CC BY
29УДК 631.527: 633.179
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРМОЗНОГО у-ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ ПРОСА
В. И. КРАВЦОВА
Гродненский государственный аграрный университет, г. Гродно, Республика Беларусь
ВВЕДЕНИЕ
Естественная эволюция растений, как известно, совершается на основе разнообразных спонтанных мутаций и продуктов их рекомбинации. Нет сомнений в том, что существующее многообразие форм проса - результат естественных мутаций различных уровней. Такое разнообразие свидетельствует о древности этого растения, с одной стороны, и указывает на возможность дальнейшего накопления новых полезных мутаций путем индуцированного мутагенеза, с другой [1-3].
Сложность процесса гибридизации у проса, низкий выход гибридных семян ставит селекционера перед необходимостью привлечь метод мутагенеза в качестве способа увеличения гетерогенности популяций и в дальнейшем повышения эффективности отбора [4]. Предпосевное облучение семян широко используется как мутагенный фактор и фактор, стимулирующий рост растений. Многие растения реагируют на облучение изменением анатомо-морфологической структуры, но степень и направленность изменений зависит от особенностей культуры и сорта, а также от условий его возделывания [5].
У проса наименьшей мутабильностью отличаются сорта, признаки которых находились в доминантном состоянии, наибольшей - сорта гибридного происхождения, у которых чаще всего наблюдались изменения по типу метелки, окраске зерна, наличию антоциановой окраски, а также по таким количественным признакам, как число и длина веточек, продолжительность вегетации, высота растений и др. [6]
В исследованиях М.П. Шишлова при обработке семян зерновых культур тормозным у-излучением отмечены большая гибель всходов и депрессия в развитии растений, а также более высокая стерильность и частота индукций макро- и микромутаций при низких дозах и мощности (10 Гр). При использовании сверхвысокой дозы (3000 Гр) наблюдается явление задержанного мутагенеза, когда подавляющая часть мутаций проявляется в поколениях М3-М4 [7].
В наших исследованиях при применении данного метода ставилась цель индуцировать более широкий спектр изменчивости качественных и количественных признаков у проса и работать в двух самостоятельных направлениях:
1. Индукция макромутантов на основе использования жестких мутагенных обработок, вызывающих высокую летальность, депрессию ростовых процессов и хромосомные аберрации, с последующим отбором депрессивных, морфологически измененных форм М[ для формирования мутагенной популяции М2 с изменением качественных признаков.
2. Индукция микромутантов при использовании мягких мутагенных обработок без выраженного летального и депрессивного эффектов с последующим отбором измененных по количественным признакам положительных форм М, для формирования популяции М2 и выделением в ней положительных микромутантов.
МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводили на протяжении 2002-2006 гг, в лаборатории крупяных культур РУП «Научнопрактический центр НАН Беларуси по земледелию» на территории э/б «Жодино» Смолевичского района Минской области. Полевые опыты размещали в селекционном севообороте на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве со следующими агрохимическими показателями почвенного горизонта: рНкс| - 6,1-6,7, содержание Р205 - 250-301 мг/кг, К,О - 220-239 мг/кг почвы, гумуса - 2,5-3,0 %.
Агротехнику в опытах применяли согласно технологическому регламенту возделывания проса с учетом условий Минской области. Предшественником был яровой рапс. Обработка почвы состояла из зяблевой вспашки с внесением фосфорных и калийных удобрений из расчета Р6(К%. Весенняя обработка состояла из 2-3 культиваций и внесения минерального азота в дозе N8(J. Питомники закладывали на участках, которые по рельефу местности, выравненное™ почвы и предшествующим культурам соответствовали методическим требованиям. Посев проводили в два срока: оптимальный для Минской области - II декада мая, поздний - II
31
декада июня. Площадь делянок - 10 м2 с шириной междурядья 45 см, повторность - 4-кратная.
