Горщар В.І.,

к.с.-г.н., доцент кафедри рослинництва

Назаренко М.М.,

д.с.-г.н., професор кафедри селекції насінництва

Анотація

Мутагенна депресія рослин проявляється в багатьох варіантах та впливає на основні ознаки, котрі опосередковують життєдіяльність організму. Фотосинтетична активність є ключовим параметром для визначення майбутньої продуктивності та життєздатності рослини та обумовлює асимілюючі здатності організму. Застосували мута-гени:азиднатрію(АН)уконцентраціях0,01,0,025,0,05,0,1%,етилметансульфонат (ЕМС)0,025,0,05,0,1%,диметилсульфат(ДМС)0,0125,0,025та0,05%.Насіння8сортівпшениціозимоїБалатон,Боровиця,ЗеленийГай,ЗолотоУкраїни,Каланча,НиваОдеська,Полянка,Почайнаоброблялирозчиномхімічнихмутагенів.Фотосинтетичнаактивністьдосліджувалась у період колосіння за допомогою прибору SPAD-502. Генотип не мав зна-ченнядляАНтаприблизнооднаковеневисокезначеннядляЕМСтаДМС.Дискримінант-нийаналізпоказавмодельністьпараметрувусіхвипадках.Показано,що вплив сортової специфічності на мутагенну депресію залежить від сили дії мутагенного чинника та суттєво нівелюється при дії більш генетично-активної сполуки. За результатами канонічного аналізу лише два генотипи, Балатон та Нива Одеська ідентифікуються більш-менш достовірно, інші демонструють споріднену реакцію. Показник фотосинтетичної активності є більш-менш надійним параметром для прояву мутагенної депресії при виявлені наслідків підвищення концентрації окремого мутагену, але не є достатнімдлядемонстраціїособливостейвпливугенотипутасайт-специфічності.Показникфото-синтетичної активності є доволі надійним параметром мутагенної депресії у сучаснихсортівпшениціозимої,аленевідтворюєсайт-специфічніособливостісильнодіючихфак-торів, котрі досліджувались. Генотипова мінливість доволі низька, хоча й значима длядвох мутагенів (ЕМС та ДМС) з трьох (для АН відповідної реакції не виявлено, уся групабула однорідна. Відмінності зустрічаються на рівні відсутності статистично значимоїрізниці для окремих концентрацій для деяких сортів та більш характерні для ЕМС. АНдіяв за цим показником приблизно на рівні ЕМС, ДМС як мутаген був найбільш шкодо-чинним і для нього не характерне відсутність різниці між діями концентрацій. Причомумайжевусіхвипадкахрізницявпорівняннізконтролембулазначимою.

Ключові слова: пшениця озима, хімічний мутагенез, фотосинтетична активність,першепокоління.

Abstract

Horshchar V.I., Nazarenko M.M. Photosynthetic activity as an indicator of mutagenicdepression

Mutagenic depression of plants manifests itself in many variants and affects the main signsthat mediate the vital activity of the organism. Photosynthetic activity is a key parameter fordetermining the future productivity and viability of the plant and determines the assimilativeabilitiesoftheorganism.Mutagenswereused:sodiumazide(SA)inconcentrationsof0.01,0.025,0.05,0.1%,ethylmethanesulfonate(EMS)0.025,0.05,0.1%,dimethylsulfate(DMS)0.0125,

0.025 and 0.05%. Seeds of 8 varieties of winter wheat: Balaton, Borovytsia, Zeleny Gai, ZolotoUkrainy, Kalancha, Niva Odeska, Polyanka, Pochayna were treated with a solution of chemicalmutagens.PhotosyntheticactivitywasstudiedduringtheearingperiodusingtheSPAD-502 device. Genotype had no significance for SA and approximately the same low significanceforEMCandDMS.Discriminantanalysisshowedthemodelabilityoftheparameterinallcases.Itwasshownthattheinfluenceofvarietalspecificityonmutagenicdepressiondependsonthe potency of the mutagenic factor and is significantly reduced by the action of a more geneticallyactivecompound.Accordingtotheresultsofthecanonicalanalysis,onlytwogenotypes,Balaton andNivaOdeska,aremoreorlessreliablyidentified,theothersshowarelatedreaction.Theindicatorofphotosyntheticactivityisamoreorlessreliableparameterforthemanifestationof mutagenic depression when the consequences of an increase in the concentration of a singlemutagen are detected, but it is not sufficient for demonstrating the peculiarities of the influenceof the genotype and site-specificity. The indicator of photosynthetic activity is a fairly reliableparameterofmutagenicdepressioninmodernvarietiesofwinterwheat,butitdoesnotreproducethe site-specific features of the potent factors that were studied. Genotypic variability is quitelow, although significant for two mutagens (EMC and DMS) out of three (no correspondingreaction was detected for SA, the whole group was homogeneous. Differences occur at the levelof no statistically significant difference for individual concentrations for some varieties and aremoretypicalforEMC.SAactedonthisindicatoratapproximatelythelevelofEMC,DMSasamutagenwasthemostharmfulanditisnotcharacteristicofthelackofdifferencebetweentheeffectsofconcentrations.Moreover,inalmostallcases,thedifferencecomparedtothecontrolwassignificant.

