CC BY
20Сатторов Б.Н.
старший преподаватель, Государственный педагогический университет, г. Душанбе
baca6600@mail.ru
Муминов С.В.
с.н.с. Агентства по химической, биологической, радиационной и ядерной безопасности НАН Таджикистана,
г. Душанбе muminov_saf@mail. ru Партоев К.
д.с.-х.н., профессор, зав. лабораторией генетики и селекции растений, Институт ботаники, физиологии и генетики растений НАН Таджикистана, г. Душанбе
pkurbonali@mail.ru
ИЗМЕНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ПШЕНИЦЫ И ЯЧМЕНЯ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ МАЛЫМИ ДОЗАМИ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ЦЕЗИЯ-137
Ключевые слова: пшеница, ячмень, сорт, урожай, зерно, облучение, гамма-излучение, цезий-137. Keywords: wheat, barley, grade, yield, grain, irradiation, gamma-radiation, caesium -137.
Введение
В начале ХХ века Гуго де Фриз сформулировал мутационную теорию, а в 1925 г. советские ученые Г. А. Надсон и Г.С. Филиппов открыли на низших грибах мутагенное действие рентгеновских лучей и тем самым показали, что после облучения возникают разнообразные радиорасы, свойства которых воспроизводятся в потомстве.
В 1927 г. Г. Мёллер в опытах на дрозофиле убедительно доказал, что ионизирующее излучение способно индуцировать мутации. Позже И.А. Рапопорт и Ч. Ауэрбах открыли явление мутагенеза под влиянием химических веществ. В начале ХХ в. датский генетик В. Иоганнсен сформулировал понятия «генотип» (совокупность наследственных задатков) и «фенотип» (совокупности их проявлений); советский биолог И. И. Шмальгаузен ввел понятие «норма реакции генотипа», в пределах которой может варьировать его проявление в генотипе в ответ на изменение условий среды.
Советскими генетиками Б.Л. Астауровым и Н.В. Тимофеевым-Ресовским в 20-30-е гг. ХХ в. разработаны представления о комплексной обусловленности признаков организма взаимодействием генотипических, внутриорганиз-менных и внешнесредовых факторов1.
Радиочувствительность растений количественно характеризуется величиной дозы, которая вызывает определенный эффектподавление роста, снижение урожайности, частичную или полную гибель. Различные сельскохозяйственные культуры имеют различную радиочувствительность.
Цезий-137, известный также как радиоцезий, - радиоактивный нуклид химического элемента цезия с атомным
номером 55 и массовым числом 137, который образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и
2
ядерном оружии .
Под воздействием облучения цезием-137 у растений проявляется торможение и задержка роста, снижение продуктивности, уменьшение репродуктивных свойств семян, клубней и корнеплодов, но в то же время это может вызы-
3
вать и полезные мутации .
С целью изучения влияние цезия-137 на изменение генетических признаков нами проведено облучение семян пшеницы и ячменя перед посевом.
Материал и методика исследований
Семена двух сортов пшеницы (Краснодарская-99, Истаравшан) и один сорт ячменя (Ченад-345) в течение 6 часов замачивали в дистиллированной воде. Половина семян служила контрольными (без обработки гамма-излучением). Вторую часть семян подвергли облучению гамма-излучением (источник гамма-излучения - цезий-137 с энергией Е=661.7 кэВ, время облучения 10 часов, поглощённая доза 2 Гр) в Лаборатории технических услуг Агенства по хими-
1 Цаценко Л.В. Генетический мониторинг в агроэкологии. - Краснодар: КубГАУ, 2016. - 110 с.
2 Василенко И.Я. Радиоактивный цезий-137 // Природа. 1999. - № 3. - С. 70-76.
3 Audi G. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties / G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A.H. Wapstra // Nuclear Physics A. 2003. - Vol. 729, N 1. - P. 3-128; Цаценко Л.В. Генетический мониторинг в агроэкологии. - Краснодар: КубГАУ, 2016. -110 с.
ческой, биологической, радиационной и ядерной безопасности НАН Таджикистана. Необлученные (контрольные) и облученные семена пшеницы и ячменя (по 50 шт. семян в каждом варианте) высевали 08.02.2021 на опытном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений НАН Таджикистана, расположенного на высоте 840 м над уровнем моря (в пригороде г. Душанбе). Способ посева был рядковым. Растения выращивались на естественном почвенном фоне без внесения удобрений и с проведением трех разовых вегетационных поливов. Уборка урожая контрольных и опытных вариантов была проведена 06.07.2021 г. Среди популяции облученных растений сорта Красно-дарская-99 появилось одно растение, которое в отличие от исходного сорта имело ости в колосе, а также морфологические и хозяйственно ценные признаки.
Результаты исследований и их обсуждение
Как показали наблюдения, необлученные (контрольные) семена пшеницы и ячменя в среднем взошли раньше на 4-6 дней, чем облученные. Также у облучённых семян наблюдалось более позднее вступление растений в фазы развитиякущение, колошение, цветение и созревание на 5-10 дней позднее, чем у контрольных.
Облучение семян сортов пшеницы привело и к уменьшению всхожести семян. Например, под воздействием облучения всхожесть семян по сорту Краснодарская-99 уменьшилась на 25%, по сорту Истаравшан на 20% и по сорту Ченад-345 на 16% по сравнению с контрольными. Под воздействием гамма-излучений также наблюдается изменение ряда морфологических признаков пшеницы и ячменя в М1 (табл. 1).
