Головний аналіз впливу мутагенних факторів на показники росту та розвитку рослин покоління М1. Особливість дії мутацій на хромосомний апарат клітини. Характеристика визначення частоти і спектру аберацій хромосом, індукованих переломними чинниками.
При низкой оригинальности работы "Генетичне поліпшення сортів озимої пшениці за допомогою індукованих мікромутацій", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
На сьогодні високоефективним є метод індукованого мутагенезу, який дозволяє одержувати мутації, в тому числі й господарсько-цінні, з частотою, що в десятки і сотні разів перевищує спонтанний рівень. Використання мутаційної селекції дозволяє отримувати нові форми рослин з рідкісними ознаками, цілеспрямовано поліпшувати сорти, скорочувати на 3-4 роки строки створення нових сортів (Моргун, 2001). Саме мікромутації можуть забезпечити вирішення проблем в селекції озимої пшениці на підвищення продуктивності, вмісту та якості білка, підвищення стійкості до несприятливих умов середовища і патогенних організмів. Дослідження проводились у відповідності з науковими програмами Інституту фізіології рослин і генетики НАН України “Генетико-фізіологічні основи створення форм-донорів злаків з високою якістю зерна” (номер держреєстрації 0107U004020) та “Вивчення ефективності поєднання мутаційної і комбінаційної мінливості з метою генетичного поліпшення якості зерна злаків” (номер держреєстрації 0107U004021). дослідити рівень звязку між частотою хромосомних аберацій, пригніченням показників росту і розвитку рослин М1 з виходом мікро-та макромутацій в М2-М3;Найбільше зниження схожості й виживаності у всіх сортів спостерігали при застосуванні гамма-променів в дозі 200 Гр, серед хімічних мутагенів найвищий ступінь ушкоджувальної дії спостерігали при застосуванні НЕС і ДАБ у концентраціях 0,05% і 0,2%, відповідно. Так, найбільш стійким до дії гамма-променів виявився сорт Скарбниця, а до дії хімічних мутагенів - сорт Єдність. Частота хромосомних аберацій у сорту Єдність коливалась в межах від 3,02 до 32,16 %, у сорту Скарбниця - 4,5 - 47,6 % і 4,29 - 43,55 % у сорту Заможність. Градація мутагенних чинників за ефективністю індукції мутацій має наступний вигляд: для сорту Єдність - НЕС > ДАБ > гамма-промені ; для сорту Скарбниця - гамма-промені > НЕС > ДАБ; для сорту Заможність - НЕС > гамма-промені > ДАБ. Для всіх сортів характерно, що при дії найвищими дозами НЕС і гамма-променів залежність виходу мутацій від дози чи концентрації втрачає характер лінійності.Шляхом індукування мікромутацій можна поліпшувати сорти пшениці за окремими кількісними ознаками, зокрема продуктивністю, стійкістю до умов навколишнього середовища, зберігаючи прояв інших господарсько-цінних ознак на рівні вихідних форм, в тому числі, вмісту і якості білка в зерні, хлібопекарських властивостей. Рівень пригнічення здебільшого залежить від природи, дози чи концентрації мутагену, а також взаємодії чинників мутаген х аналізована ознака. За ступенем пригнічувальної дії на рослини мутагени розмістились наступним чином: гамма-промені > НЕС > ДАБ. Загальна частота і спектр мутацій в М2-М3 залежить головним чином від природи мутагенного чинника і генотипу вихідного сорту і становить 2,2-7,8% при 28 типах мутантних змін у сорту Єдність, 6,4-22,7% при 27 типах мутантних змін у сорту Скарбниця і 5,3-18,4% з 29 типами мутантних змін у сорту Заможність. Серед масиву вивчених мутантів в М2-М3 виділені господарсько-цінні мікромутанти, частота яких залежно від мутагенного чинника, коливалась в межах 0,6-2,01% для сорту Єдність, 1,21-2,01% у сорту Скарбниця і 0,86-2,82% у сорту Заможність.З метою збільшення результативності виділення корисних мікромутацій застосовувати попереднє тестування доз та концентрацій мутагенів в лабораторних (по тесту хромосомних аберацій) та польових умовах за вивченням параметрів росту і розвитку рослин покоління М1. За тестом хромосомних аберацій для подальшого більш детального селекційного опрацювання залишати варіанти, в яких частота хромосомних аберацій становить 18,0-35,0% за дії гамма-променів, 4,0-16,0% - у разі використання НЕС і 3,0-6,0% - за дії ДАБ.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
ВПЛИВ МУТАГЕННИХ ЧИННИКІВ НА РОСЛИНИ ПОКОЛІННЯ М1
Досліджували вплив мутагенних чинників на рослини озимої пшениці, починаючи з покоління М1. У варіантах із застосуванням мутагенів спостерігали помірне й значне відставання у процесах росту та розвитку рослин. У вивченому діапазоні доз і концентрацій мутагенів у поколінні М1 виявлена залежність - зі збільшенням дози, чи концентрації мутагенів спостерігалось зниження схожості і виживаності рослин.