Keywords:winterwheat,chemicalmutagenesis,photosyntheticactivity,firstgeneration.

Основна частина

мутагенний рослина фотосинтетичний

Постановка проблеми. Мутагенна депресія рослин проявляється в багатьох варіантах та впливає на основні ознаки, котрі опосередковують життєдіяльність організму. Фотосинтетична активність є ключовим параметром для визначення майбутньої продуктивності та життєздатності рослини [2; 10] та обумовлює аси-мілюючіздатностіорганізму.Доволізначимообумовлюєцейтипактивностісамегенотипорганізму,убагатьохсучаснихсортівштучноподовженоперіодфотосин-тезудля більш ефективної ремобілізації [1; 3].

В той же час, дія мутагенного чинника, особливо хімічної природи в своїйактивності є сайт-специфічної та залежить в доволі високій мірі від структурнихособливостейгеному [6; 7].

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Фотосинтетична активність в критичні періоди росту та розвитку є надійними показником стану посіві пшениціозимої,особливоважливимцейпараметрєпідчасколосіння,щоєкритичнимдляформування майбутнього врожаю [4; 5]. Генетичне поліпшення сортів пшениціозимої дозволило створити високопродуктивні та якісні форми саме через використанняцього параметру [8; 13].

Зміни за активністю фотосинтезу особливо цікаві з огляду на вплив післядіїмутагенних чинників, їх особливості в порушені фізіологічних процесів у рослинах[9; 12].

Постановка завдання. Застосували мутагени азид натрію (АН) у концентраціях 0,01, 0,025, 0,05, 0,1%, етилметансульфонат (ЕМС) 0,025, 0,05, 0,1%, диметилсульфат(ДМС)0,0125,0,025та0,05%.

Насіння 8 сортів пшениці озимої Балатон, Боровиця, Зелений Гай, ЗолотоУкраїни, Каланча, Нива Одеська, Полянка, Почайна обробляли розчином хіміч-нихмутагенів.Длякожноїобробкибуливикористані1000зеренпшениціозимої.Експозиціядії мутагену становила18 годин.

Досліди проводили на дослідному полі Дніпровського державного аграрно-е-кономічногоуніверситету(с.Олександрівка,Дніпровськийрайон,Дніпропе-тровська область, Україна).Фотосинтетична активність досліджувалась у періодколосіннязадопомогоюприборуSPAD-502,концентраціяхлорофілу(a+b)обчис-люваласьувідповідностідозагальноприйнятоїформулиChl=10^{M^0.265},деMзна-чення вимірювання у SPAD одиницях [13]. Статистичний аналіз проводився задопомогою ANOVA-аналізу, групування та аналіз даних за допомогою дискримі-нантногоаналізу (Statistica 10).

Виклад основного матеріалу дослідження. Важливим показникомвпроявінегативнихнаслідківдіїмутагенногочинникаєасиміляційнаактивність рослинного організму, в даному випадку представлена через фотосинтетичнуактивність пшениць в критичні для росту та розвитку фази. Найвищим цей пара-метр був у сорту Балатон, що взагалі характерно для сортів іноземної селекції.Цимвіндужевідрізнявсявідусіхінших,навітьдобреадаптованихгенотипів(F=7.98; F0.05= 5.16; P= 0.01).

Таблиця 1. Результати дослідження фотосинтетичної активності у сортів першої групи при дії ЕМС (x±SD,n=5)

Примітка: різниця статистично достовірна за факторним аналізом ANOVA за концентраціями при Р0,05.