В наших исследованиях в качестве мутагенного фактора использовали тормозное у-излученияе (у-лучи образуются при торможении нейтрона) с дозой от 10 до 3000 Гр и последующего отбора растений в условиях оптимального и позднего сроков сева. Семена четырех сортов проса обрабатывали коллимированным потоком у-лучей в кювете таких размеров, чтобы на входе достигалась летальная или сублетальная доза, а на выходе, в результате линейного коэффициента поглощения энергии, - стимулирующая доза. Расчетная длина такой кюветы составляет около одного метра.
Условия 2002-2006 гг. были контрастными, от засушливого 2002 г, до 2004 и 2006 гг. с избытком влаги во второй половине вегетации. Это позволило оценить сортообразцы коллекции проса как по комплексу хозяйственно-полезных признаков, так и по пластичности.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В отличие от данных о сильном угнетающем действии облучения на начальных этапах развития, в наших исследованиях в поколении не наблюдалось изреженности всходов проса и отставания в росте у растений всех сортов. При анализе полевой всхожести отмечался существенный стимулирующий эффект облучения семян у сортов Дружба, Оренбургское 42 и Белир в при первом сроке сева (табл. 1). У сорта Быстрое этот показатель оставался на уровне контроля. Однако в поколениях М2-М3 у сортов Дружба, Белир и Быстрое всхожесть снизилась (табл. 2). При втором сроке сева всхожесть существенно увеличивалась в поколении М( сортов Белир и Быстрое (на 34,8 % и 10,5 % соответственно). У сорта Дружба количество проростков возросло на 9 %, а у сорта Оренбургское 42 этот показатель оставался на уровне контроля. Следует отметить, что в поколениях М2-М3 всхожесть снизилась по сравнению с показателями М. и контролем только у сорта Оренбургское 42, у остальных образцов данный показатель находился на уровне контроля.
Таблица 1. Полевая всхожесть семян проса после облучения при разных сроках сева (2002 г.)
Сорт Поколение 1 с рок 2с рок Отклонение 2-го от 1-го
полевая всхожесть, % % от контроля полевая всхожесть, % % от контроля
Дружба К 24,8 - 43,5 - +18,7
М, 65,8 +41,0 52,5 +9,0 -13,3
Оренбургское 42 К 30,3 - 46,3 - + 16,0
м, 53,5 +23,2 49,5 +0,2 ^,0
Белир к 45,8 - 42,5 - -3,3
м, 69,0 +23,2 77,3 +34,8 +8,3
Быстрое к 30,3 - 50,3 - +20,0
м, 33,8 +3,5 60,8 + 10,5 +27,0
Для определения эффективности применения тормозного у-излучения в качестве метода повышения гетерогенности нами был проведен анализ изменчивости количественных показателей у отдельно взятых линий поколений М3-М6 (2006 г.). Анализировались признаки продолжительности вегетации и межфазных периодов, а также элементы урожайности зерна.
Сокращение продолжительности вегетации - важное направление в селекции проса в условиях Беларуси. Однако имеет большое значение уменьшение продолжительности периода всходы-выметывание, когда растения проса наиболее уязвимы. Поэтому, контролируя изменения продолжительности вегетации в мутантных поколениях изучаемых сортов, мы обращали особое внимание на сочетание укороченного периода всходы-выметывание с продолжительностью периода выметывание-восковая спелость на уровне контроля либо с ее удлинением. У мутантных популяций сорта Белир не происходило сокращения продолжительности вегетации и существенных изменений межфазных периодов. Однако в М5 данного сорта был выделен образец БМ5 19 с уменьшением периода всходы-выметывание на 2 дня и периодом выметывание-восковая спелость на уровне контроля (рис. 1).
В гетерогенных популяциях М3-М6 сорта Быстрое наблюдалось преимущественно повышение продолжительности вегетации и межфазных периодов. Однако выделены две линии, величина периода вегетации у которых остается на уровне контроля (70 дней), при этом период всходы-выметывание сокращался на 2 дня, а период выметывание-восковая спелость соответственно удлинялся на 2 дня (рис. 2).