Найбільше зниження схожості й виживаності у всіх сортів спостерігали при застосуванні гамма-променів в дозі 200 Гр, серед хімічних мутагенів найвищий ступінь ушкоджувальної дії спостерігали при застосуванні НЕС і ДАБ у концентраціях 0,05% і 0,2%, відповідно. Сорти розрізнялися за чутливістю до дії фізичних і хімічних мутагенів. Так, найбільш стійким до дії гамма-променів виявився сорт Скарбниця, а до дії хімічних мутагенів - сорт Єдність. Найменш стійким до дії хімічних і фізичних мутагенних чинників виявився сорт Заможність.
У результаті структурного аналізу за елементами врожайності рослин М1 встановлено, що мутагени можуть викликати, як зниження величини прояву аналізованої ознаки, так і стимуляцію процесів росту та розвитку. Виявлена чітка тенденція, що при збільшенні дози, чи концентрації мутагенів всі вивчені біометричні показники знижуються, величина пригнічення залежить від мутагену і генотипу. За ступенем пошкоджуючої дії мутагенні чинники розмістились в наступному порядку: гамма-промені > НЕС > ДАБ.
З метою визначення внеску різних факторів у прояв пригнічення показників росту і розвитку в першому поколінні М1, а саме мутагенних чинників, генотипу сорту та ознаки, що вивчалась, нами проведено трифакторний дисперсійний аналіз. Встановлено, що на показники росту та розвитку рослин в поколінні М1 найбільш впливає мутагенний чинник (33,5 %). Також істотною є взаємодія мутагену та аналізованої ознаки (20,8 %).
Важливим етапом роботи було удосконалення методів мутаційної селекції в напрямку передбачуваності результатів. На основі кореляційного аналізу встановлено звязки різної сили між елементами структури врожаю, схожістю, виживаністю в поколінні М1 з частотою мутацій в М2-М3 поколіннях. Зокрема негативну кореляцію високої сили виявлено між частотою мутацій в М2-М3 і висотою рослин (r = -0,80±0,15), кількістю колосків в головному колосі (r=-0,84 0,14), кількістю зерен в головному колосі (r = -0,81 0,15), масою зерна з головного колоса (r=-0,75 0,17), довжиною головного колоса (r=-0,70 0,18). А також виявлено негативну кореляцію середньої сили з частотою мутацій в М2-М3 і іншими елементами структури врожайності, схожістю, виживаністю (r =від -0,54 до -0,68). Виявлені кореляційні звязки вказують на можливість, на основі аналізу показників росту та розвитку покоління М1, прогнозувати вихід мутацій в М2-М3 та раціонально підбирати оптимальні дози і концентрації мутагенів для більш детальної селекційної проробки в М2-М3.
ЧАСТОТА І СПЕКТР ХРОМОСОМНИХ АБЕРАЦІЙ ІНДУКОВАНИХ МУТАГЕННИМИ ЧИННИКАМИ
Частота хромосомних аберацій. Аналіз за показником частоти хромосомних перебудов у клітинах первинних корінців озимої пшениці показав, що при дії мутагенних чинників різної природи в межах застосованих доз і концентрацій спостерігається чітка залежність, яка наближається до лінійної - з збільшенням дози чи концентрації мутагенного чинника збільшується вихід хромосомних аберацій (табл. 1). Всі варіанти з застосуванням мутагенних чинників на статистично достовірному рівні відрізнялись від контрольного. Частота хромосомних аберацій у сорту Єдність коливалась в межах від 3,02 до 32,16 %, у сорту Скарбниця - 4,5 - 47,6 % і 4,29 - 43,55 % у сорту Заможність.
За активністю в індукуванні хромосомних аберацій мутагенні чинники розмістились наступним чином: гамма-промені > НЕС > ДАБ.
На основі двофакторного дисперсійний аналізу встановлено, що природа і концентрація мутагенного чинника мала найвищий вплив на частоту хромосомних аберацій.
Таблиця 1 Частота хромосомних аберацій у клітинах кореневої меристеми проростків сортів озимої пшениці за дії мутагенних чинників
Примітка: В усіх варіантах різниця з контролем статистично вірогідна( Р?0,05%).
* - Різниця з попереднім варіантом обробки в межах одного мутагенного чинника вірогідна (Р?0,05%).
В результаті кореляційного аналізу між показниками росту і розвитку рослин покоління М1, частотою мутацій в М2-М3 із частотою хромосомних порушень виявлено достовірні звязки середньої та високої сили по всіх аналізованих ознаках окрім загальної кущистості. Зокрема, негативні кореляційні звязки високої сили виявлено з кількістю колосків в головному колосі (r =-0,74±0,17), середньої сили (r= від -0,54 до -0,69) з усіми іншими показниками в М1. Встановлена пряма кореляційна залежність середньої сили (r = 0,60±0, 20) між частотою хромосомних аберацій і частотою мутацій в М2-М3.
