Особливості використання хімічного мутагенезу при створенні вихідного матеріалу для селекції пшениці - Автореферат

Метою досліджень було теоретичне обґрунтування формотворчого процесу в озимої мякої пшениці при хімічному мутагенезі, вдосконалення методів добору мутантів з генетично детермінованими ознаками, застосування повторного мутагенезу й між мутантної та мутантно-сортової гібридизації для створення вихідного матеріалу з комплексом господарсько цінних ознак і властивостей. Доведено, що застосування повторної дії мутагенів на мутанти, використання між мутантної та мутантно-сортової гібридизації дозволяє одержувати генотипи з комплексом господарсько цінних ознак і властивостей. Встановлено, що шляхом хімічного мутагенезу можна індукувати в селекційних сортів озимої пшениці суперкарлики (32-39 см), а також форми, які мають короткостеблість, підвищену кількість зерен (52-61 шт.) і масу зерна головного колоса (2.5-3.0 г), високий вміст протеїну (до 16%) і клейковини (до 36%), високу масу 1000 зерен (50-52 г), силу борошна (понад 280 од. а.), підвищену польову стійкість до борошнистої роси й бурої листкової іржі. Мутагенну дію цих сполук вивчали на сортах вітчизняної й зарубіжної селекції та індукованих нами в цих сортів мутантах М3-М7. Для вивчення формотворчого процесу при залученні до гібридизації мутантів, ми проводили схрещування за схемами: сорт х мутант, мутант х сорт і мутант х мутант.Застосування повторної дії мутагенів на мутанти та наступної між мутантної і мутантно-сортової гібридизації дозволяє створювати й відбирати генотипи з бажаними ознаками, яких не мали вихідні сорти й мутантні форми. Характер генетичної детермінації висоти стебла та елементів продуктивності колосу (довжина, кількість колосків і зерен, маса зерна) у між мутантних і мутантно-сортових гібридів досить складний і зумовлюється всіма відомими типами взаємодії генів. Добором (починаючи з F2) за висотою стебла й елементами продуктивності головного колоса (кількість зерен і маса зерна) можна відібрати з мутантно-сортових і між мутантних гібридних комбінацій форми, які поєднують короткостебловість з високою продуктивністю колосу. Між масою зерна й структурними елементами головного колосу (довжина, кількість колосків і зерен) у мутантів і гібридів на їх основі існує позитивний кореляційний звязок. Мутації полігенів кількісних ознак (висота стебла, довжина колосу, кількість колосків і зерен у колосі, маса зерна колосу та ін.) створюють їх гетерозиготність, що в мутантних поколіннях зумовлює розщеплення, яке за фенотипом по цих ознаках дає безперервний ряд мінливості.

Теоретичні узагальнення й проведені генетично-селекційні експерименти дають підставу твердити про можливість значного збагачування формотворчого процесу в озимої пшениці шляхом хімічного мутагенезу, зокрема застосуванням алкілуючих ДНК сполук. Цим методом удається індукувати форми зі зміненими морфологічними ознаками, біологічними, біохімічними й фізіологічними властивостями, частина з яких є корисними з точки зору господарського використання.

Проведені багаторічні дослідження показують, що за одноразової дії мутагенів не вичерпується можливість індукування форм озимої пшениці з селекційно та господарсько цінними ознаками й властивостями. Застосування повторної дії мутагенів на мутанти та наступної між мутантної і мутантно-сортової гібридизації дозволяє створювати й відбирати генотипи з бажаними ознаками, яких не мали вихідні сорти й мутантні форми.

Гібриди, одержані від схрещування константних мутантів між собою або з селекційними сортами, які різняться за системними ознаками, при розщепленні в поколіннях дають співпадання теоретично очікуваних і фактично одержаних груп фенотипів як при звичайній міжсортовій гібридизації. Характер генетичної детермінації висоти стебла та елементів продуктивності колосу (довжина, кількість колосків і зерен, маса зерна) у між мутантних і мутантно-сортових гібридів досить складний і зумовлюється всіма відомими типами взаємодії генів. Причому, ступінь домінантності (hp) кількісних ознак у F1 може варіювати від депресії (hp 1) залежно від генотипів компонентів схрещування.