Для другої групи(таблиця2) за концентраціями різниця достовірна для ЕМС (F=71.01;F0.05=3.86;P=1.38*10),такожіпогенотипу(F=22.74;F =3.86; P=0.0001),алевбільшнизькомуступені.Можнапобачити,щозновувиділяється однорідність групи з п'яти сортів.

Щодопершоїгруписортів(таблиця1)дляусіхперіодівзразківстатистично вірогіднарізницяякзаконцентраціями ЕМС.

Найменша варіативність у сортів Золото України та Нива Одеська, у котрихпопарно не відрізняються контроль та концентрація 0.025%, концентрації 0.05%та 0.1%. У сортів однорідної групи як правило немає різниці в одному з випад-ків (хоча й між різними варіантами), але в цілому вони більш варіативні, у сортуБалатон, котрий демонстрував вищу активність, немає відмінностей за дії вищихконцентрацій0.025% та 0.05%.

В цілому показник за мінливістю приблизно на рівні інших параметрів депре-сії,алеменшзалежитьпридіївисокомутабільнихречовинвідвихідногоматеріалу.Щодо АН як мутагену, то для першої групи сортів при підвищенні концентра-ційдіядостовірна(F=54,12;F0.05=3,51;P=2,17*10^-4),аотпогенотипуні(F=3,34;

Таблиця 2. Результати дослідження фотосинтетичної активності у сортів другої групи при дії ЕМС (x±SD,n=5)

Примітка: різниця статистично достовірна за факторним аналізом ANOVA за концентраціями при Р0,05

Іноді немає різниці і в дії окремих концентра- цій, так подібна для сорту Балатон для першої та другої концентрації, сорту Зелений Гайміжконтролемтапершимваріантом,міжтретімтачетвертимваріантом.Для сорту Золото України між контролем та першим варіантом, для сорту НиваОдеська при попарному порівнянні між контролем та першим варіантом, дру-гимтатретімваріантом.АлевціломузадієюмутагенбільшактивнийніжЕМС.

Таблиця 3. Результати дослідження фотосинтетичної активності у сортів першої групи при дії АН (x±SD,n=5)

Примітка: різниця статистично достовірна за факторним аналізом ANOVA за кон-центраціями приР0,05.

Іноді немає різниці і в дії окремих концентрацій, так подібна длясортуБоровицядлядругоїтатретьоїконцентрації,сортуКаланчаміжпершимтадругимваріантом,міжтретімтачетвертимваріантом.ДлясортуПолянкаміж контролем та першим варіантом, третім та четвертим варіантом, для сортуПочайна при попарному порівнянні між другим, третім та четвертим варіантами.Групабільш стійка до дії.

При дії ДМС депресія найвища. У першої групи сортів (таблиця 5) для ста-тистичновірогіднарізницяякзаконцентраціямиДМС(F=117.56;F0.05=3.86;

P=4.17*10^-9),такізагенотипом(F=23.34;F =3.86;P=3.11*10^-4).

Таблиця 4. Результати дослідження фотосинтетичної активності у сортів другої групи при дії АН (x±SD,n=5)

Примітка: різниця статистично достовірна за факторним аналізом ANOVA за концентраціями при Р0,05.

ВідсутнярізницяусортуЗеленийГайміжконтролемтапершимваріантом,увсіхіншихсортівприкожномупідвищенніконцентраціїдостовірнознижуєтьсяознака.

Удругоїгруписортів(таблиця6)длястатистичновірогіднарізницяякза концентраціямиДМС(F=94,06;F0.05=3,86;P=3,22*10),такізагенотипом (F = 19,17;F0.05= 3,86;P= 0,001).

УсортуБоровицянемаєрізниціміжпершимтадругимваріантом,усорту

Почайнатежсаме,длясортуПолянкаміждругимтатретім.Вціломугрупаменшвразливаніжпопередня.

Таблиця 5. Результати дослідження фотосинтетичної активності у сортів першої групи при дії ЕМС (x±SD,n=5)

Примітка: різниця статистично достовірна за факторним аналізом ANOVA за концентраціями при Р0,05.

Результатифакторногоаналізу(таблиця7)показали,щозростанняконцентра-ції суттєво впливає на зниження фотосинтетичної активності для всіх трьох мутагенів, попри іноді відсутність відмінностей у окремих сортів заокремимидозами.ГенотипнемавзначеннядляАНтаприблизнооднаковеневисокезначення дляЕМСтаДМС.Дискримінантнийаналізпоказавмодельністьпараметрувусіх випадках.