Таким чином, встановлено високу залежність частоти хромосомних аберацій від природи мутагенного чинника, його дози чи концентрації. Встановлено, що частота хромосомних аберацій є надійним показником, що характеризує рівень мутагенного пошкодження. Цей факт є дуже важливим, адже дозволяє підбирати оптимальні дози і концентрації мутагенних чинників для ефективного індукування мутацій. За результатами цитологічного аналізу хромосомних перебудов можна виявити генотипи менш чутливі до дії мутагенних чинників.
З метою збільшення результативності виділення корисних мікромутацій рекомендовано застосовувати попереднє тестування доз та концентрацій мутагенів в лабораторних (по тесту хромосомних аберацій) та польових умовах за вивченням параметрів росту і розвитку рослин покоління М1. За тестом хромосомних аберацій для подальшого більш детального селекційного опрацювання рекомендовано залишати варіанти, в яких частота хромосомних аберацій становить 18,0-35,0 % за дії гамма-променів, 4,0-16,0 - у разі використання НЕС і 3,0-6,0 % - за дії ДАБ.
Спектр хромосомних аберацій. В результаті проведених цитологічних досліджень виявлено, що серед спектру хромосомних аберацій найбільш часто зустрічались одиночні і подвійні фрагменти, хромосомні і хроматидні мости. Інші типи порушень мітозу: мікроядра, відстаючі хромосоми зустрічались рідко. Аналізуючи дані по всіх вивчених генотипах нами встановлено, що співвідношення фрагментів до мостів за дії гамма-променів менше одиниці (0,45-0,85), тобто в спектрі переважають хромосомні і хроматидні мости, а за дії хімічних мутагенних чинників це співвідношення є вищим одиниці (1,41-2,58), тобто в спектрі переважають одиничні і подвійні фрагменти. Визначено показник навантаженості клітин абераціями, який виражається в відношенні загальної кількості виявлених аберацій на варіант до кількості клітин з абераціями. Встановлено, що із збільшенням дози чи концентрації мутагену зростає кількість хромосомних порушень на одну аберантну клітину. При застосуванні найвищих доз мутагенів навантаженість аберантних клітин цитогенетичними порушеннями становить від 1,5 до 1,9 на клітину.
ЧАСТОТА І СПЕКТР МУТАЦІЙ, ІНДУКОВАНИХ РІЗНИМИ МУТАГЕННИМИ ЧИННИКАМИ В ПОКОЛІННЯХ М2-М3
Важливою характеристикою інтенсивності мутаційного процесу є частота мутацій в М2-М3. В мутаційній селекції скринінг мутацій в М2-М3, по суті, є основною ланкою досліджень. Аналіз частоти мутацій в поколіннях рослин М2-М3 демонструє високу ефективність використання хімічних та фізичних мутагенів для розширення спадкової мінливості озимої пшениці. Мутагенні чинники різної природи в досліджених концентраціях та дозах суттєво відрізнялися між собою, за здатністю індукувати мутації (табл. 2). Градація мутагенних чинників за ефективністю індукції мутацій має наступний вигляд: для сорту Єдність - НЕС > ДАБ > гамма-промені ; для сорту Скарбниця - гамма-промені > НЕС > ДАБ; для сорту Заможність - НЕС > гамма-промені > ДАБ. Встановлено, що частота індукування мутацій значно залежить від природи, дози і концентрації мутагенного чинника та генотипу вихідного сорту. Для всіх сортів характерно, що при дії найвищими дозами НЕС і гамма-променів залежність виходу мутацій від дози чи концентрації втрачає характер лінійності. Максимальні дози хімічних і фізичних мутагенів в залежності від генетичних особливостей сортів, на певному, близькому до граничного рівня, втрачають здатність до подальшого розширення формотворчого процесу.
Таблиця 2 Загальна частота мікро- та макромутацій в М2-М3 поколіннях сортів озимої пшениці
Примітка: Різниця з контролем статистично вірогідна в усіх варіантах із застосуванням мутагенних чинників за Р?0,05%.
* - Різниця з попереднім варіантом обробки в межах одного мутагенного чинника вірогідна за Р?0,05%.
Не лише частота, а й спектр мутацій є важливою характеристикою інтенсивності мутаційного процесу. В наших дослідженнях на трьох сортах озимої пшениці Єдність, Скарбниця, Заможність відмічено 30 типів мікро- та макромутацій, які було класифіковано на 6 груп: мутації структури і забарвлення колосу, мутації структури стебла і листя, мутації за фізіологічними ознаками росту та розвитку, системні мутації, мутації структури зернівки, мутації за ознаками продуктивності і якості.