Добором (починаючи з F2) за висотою стебла й елементами продуктивності головного колоса (кількість зерен і маса зерна) можна відібрати з мутантно-сортових і між мутантних гібридних комбінацій форми, які поєднують короткостебловість з високою продуктивністю колосу. Таким методом виділені з мутантно-сортових (М-42/2 х Безоста 1, М-42/2 х Юнат одеський, Донська напівкарликова х М-42/2) та між мутантних гібридних популяцій (М-236 х М-42/2) перспективні лінії, які в F4-F6 мають укорочене стебло й за врожайністю зерна (г/м2) на 10.9-31.5 % перевищують сорт- стандарт Миронівська 61.

Між масою зерна й структурними елементами головного колосу (довжина, кількість колосків і зерен) у мутантів і гібридів на їх основі існує позитивний кореляційний звязок. Однак маса зерна головного колосу найтісніше корелює з кількістю зерен. У всіх гібридів F2 коефіцієнт кореляції між цими показниками коливався від 0.567 до 0.850, а в F4 - від 0.831 до 0.997. Коефіцієнт детермінації (rxy) у F4 сягав 0.831-0.993. Тому в роботі з між мутантними гібридами є доцільним добір за озерненістю колосу, який слід починати з F2.

Хімічні мутагени можуть індукувати генетичну нестабільність мутантів, яка супроводжується розщепленням протягом багатьох поколінь (ми простежили до М10), що значно подовжує і ускладнює відбір константних форм з селекційно й господарсько цінними ознаками. Внаслідок розщеплення в поколіннях нестабільних мутантів протікає багатий формотворчий процес з появою форм з новими морфологічними ознаками й властивостями, яких не мали вихідні сорти.

У практичній роботі генетично нестабільні мутанти, як правило, вибраковують уже в М3, що позбавляє селекціонерів можливості використання значного різноманіття форм, що утворюються за хімічного мутагенезу. Наші дослідження доказують, що застосовуючи безперервний добір за методом педігрі в поколіннях (М4-М10) генетично нестабільних мутантів можна одержати форми з селекційно цінними ознаками. Таким методом нами одержаний рецесивний карлик М-432/5 (висота стебла 32-39 см), середньорослі (М-153/5-1, М-153/5-2) і низькорослі (М-419/1-2-1, М-419/1-2-6, М-419/1-2-9 і М-419/1-2-15) форми з високою озерненістю (3-2.5 зернівки в колоску і 52.4-61.2 - в колосі) та масою зерна головного колосу 2.6-3.1 г, які становлять практичний інтерес.

Залучення до схрещування генетично нестабільних мутантів надзвичайно посилює формотворчий процес у поколіннях з появою теоретично неочікуваних фенотипів за внутрішньовидової гібридизації.

Мутації полігенів кількісних ознак (висота стебла, довжина колосу, кількість колосків і зерен у колосі, маса зерна колосу та ін.) створюють їх гетерозиготність, що в мутантних поколіннях зумовлює розщеплення, яке за фенотипом по цих ознаках дає безперервний ряд мінливості. Тому при одержані низькорослих мутантних ліній є ефективним безперервний добір у М3-М5-7 мінус-варіантів, а в селекції на підвищену продуктивність колоса - плюс-варіантів.

Генетична мінливість, індукована дією хімічних мутагенів, утворює значну різноманітність форм за стійкістю до хвороб як у селекційних сортів, так і в мутантів за їх повторної обробки мутагенами. Систематичним добором у поколіннях мутантів можна виділити форми з підвищеною стійкістю до борошнистої роси і бурої листкової іржі, що вказує на ефективність хімічного мутагенезу як методу створення вихідного матеріалу в селекції озимої пшениці на стійкість до хвороб.

Нами не виявлено специфічності дії в мутагенів групи алкілуючих ДНК сполук. Кожен із цих мутагенів індукує мутаційні зміни будь-якої ознаки незалежно від сорту. Процент індукованих мутацій залежить більше від генотипу сорту ніж від мутагена, що належить до цієї групи. Однак у переважній більшості мутації за кількісними ознаками поступаються вихідним сортам.

