Генетична мінливість соняшника при обробці етилметансульфонатом зрілого та незрілого насіння - Автореферат

Створення за допомогою хімічного мутагенезу високоолеїнового сорту Первенець, в олії насіння якого частка олеїнової кислоти збільшена до 75%, замість 30-35% у звичайних сортів, стимулювало дослідження з індукованої мінливості та використання мутацій у селекції соняшнику (К.І. На основі сорту Первенець започаткований новий напрямок досліджень і всі подальші високоолеїнові сорти та гібриди соняшнику у світі було створено на основі хемомутанту. Соняшник є перехреснозапильною культурою, що значно ускладнює селекційний процес по створенню вихідного матеріалу, одержання та генетичного вивчення індукованих мутацій, що, в деякій мірі, обумовлює генетичну одноманітність сортів та гібридів. Наші дослідження особливостей впливу мутагенів при дії на незріле насіння є пріоритетними, окрім того етилметансульфонат, як високоефективний хімічний мутаген, на соняшнику до наших досліджень не використовувався. Мета досліджень - вивчити та порівняти мутаційну мінливість при обробці етилметансульфонатом (ЕМС) зрілого та незрілого насіння соняшника, одержати новий вихідний матеріал для селекції та вивчити генетику мутантних ознак культурного соняшника.Частота таких мутацій є максимальною у лінії ЗЛ-169Б при всіх вивчених концентраціях і експозиціях у порівнянні з другими лініями і становить 4,0 - 11,0%. Мутація virescent з частотами 1,18% та 1,10%, відповідно, виявлена у ліній ЗЛ-102Б та ЗЛ-9Б при 12-годинній експозиції та найбільш високій концентрації ЕМС 0,5 %; мутація viridis виділена лише у лінії ЗЛ-102Б з частотою 1,07% при 6-годинній експозиції та 0,01% концентрації; мутація xantha з частотою 1,22% виділена лише у лінії ЗЛ-169Б; оригінальна мутація whitish виділена лише у лінії ЗЛ-169Б, що свідчить про специфічність реакції мутагену в залежності від генотипу ліній. До групи мутацій форми та забарвлення язичкових квіток увійшли: мутація світло-жовте забарвлення язичкових квіток, яка спостерігалась тільки у лінії ЗЛ-102Б з частотою 1,12 та 1,10% при концентрації мутагену 0,5% і експозиції 6 та 12 годин, відповідно; мутація типу лимонне забарвлення язичкових квіток виділена з частотою 1,07% у варіанті з концентрацією 0,01% ЕМС при 12-годинній експозиції. Мутація типу фасціація стебла з частотою 1,02 - 1,18% виявлена лише у двох ліній ЗЛ-9Б та ЗЛ-102Б при 6-та 12-годинній експозиції та концентрацією ЕМС 0,01% та 0,5%; мутація „деформована точка росту” зустрічалась в дослідних варіантах з частотою 1,1 - 2,35%. Мутація опахалоподібне жилкування із частотою 1,18% виділена у лінії ЗЛ-9Б при 6-годинній експозиції та концентрації ЕМС 0,5%; мутація серповидно-зігнута листкова пластинка виявлена у лінії ЗЛ-169Б в усіх дослідних варіантах порівняно з високою частотою, яка становить 2,0 - 5,66%; мутація типу листки яйцевидної форми виділена у лінії ЗЛ-9Б з частотою 1,14 - 1,02%; мутація гофроване листя виявлена у лінії ЗЛ-169Б з частотою 1,10% при 12-годинній експозиції та концентрації ЕМС 0,01%.Встановлено особливості генетичної мінливості при застосованих методах обробки насіння та можливості використання індукованих мутантів для створення вихідного селекційного матеріалу. Частота індукованих етилметансульфонатом мутацій визначались експозицією, концентрацією, але в більшій мірі генотипом вихідних ліній. Спектр включає 19 типів мутацій за морфо-біологічними ознаками, які обєднані в наступні групи: зі зміною забарвлення вегетативних органів, форми та забарвлення язичкових квіток, структури стебла, форми і структури листків та за фізіологічними ознаками росту та розвитку рослин. При дії мутагеном на незріле насіння виявлені специфічні особливості спектрів, виділені рідкісні оригінальні мутації, такі як „бахрома по краю листкової пластинки” та „карлики”, які мають практичне значення. Серед мутацій, індукованих етилметансульфонатом при обробці зрілого та незрілого насіння, найбільш високою частотою (до 11%) характеризувалась група мутацій забарвлення вегетативних органів, при чому з підвищенням концентрації мутагену збільшувалась частота летальної мутації albina та мутації virescent, яка негативно впливала на життєздатність рослин.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У дисертації викладені експериментальні результати вивчення індукованої спадкової мінливості при обробці етилметансульфонатом зрілого та незрілого насіння самозапильних ліній соняшника із застосуванням культури in vitro. Охарактеризовано частоти і спектри мутаційної мінливості у поколіннях рослин. Встановлено особливості генетичної мінливості при застосованих методах обробки насіння та можливості використання індукованих мутантів для створення вихідного селекційного матеріалу. Вивчено успадкування окремих мутантних ознак та встановлена їх генетична природа. На основі одержаних результатів зроблені наступні висновки.