Аналізуючи спектр мікро- та макромутацій виявлено, що найбільш часто мутації проявлялась по таких ознаках як остистість/безостість колосу, висота рослин (особливо часто індукувались високорослі форми), пізньо- та ранньостиглість, інтенсивність воскової поволоки. З низькою частотою виявляли такі мутації як скверхедний і спельтоїдний колос, колос з червоним і антоціановим забарвленням, карликові форми, червоне стебло, сферококоїд та інші. Виявлена специфіка гамма-променів в індукуванні короткостеблових, напівкарликових і карликових форм. Найбільшу частку даних типів мутацій отримано при застосуванні доз гамма-променів 150 і 200 Гр. Як правило, мутанти з різким фенотиповим проявом індукувались з високою частотою близькими до критичних дозами і концентраціями мутагенів. Низькі і помірні дози мутагенних чинників частіше індукували мікромутації, що не повязані з значними перебудовами морфотипу рослини.
Головна увага в роботі приділялась скринінгу мікромутацій. В М2-М3 добирали продуктивні форми, форми з підвищеною кущистістю, крупним продуктивним колосом, крупним зерном, мутанти з підвищеним вмістом білка, мутанти з пролонгованим функціонуванням прапорцевого листа і інші. В М3 нами виділено мікромутанти, які за урожайністю переважали вихідні сорти на 5-10% (табл. 3).
Таблиця 3 Кількість виділених в М3 продуктивних мікромутантів за обробки різними мутагенними чинниками
Варіант Виділено продуктивних мікромутантів Всього продуктивних мікромутантів
Аналізуючи дані про отримані продуктивні мікромутанти по трьох сортах встановлено, що найбільшу кількість високоврожайних ліній індуковано НЕС в концентрації 0,025 % (15 мікромутантів). По 14 мікромутантів одержано при застосуванні НЕС в концентрації 0,005% і гамма-променів в дозі 150 Гр. Ефективним виявилось застосування ДАБ в концентрації 0,2% (11 мікромутантів), гамма-променів в дозі 100 Гр (10 мікромутантів) і ДАБ в концентрації 0,1% (8 мікромутантів).
Таким чином, в індукуванні продуктивних мікромутантів найбільш ефективними виявились, в першу чергу, помірні, а також низькі дози і концентрації фізичних і хімічних мутагенів. Високі (близькі до критичних) дози і концентрації виявились високоактивними в індукуванні широкого спектру оригінальних макромутацій, але з незадовільною частотою викликали мікромутації по продуктивності.
Головним завданням генетичного поліпшення є таке покращення окремих показників, яке б не викликало погіршення інших господарсько-цінних ознак, повязаних між собою негативними кореляційними звязками. Існує безліч даних про негативні кореляції між вмістом білка в зерні, показниками його якості і елементами структури врожаю. Сорт Скарбниця є одним із кращих за хлібопекарськими властивостями з асортименту сортів, що вирощуються на території України, тому виділені продуктивні мікромутанти цього сорту аналізувались за показником вміст білка в зерні і показником седиментації (SDS-30).
Показник вміст білка в зерні у 28 із 37 вивчених ліній зберігався на рівні, або неістотно перевищував вихідний сорт (табл. 4). Суттєвого відхилення по даному показнику на 10% і більше, як в негативну так і позитивну сторони не виявлено.
Таблиця 4 Кореляційна сітка за ознакою «вміст білка в зерні» у мікромутантів, що перевищують вихідний сорт Скарбниця за продуктивністю на 5-10 %.
Варіант Кількість сімей з показником «вміст білка в зерні» в порівнянні до вихідного сорту: на 5-10 % (15,8-16,5 %) > на 10 % (> 16,5 %)
Контроль (вода) - - 1 - -
Гамма промені 100 Гр - - 2 1 -
Гамма промені 150 Гр - - 4 1 -
Гамма промені 200 Гр - - 2 - -
НЕС 0,005 % - - 5 2 -
НЕС 0,025 % - 5 3 - -
НЕС 0,05 % - - 2 - -
ДАБ 0,1 % - 1 3 - -
ДАБ 0,2 % - 3 2 - -
ВСЬОГО: 0 9 24 4 0
Аналіз 37 продуктивних мікромутантів сорту Скарбниця за показником седиментації засвідчив, що основний масив ліній розміщується в діапазоні, що відповідає вихідному сорту - 23 з 37 продуктивних мікромутантів мали показник седиментації на рівні вихідного сорту.
Виявлено, що шляхом індукування продуктивних мікромутацій можна покращувати сорти, підвищуючи їх генетичний потенціал продуктивності, при цьому зберігаючи прояв інших господарсько-цінних характеристик на рівні вихідного сорту, зокрема вмісту та якості білка. Цим самим, безпосередньо не поліпшуючи показник «вміст білка в зерні», підвищується валовий збір сирого протеїну з одиниці площі.
Слід зазначити, що серед мікро- та макромутантів вдалось виділити форми, що на 10% і більше перевищують вихідну форму за показником «вміст білка в зерні». Виділені високобілкові мікромутанти мали урожайність на рівні вихідного сорту, рідше нижчу. Виділені макромутанти з високим показником «вміст білка в зерні», як правило, відрізнялись від вихідного сорту за строками стиглості і поступались йому в продуктивності. Загалом за показником вміст білка в зерні проаналізовано 190 мутантних зразки сорту Скарбниця.
