CC BY
5
С.П. Чибис, Л.А. Кротова. Перспективность использования пестицидов в качестве мутагенов в практической селекции пшеницы // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2023. - № 1 (32) январь -март - URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2023/1/01047.pdf. - ISSN 2413-4066
Научная статья
УДК 633.11:631.528.1:632.95.02
Перспективность использования пестицидов в качестве мутагенов в практической
селекции пшеницы
С.П. Чибис, Л.А. Кротова
Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск, Россия
Аннотация. Представлен сравнительный анализ воздействия на растения пшеницы мягкой яровой сортов Павлоградка и Серебристая концентраций химических соединений АлтСил и Террасил. Выделены перспективные формы в экспериментальных популяциях, образованных после действия мутагенов, с целью создания исходного материала для практической селекции.
Ключевые слова: сорт, пестицид, мутаген, поколение.
Original article
The prospect of using pesticides as mutagens in practical wheat breeding S.P. Chibis, L.A. Krotova
Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk, Russia
Abstract. A comparative analysis of the impact on plants of soft spring wheat varieties Pavlogradka and Serebristaya concentrations of chemical compounds AltSil and Terrasil is presented. Promising forms have been identified in experimental populations formed after the action of mutagens in order to create initial material for practical selection.
Keywords: variety, pesticide, mutagen, generation.
Разнообразные протравители для семян растений в сельском хозяйстве не имеют точных заключений о характере действия их на растения, степени чувствительности к разным пестицидам у культур, тем более их разнообразных сортов. Вопрос о генетическом воздействии химических соединений на растения, в свете масштабного их использования в борьбе против болезней и вредителей сельскохозяйственных культур на любых этапах производства, остро стоит перед современными исследователями [ 1, 2].
Способность пестицидов вызывать мутации, расширяя генотипическое разнообразие наследственных структур в организмах, результативно используется в биологических экспериментах. При применении химических мутагенов появляются организмы с другим генотипом, расширяется диапазон генетического разнообразия исходных форм. На этом фоне появляется основа искусственного отбора, что перспективно используется в осуществлении разнообразных селекционных программ [3, 4]. Например, на растениях пшеницы при использовании химического мутагенеза обнаруженые макромутации, позволили получить разнообразные формы по срокам созревания и устойчивости к
® С.П. Чибис, Л.А. Кротова
заболеваниям, с хлорофильными и морфологическими мутациями листьев (вертикальное положение листьев, спиральная скрученность листовой пластинки), в том числе и короткостебельные. Растения пшеницы, развиваясь, реагируют на воздействие мутагена по-разному. Они могут быть стимулированы, могут не проявить существенных изменений, могут остро отреагировать потерей жизнеспособности или снижением приспособленности к условиям среды [5].
В Омском ГАУ воздействие фунгицидов как мутагенов в лабораторных и полевых опытах изучают с 2017 г. Объектами исследований выбраны сорта пшеницы Павлоградка и Серебристая. Первый сорт является разновидностью лютесценс, среднепоздний с вегетационным периодом от 79 до 93 суток. Имеет прямостоячее растение, стебель прочный, толстый, полый. Колос со скошенным узким плечом, средней длины и средней плотности, призматический, белый. Зерновка крупная, овально-яйцевидной формы с бороздкой средней глубины, красная. Масса 1000 зерен 36,2-41,0 г. Второй сорт относится к среднепоздним с вегетационным периодом 75-89 сут., масса 1000 зерен 32,4-40,0 г, устойчив к осыпанию и засухе, среднеустойчив к полеганию, обладает устойчивостью к поражению пыльной и твердой головней.
Для обработки зерновок пшеницы использовали фунгициды АлтСил, Террасил из класса триазолов и их производных с действующим веществом тебуконазолом. Применяли дозу расхода препаратов, рекомендованную в справочнике (п) и увеличенную в два раза (2п). Вариант контроля - без обработки препаратами [1, 6].
АлтСил - высокоэффективный протравитель системного действия эффективно подавляет головневые грибы, возбудителей гнилей корней и грибков, вызывающих заплесневение семян. Террасил - системный протравитель семян, используется для профилактики головневых заболеваний, гнилей, пятнистостей и др. Специфический эффект действующего вещества этих препаратов - тебуконазола - проявляется в подавлении всех видов ржавчины у зерновых, но в борьбе с мучнистой росой слабый результат, по сравнению с другими триазолами. В характеристике вещества отмечено, что он проявляет свойства, регулирующие рост растений, однако, при неблагоприятных условиях переходящих в ретардантное действие. Спровоцировать может недостаток влаги, переувлажнение почвы, чрезмерная глубина заделки семян, приводя к низкой энергии прорастания и полевой всхожести [1, 7].
