Орлов О.І. Генетична активність фізичних та хімічних мутагенних факторів на озимій пшениці при прямій і комбінованій дії

Краткое содержание

Комбінована дія мутагенних факторів як засіб для розширення мутаційної мінливості рослин (огляд літератури)

Розглядаються опрацьовані різними дослідниками особливості використання комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів для створення нових форм в мутаційній селекції сільськогосподарських культур. Аналізується ефективність комбінованої дії мутагенів як засобу для розширення мутаційної мінливості рослин.

Умови, матеріал та методика досліджень

Посів розсадника мутагенезу проводився на спеціально виділеній ділянці поля селекційної сівозміни (дослідне господарство Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, с.м.т. Глеваха, Київська обл.), де щорічно здійснюється зміна культур. Попередник - зайнятий вико-вівсяною сумішкою пар. Система основного і передпосівного обробітку ґрунту загальноприйнята для зони.

Територія дослідного поля знаходиться в правобережній частині Лісостепової зони України на Придніпровському плато. Кліматичні умови сприятливі для формування високих врожаїв озимої пшениці. Ґрунти дослідного поля світло-сірі і сірі опідзолені супіщані та їх глеюваті відміни на лесових породах. Вміст гумусу 2.04-2.70 % (по Тюрину). Середній показник рН ґрунтів 5.0-5.1 (ступінь кислотності - слабо кислі). Вміст обмінного калію (К₂О) по методу Кірсанова 122 мг/кг ґрунту (підвищений). Забезпеченість азотом по Корнфільду 109–119 мг/кг ґрунту (середнє). Вміст рухомого фосфору 53–70 мг/кг ґрунту по Корнфільду.

Як вихідний матеріал були використані сорти озимої м'якої пшениці (Triticum aestivum L.): Скіф’янка (lutescens), Поліська 90 і Одеська 267 (erythrospermum). Роботу з мутаційної селекції озимої пшениці проводили за схемою, загальноприйнятою для самозапильних культур. З хімічних мутагенів використовували N-нітрозо-N-етилсечовину (НЕС) та N-нітрозо-N-метилсечовину (НМС). Експозиція намочування насіння у розчині мутагену 18 годин. У варіантах з використанням комбінованої дії гамма-променів і нітрозоалкілсечовин, насіння перед замочуванням опромінювали гамма-променями у дозі 100 Гр. Кількість насіння, що обробляли мутагенами та висівали у польових умовах, для кожного варіанта становила 1500 штук. У досліді вивчали 42 варіанта обробки мутагенами. Для проведення цитологічного аналізу, насіння (по 100 штук на кожен варіант), оброблене мутагенами і промите водою, переносили у чашки Петрі для пророщування. Була оптимізована методика виготовлення тимчасових давлених цитологічних препаратів для підрахунків частоти та спектру хромосомних аберацій в клітинах меристеми зародкових корінців. Хромосомні аберації підраховували на стадіях анафази та ранньої телофази. Частоту хромосомних перебудов визначали як відношення кількості клітин що мали хромосомні перебудови до загальної кількості вивчених клітин. Для синхронізації мітотичного поділу клітин Triticum aestivum L., використовували метод холодового впливу (24 години) та оптимальний час фіксації первинних корінців (півтори - дві години після холодового впливу). При застосуванні цієї методики значно збільшувалась ефективність підрахунків хромосомних аберацій на тимчасових давлених препаратах. У М₁ визначали наступні показники (у польових умовах): польова схожість насіння; виживання рослин після перезимівлі; строки формування репродуктивних органів; біологічна стійкість, середня висота рослин на момент збирання; урожайність рослин. Біологічна стійкість розраховувалась як відношення кількості нормально розвинутих рослин, що досягають повної стиглості, до числа сходів. Протягом вегетаційного періоду перед збиранням і в лабораторних умовах фіксували усі морфологічні зміни у рослин. Орієнтовно підраховували їх частоту. Для посіву М₂ відбирали та обмолочували по 500-800 колосів на кожен варіант. Насіння висівали родинами. Протягом вегетаційного періоду фіксували усі видимі зміни рослин, здійснювали фенологічні спостереження; проводили класифікацію мутацій, визначали їх спектр (за методикою Моргуна В.В.). Мутації підраховували шляхом визначення відсотку родин з мутаціями. Аналізували рослини за елементами структури врожаю (за методикою державної комісії України по випробуванню та охороні сортів рослин). Проводили добір мутантів з цінними ознаками.

Вплив мутагенних факторів на рослини пшениці першого покоління (М₁)

Серед варіантів комбінованої дії мутагенних факторів, найбільше зниження схожості на сортах Скіф’янка та Одеська 267 викликали комбінації 100 Гр + НЕС 0.025 % і 100 Гр + НМС 0.012 %. Максимальну загибель рослин в зимовий період (99.71 %) спостерігали у сорту Скіф’янка при обробці насіння НМС (0.025 %). У контролі, виживання і загибель рослин цього сорту складали 59.82 % і 40.18 %. Такі показники були в деякій мірі обумовлені дією несприятливих кліматичних умов у зимовий період 1998-1999 років. У сорту Поліська 90 спостерігали найбільшу кількість рослин, що вижили в зимовий період. Найбільше зниження виживання при комбінованому використанні гамма-променів і нітрозоалкілсечовин, спостерігали у сорту озимої м'якої пшениці Одеська 267. Слід зазначити, що і контрольні рослини цього сорту найгірше перезимували (виживання – 30.31 %) в порівнянні з рослинами сорту Скіф’янка (59.82 %) і Поліська 90 (84.29 %). Аналізуючи вплив мутагенних факторів на строки формування генеративних органів у рослин, можна відзначити незначний вплив обробки мутагенами на колосіння і цвітіння. Тільки НМС у концентрації 0.025% призвела до затримки в настанні фази цвітіння у всіх трьох сортів озимої пшениці. Біологічну стійкість рослин значно зменшували гамма-промені в дозі 200 Гр, НЕС і НМС у концентраціях 0.025 % та 0.05 %. Для сорту озимої пшениці Одеська 267, було характерно більш помітне зниження біологічної стійкості в порівнянні з іншими сортами, що вивчались в досліді. Комбінована дія мутагенів у всіх випадках сильніше знижувала висоту рослин, у порівнянні з дією кожного мутагену окремо. У сортів озимої пшениці Скіф’янка і Одеська 267 при обробці гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.005 %, висота рослин знижувалася не так сильно, як при обробці насіння гамма-променями 100 Гр + НМС 0.005 %. Вивчали також вплив мутагенів на урожайність рослин М1. Спостерігали пряму залежність урожайності від концентрації мутагенного фактора. Вона зменшувалась у сортів озимої пшениці із збільшенням концентрації або дози мутагену. Дія однієї і тієї ж комбінації гамма-променів і нітрозоалкілсечовин була неоднаковою на різних сортах. Так, гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005 % зменшували рівень врожайності до 45.2 % (в порівнянні з контрольним варіантом) у сорту Скіф’янка, у сортів Поліська 90 і Одеська 267 до 68.4 % та 68.1 % відповідно.