Спектр та частота мутацій пшениці озимої, викликанних гамма-променями

Размещено на http://www.allbest.ru/

СПЕКТР ТА ЧАСТОТА МУТАЦІЙ ПШЕНИЦІ ОЗИМОЇ, ВИКЛИКАННИХ ГАММА-ПРОМЕНЯМИ

Назаренко М.М. - к.б.н.,

Іжболдін О.О. - старший викладач,

Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет

Сорти пшениці м'якої озимої були опромінені гама-променями у дозах 100--250 Гр. Досліджено спектр та частоту мутацій. Виділено мутанті лінії зі зміненими ознаками, перевірено їх успадкування. Всього ідентифіковано 36 ознак, по котрим проходили мутації. Створено чотири нові мутантні лінії з високою зерновою продуктивністю. Для мутаційної селекції рекомендовано вживати дозу 100 Гр. для отримання господарсько- цінних та 200 Гр. для отримання генетично-цінних мутацій.

Ключові слова: пшениця озима, гама-промені, мутаційна селекція.

Назаренко Н.Н., Ижболдин А.А. Спектр и частота мутаций пшеницы озимой, вызванных гамма-лучами

Сорта пшеницы мягкой озимой были облучены гамма-лучами в дозах 100--250 Гр. Исследован спектр и частота мутаций. Выделены мутантные линии с изменёнными признаками, проверено их наследование. Всего идентифицировано 36 признаков, по которым происходили мутации. Создано четыре новые мутантные линии с высокой зерновой продуктивностью. Для мутационной селекции рекомендовано использовать дозу 100 Гр. для получения хозяйственно-ценных и 200 Гр. для получения генетически-ценных мутаций.

Ключевые слова: пшеница озимая, гамма-лучи, мутационная селекция.

Nazarenko M., Izhboldin O. Spectrum and rate of winter wheat mutations caused by gamma-rays

Winter wheat varieties were exposed to gamma-rays at 100--250 Gy doses. The spectrum and rate of mutation were investigated. We developed mutant lines with changed traits, and investigated their heredity. All in all, 36 mutation traits were identified. Four new lines with high grain productivity have been obtained. For mutation breeding, we recommend a 100 Gy dose for obtaining economically valuable mutations and a 200 Gy dose for getting genetically valuable mutations.

Keywords: winter wheat, gamma-rays, mutation breeding.

Постановка проблеми. Однією з актуальних задач в мутаційній селекції пшениці є розробка методів та пошук нових методичних засобів, що підвищують вихід практично-цінних мутацій. Дослідження ролі макро- та мікромутацій в зв'язку з вдосконаленням методів мутаційної селекції та розробкою ефективних прийомів генетичного поліпшення рослин, дослідження специфічності дії мутагенів при індукції макро- та мікромутантів на різних генотипах можуть сприяти прогресу у вирішенні питання спрямованого керування мутаційним процесом.

Нагальною є проблема визначення пріоритетів використання мікро- та макромутацій в практичній селекції, визначення оптимальних в індукції макро- та мікромутацій доз мутагенів, ідентифікація цих доз мутагенів за показниками росту та розвитку рослин Мі, цитологічного аналізу, чому недостатньо приділялося уваги в попередніх дослідженнях.

Приклади досліджень з індукції та використання мікро- та макромутацій на пшениці нечисленні, зазвичай пов'язані з поліпшенням лише окремих параметрів, досить застаріли методично [2, 4].

Аналіз останніх досліджень і публікацій. На протязі останніх семидесяти років за допомогою експериментального мутагенезу було створено 2800 сортів культурних рослин, як прямим добором мутантних рослин, так і використанням їх у селекційних схрещуваннях. 60 % з них створенні після 1985 року. Найбільша кількість мутантних сортів створена в Китаї (26,8 %), Індії (11,5 %), колишньому СРСР та Росії (9,3 %), Нідерландах, США, Японії. 1585 (70 %) сортів створені прямим добором мутантних форм. 667 сортів - з залученням мутантів до гібридизації. Найбільш частим є використання радіації (89% створених сортів). Гамма- проміння застосовувалось як мутаген при створені 64 % сортів. 22 % - за допомогою мутагенної дії рентгенівського проміння. Мутантних сортів пшениці близько 260 [1, 9].

В Україні районовані 29 сортів м'якої і твердої пшениці, створених за участю спонтанних та індукованих мутацій, що становить 64,4 % загальної кількості районованих сортів; в їх числі сорти, що отримані лише за допомогою індукованих мутацій, складають 20,0 % [4].

Проблематика використання макро- та мікромутацій в практичній селекції має декілька методологічних аспектів. По-перше, це величині дози мутагену. В світі існує два напрямки - вітчизняна школа [4, 7], що надає перевагу низьким дозам, за яких індукуються переважно мікромутації, та закордонна, пріоритети якої в використанні високих напів- та сублетальних доз, що індукують переважно макромутації [10]. За статистикою районованих сортів високі дози фізичних мутагенів дійсно ефективні в індукції селекційно-цінних форм, особливо низькорослих. Ряд закордонних дослідників наполягають на застосуванні високих доз гамма-променів і, разом з тим, стверджують виняткову перспективність мікромутацій в практичній селекції [6].