Вивчена індукована мінливість при дії етилметансульфонатом на зріле і незріле насіння соняшника культурного при поєднанні методів експериментального мутагенезу та культури in vitro, освоєна методика вирощування рослин на спеціальних середовищах, виявлені більш оптимальні концентрації та експозиції мутагену для незрілого насіння.

При дії етилметансульфонатом на зріле насіння соняшника частота індукованих мутацій перевищувала спонтанний рівень у 2 - 17 разів. Найвища частота мутаційної мінливості спостерігались у лінії ЗЛ-169Б і становила 17,6 %. Частота індукованих етилметансульфонатом мутацій визначались експозицією, концентрацією, але в більшій мірі генотипом вихідних ліній.

При обробці незрілого насіння лінії ЗЛ-169Б максимальна частота мутацій становила 15,2% при 12-ти годинній експозиції та концентрації 0,1% мутагену.

Спектр включає 19 типів мутацій за морфо-біологічними ознаками, які обєднані в наступні групи: зі зміною забарвлення вегетативних органів, форми та забарвлення язичкових квіток, структури стебла, форми і структури листків та за фізіологічними ознаками росту та розвитку рослин. При дії мутагеном на незріле насіння виявлені специфічні особливості спектрів, виділені рідкісні оригінальні мутації, такі як „бахрома по краю листкової пластинки” та „карлики”, які мають практичне значення.

Серед мутацій, індукованих етилметансульфонатом при обробці зрілого та незрілого насіння, найбільш високою частотою (до 11%) характеризувалась група мутацій забарвлення вегетативних органів, при чому з підвищенням концентрації мутагену збільшувалась частота летальної мутації albina та мутації virescent, яка негативно впливала на життєздатність рослин.

Мутації, індуковані етилметансульфонатом, призвели до зміни морфологічної та анатомічної будови листків мутантних форм. Оригінальна мутація „бахрома по краю листкової пластинки” за будовою епідерми більш пристосована до перенесення посушливих умов, ніж вихідна лінія.

Встановлена генетична природа окремих типів мутацій. Так, мутації з групи забарвлення вегетативних органів (whitish, viridis та virescent) є рецесивними і моногенними. Рецесивні мутантні ознаки „бахрома по краю листкової пластинки” та „карликовість” успадковуються також моногенно. Гени, які детермінують ознаки карликовості та еректоїдності, локалізовані в різних хромосомах.

Серед мутантів з морфологічними змінами виділені мутанти з чіткими маркерними ознаками, в олії яких виявлені зміни співвідношення ненасичених жирних кислот. Вміст лінолевої кислоти підвищився у окремих мутантів лінії ЗЛ-169Б на 8,7 - 11,6%, лінії ЗЛ-102Б на 11,5 %, а лінії ЗЛ-9Б на 18,4 %.

Сформовано колекцію морфологічних мутантів соняшника, яка використовується в генетичних дослідженнях і селекційній роботі та передана до Національного центру генетичних ресурсів рослин України (м. Харків), в сектор генетичних ресурсів і лабораторію селекції міжлінійних гібридів соняшника Інституту олійних культур УААН.

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. З метою розширення спадкової мінливості та добору селекційно-цінних форм у соняшнику культурного рекомендувати застосування методів хімічного мутагенезу, зокрема обробки зрілого та незрілого насіння етилметансульфонатом.

