подальшій селекційній роботі з даною культурою.

Спільне використання гамма-променів 100 Гр і нітрозоалкілсечовин для обробки насіння озимої пшениці, викликає більш істотне зниження показників польової схожості насіння, виживання рослин М 1, в порівнянні з відокремленим застосуванням тих самих мутагенних факторів. Внаслідок комбінованої дії гамма-променів 100 Гр та нітрозоалкілсечовин 0.005 %, схожість насіння у польових умовах складала 60.7-77.6 % (контроль 90.4-93.7 %).

Генетична активність мутагенних факторів, при їх комбінованому застосуванні знаходиться у прямій залежності від дози гамма-променів та концентрацій розчинів нітрозоалкілсечовин. Найбільшу частоту хромосомних перебудов (50.20 %) спостерігали при комбінованій дії гамма-променів та нітрозоалкілсечовин (100 Гр НМС 0.012 %). Використання дози гамма-променів 200 Гр, або НМС 0.025 % приводило до сильних ушкоджень клітинних структур і загибелі рослин у польових умовах.

Аналіз спектру хромосомних перебудов засвідчив, що найменша кількість хромосомних аберацій деяких типів (мости, відстаючі хромосоми, мікроядра), спостерігалась при замочуванні насіння у розчинах НЕС та НМС. Наприклад, при застосуванні НМС 0.005 % на сорті Одеська 267, спостерігалось: фрагментів - 9.0 % (контроль - 0.3; гамма-промені 100 Гр - 12.3; гамма-промені 100 Гр НМС 0.005 % - 25.0), мостів - 1.0 % (0.2; 18.8; 35.4, відповідно), відстаючих хромосом - 0 % (0; 0.4; 1.5, відповідно), мікроядер - 0 % (0; 10.8; 11.1, відповідно). В залежності від комбінації мутагенних факторів, спектр хромосомних перебудов розрізнявся кількісно і якісно.

Для синхронізації мітотичного поділу клітин меристеми Triticum aestivum L., необхідно використовувати метод холодового впливу (24 години) і оптимальний час фіксації первинних корінців (1.5-2.0 години після холодового впливу). При використанні цієї методики можна значно збільшити ефективність підрахунків хромосомних аберацій на тимчасових давлених оцетоорсеїнових препаратах (на одном препараті можно спостерігати від 110 до 254 клітин у стадіях анафази та ранньої телофази).

Виявлено, що комбінована дія гамма-променів і хімічних мутагенів, є більш ефективною в індукуванні морфо-біологічних мутацій, ніж відокремлене використання мутагенів. Частота родин з видимими мутаціями (за трьома сортами), складала 11.10 % у варіанті з дією гамма-променів 100 Гр НМС 0.005 %, 9.20 % - гамма-променів 100 Гр НЕС 0.005 %, 6.08 % - гамма-променів 100 Гр, 5.45 % - НМС 0.005 %, 2.73 % - НЕС 0.005 %. Максимальна кількість родин з мутаціями (12.3 %) виявлена при використанні комбінації мутагенних факторів гамма-промені 100 Гр НМС 0.005 %.

Аналіз частоти та спектру цінних мутацій, індукованих у озимої мякої пшениці різними мутагенними чинниками засвідчив, що більш генетично активними є варіанти з комбінованою дією гамма-променів 100 Гр і низьких доз хімічних мутагенів (НЕС, НМС - 0.005 %). Максимальна частота родин з цінними мутаціями - 4.92 % отримана на сорті Одеська 267 при дії гамма-променів 100 Гр НЕС 0.005 %.

Отримані експериментальні матеріали підтверджують, що для створення вихідного матеріалу в мутаційній селекції озимої пшениці найбільш оптимальним є використання гамма-променів в дозі 50-100 Гр і нітрозоетилсечовини або нітрозометилсечовини в концентрації 0.005 %.