Таким чином, серед масиву вивчених мутантних форм в М2-М3 виділені господарсько-цінні мікромутанти. Частота практично-цінних мікромутацій залежно від мутагенного чинника коливалась в межах 0,6-2,01% для сорту Єдність, 1,21-2,01% у сорту Скарбниця і 0,86-2,82% у сорту Заможність. Найбільш ефективними в їх індукуванні є помірні і низькі дози та концентрації мутагенних чинників.
ПРИКЛАДНЕ ВИВЧЕННЯ ІНДУКОВАНИХ МІКРОМУТАНТІВ
Продуктивність рослин та елементи структури врожаю індукованих мікромутантів. Нами проаналізовано 282 мутантні лінії поколінь М5-М9 10 сортів озимої пшениці різного екологічного походження. В результаті виділено продуктивні мікромутанти, які за господарськими і морфологічними характеристиками повністю ідентичні вихідним сортам, але при цьому забезпечують збільшення врожаю порівняно з вихідною формою на 5-10 %. Багаторічний аналіз мікромутантів різних сортів засвідчив генетичну обумовленість високої продуктивності виділених форм.
В конкурсному випробуванні проаналізовано 22 мутантні лінії М7-М9 мутантного сорту Смуглянка. Виділені мікромутанти забезпечували прибавку врожаю в порівнянні з вихідною формою від 6,8 до 10,6 ц/га (табл. 5). Слід відзначити, що мікромутант 55/09, індукований гамма-променями в дозі 50 Гр за три роки випробувань забезпечив найвищу прибавку врожаю до вихідної форми 10,6 ц/га (11,4 %). Також заслуговує на увагу мікромутант 42/09, індукований НМБ в концентрації 0,01%, який за трирічними даними забезпечив прибавку до вихідного сорту 10,3 ц/га (11,1 %).
В попередньому випробуванні проаналізовано 14 мутантних лінії М7-М9 сорту Експромт. На основі трирічних спостережень встановлено, що кращі мікромутанти переважали вихідний сорт за врожайністю на 4,4-10,6 ц/га, або на 5,0-12,0 %. Найвищу прибавку врожаю забезпечила мутантна лінія 2924/09 індукована НМС в концентрації 0,01 %, перевага над вихідним сортом становила 10,6 ц/га. мутагенний рослина хромосомний клітина
Продуктивні мікромутанти покоління М5-М7 вдалось виділити і на інших сортах: Єрмак, Лютесценс 52497, Дніпровська 277, Куяльник, Знахідка одеська, Дріада 1 і інших. Найбільш ефективними в індукуванні продуктивних мутантів є малі і помірні дози мутагенів: ДАБ 0,005%, НЕС 0,01% і гамма-промені 50-150 Гр.
Кращі мікромутанти УК 55/09, УК 42/09, УК 2924/09 рекомендовано використовувати в подальшій селекційній роботі та продовжити вивчення на предмет передачі їх в Державне сортовипробування.
Таблиця 5 Характеристика за врожайністю кращих мікромутантів М7-М9 сортів Смуглянка, Експромт (конкурсне та попереднє випробування)
Лінія Походження Врожайність, ц/га Прибавка до вихідної форми, ц/га
* - Різниця з вихідним сортом вірогідна при Р ?0,05%.
В результаті проведеного структурного аналізу кращих мікромутантів виділено зразки, у яких виявлено достовірні перевищення над вихідними формами за такими показниками, як маса 1000 зерен, кількість зерен в головному колосі, продуктивна кущистість, довжина головного колосу, кількість колосків в головному колосі, маса зерен з головного колосу. В окремих зразках остаточна продуктивність визначалася одночасним перевищенням за кількома ознаками: масі 1000 зерен і кількості зерен в головному колосі, масі 1000 зерен і продуктивній кущистості і т.п. Показано, що кожен мікромутант досягає високого рівня продуктивності за рахунок власного, характерного тільки для нього комплексу показників.
Стійкість індукованих мікромутантів до несприятливих умов довкілля. Температурний режим є одним із головних чинників, який впливає на життєздатність і ареал розповсюдження рослинних організмів. На території України одним із головних чинників, що впливає на валові збори зерна озимої пшениці, є умови під час зимівлі рослин. Тому, важливим етапом було вивчення морозо- та зимостійкості виділених мікромутантів.
В результаті проморожування зразків в умовах штучного клімату нам вдалось виділити мікромутанти з підвищеною морозостійкістю і урожайністю порівняно з вихідним сортом Експромт (мутанти 2922/09, 2924/09, 2927/09, 18/09, 2942/09, 2928/09), а також які зберегли врожайність на рівні вихідного сорту (мутантна лінія 2920/09).