2. Мутантні лінії з такими зміненими морфологічними ознаками як світло-жовте та лимонне забарвлення пелюстків крайових квіток та хлорофільна недостатність типів xantha та viridis, які не знижують життєздатність і продуктивність рослин, рекомендувати для контролю генетичної чистоти насіння в первинних ланках насінництва.

3. Мутантні форми з підвищеною стійкістю до посухи, зі зміненим жирнокислотним складом, короткостеблові та інші використовувати у селекційних програмах як генетичні джерела господарсько-цінних селекційних ознак.

1. Васін В.А., Лях В.О. Спектр індукованих етилметансульфонатом мутацій у соняшника // Вісник Запорізького державного університету (фізико-математичні та біологічні науки). - 2003. - №1. - С. 126-130. (доля авторства - 70%, особистий внесок здобувача - виявлення мутантних рослин, їх описання та оформлення результатів досліду).

2. Васін В.А., Лях В.О. Особливості жилкування листка мутанта, отриманого під дією етилметансульфонату на насіння соняшника // Вісник Одеського національного університету. - 2005. Т. 10, №5. - С. 67-72. (доля авторства - 70%, особистий внесок здобувача - виявлення відмінностей у жилкуванні листка мутантних рослин, їх описання та оформлення статті).

3. Васин В.А., Сорока А.И., Лях В.А. Влияние обработки етилметансульфонатом зрелых и незрелых семян подсолнечника на частоту и спектр мутаций в М2 // Физиология и биохимия культурных растений. - 2006. - Т. 38. - № 1. - С. 34-44. (доля авторства - 60%, особистий внесок здобувача - виявлення мутантних рослин, їх описання та оформлення результатів досліду).

4. Васін В.А. Лях В.О., Казакова С.М. Відмінності у будові епідерми листка вихідної та мутантної лінії соняшника // Вісник Харківського національного аграрного університету. - 2007. - Вип. 1. - С. 126-129. (доля авторства - 70%, особистий внесок здобувача - проведення анатомічних досліджень, виявлення зміну мутантних рослин, їх описання та оформлення результатів досліду).

5. Lyakh V., Soroka A., Vasin V. Influence of mature and immature sunflower seed treatment with ethylmethanesulphonate on mutation spectrum and frequency // Helia. - 2005. Vol. 28, № 43. - P.87-98. (доля авторства - 40%, особистий внесок здобувача - виявлення мутантних рослин, їх описання та оформлення результатів досліду).

6. Васін В.А., Ємельянова Л.С., Лях В.О. Хлорофільні мутації, отримані під впливом етилметансульфонату на зріле насіння деяких ліній соняшнику // Наук.-техн. бюл. (збірник наукових праць) ІОК УААН. - Запоріжжя, 2004. - Вип. 9. - С. 8-12. (доля авторства - 70%, особистий внесок здобувача - виявлення мутантних рослин, їх описання та оформлення результатів досліду).

7. Васін В.А., Лях В.О. Спектр морфологічних мутацій при обробці незрілих зародків соняшнику етилметансульфонатом // Материалы международной конференции „Современные вопросы создания и использования сортов и гибридов масличных культур”. - (г. Запорожье, 23-24 октября 2002 г.). - Запорожье, 2002. - С. 15. (доля авторства - 70%, особистий внесок здобувача - виявлення мутантних рослин, їх описання та оформлення результатів досліду).

8. Васін В.А., Лях В.О. Відмінності у будові епідерми листка вихідної та мутантної форми соняшника // Матеріали ІІ міжнародної наукової конференції студентів, аспірантів і молодих вчених, присвяченій 140-річчю Одеського національного університету ім. І.І. Мечнікова (м. Одеса, 28 березня - 1 квітня 2005 р.). - Одеса . - 2005. - С. 15. (доля авторства - 70%, особистий внесок здобувача - виявлення відмінностей у покривних тканинах листка мутантних рослин, їх описання та оформлення результатів досліду).

9. Васін В.А. Порівняння жилкування листка мутантної лінії соняшнику, отриманого в результаті хімічного мутагенезу, з сучасними та предковими формами // Тез. доп. ІІІ-ої Міжнародної наукової конференції молодих вчених „Інноваційні напрямки наукової діяльності молодих вчених в галузі рослинництва” (м. Харків, 20-22 червня 2006 р.). - Харків. - 2006. - С. 20.