За результатами канонічного аналізу (таблиця 8) показана успішність вивче-них модельних параметрів у класифікації за генотип-мутагенною взаємодією.Так, лише два генотипи, Балатон та Нива Одеська ідентифікуються більш-менш достовірно, інші демонструють споріднену реакцію.

Таблиця 6. Результати дослідження фотосинтетичної активності у сортів другої групи при дії ЕМС (x±SD,n=5)

Примітка: різниця статистично достовірна за факторним аналізом ANOVA за концентраціями при Р0,05.

Таблиця 7. Результати факторного та дискримінантного аналізу

Примітка:*статистично достовірноприР0,05.

Такимчином,впринципі,показникфотосинтетичноїактивностієбільш-меншнадійним параметром для прояву мутагенної депресії при виявлені наслідків підвищення концентрації окремого мутагену, але не є достатнім для демонстраціїособливостейвпливу генотипу та сайт-специфічності.

Таблиця 8. Результати класифікації за канонічними змінами в факторному просторі

Висновки і пропозиції. Показник фотосинтетичної активності є доволі надійним параметром мутагенної депресії у сучасних сортів пшениці озимої, але невідтворює сайт-специфічні особливості сильнодіючих факторів, котрі досліджувались. Генотипова мінливість доволі низька, хоча й значима для двох мутагенів(ЕМС та ДМС) з трьох (для АН відповідної реакції не виявлено, уся група булаоднорідна.Відмінностізустрічаютьсянарівнівідсутностістатистичнозначи-мої різниці для окремих концентрацій для деяких сортів та більш характерні дляЕМС. АН діяв за цим показником приблизно на рівні ЕМС, ДМС як мутаген бувнайбільш шкодочинним і для нього не характерне відсутність різниці між діямиконцентрацій. Причому майже в усіх випадках різниця в порівнянні з контролембулазначимою.

Список використаної літератури

1. Abdoun A., Mekki L., Hamwieh A., Badr A. Effects of г-radiation on chickpea(Cicer arietinum) varieties and their tolerance to salinity stress. Acta agriculturaeSlovenica.2022. 118(2).Р. 1-16.

2. Ariraman M., Dhanavel D., Seetharaman N., Murugan S., Ramkumar R. Gammaradiation influences on growth, biochemical and yield characters of Cajanus Cajan (L.)Millsp.JournalofPlantStressPhysiology.2018. 4.Р.38-40.

3. Beiko V.,Nazarenko,M.Earlydepressiveeffectsofepimutageninthefirstgenerationofwinterwheatvarieties.Agrology.2022.5(2),Р.137-145

4. CannD.,HuntJ.,RatteyA.,PorkerK.Indirectearlygenerationselectionforyieldinwinterwheat.FieldCrops Research.2022. 282.108505.

5. Jaradat A. Simulated climate change deferentially impacts phenotypic plasticityand stoichiometric homeostasis in major food crops. Emirates Journal of Food andAgriculture.2018. 30(6).Р. 429-442.

6. Hiroyasu Y. Mutation breeding of ornamental plants using ion beams. BreedingScience.2018. 68(1), Р.71-78

7. LiuY.,LiangX.,ZhouF.,ZhangZ.Accessingtheagronomicandphotosynthesis-related traits of high-yielding winter wheat mutants induced by ultra-high pressure.FieldCropsResearch. 2017.213.Р. 165-173.

8. Nazarenko M. Identification and characterization of mutants induced by gammaradiationinwinterwheat(TriticumaestivumL.).ScientificPapers.SeriesA.Agronomy.2016.LIX. Р. 350-353.

9. NazarenkoM.,GorscharV.,LykholatYu.,KovalenkoI.Winterwheatmutationsby plant height and structure caused by chemical supermutagens. Scientific Papers.SeriesA.Agronomy.2020.LXIII (1).Р. 443-449.

10. ShuQ.Y.,ForsterB.P.,NakagavaH.,Plantmutationbreedingandbiotechnology.CABIpublishing,Vienna, 2013.Р. 611.

11. Spencer-LopesM.M.,ForsterB.P.,JankuloskiL.Manualonmutationbreeding.Third edition. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. 2018.Р.672.

12. Vesali F., Omid M., Mobli H., Kaleita A. Feasibility of using smart phones toestimatechlorophyll content in corn plants.Photosynthetica, 2017. 55. Р603-610.

Размещено на Allbest.ru