32
Таблица 2. Полевая всхожесть семян проса после облучения при разных сроках сева (2003-2004 гг.)
Сорт Поколение Полевая всхожесть при первом сроке сева, % Полевая всхожесть при втором сроке сева, % ± 2-го ОТ 1-ш, %
2002 г. 2003 г. 2004 г. 0 ± от К, % 2002 г. 2003 г. 2004 г. 0 ± от К, %
Дружба К 24,8 54,7 56,2 45,2 - 43,5 52,7 53,9 50,0 - +4,8
м2 23,5 48,7 49,4 40,5 -4,7 46,5 66,0 57,2 56,6 +6,6 + 16,1
м3 - 42,0 44,0 43,0 -12,5 - 53,3 55,4 54,4 +1,1 + 11,4
Оренбургское 42 К 30,3 36,0 35,9 34,1 - 49,3 62,0 59,8 57,0 - +22,9
м2 22,5 45,3 44,8 37,5 +3,4 35,8 46,0 54,5 45,4 -11,6 +7,9
м3 - 48,7 53,7 51,2 + 15,3 - 61,3 60,0 60,7 -0,2 +9,5
Белир к 45,8 58,7 60,3 54,9 - 42,5 56,7 59,8 53,0 - -1,9
м2 63,5 45,3 48,3 52,4 -2,5 81,8 56,7 60,5 66,3 +13,3 +13,9
м3 - 26,7 45,8 36,3 -23,2 - 62,0 61,0 61,5 +3,3 +25,2
Быстрое к 30,3 48,0 48,0 37,7 - 50,3 53,3 54,2 52,6 - + 14,9
м2 33,3 35,3 34,9 34,5 -3,2 59,0 58,7 56,8 58,2 +5,6 +23,7
м3 - 37,3 39,2 38,3 -9,7 - 57,3 59,4 58,4 +4,7 +20,1
75
БелирК БМ4 13 БМ5 5 БМ5 19
11 период вегетации □ период выметывание-восковая спелость
Рис. 1. Продолжительность вегетации и периода выметывание-восковая спелость у мутантных форм сорта Белир
75
Быстрое К____________СМ3 19______________СМ4 18_______
□ период вегетации □ период выметывание-восковая спелость
Рис. 2. Продолжительность вегетации и периода выметывание-восковая спелость у мутантных форм сорта Быстрое
В популяциях М3-М6 сорта Дружба были выделены несколько образцов с существенным сокращением продолжительности вегетации - от 69 до 73 дней по сравнению с контролем (80 дней). Однако это происходило, в основном, за счет периода выметывание-восковая спелость, что нежелательно при селекции на дружность созревания метелки. Также увеличивалось и количество позднеспелых образцов (88-90 дней) с продолжительным периодом выметывание-восковая спелость, за счет чего увеличивались средние показатели этого признака у мутантных популяций.
Наибольшее количество семей с необходимыми свойствами было выделено в мутантных популяциях сорта Оренбургское 42. У большинства отобранных образцов продолжительность вегетации сокращалась на два дня по сравнению с контролем, однако менялось соотношение продолжительности вегетации и периода выметывание-восковая спелость (рис. 3). Выделена линия с периодом вегетации 70 дней, соотношение рассматриваемых периодов у которой 70:35.
У сорта Оренбургское 42 были отмечены и другие изменения. Так, в поколении М( были выделены растения разновидности subcoccineum, в то время как сам сорт относится к разновидности sangvineum, т.е. такие растения имели антоциановую окраску и подушечки у основания веточек или развесистую форму метелки (рис. 4). Удлинилась и сама метелка - до 28,7 см по сравнению с контролем (25,6 см). В последующих поколениях расщепления по признаку наличия антоциана и формы метелки у этих образцов не наблюдалось. В исследованиях И.В. Яшовского было выявлено [6], что доминантные аллели генов длины веточек (Вг,) и наличия подушечек (Pw,) находятся в одной группе сцепления с одним из генов антоциановой окраски (Рг,). Мы предполагаем, что ген Pw( в рецессивном состоянии оказывает эпистатическое действие на остальные гены этой группы и изменение аллельного состояния этого гена повлекло изменение активности всей группы.