Окрім визначення морозостійкості в умовах штучного клімату нами проаналізована зимостійкість мікромутантів сорту Експромт в природних провокаційних умовах в жолобах. Аналогічно, як і в випадку з постановкою досліду в штучно створених умовах, мікромутанти також продемонстрували високий рівень стійкості до умов перезимівлі в порівнянні з вихідним сортом.
За умов аналогічної постановки дослідів аналізувалися кращі мікромутанти сорту Смуглянка. Характерним було те, що продуктивні мікромутанти при проморожуванні в умовах штучного клімату, як правило, мали морозостійкість на рівні вихідної форми, в окремих випадках морозостійкість була достовірно нижчою від сорту Смуглянка.
На основі вивчення мікромутантів двох сортів озимої пшениці показано можливість виділення зимо- та морозостійких форм в яких зберігається потенціал продуктивності вихідного сорту. Це свідчить про те, що індукування мікромутацій дає можливість послаблювати існуючі негативні кореляційні звязки між урожайністю і морозо- та зимостійкістю. Відібрано мутантні генотипи, які поєднують підвищену морозо- та зимостійкість з підвищеною урожайністю порівняно з вихідною формою. Серед мутагенних чинників найбільш ефективним у індукуванні морозо- і зимостійких форм виявився ДАБ в концентрації 0,05 %, а за ним гамма-промені в дозі 100 Гр, НМС в концентрації 0,01 %, НЕС в концентрації 0,01 %.
Вміст білка та клейковини в зерні та інші показники якості індукованих мікромутантів. У досліджених мікромутантів визначали вміст білка і сирої клейковини в зерні, показник седиментації. Характерною рисою виділених господарсько-цінних мікромутантів було те, що при збільшенні урожайності, чи морозо- та зимостійкості порівняно з вихідною формою, не спостерігалось достовірного зниження вище перелічених показників якості. Лише в окремих випадках відбувалось зниження показників якості при підвищенні продуктивності в порівнянні з вихідною формою.
В результаті аналізу значної вибірки індукованих мутантів, виділено зразки з підвищеними показниками якості зерна. Серед вивчених мікромутантів достовірне перевищення за показником «вміст білка в зерні» мали: мікромутант сорту Експромт 2928/09 індукований ДАБ в концентрації 0,05 % (вміст білка в зерні 15,6 %, при 14,1 % у вихідного сорту), високий вміст білка в зерні якого поєднується з підвищеною врожайністю порівняно з вихідним сортом; мікромутант сорту Куяльник 2967/09, вміст білка в зерні в якого поєднувався з підвищеною врожайністю і становив 15,0 % при рівні білковості вихідного сорту 13,6 %. За показником седиментації виділені мікромутанти сорту Єрмак 2972/09 і 2973/09 індуковані гамма-променями в дозах 100 і 150 Гр, відповідно, які поряд з підвищеною продуктивністю достовірно перевищують вихідну форму за показником седиментації на 15 і 20 мл, відповідно. Також заслуговує на увагу мікромутант 2988/09 сорту Дніпровська 277 індукований ДАБ в концентрації 0,2 % з показником седиментації вищим ніж у вихідної форми на 22 мл, при цьому мікромутант зберігає врожайність на рівні вихідного сорту.
Кращі з мікромутантів сорту Смуглянка аналізувались по комплексу показників повязаних з хлібопекарськими властивостями, проводилась пробна хлібовипічка. Виділені мікромутанти мали вищу або на рівні, порівняно з вихідною формою, загальну хлібопекарську оцінку.
Таким чином, за допомогою індукування мікромутацій можна поліпшувати показники якості зерна, не втрачаючи при цьому потенціалу урожайності вихідного сорту. Добір мікромутантів необхідно проводити на продуктивність, стійкість до несприятливих умов довкілля, контролюючи при цьому генетичну константність ліній, якість зерна, а також інші господарсько-цінні ознаки.
Генетичні формули мікромутантів за локусами запасних білків. На основі аналізу спектрів запасних білків показано, що за локусами гліадинів і глютенінів виділені мікромутанти є генетично константними і ідентичними вихідним сортам - це підтверджує, що вони не є продуктом генетичного чи механічного засмічення.
Практичне використання індукованих мікромутантів. Зважаючи на наші дані про ефективність індукування мікромутантів з підвищеними показниками продуктивності, стійкості до несприятливих умов середовища, показниками якості зерна, ми вбачаємо кілька можливих шляхів використання їх в практиці селекції і виробництва в якості вихідного матеріалу для подальшої селекції, в якості нових сортів, та в первинних ланках оригінального насінництва з метою поліпшення відомих сортів.Шляхом індукування мікромутацій можна поліпшувати сорти пшениці за окремими кількісними ознаками, зокрема продуктивністю, стійкістю до умов навколишнього середовища, зберігаючи прояв інших господарсько-цінних ознак на рівні вихідних форм, в тому числі, вмісту і якості білка в зерні, хлібопекарських властивостей.