В наших опытах пестициды, как химические мутагены, оказали и стимулирующее, и ингибирующее воздействие на полевую всхожесть семян в поколениях М1 и М2 (рис).
Террасил (2 п)
ПМ2 ПМ1
■ Серебристая
Исходный сорт
ПМ2 ПМ1
-Р
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Рис. Полевая всхожесть семян М1 и М2 сортов яровой пшеницы, %
Влияние химических веществ на популяционный признак зависело как от вида протравителя семян, так и от концентрации препарата [1, 7]. В поколении М1 у сорта
Павлоградка проявилось положительное влияние мутагена на полевую всхожесть при использовании всех фунгицидов в рекомендованной норме. Повышенная концентрация препаратов снижала показатель, особенно это проявилось в варианте с использованием Таррасил (2п). Однако, в следующем поколении М2 воздействие его на полевую всхожесть сработало на увеличение в 5,5%. Исходный сорт Павлоградка по полевой всхожести во всех вариантах обработки превосходил мутанты М2.
У сорта Серебристая наблюдалась подобная тенденция воздействия пестицидов на популяционный признак в зависимости от поколения растений. Проявление в М2 мутагенов было более резкое (в 1,9 раза) в варианте с АлтСил (2п).
Формы пшеницы при обработке мутагенами в основном высокомутабельны, частота видимых мутаций у них составляет от 30 до 80%. В селекции ценно проявление микромутаций, таких как сокращение вегетационного периода, изменение количественных признаков. В М2 выявляются рецессивные, доминантные и полудоминантные мутации (безостые, плотноколосые, спельтоиды). Отбор по измененным морфологическим признакам проводят в М2, мутантные особи по количественным признакам (элементам структуры урожая) выявляются после уборки. Во втором поколении отбирают от 1 до 3% потомств (линий), в которых предполагают наличие полезных мутаций [8].
В мутантных популяциях наших опытов увеличился диапазон и величина фенотипической изменчивости признаков. По высоте растения, длине колоса и количеству колосков в колосе выявлено варьирование от низкой до средней степени изменчивости. Изменение количественных признаков у мутантов зависело от генотипа и условий среды. Средний коэффициент изменчивости наблюдался по количеству колосков в колосе. Масса 1000 семян изменялась от средней степени (Су = 13-18%) до значительной (Су = 21-59%), особенно в вариантах с применением повышенной нормы концентрации пестицидов. Высокие коэффициенты изменчивости проявлены по общей и продуктивной кустистости, количеству зерен в главном колосе и их массе (Су = 22-52%).
Используя количественный метод учета мутаций, были получены следующие результаты (табл. 1).
Таблица 1
Количественный учет мутаций в М2
_В процентах
Химический мутаген и его концентрация Потомств с изменениями Мутантных особей к общему числу проанализированных растений
сорт Павлоградка сорт Серебристая сорт Павлоградка сорт Серебристая
АлтСил (п) 73,1 81,2 3,8 2,1
АлтСил (2п) 38,4 65,7 5,5 3,4
Террасил (п) 85,0 79,2 2,0 1,4
Террасил (2п) 66,1 74,0 2,6 2,2
У сорта пшеницы мягкой Павлоградка доля мутантных потомств в М2 с изменениями варьировала от 38,4 до 85% в зависимости от примененного пестицида и его нормы. У сорта Серебристая процент потомств с изменениями в М2 был на уровне 65,7-81,2%.
Выделяя растения по морфологическим признакам (высота растения, остистость, форма, плотность, окраска колоса) у сортов, подсчитывали долю мутаций. Процент мутантных особей к общему числу учтенных в М2 растений у сорта Павлоградка с заметными изменениями и после структурного анализа колеблется от 2,0%, выделенных в варианте с Террасил (п) до 5,5% - у Террасил (п). Фунгициды, используемые на сорте Серебристая, спровоцировали изменения не более, чем у 3,4% растений: минимальные значения при Террасил (п) - 1,4%.
