Козаченко М.Р. Ефективність способів індукування і використання мутацій в селекції ярого ячменю

Короткий зміст

Огляд літератури. В розділі зроблено аналіз стану досліджень з таких питань:

-                   відкриття, розвиток і сучасний стан вивчення закономірностей мутагенезу та генетичних методів селекції;

-                   проблеми контролювання експериментальним мутагенезом;

-                   радіочутливість і її об’єктивні показники в гетерозиготних та константних генотипах;

-                   генетико-селекційне значення і задачі експериментального мутагенезу.

            На основі аналізу основних етапів розвитку наукових рішень показано необхідність проведення досліджень з ефективності способів індукування і використання мутацій в селекції ярого ячменю.

умови, матеріал і методи досліджень. Дослідження виконано в 1969-1999 рр.  у відділі селекції і генетики ячменю Інституту рослинництва ім. В. Я. Юрўєва і на полях наукових сівозмін дослідного господарства “Елітне”, ґрунти яких є звичайні середньогумусні і потужні малогумусні чорноземи.

            Погодні умови в Східному Лісостепу України відзначаються великою нестабільністю за кількістю опадів і величиною температур як в окремі роки, так і на протязі всього періоду вегетації.

            Дослідження проведено на ярому ячмені – облігатному самозапилюючому диплоїдному виді Hordeum vulgare L. sensu lato.

            Вихідний матеріал: сорти, мутанти, лінії, прості та діалельні (повні, прямі, топкросні) гібриди (насіння I та II покоління).

Методи досліджень: експериментальний мутагенез, гібридизація та їх поєднання.

            Мутагенній і модифікуючій дії піддавали повітряно-сухе насіння.

            Фізичні мутагени: іонізуючі випромінювання радіоактивних ізотопів ⁶⁰Со (50, 100, 150, 200 Гр (Грей) при 5-6 і 12 Гр/хв в ІФХ, Київ) та ¹³⁷Cs (30, 50, 100, 150, 200 Гр при 3,51-4,48 Гр/хв в Інституті загальної генетики, Москва).

            Хімічні мутагени (18 годин замочування): нітрозометилсечовина (НМС - 0,003; 0,005; 0,006; 0,01; 0,012; 0,0125; 0,025 %); нітрозоетилсечовина (НЕС - 0,01; 0,012, 0,0125; 0,02; 0,025; 0,03; 0,04; 0,05 %); етиленімін (ЕI - 0,003; 0,006; 0,01; 0,0125 %); диметилсульфат (ДМС - 0,02; 0,03; 0,04 %); діетилсульфат (ДЕС - 0,05; 0,15 %); етилметансульфонат (ЕМС - 0,04 %); 1,4-біс-діазоацетилбутан (ДАБ - 0,05; 0,1; 0,2 %);етиленоксид (ЕО - 0,015; 0,02; 0,025; 0,03; 0,05; 0,1 %) з 1969 р.

            Модифікатори вводили в насіння методами вакуум-інфільтрації (всі операції тривали 1 годину) або замочуванням (18 годин) до чи після дії мутагена або в одному розчині під час дії хімічного мутагена: 1) фізичний модифікатор – неіонізуюче лазерне випромінювання видимого червоного спектра (КОБО-1, 632,8 нм, 0,02 мВт/см², 30-60 хв., розсіяний пучок, в Кишинівському СГІ, 1976 р.); 2) хімічний модифікатор стрептоміцин (7, 14, 21 тис. Од./мл) в Інституті фізіології рослин (ІФР, Київ, 1973 р.); 3) цистеїн (0,01 М) в ІФР (Київ, 1973 р.); 4) цистеамін (0,007, 0,01 і 0,02 М, 0,5 і 1 г/л) в ІФР (Київ, 1973 р.); 5) левоміцетин (7,4, 10 і 15 % ) в ІФР (Київ, 1973 р.); 6) левоміцетин (0,025; 0,05; 0,1; 0,8; 1; 2,5; 5 %)  в 1979  і 1984 рр. – тут і далі в себе (ІР, Харків); 7) леворин (5, 10 і 20 тис. Од./мл, 1979 і 1984 рр.); 8) ністатин (1, 5 і 10 тис. Од./мл, 1979 і 1984 рр.) 9) гетероауксин (0,001; 0,005 і 0,05 %, 1976, 1977, 1981 рр.); 10) параамінобензойна кислота (ПАБК,  0,001; 0,005; 0,025; 0,05; 0,25; 0,5 %, 1984, 1985 рр.); 11) нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД, 0,005; 0,01; 0,025; 0,05; 0,2 %, 1986 р.); 12) РНК дріжджів хімічно чиста (0,1 %), аспарагінова кислота (0,03 %), лізин моногідрохлорид (0,02 %) в 1980 р.; 13) аналгін (0,8 і 1,5 % ), лимонна кислота (0,01 і 0,1), настої звіробою, евкаліпту, цмину в 1980; 14) кармін (0,1; 0,12; 0,6 і 1 %) в 1980, 1981, 1984-1998 рр.; 15) фуксин основний (0,1; 0,5; 1; 1,5 і    5 % ) в 1980-1984 рр.; 16) аурамін (0,01; 0,1; 1 і 5 %) окремо (1980, 1981, 1984 рр.) чи одночасно з НЕС (1988, 1989 рр.).