1. Встановлено, що мутагенні чинники впливають на показники схожості, виживаності рослин, елементи структури врожаю в поколінні М1, викликаючи при цьому в основному пригнічення, але в окремих випадках і стимуляцію процесів росту і розвитку. Рівень пригнічення здебільшого залежить від природи, дози чи концентрації мутагену, а також взаємодії чинників мутаген х аналізована ознака. За ступенем пригнічувальної дії на рослини мутагени розмістились наступним чином: гамма-промені > НЕС > ДАБ.
2. Частота хромосомних аберацій є надійним показником, що характеризує рівень мутагенного пошкодження. Залежно від генотипу вона коливалася в межах 18,2-47,6% при дії гамма-променів, 3,5-24,9% при дії НЕС і 3,0-6,1% у випадку з застосуванням ДАБ. За активністю в індукуванні хромосомних порушень мутагени розмістились наступним чином: гамма-промені > НЕС > ДАБ.
3. На основі аналізу спектру хромосомних порушень, встановлена специфічність дії гамма-променів, в порівнянні з хімічними мутагенними чинниками. Співвідношення в спектрі фрагментів до мостів за дії гамма-променів менше одиниці і знаходиться в межах 0,45-0,85. При застосуванні хімічних мутагенів характер дії набуває протилежного напрямку - співвідношення є вищим одиниці і коливається в межах 1,41-2,58. Із збільшенням дози чи концентрації мутагену зростає кількість хромосомних порушень на одну аберантну клітину. При застосуванні найвищих доз мутагенів завантаженість аберантних клітин становить від 1,5 до 1,9.
4. Виявлені високої та середньої сили кореляційні звязки частоти мутацій в М2-М3 із частотою хромосомних аберацій та показниками росту та розвитку рослин покоління М1 (r = 0,54 - 0,84). Виявлені кореляційні звязки вказують на можливість на основі аналізу хромосомних порушень та інформативних показників покоління М1 прогнозувати вихід мутацій та раціонально підбирати оптимальні дози і концентрації мутагенів для більш детальної селекційної проробки в М2-М3.
5. Загальна частота і спектр мутацій в М2-М3 залежить головним чином від природи мутагенного чинника і генотипу вихідного сорту і становить 2,2-7,8% при 28 типах мутантних змін у сорту Єдність, 6,4-22,7% при 27 типах мутантних змін у сорту Скарбниця і 5,3-18,4% з 29 типами мутантних змін у сорту Заможність.
6. Серед масиву вивчених мутантів в М2-М3 виділені господарсько-цінні мікромутанти, частота яких залежно від мутагенного чинника, коливалась в межах 0,6-2,01% для сорту Єдність, 1,21-2,01% у сорту Скарбниця і 0,86-2,82% у сорту Заможність. Найбільш ефективними в їх індукуванні є помірні і низькі дози та концентрації мутагенних чинників (НЕС 0,005-0,025%, гамма-промені 100-150 Гр, ДАБ 0,2%).
7. Близькі до критичних дози і концентрації мутагенів (гамма-промені 200Гр, НЕС 0,05%) проявляли високу активність в індукуванні широкого спектру оригінальних макромутацій. Виявлена специфічність гамма-променів в індукуванні короткостеблових, напівкарликових і карликових форм.
8. В результаті вивчення мікромутантів 10-ти сортів озимої пшениці в М5-М9 виділені продуктивні форми, що за урожайністю на 5-10% перевищують вихідні сорти, але практично ідентичні їм за іншими господарськими і морфологічних характеристиками. Найбільш ефективними в індукуванні господарсько-цінних мутантів є малі і помірні дози мутагенів. Структурний аналіз за елементами продуктивності засвідчив, що кожен мікромутант досягає високого рівня продуктивності за рахунок власного, характерного тільки для нього комплексу показників.
9. Показана можливість отримання мікромутантів з підвищеною зимо- та морозостійкістю без зниження потенціалу продуктивності. Відібрано мутантні генотипи, що поєднують підвищену морозо- та зимостійкість з підвищеною урожайністю в порівнянні до вихідного сорту. Найбільш ефективними мутагенами в індукуванні мікромутацій за стійкістю до несприятливих умов зимівлі були ДАБ в концентрації 0,05%, гамма-промені в дозі 100Гр, НМС і НЕС 0,01%.
10. Виділено мікромутанти з достовірно вищим вмістом білка в зерні порівняно з вихідними формами у сортів Скарбниця, Експромт, Куяльник, Дніпровська 277, а також достовірно вищим показником седиментації у сортів Єрмак і Дніпровська 277. У виділених мікромутантів, як правило, ступінь прояву інших кількісних ознак, в тому числі й продуктивності, зберігався на рівні або перевищував показники вихідних сортів.