Изменение показателей продолжительности вегетации и межфазных периодов привело к изменению такого элемента урожайности, как продуктивность главной метелки (табл. 3) [8]. Отмечено, что с усилением изменчиво-
34
ста показателя продолжительности периода выметывание-восковая спелость изменчивость массы зерна с метелки также усиливалась. У мутантных поколений сорта Оренбургское 42 с увеличением коэффициентов вариации по показателю продолжительности периода выметывание-восковая спелость изменчивость продуктивности главной метелки снижалась. Вероятно, изменение разновидности стабилизировало проявление данного признака.
Следствием наличия в составе мутантных популяций позднеспелых и скороспелых форм с разными темпами развития и созревания явилось усиление варьирования признака продуктивности метелки в большинстве изучаемых поколений, что привело к снижению ее среднего показателя. Как видно по данным, представленным на рис. 5, у мутантных популяций сортов Дружба и Оренбургское 42, в составе которых имелись различающиеся по скороспелости формы, продуктивность метелки не поднималась выше контроля. Только в поколении М5 сорта Дружба наблюдалась прибавка 0,4 г по отношению к контролю, но, по нашему мнению, это скорее модификационное проявление признака.
■ период вегетации □ период выметывание-восковая спелость
Рис. 3. Продолжительность вегетации и периода выметывание-восковая спелость у мутантных форм сорта Оренбургское 42
1.
Рис. 4. 1. Метелка сорта Оренбургское 42 К (sangvineum);
2. Метелка ОМ2 (subcoccineum)
2.
35
Таблица 3. Коэффициенты вариации продолжительности вегетации, межфазных периодов и продуктивности главной метелки у разных сортов проса и мутантных поколений, %
Сорт Поколение Период вегетации. V Период выметываниевосковая спелость, V Продуктивность главной метелки. V
Белир К 1.1 2.7 18.1
М 3.6 9.2 26.5
м; 1.9 2.4 23.4
Оренбургское 42 к 1.9 2.0 34.3
м. 3.6 9.8 18.4
м: 5.4 14,2 16.1
м; 1.9 10.8 17.1
м: 5.3 9.8 18.0
Дружба к 4.9 10.3 17.5
м 4.3 11.4 21.2
м; 6.8 14.2 20.0
м' 4.0 8.6 15.0
м; 7.0 14.6 19.5
Быстрое к 1.0 2.6 22.7
м 8.2 15.8 29.1
м; 8.2 17.0 20.8
м. 4,9 15.1 24.5
м 5.1 10.1 30.8
Рис. 5. Отклонение показателя продуктивности главной метелки от контроля в зависимости от мутантного поколения у сортов проса Дружба и Оренбургское 42
На рис. 6 показано, что в мутантных популяциях сорта Белир, у которых не было выявлено значимых изменений по показателям продолжительности вегетации и межфазных периодов, при некоторой депрессии признака продуктивности в ранних мутантных поколениях, в поколениях М4-М6 увеличивалось число высокопродуктивных растений, и средние показатели массы зерна с метелки были выше, чем у контроля. У сорта Быстрое при увеличении варьирования продолжительности вегетации и периода выметывание-восковая спелость также наблюдалось отрицательное отклонение среднего показателя продуктивности от контроля, и лишь в поколении М6 была прибавка 0,4 г.
При анализе варьирования продуктивности главной метелки и оценке факторов условий года, сортовых особенностей и мутантного поколения было установлено, что наиболее сильное влияние на данный показатель оказывали погодные условия конкретного года исследований - 46,7 % (табл. 4).