Цитогенетична активність мутагенів у М0 за частотою хромосомних аберацій у озимої пшениці знаходиться в прямій залежності від їх концентрації і експозиції замочування насіння. Найвищу активність за дією на мітотичний апарат клітини проявляли НМС і ЕІ, а найменше порушень структури хромосом спричиняли ДЕС і НМБ. Встановлено, що застосування ПАБК знижує в меристемі зародкових коренів частоту хромосомних аберацій, спричинених дією хімічних мутагенів і дещо підвищує польову схожість насіння М0, що дає можливість мати більше рослин М1, а отже, і сімей М2 для добору мутацій.

Хімічні мутагени (НМС, ЕІ, НЕС, ДЕС, ДМС, ДАБ і НМБ) в 0.05% концентрації, практично, у всіх сортів зумовлюють депресію процесів росту й розвитку рослин М1. Із зниженням концентрації від 0.025 до 0.0125% у більшості сортів мутагени проявляють стимулюючу дію, що зумовлює позитивні модифікації, які ускладнюють добір мутацій за кількісними ознаками. Тому в практичній роботі рекомендуємо НЕС, ДЕС, ДМС, ДАБ і НМБ застосовувати в концентрації від 0.025 до 0.05%, НМС і ЕІ - від 0.0125 до 0.025%. При застосуванні НМС і ЕІ 0.05% скорочувати експозицію замочування насіння до 4-12 годин.

У результаті роботи створено колекцію мутантів з вищим показником скловидності (М-75/2, М-180 і М-313/4), вмістом білка (М-75/2, М-320/1, М-180, М-159/1 і М-260/6) та клейковини (М-75/2, М-105/5, М-320/1) порівняно з вихідними сортами й стандартами. За середнім трьохрічним показником сили борошна (W од.а.) відповідають вимогам сильних пшениць мутанти 320/1, 313/4 і 206/6.

Мутанти включені в подальшу селекційно-генетичну роботу кафедри селекції і насінництва БДАУ та використовуються як навчальний матеріал при підготовці фахівців для агропромислового комплексу. Передано в Миронівський інститут пшениці УААН для подальшої селекційної роботи константні мутантні форми 447, 320/1, 313/4, 180, 75/2, 159/1, 42/2, 260/6, 153/5-1 та міжмутантні і мутантно-сортові гібриди 455, 573/7, 570/1, 593/9, 456/12 з підвищеною продуктивністю та комплексом добрих технологічних показників якості зерна.

У Державному сортовипробуванні знаходиться середньоранній високопродуктивний із груповою стійкістю до борошнистої роси, бурої іржі та твердої сажки сорт озимої пшениці Експромт, співавтором якого є дисертант. мутагенний цитогенетичний пшениця озимий

Васильківський С.П. Генетичний ефект добору за крупністю зерна мутантів озимої пшениці // Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква, 1996. - Вип. 1. - С. 91-94.

Васильківський С.П. Характер успадкування кількісних ознак у мутантно-сортових гібридів озимої пшениці // Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква, 1996. - Вип. 1. - С. 94-97.

Васильківський С.П. Кореляційний звязок маси зерна головного колоса з елементами його структури у мутантно-сортових гібридів озимої пшениці // Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква, 1997. - Вип. 2. - Ч. 2. - С. 15-20.

Васильківський С.П. Формотворчий процес у поколіннях генетично нестабільних мутантів озимої пшениці // Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква, 1997. - Вип. 2. - Ч. 2. - С. 20-24.

Васильківський С.П. Хімічний мутагенез в селекції енергоекономічних сортів озимої пшениці // Зб. наук. праць Уманської сільськогосподарської академії. - К.: Нора-прінт, 1997. - С. 182-185.

Васильківський С.П. Ефективність добору мутантів озимої пшениці за довжиною стебла // Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква, 1998. - Вип. 4. - Ч. 2. - С. 7-12.

Васильківський С.П. Хімічний мутагенез у створенні короткостеблових форм озимої пшениці // Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква, 1998. - Вип. 4. - Ч. 2. - С. 10-12.

Размещено на .ru