По-друге, методична проблематика добору. В проведених дослідженнях по ретельному вивченню сімей в М2 (за показниками структури врожайності, молекулярним маркерам, тощо), ми знаходимо, що, хоча такий підхід дозволяє виділити деякі оригінальні мікромутації і знайти більше можливих продуктивних форм, але такі дослідження не дають більшої кількості районованих сортів. Це виправдано лише при винятковому значенні об'єкта мутагенної дії [8].

По третє, це питання щодо ефективності та пріоритетності використання мікро- та макромутацій в генетичному поліпшенні сільськогосподарських культур. Існує низка досліджень, що доводять ефективність використання як макро- так і мікромутацій. Макромутації проявили себе, перш за все, при створені низькорослих високопродуктивних форм, мікромутації - у створенні форм з корисни-ми змінами у вмісті і якості важливих біохімічних речовин та продуктивних, посухостійких, резистентних до хвороб форм [5].

Постановка завдання. Метою нашого дослідження було встановити частоти виникнення окремих типів мутацій (перш за все - продуктивних мутантних форм) при дії окремих доз та концентрацій для використання в мутаційній селекції пшениці м'якої озимої, виділити дози оптимальні для індукції цих типів мутацій, встановити залежності між виникненням мутацій та генотипом вихідного селекційного матеріалу.

Матеріал і методика досліджень. В якості матеріалу для дослідження були використані наступні сорти - Фаворитка, Ласуня, Хуртовина - створені за допомогою дії гамма-променів, лінія 418, Колос Миронівщини - методом гібридизації, Сонечко (НДМС 0,005 %) і Калинова (ДАБ 0,1 %) - дією хімічних мутагенів, Волошкова - термомутагенез. Дози гама-променів - загальновживані для відповідних досліджень з мутаційної селекції - 100, 150, 200 та 250 Гр.

Досліди проводились протягом 2011-2015 рр. в умовах ННЦ ДДАЕУ та МІП ім. В.М. Ремесло НААН України. У 2011-2012 роках в другому-третьому поколінні проводили визначення мутацій візуально та за врожайністю в ручних посівах по сім'ях (13 рядкові ділянки, міжряддя 0,15 м, довжина рядка 1,5 м), у 2013-2015 роках проводили дослідження успадкування, облік продуктивності, структурний аналіз дібраних мутантних ліній (площа ділянки 5-10 м2, повторність 1-3-х кратна).

Рівень мінливості вираховувався за формулою:

Ру = а*у,

де Ру - рівень мінливості варіанту;

а - відношення кількості мутацій до загальної кількості сімей в варіанті;

у - кількість типів змінених ознак в варіанті.

Математичну обробку одержаних результатів проводили за методикою дисперсійного аналізу, достовірність різниці між середніми дослідних варіантів і контролем оцінювали за критерієм Стьюдента [3].

Виклад основного матеріалу дослідження. Всього було досліджено 18100 сімей в М2-М5. Кількість по варіантах складала від 500 до 100 сімей та залежала від кількості матеріалу отриманого в першому поколінні. Переважна більшість варіантів мала 500 сімей. Найменше матеріалу було отримано при дії гамма променів у найвищих дозах. Найбільш чутливим виявився сорт Сонечко до дії гама-променів.

Як ми бачимо з таблиці 1 частота мутацій варіювала, досягала 30 % (Колос Миронівщини, 250 Гр.). Разом з тим, найбільш високу мінливість (кількість типів мутацій по відношенню до загальної частоти) показала доза 200 Гр. Щодо частоти корисних форм (продуктивних ліній), то вони були отримані при дії лише дози 100 Гр. Доза 200 Гр. оптимальна для отримання генетично-цінних ліній для подальшого формування колекцій.

Більшість сортів демонструє зниження частоти мутацій при максимальній дозі 250 Гр. та більш високу частоту при дозі 200 Гр. Також, ми спостерігали, що ця доза суттєво зменшує кількість типів мутацій. Сорти Фаворитка, Ласуня, Хур - товина (отримані за допомогою гамма-опромінення) демонструють суттєво нижчу частоту мутацій та їх різноманіття.

мутація пшениця гамма опромінення

Таблиця 1 - Частота мутацій у пшениці озимої

- різниця статистично достовірна при to.os

Mutations rate and variability increases linearly at doses of 100, 150 and 200 Gr., at a dose of 250 Gr. in most cases, on the contrary, there is a decrease to the level of 150 Gr. dose or lower. However, we can not say that the use of this dose does not make sense. For two varieties mutations rate was highest at this dose.