36
0,6
0,5
0,4
я
3 о,э
£ 0,2 £ o,i
9 0
К
*-n.i 1 -®-2 5-0,3 5 -0,4 -0,5 -0,6
Рис. 6. Отклонение показателя продуктивности главной метелки от контроля в зависимости от мутантного поколения у сортов проса Белир и Быстрое
Таблица 4. Доля влияния года, сорта и мутантного поколения на продуктивность главной метелки проса
Факторы и их взаимодействие Доля влияние, % (по Плохинскому)
А (год) 46,7*
В (сорт) 0,7*
С (мутантное поколение) 3,0*
АВ 36,2*
АС 2,5*
ВС 4,3*
АВС 6,3*
случайное 0,08
повторения 0,22
Примечание: * достоверно при Р < 0,01
Также существенное значение имело взаимодействие факторов «условия года» и «сортовые особенности» - 36,2 %. Влияние фактора «мутантное поколение» невелико - всего 3,0 %, однако выше, чем влияние фактора «сорт», доля которого составляет 0,7 %. Невелико и влияние взаимодействия этого фактора с факторами «условия года» и «сортовые особенности» - 2,5 % и 4,3 %, но повышалось взаимодействие всех трех факторов - 6,3 %. Анализ влияния факторов отдельно за 2003-2004 гг. в популяциях контроля и поколений М, и М3 показал, что на первое место после фактора «условия года» выдвигался фактор «сортовые особенности» - от 55,9 % до 59,0 % (табл. 5). Влияние у-излучения в разные годы возделывания менялось и составляло от 14,0 до 30,0 %. Взаимодействие факторов колебалось от 11,2 до 24,2 %.
Таблица 5. Доля влияния сортовых особенностей и мутантного поколения на продуктивность главной метелки проса ( %, 2002-2004 гг,)
Факторы и взаимодействия Факторов Доля влияние. % (по Плохинскому)
2003 г. 2004 г. 2005 г.
A(codt) 59.0* 55.9* 58.8*
В (М-поколение) 24.2* 14,0* 30.0*
АВ 15.1* 29.2* 11.2*
случайное 1.68 0.60 0.30
повторения 0.02 0.33 0.01
Примечание: “"достоверно при Р < 0,01
Таким образом, мы можем сделать вывод, что факторы «погодные условия возделывания» и «сортовые особенности» являются наиболее значимыми в формировании как общей урожайности, так и продуктивности главной метелки проса.
37
При анализе взаимосвязи между признаками габитуса растения и продуктивности метелки у мутантных поколений сорта Оренбургское 42 видно, что, начиная с М , появилась средняя положительная связь (г = 0,633-0,730) между признаком продуктивности и длиной метелки, имеющая место у сортов разновидности subcoccineum [8]. У сорта Дружба такая взаимосвязь появилась уже в М3, но ее проявление было нестабильным в разных поколениях (табл. 6).
Таблица 6. Связь массы зерна с метелки и длины метелки (2006 г.)
Сорт (разновидность) К М, М„ М, м.
Белир (subcoccineum) 0,072 - _ 0,829** 0,786**
Оренбургское 42 (sangvineumy 0,129 0,173 0,633** 0,705** 0,730**
Дружба (subauranthiacum) 0,121 0,597* 0,574* 0,149 0,491**
Быстрое (subcoccineum) -0,049 0,417 0,343 0,492* 0,714**
Примечание: + - мутантная форма относится к разновидности subcoccineum', ♦достоверно при Р = 0,05; **достоверно при Р = 0,01
Между признаками высота растений и продуктивность метелки постоянная связь была только у мутантов сорта Оренбургское 42, у остальных образцов ее проявление носило случайный характер (табл. 7).
По признаку масса 1000 зерен снижение средних показателей наблюдалось у мутантных форм сортов Бе-лир и Быстрое. У мутантов сорта Дружба средние показатели повышались на 0,2-0,3 г по сравнению с контролем, у сорта Оренбургское 42 в поколениях М3-М4 количество крупнозерных форм уменьшалось, но в последующих поколениях находилось на уровне контроля. Таким образом, отобрать крупнозерные форм можно было только у сорта Дружба, начиная с поколения М3, когда увеличивался коэффициент вариации по признаку масса 1000 зерен, и у некоторых семей данный показатель достигал 10 г и выше [4].