Проявление их количественных признаков и продуктивности было разнообразным. Одни растения превосходили исходный сорт по продуктивной кустистости, количеству зерен в колосе, массе 1000 семян (т1000) и массе зерна с растения. Но большинство
количественных признаков у мутантных особей сформировались значительно ниже исходных форм.
В последующем поколении М3 за растениями каждой семьи, полученной из мутантных особей М2, проводили наблюдения и структурный анализ. В таблице 2 по основным признакам представлена сравнительная характеристика выделенных линий.
В результате проведенных исследований получили данные, характеризующие активность и специфичность влияния мутагенов на сорта пшеницы Павлоградка и Серебристая [6]. Наблюдали влияние обработки зерновок пестицидами на растения в М3, а именно выживаемость (высокая степень - Су = 24-38%); продолжительность вегетационного периода (низкая степень - Су = 4-8%); по высоте растения (средняя степень - Су = 10-16%); по морфологическим признакам (высокая степень - Су = 21-33%); по устойчивости к поражению болезням (низкая степень - Су = 1,7-4,4%).
Таблица 2
Признаки исходного сорта и М3 сортов пшеницы Павлоградка и Серебристая_
Название Учетные показатели
Высота расте-ния, см Общая кустисто сть, шт. Продуктивная кустистос ть, шт. Длина колоса, см Колосков в колосе, шт. Зерен в колосе, шт. Масса зерна колоса, г m1000, г
Павлоградка, исходный 88 3,20 2,45 8,7 16,5 33,5 1,19 38,7
34 Т (п) 91 3,75 2,65 9,3 15,5 33,7 0,12 41,9
35 Т (п) 96 3,90 2,85 8,4 14,6 28,4 0,97 45,6
36 Т (п) 105 3,75 2,90 10,5 17,9 40,5 1,60 52,6
37 Т (2п) 87 3,70 2,65 8,7 13,6 27,3 0,89 48,9
38 Т (2п) 106 4,35 3,40 9,4 16,7 35,1 1,38 63,5
Серебристая, исходный 112 2,85 2,30 9,8 18,9 47,0 1,67 52,9
22 Ал (п) 96 4,55 4,45 10,6 17,3 40,7 1,47 82,9
23 Ал (п) 99 6,45 4,70 9,2 16,5 29,2 0,84 61,1
26 Ал (2п) 93 4,15 2,95 7,6 15,5 30,4 1,07 55,1
27 Ал (2п) 84 4,25 3,70 8,7 16,0 40,6 1,01 43,1
34 Т (2п) 105 5,21 3,95 11,6 18,7 38,7 1,53 78,1
36 Т (2п) 100 3,65 2,80 8,5 17,2 35,1 1,08 56,4
У сорта Павлоградка выделенные номера от обработки только мутагеном Террасил (п и 2п). При отборе мутантных потомств сорта Серебристая, полученных от обоих использованных фунгицидов в опыте, задействованы в дальнейших исследованиях. У растений М3 22 АлСп светлый стебель с очень слабым повреждением болезнью, колосья тоже светлые, хорошо выполнены, без труда обмолачиваются. Масса 1000 семян у данного образца - 82,9 г. Мощные узлы кущения и много стеблей наблюдалось у номера М3 23 АлСп, колосья сформировались узкой вытянутой формы.
Таким образом, в условиях южной лесостепи Омской области фунгицид Террасил после обработки семенного материала сортов мягкой яровой пшеницы Павлоградка и Серебристая оказал мутагенное воздействие как в рекомендованной, так и в двойной дозе. На рост и развитие растений в последующих поколениях, на проявление количественных признаков фунгицид АлтСил повлиял только у сорта Серебристая.
Список источников
1. Чибис С.П., Кротова Л.А. Воздействие пестицидов на семена и растения пшеницы сорта Павлоградка в условиях Омской области / Вестник Бурятской ГСХА им.В.Р. Филиппова, 2020. №4(61). С. 26-32.
2. Чибис В.В. Влияние средств химизации на продуктивность полевых севооборотов в условиях лесостепи Западной Сибири / Аграрный научный журнал, 2019. №7. С. 40-43.
3. Кротова Л.А. Химический мутагенез как метод создания исходного материала для селекции мягкой пшеницы [Электронный ресурс] // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ, 2015. №2(2). URL: http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2015/2/00034.pdf.
4. Кротова Л.А, Чибис С.П. Эколого-генетическое влияние химических соединений на адаптацию растений [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования, 2017. №6. URL: https://science-education.ru/ru/article/ view?id=27139.