9. Створено колекцію цінних мутантних форм, що мають комплекс цінних ознак і властивостей. З більшою, ніж у вихідного сорту масою 1000 зерен (М - 39165/01, М - 39177/01, М - 39201/01), підвищеним вмістом білка в зерні (М-6757/01, М-41217/01, М-41401/01), високим рівнем урожайності (М-6700/01, М-6757/01, М-39712/01, М-40084/01). Використання комбінованої дії мутагенних факторів різної природи створює можливості для добору цінних генотипів з необхідними ознаками, що були відсутні у вихідних форм.

Пропозиції для селекційної практики: 1. Для створення вихідного матеріалу в мутаційній селекції озимої пшениці, необхідно використовувати комбіновану дію фізичних і хімічних мутагенних факторів, що дозволить розширити спектри індукованої мутаційної мінливості, перш за все і по господарсько-цінних ознаках. Для одержання селекційно-цінних мутацій краще застосовувати мутагенні фактори у дозах, які забезпечують 80-90 % нормально розвинутих рослин, що доживають до повної стиглості. Це гамма-промені 50-100 Гр НЕС 0.005-0.025 %; та 50-100 Гр НМС 0.005 %.

2. Для підвищення ефективності проведення аналізу хромосомних аберацій у меристематичних клітинах пшениці можна використовувати доопрацьований нами метод холодового впливу в сполученні з оптимальним часом фіксації матеріалу. При його застосуванні можна отримати 110-254 шт. клітин на стадії анафази та ранньої телофази на препарат.

3. Створений вихідний матеріал і зразки генетичної колекції мутантних форм озимої пшениці, що мають комплекс господарсько-цінних ознак та властивостей, рекомендуються до використання в селекційній роботі. Отримано форми з високим рівнем урожайності (М-6700/01, М-6757/01, М-39712/01, М-40084/01), більшою, ніж у вихідного сорту масою 1000 зерен (М - 39165/01, М - 39177/01, М - 39201/01), підвищеним вмістом білка в зерні (М-6757/01, М-41217/01, М-41401/01).

1. Орлов О.І. Вплив комбінованої обробки нітрозоалкілсечовинами та гамма-променями на польову схожість та частоту морфологічних змін у рослин озимої пшениці покоління М 1// Науковий вісник НАУ. - К.: НАУ. - 2000. - Вип. 29. - С. 68-71.

2. Орлов О.І. Комбінована дія мутагенних факторів як засіб для розширення мутаційної мінливості рослин озимої пшениці// Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ. - 2001. - Вип. 37. - С. 39-41.

3. Орлов О.І. Мінливість морфологічних ознак у рослин озимої пшениці в М 2, індукована дією гамма-променів та хімічних мутагенних факторів// Аграрна наука та освіта. - К.: "Фенікс". - 2001. - Том 2 № 1-2/2001. - С. 64-66.

4. Орлов О.І. Синхронізація мітотичного поділу клітин Triticum aestivum L. при використанні анафазного методу вивчення хромосомних аберацій// Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква: БДАУ. - 2001. - Вип. 15. - С. 100-103.

5. Орлов О.І. Створення вихідного матеріалу для селекції озимої пшениці з використанням комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів// Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету/ - Луганськ: Видавництво ЛДАУ. - 2001. - № 11 (23). - С. 79-81.

6. Орлов О.І. Цитогенетична активність гамма-променів та нітрозоалкілсечовин на озимій пшениці при комбінованій їх дії// Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ. - 2001. - Вип. 34. - С. 19-22.

7. Орлов О.І. Застосування комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів у мутаційній селекції озимої пшениці// Сб. тезисов международной конференции молодых ученых (2-7 июля 2001г.) "Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений". - Харьков. - 2001. - С. 230-231.

8. Орлов О.І. Частота та спектр хромосомних аберацій у озимої пшениці, індукованих фізичними та хімічними мутагенами при комбінованій їх дії// Тези доповідей VII Конференції молодих вчених "Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття". - Київ: Україна Світ. - 2000. - С. 101.