Таблица 7. Связь массы зерна с метелки и высоты растений (2006 г.)
Сорт (разновидность) К м, м. м5 мй
Белир (subcoccineum) 0,258 - - 0,568 0,733**
Оренбургское 42 (sangvineum) -0,287 0,502* 0,447* 0,286 0,566**
Дружба (subauranthiacum) -0,047 -0,330 0,212 -0,035 0,444*
Быстрое (subcoccineum) 0,054 0,525 0,414* 0,506* 0,494
Примечание: + - мутантная форма относится к разновидности subcoccineum', ♦достоверно при Р = 0,05; **достоверно при Р = 0,01
ВЫВОДЫ
На основании проведенных исследований установлено, что метод тормозного у-излучения может использоваться для повышения гетерогенности популяций проса, так как наблюдается повышение варьирования основных количественных признаков, начиная с поколения М3-М5 в зависимости от изучаемого сорта.
По показателю продуктивности растений влияние тормозного “/-излучения было менее значимым (3,0 %), чем влияние условий выращивания (46,7 %) и сортовых особенностей (от 55,9 % до 59,0 %), что свидетельствует о сложном комплексном характере проявления признака.
Применение метода у-излучения с целью получения более широкого диапазона селекционно-ценных признаков целесообразно в случае дифференцированного подхода при подборе сорта и признака.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дубинин, Н.П. Эволюция популяций и радиация / Н.П. Дубинин. - М.: Атомиздат, 1966. - С. 95-107.
2. Рапопорт, И. А. Экспериментальное исследование взаимодействия индуцированных мутаций и естественного отбора / И.А. Рапопорт // Применение химических мутагенов в защите окружающей среды от загрязнения и в сельскохозяйственной практике; по ред. И. А. Рапопорта. - М.: Наука, 1981. - С. 3 40.
3. Отбор и мутационный процесс в популяциях / В.К. Савченко [и др.]. — Минск: Наука и техника, 1985. - С. 45-50.
4. Кравцова, В.Н. Влияние у-излучения на изменчивость количественных признаков сортов проса / В.Н. Кравцова // Земледелие и селекция в Беларуси: Сб. науч. тр. / ИЗиС НАН Беларуси; под ред. М.А. Кадырова. - Минск, 2005. - Вып. 41.-С. 210-217.
5. Изучение влияния предпосевного облучения семян хлопчатника тормозным излучением бетатрона СВ-50 на хозяйственно-ценные и морфологические признаки растения / А.С. Алматов [и др.] // Сельскохозяйственная радиобиология: Межвуз. сб. науч. тр. / Кишиневский СХИ; под ред. О.В. Бляндур. - Кишинев, 1989. - С. 19-24.
6. Яшовский, И.В. Селекция и семеноводство проса / И.В. Яшовский. - М.: Агропромиздат, 1987. - 256 с.
38
7. Шишлов, М.П. Индуцированный мутагенез и рекомбиногенез ячменя и овса / М.П. Шишлов. - Минск, 2004. - С. 5-19.
8. Кравцова, В.Н. К вопросу о связи продуктивности проса с длиной и формой метелки / В.Н. Кравцова // Земледелие и селекция в Беларуси: Сб. науч. тр. / ИЗиС НАН Беларуси; под ред. М.А. Кадырова. - Минск, 2005. - Вып. 41. - С. 217-222.
THE USE OF DECELERATION y-EMISSION FOR THE INCREASE OF HETEROGENEITY OF MILLET POPULATIONS
V.N. KRAVTSOVA Summary
The results of the influence of deceleration у-emission on the variability of morphological and economic attributes of millet varieties are presented.
On the basis of the lead researches it is established, that a method of deceleration у-emission can be used for the increase of heterogeneity of millet populations, because since M3-M5 generation the increase of a variation of the basic quantitative traits is observed, depending on a studied variety.
Поступила в редакцию 12 мая 2008 г.