5. Chibis S., Krotova L., Beletskaya E. Development of Spring Wheat Sprouts After Chemical Seed Treatment [Электронный ресурс] / International Scientific Conference The Fifth Technological Order: Prospects for the Development and Modernization of the Russian Agro-Industrial Sector (TFTS 2019). Atlantis Press, 2020. p. 305-308. URL: https://doi.org/10.2991/assehr.k.200113.191
6. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской федерации : по состоянию на 15 января 2015 г. / М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. Изд. офиц. Москва, 2005. Ч. 1. 735 с.
7. Чибис С.П., Кротова Л.А Урожайность сортов пшеницы при использовании фунгицидов в условиях Омской области / Материалы XII Национальной научно-практической конференции (с международным участием) «Экологические чтения - 2021» (45 июня 2021 г.). Омск, 2021. С. 722-726.
8. Шаманин В.П., Трущенко А.Ю. Общая селекция и сортоведение полевых культур: учеб. пособие. - Омский государственный аграрный университет. - Изд-во ОмГАУ, 2007. - 399 с.
Referenses
1. CHibis S.P., Krotova L.A. Vozdejstvie pesticidov na semena i rasteniya pshenicy sorta Pavlogradka v usloviyah Omskoj oblasti (Impact of pesticides on seeds and plants of Pavlogradka wheat variety in the Omsk region), Vestnik Buryatskoj GSKHA im.V.R. Filippova, 2020, №4(61), P. 26-32.
2. CHibis V.V. Vliyanie sredstv himizacii na produktivnost' polevyh sevooborotov v usloviyah lesostepi Zapadnoj Sibiri (Effect of chemicals on the productivity of field crop rotations in the forest-steppe of Western Siberia), Agrarnyj nauchnyj zhurnal, 2019, №&, P. 40-43.
3. Krotova L.A. Himicheskij mutagenez kak metod sozdaniya iskhodnogo materiala dlya selekcii myagkoj pshenicy (Chemical mutagenesis as a method for creating starting material for soft wheat breeding), Elektronnyj nauchno-metodicheskij zhurnal Omskogo GAU, 2015, №2 (2). URL: http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2015/2/00034.pdf.
4. Krotova L.A., CHibis S.P. Ekologo-geneticheskoe vliyanie himicheskih soedinenij na adaptaciyu rastenij (Ecological and genetic influence of chemical compounds on plant adaptation), Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 2017, №6. URL: https://science-educati on.ru/ru/article/ vi ew? id=27139.
5. CHibis S., Krotova L., Beletskaya E. Development of Spring Wheat Sprouts After Chemical Seed Treatment / International Scientific Conference The Fifth Technological Order: Prospects for the Development and Modernization of the Russian Agro-Industrial Sector (TFTS 2019), Atlantis Press, 2020, p. 305-308. URL: https://doi.org/10.2991/assehr.k.200113.191
6. Gosudarstvennyj katalog pesticidov i agrohimikatov, razreshennyh k primeneniyu na territorii Rossijskoj federacii (State catalog of pesticides and agrochemicals permitted for use on the territory of the Russian Federation): po sostoyaniyu na 15 yanvarya 2015 g. / M-vo sel. hoz-va Ros. Federacii. Izd. ofic. Moskva, 2005. ch. 1. 735 p.
7. CHibis S.P., Krotova L.A. Urozhajnost' sortov pshenicy pri ispol'zovanii fungicidov v usloviyah Omskoj oblasti (Productivity of wheat varieties when using fungicides in the conditions of the Omsk region), Materialy HII Nacional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii (s mezhdunarodnym uchastiem) «Ekologicheskie chteniya - 2021», Omsk, 2021, P. 722-726.
8. SHamanin V.P., Trushchenko A.YU. Obshchaya selekciya i sortovedenie polevyh kul'tur: ucheb. Posobie (General selection and varietal science of field crops), Omskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet, 2007, 399 p.
Информация об авторах Чибис Светлана Петровна, канд. с.-х. наук, доцент, sp.chibis@omgau.org Кротова Людмила Анатольевна, д-р с.-х. наук, профессор, la.krotova@omgau.org
Information about authors Chibis Svetlana P., Cand. of Agr. Sci., Ass. Prof., sp.chibis@omgau.org Krotova Lyudmila A., Doctor of Agr. Sci., Prof., la.krotova@omgau.org