11. На основі аналізу спектрів запасних білків показано, що вивчені лінії-носії мікромутацій покоління М5-М9 за локусами гліадинів і глютенінів є генетично константними і ідентичними вихідним сортам. Це підтверджує, що вони не є продуктом генетичного чи механічного засмічення.1. З метою збільшення результативності виділення корисних мікромутацій застосовувати попереднє тестування доз та концентрацій мутагенів в лабораторних (по тесту хромосомних аберацій) та польових умовах за вивченням параметрів росту і розвитку рослин покоління М1. За тестом хромосомних аберацій для подальшого більш детального селекційного опрацювання залишати варіанти, в яких частота хромосомних аберацій становить 18,0-35,0% за дії гамма-променів, 4,0-16,0% - у разі використання НЕС і 3,0-6,0% - за дії ДАБ. За параметрами розвитку рослин покоління М1 основну увагу потрібно приділяти варіантам, в яких виявлено незначне пригнічення.
2. Для індукування практично-цінних мікромутацій застосовувати малі і помірні дози і концентрації мутагенних чинників, а саме ДАБ в концентраціях 0,05-0,2%, НЕС в концентраціях 0,005-0,025%, гамма-промені в дозі 50-150 Гр.
3. Добір мікромутантів проводити за продуктивністю, стійкістю до несприятливих умов довкілля, контролюючи при цьому генетичну стабільність, якість зерна, а також інші господарсько-цінні ознаки.
4. Рекомендується селекційним установам використовувати розроблений нами метод індукування мікромутацій з метою поліпшення відомих, особо-цінних сортів.
5. Кращі мікромутанти УК 55/09, УК 42/09 та УК 2924/09 використовувати в подальшій селекційній роботі та продовжити вивчення на предмет передачі їх в Державне сортовипробування.
6. За період виконання роботи, у співавторстві створено 8 сортів озимої мякої пшениці, які передані до Державного сортовипробування в 2009 році: Орійка (номер заявки 09007015) і Каланча (номер заявки 09007014), в 2010 році сорти Малинівка (номер заявки 10007017), Астарта (номер заявки 10007019), Гілея (номер заявки 10007018), Борія (номер заявки 10007016), та в 2011 році сорти Полтавка (номер заявки 11007004), Золотоношка (номер заявки 11007003).
Список литературы
1. Оксьом В.П. Вплив мутагенних чинників на рослини М1 озимої пшениці та його звязок із частотою змінених форм у другому поколінні / В.П. Оксьом // Физиология и биохимия культурных растений. - 2010. - Т. 42. - № 2. - С. 153-162.
2. Оксьом В.П. Частота і спектр хромосомних аберацій, як тест чутливості до дії мутагенних чинників на прикладі озимої пшениці / В.П. Оксьом // Физиология и биохимия культурных растений. - 2010. - Т. 42. - № 3. - С. 232-239.
3. Моргун В.В. Ефективність мутагенних чинників в індукуванні господарсько-цінних мікромутацій озимої пшениці / В.В. Моргун, В.П. Оксьом // Физиология и биохимия культурных растений. - 2011. - Т. 43. - № 2. - С. 95-104. (Особистий внесок здобувача 60 %).
4. Моргун В.В. Створення генетично поліпшених ліній пшениці озимої за допомогою індукування мікромутацій / В.В. Моргун, В.П. Оксьом
5. Оксьом В.П. Індукування мікромутацій, як шлях у вирішенні першочергових завдань селекційно-генетичного поліпшення озимої пшениці / В.П. Оксьом // Матеріали Х конференції молодих учених (25-26 жовтня 2007 р.) "Сучасний стан та пріоритети розвитку фізіології рослин, генетики та біотехнології". - Київ, 2007. - С. 126-127.
6. Оксьом В.П. Прогнозування мінливості ознак в М2, на основі аналізу показників росту і розвитку рослин М1, озимої пшениці після мутагенної дії / В.П. Оксьом // Фізіологія рослин: проблеми та перспективи розвитку. - К.: Логос, 2009. - Т.2 - С. 637 - 647.
7. Оксьом В.П. Ідентифікація кореляційних звязків між показниками депресії в поколінні М1 рослин озимої пшениці і частотою змінених форм в другому поколінні / В.П. Оксьом // Матеріали міжнародної конференції молодих учених (11-15 серпня 2009 р.) "Актуальні проблеми ботаніки та екології". - Тернопіль, 2009. - С. 201-202.
8. Назаренко Н.Н. Использование различных типов мутаций для получения новых селекционно- и генетически-ценных форм озимой мягкой пшеницы / Н.Н. Назаренко, В.П. Оксьом // Матеріали міжнародної конференції молодих учених (11-15 серпня 2009 р.) "Актуальні проблеми ботаніки та екології". - Тернопіль, 2009. - С. 195-196. (Особистий внесок здобувача 50 %)
9. Оксьом В.П. Вплив мутагенних чинників на хромосомний апарат клітини та рослини першого покоління М1 сортів озимої пшениці / В.П. Оксьом // Матеріали ХІ конференції молодих вчених (22-24 жовтня 2010 р.) "Наукові, прикладні та освітні аспекти фізіології, генетики, біотехнології рослин і мікроорганізмів". - Київ, 2010. - С. 259-262.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