Таблица 1
Влияние облучения гамма-излучением цезия-137 семян пшеницы и ячменя на изменение признаков
пшеницы и ячменя в М1
Варианты Высота растений, см Количество зёрен в колосе Масса зёрен 1 колоса, г Выход зёрен от общей биомассы, % Масса 1000 зёрен,г
Пшеница (сорт Краснодарская-99)
Контроль 73,5 21,33 0,66 35,71 30,84
Поглощённая доза облучения 2 Гр 60,0 26,4 1,77 50,79 67,08
Пшеница (сорт Истаравшан)
Контроль 94,0 31,18 2,12 54,55 67,92
Поглощённая доза облучения 2 Гр 67,5 20,83 1,67 48,78 80,00
Среднее из двух сортов пшеницы (Контроль) 83,8 26,3 1,39 45,13 49,38
(Доза облучения 2 Гр) 63,8 23,6 1,72 49,8 73,54
Ячмень (сорт Ченад-345)
Контроль 42,0 23,66 1,17 45,71 49,48
Поглощённая доза облучения 2 Гр 47,5 24,18 1,15 53,03 47,73
Как видно из табл. 1, под воздействием гамма-излучения наблюдается изменение ряда морфологических признаков у пшеницы и ячменя в М1. В частности, облучение приводит к уменьшению высоты растений пшеницы на 20,0 см (или на 31,4%) по сравнению с контрольными (в среднем по сортам Краснодарская-99 и Истаравшан). Также облучение приводит к уменьшению количества зёрен в колосе, в среднем по этим двум сортам пшеницы по сравнению с контролем на 2,7 шт./колос или же на 10,3%.
Однако облучение семян перед посевом приводит к увеличению таких признаков, как масса зёрен одного колоса, выход зерна от общей массы растений и масса 1000 зёрен по сравнению с контролем (в среднем по сортам пшеницы). Эти признаки в среднем по двум сортам пшеницы под воздействием облучения увеличиваются по сравнению с контрольным вариантом соответственно на 23,7; 9,3 и 48,9%.
При облучении семян сорта ячменя Ченад-345 наблюдается увеличение высоты стебля на 5,5 см (или на 13,1%), количество зёрен в колосе на 0,52 шт. (или на 2,2%) и выхода зёрен с общей биомассы на 7,32%. Однако масса зёрен одного колоса и масса 1000 шт. семян, взошедших от облученных семян, приводит к незначительному уменьшению этих признаков по сравнению с контролем на 1,7 и 3,7% соответственно.
Под влиянием облучения гамма-излучением семян зерновых перед посевом, также наблюдается изменение таких признаков пшеницы и ячменя (в среднем), как высота растений, количество зёрен в колосе, масса зерна 1 колоса, выход зерна от общей биомассы, масса 1000 шт. зёрен и урожайность (рис. 1).
Облучение семян перед посевом гамма-излучением ингибирует проявления таких признаков пшеницы и ячменя, как высота растений и количество зёрен в колосе по сравнению с контролем (соответственно на 17,66 и 6,07%). Наряду с этим, облучение семян стимулирует проявления таких признаков, как выход зерна от общей биомассы (на 16,90%), массы 1000 зёрен (на 25,25%) и урожайности (расчётная) (20,76%).
Таким образом, облучение семян сортов пшеницы и ячменя гамма-излучением цезия-137 перед посевом в зависимости от генотипической особенности сортов приводит к изменению ряда морфологических и хозяйственно полезных признаков пшеницы и ячменя.
Рисунок 1.
Диаграмма влияние облучения семян перед посевом гамма-излучений цезия-137 на изменение признаков пшеницы и ячменя (в среднем) в М1
Мутантная форма пшеницы (М1), кроме остистости, также отличалась от исходного сорта Краснодарская99 по ряду полезных признаков (табл. 2).
Таблица 2
Характеристика признаков пшеницы сорта Краснодарская-99 и мутанта М1
Формы Высота растений, см Количество зёрен в колосе Масса зёрен 1 колоса, г Выход зёрен от общей биомассы, % Масса 1000 зёрен, г
Исходный сорт (Краснодарская99) 73,5 21,33 0,66 35,71 30,84
Мутантная форма (МО 62,5 26,25 2,00 44,44 76,19
Отклонение от исходного сорта, % -17,6 23,1 103,0 8,73 147,0
Из табл. 2 видно, что мутантная форма по высоте растений уступает исходному сорту на 11 см (или на 17,6%), но по таким признакам, как количество зёрен в колосе, масса зёрен 1 колоса, выход зёрен от общей биомассы и масса 1000 шт. зёрен превышает исходный сорт на 23,1; 103,0; 8,73 и 147,0%, соответственно.
Таким образом, выделенная на основе фенотипической оценки (среди популяции МД мутантная форма пшеницы из сорта Краснодарская-99 посредством облучения семян цезий-137 перед посевом по ряду качественных и количественных признаков существенно отличается от исходного сорта пшеницы, и она будет изучена в последующем поколение - М2 в 2022 году.
Среди популяции облученных растений сорта Краснодарская-99 появилось одно растение, которое в отличие от исходного сорта имело ости. Частота появления мутации по этому признаку (по фенотипу) составила 2,7% от общего количества особей (из 37 взошедших растений сорта Краснодарская99). Измененная форма колоса у мутанта представлена на рис. 2.
Рисунок 2.
Форма колоса исходного сорта пшеницы Краснодарская-99 (слева) и мутанта М1 (справа)