Було ідентифіковано загалом 36 типів змінених ознак, що були класифіковані за наступними групами: мутації по структурі стебла та листя (усі типи мутацій за висотою стебла, товщиною та наявності воскової поволоки), мутації кольору та структурі зерна (крупне та дрібне зерно), мутації кольору та структури колосу (майже виключно за структурою колоса - довжина та щільність колосу, наявність остей, форма колосу), змінені фізіологічні ознаки росту та розвитку (строки стиглості, стерильність, стійкість до різних патогенів), системні мутації (спельтоїди, скверхеди, сферококкоїди та інші різновиди, що виходять за межі мінливості ботанічного виду), мутації по продуктивності та якості зерна (продуктивні та кущисті сім'ї).

Мутанти з високою зерновою продуктивністю індукувались переважно після дози 100 Гр. Частота варіювала від 0 до 0,4 відсотка (друге - як виключення для сорту Хуртовина). Але, майже всі такі мутанти мали негативні риси, такі як високостебловість, пізньостиглість, погана стійкість до фітопатогенів.

Кращі лінії, відібрані в результаті трьохрічного випробування представлені в таблицях 2-4.

Таблиця 2 - Зернова продуктивність мутантних ліній пшениці м'якої озимої (2013-2015 рр.)

- різниця статистично достовірна при t005

Таблиця 3 - Основні компоненти структури врожайності мутантних ліній пшениці озимої

- різниця статистично достовірна при t005

Таблиця 4 - Походження та опис продуктивних мутантних ліній пшениці м'якої озимої

Всього було виділено випробуванням в М3-М5 чотири продуктивних лінії (в порівнянні з національним стандартом сортом Подолянка). Три у сорту Сонечко , одна у сорту Калинова (усі отримані при використанні дози 100 Гр.). Одна з них, лінія 133, до того ж більш ранньостигла. Усі лінії мають більш високу МТЗ та більш високу вагу зерна з рослини або колосу. Три лінії з чотирьох віднесено до низькорослих.

В спектрі генетично-цінних мутацій (які можуть бути використанні як джерела цінних ознак при схрещуваннях) виявлені наступні типи цінних мутантів - короткостеблові, напівкарликові, карликові форми, рослини з крупним зерном, ранньостиглі, продуктивні мутанти. Взагалі, частота таких мутацій дуже невисока (0,2-0,6 відсотків) та більшість з них має додаткові негативні якості. В цілому, отримана наступна кількість генетично-цінних форм (включені до робочої колекції): короткостеблових форм - 35 (особливо багато таких форм отримано з сорту Волошкова), напівкарликових форм - 11, з крупним колосом - 41, з крупним зерном - 14, ранньостиглих - 40.

Висновки. Таким чином, найбільш оптимальною для індукції селекційно-цінних мутацій є доза 100 Гр., для генетично-цінних - 200 Гр. В цілому сорти Фаворитка, Ласуня, Хуртовина, отримані при дії гамма-променів показали саму низьку мутабільність під дією того ж чинника. До того ж використання їх в якості вихідного матеріалу не дало жодної продуктивної лінії. Таким чином, повторна дія гамма-променями на матеріал, що був створений при дії гамма-променів не-доцільна та призводить до зниження частоти мутацій та збіднення спектра.

СПИСОК ВИКОРИСТАННОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. База данных FAO/IAEA по сортам культурных растений полученных с помощью мутагенеза. - ФАО, 2014. WEB: http: //www- mvd.iaea.org/MVD/default.htm 3.

2. Кужир Т.Д. Антимутагены и химический мутагенез в системах высших эукариот / Т.Д. Кужир. - Минск, 1999. - 267 с.

3. Лакин Г.Ф. Биометрия : ГФ. Лакин. - М.: Высш. шк., 1990. - 352 с.

4. Моргун В.В., Логвиненко В.Ф. Мутаційна селекція озимої пшениці / В.В. Моргун, В.Ф. Логвиненко // Генетика і селекція в Україні на межі тисячоліть. - К: Логос, 2001. - Т2. - С. 175-186.

5. Badiganavar A.M., Murty M.S. Genetic enhancement of groundnut through gamma rays mutagenesis / A.M. Badiganavar, M.S. Murty // PMR. - 2007. -- Vol.2, №1. - Р 16-21.

6. Boyd L.A., Smith P.H., Hart N. Mutants in wheat showing multipathogen resistance to biotrophic fungal pathogens / L.A. Boyd, P.H. Smith, N. Hart // Plant Pathology. - 2006. - Vol.55. - Р 475-484.

7. Nazarenko, M., 2015. Negativnyie posledstviya mutagennogo vozdeystviya, Ecological Genetics, 4, 25-26.

8. Nazarenko M. Identification and characterization of mutants induced by gamma radiation in winter wheat (Triticum aestivum L.) / M. Nazarenko // Scientific Papers. Series A. Agronomy. - 2016. - Vol. LIX. - P. 350-353.

9. Shu, Q.Y., Forster B.P., Nakagava H., 2011 Plant Mutation breeding and Biotechnology, Vienna, CABI publishing.

10. Yilmaz A. The Effects of Cobalt-60 Applications on Yield and Yield Components of Cotton (Gossipium barbadense L.). A. Yilmaz, B. Erkan : Pakistan J. of Biol. Sci. - 2006. - № 15. - P. 2761-2769.

Размещено на Allbest.ru