            Поєднання прямого чи зворотного порядку дії фізичного (випромінювання ¹³⁷Cs в дозі 30, 50, 70, 100, 150, 200 Гр при 3,51-4,48 Гр/хв.) і хімічного мутагена НЕС (0,01; 0,02; 0,03 і 0,04 %) чи ЕI (0,003; 0,006 і 0,01 %) на повітряно-сухе насіння на фоні передмутагенної вакуум-інфільтрації карміну (0,6 %) проведено в 5-ти дослідах в 1986-1994 рр.

            Визначення частоти мутацій (лише спадкових змін М₂) проведено такими методами: за % мутантних рослин М₂, % мутантних сімей М₂ – потомств колосів , % мутантних потомств рослин М₁, а також за кількістю випадків мутацій на 100 сімей М₂ та випадків мутацій на 100 потомств рослин М₁.

Генетичну природу мутацій вивчали за спадковістю мутантних ознак в М₃ і в F₂ гібридів.

            Біохімічний склад зерна визначено у відділі якості зерна методом К’єльдаля. Для виявлення мікромутантів оцінювали лінії рослин в ряді поколінь.

            Частоту мутацій статистично оброблено дисперсійним аналізом 1-2-3-факторних нерівномірних комплексів для якісних ознак.

            Методи використання мутацій: добір, пряме індукування і оцінки, мутагенна обробка мутантів, гібридизація і її поєднання з мутагенезом. Оцінку ефективності цих методів проведено при вивченні ліній на різних етапах селекційного процесу: в селекційних розсадниках – в М₃ (метровий рядок з міжряддями 15-20 см) і М₄ (6 двохметрових рядків), контрольному розсаднику – в М₅ (7 восьмиметрових рядків з міжряддями 15 см), конкурсному сортовипробуванні – в М₆ - М₈ (7 чотирнадцятиметрових рядків з міжряддями 15 см при 4-х повтореннях). Методика оцінок загальноприйнята для сортовипробування. Математичну обробку даних сортовипробування проведено дисперсійним аналізом однофакторних дослідів для кількісних ознак з повтореннями.

Особливості реалізації мутацій в сім`ях м₂ потомств рослин М₁ і ефективність методів визначення частоти мутацій. На організменному рівні при виникненні і неоднаковому вищипленні (в сім’ях від 6:0 до 1:19) та проявленні в одній, кількох (2,63-15 % в радіаційному, 4-36,36 % в хімічному мутагенезі) чи усіх (2,63-18,18 %) сімўях М₂ (потомствах колосів М₁) і виникненні різнотипних (1,39-20,75 % у генотипів чи 1,45-15,38 % в сім’ях) чи однотипних мутацій в різних сім’ях потомств рослин М₁ (рис. 1) перевагу слід надавати методам визначення частоти (рис. 2) всіх випадків фенотипово різних мутацій М₂ з розрахунку як на 100 потомств рослин М₁, так і на 100 сімей М₂ чи на 100 рослин М₂ (останній метод найбільш простий).