CC BY
40
ВЕСТНИК БЕЛОРУССКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ
АКАДЕМИИ № 4 2016
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, СЕЛЕКЦИЯ, РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 631.528.6:[633.854.78:631.531.011.3]
ПОЛЕВАЯ ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН Мь М2 И М3 ПОДСОЛНЕЧНИКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ МУТАГЕНОВ
В. А. ВАСЬКО
Харьковский национальный аграрный университет имени В. В. Докучаева Харьковский район, Харьковская область, Украина, 62483, e-mail: viktoria-vasko.1991@mail.ru
В. В. КИРИЧЕНКО
Институт растениеводства имени В. Я. Юрьева НААН Украины Харьков, Украина, 61000, e-mail:yuriev1908@gmail.com
(Поступила в редакцию 05.09.2016)
Основными задачами селекции подсолнечника являются: получение новых источников линий восстановителей фертиль-ности с ЦМС, генетической толерантности к жаре и засухе, получение новых форм с ценными хозяйственными признаками и повышение степени самоопыления ценных инбредных линий. Методы индуцированного мутагенеза в селекции подсолнечника становятся все более распространенными, поскольку дают возможность за короткое время добиться улучшения качества и содержания масла в семенах для пищевых и технических целей. Проведено исследование по влиянию мутагенных факторов на полевую всхожесть семян М1, М2 и М3 подсолнечника. В результате исследования установлено, что с повышением концентрации и дозы мутагена полевая всхожесть семян подсолнечника снижалась. При этом гамма-излучения в М—М2 оказывают более угнетающее действие на всхожесть семян по сравнению с действием, которое оказывает обработка ДМС 0,01-0,05 %. Так, при обработке гамма-излучениями в дозе 120-150 Гр всхожесть М1 составляла 4-30 %, в М2 - 45-48 % соответственно. При обработке ДМС в концентрации 0,01-0,05 % всхожесть в М1 была 68-88 %, в М2 - 5989 % соответственно. Но в М3 всхожесть облученных семян приближается к нормальному уровню (92-99 %), т. е. выше, чем после обработки. Таким образом, в результате исследований установлено, что полевая всхожесть семян М1-М3 поколений подсолнечника может быть критерием для определения степени последействия мутагенов ДМС и гамма-излучений.
Ключевые слова: подсолнечник, линия, мутагенез, доза, концентрация, полевая всхожесть, изменчивость, селекция, генотип.
The main tasks of sunflower breeding is to obtain new sources of lines of fertility regenerators with CMS, genetic tolerance to heat and drought, obtain new forms with valuable economic signs and increase the degree of self-pollination of valuable inbred lines. Methods of induced mutagenesis in sunflower breeding become more common, as they provide an opportunity during a short time to achieve improved quality and increase oil content in seeds for food and industrial purposes. We have conducted research into the influence of mutagenic factors on field germination of sunflower seeds M1, M2 and M3. The study established that increased concentration and dose of mutagen led to reduced field germination of sunflower seeds. Gamma radiations in M1-M2 have a more depressing effect on the germination of seeds in comparison with the treatment by LCA 0.01-0.05%. For example, during treatment with gamma radiation at a dose of120-150 Gy, germination of M1 was 4-30%, M2 - 45-48%, respectively. With LCA treatment in the concentration of 0.01-0.05%, germination of M1 was 68-88%, M2 - 59-89% respectively. But in M3 germination of irradiated seeds was close to the normal level (92-99%), that is, higher than after treatment. Thus, the research established that field germination of seeds of M1-M3 sunflower generations may be a criterion for determining the degree of aftereffects of LCA mutagens and gamma radiation.
Keywords: sunflower, line, mutagenesis, dose, concentration, field germination, variation, selection, genotype.
Введение
Основными задачами селекции подсолнечника является получение новых источников линий восстановителей фертильности с ЦМС, генетической толерантности к жаре и засухе, получение новых форм с ценными хозяйственными признаками и повышение степени самоопыления ценных инбред-ных линий.
Методы индуцированного мутагенеза в селекции подсолнечника становятся все более распространенными, поскольку дают возможность за короткое время добиться улучшения качества и содержания масла в семенах для пищевых и технических целей [1].
A. Yilmaz [2], Е. В. Егоров [3], М. М. Назаренко [4] подтверждают, что мутагенные факторы могут вызывать ряд негативных явлений в росте и развитии растений в первом поколении. Даже однократное воздействие мутагеном на семена может вызвать существенное снижение жизнеспособности организма.
В. Г. Володин [5] и А. С. Гераськин [6] показали, что депрессия в росте и развитии М i лимитирует количество полученного материала для изучения изменений в последующих поколениях, интенсифицирует действие мутагена и является связанной с частотой и спектром мутаций в последующих поколениях, дает возможность отбора доминантных мутаций, поэтому исследование популяций М1 является актуальным.
Ряд исследователей сообщают [2, 7-9], что последействие обработки семян мутагенами проявляется, в первую очередь, на показателях полевой всхожести, выживаемости, росте и развитии, элементах структуры продуктивности растений М1. В зависимости от дозы и концентрации мутагены могут проявлять депрессивное или стимулирующее действие на процессы роста и развития растений М1. В большинстве случаев мутагены проявляют депрессивное действие на эти показатели, особенно при высоких дозах (концентрациях).
Отбор измененных форм М1 существенно увеличивает частоту мутаций в М2, что подтвердили в исследованиях с хлопком A. Kuodemir [10], A. A. Tagiev [11], с нутом Shah Tariq Mahmud и др. [12], с горохом L. M. Monti, [13], со льном A. Marki и M. Bianu [14], с фасолью S. Velu [15].
P. K. Subudhi [16] считает, что не существует прямой зависимости между депрессией растений в М1 и мутационной изменчивостью в следующих поколениях.
Тестом чувствительности растений к действию мутагенов по результатам исследований В. В. Хвостовой [17], С. А. Валевой [8], Ф. Жогина [19], В. В. Моргуна [20], В. П. Оксьом [21] может служить полевая всхожесть растений М1.
Цель наших исследований - изучить полевую всхожесть в М1-М3 подсолнечника как показатель активности последействия диметилсульфата и гамма-излучений.
Задачи исследования: определить влияние концентрации и дозы мутагенов на уровень полевой всхожести семян М^ М2 и М3 популяций подсолнечника; установить стимулирующее и угнетающее последействие мутагенных факторов в М1-М3 поколениях подсолнечника; определить ценность признака «полевая всхожесть» при исследовании влияния мутагенных факторов в М1-М3 поколениях подсолнечника.
Основная часть.
В 2014 г. с целью изучения мутагенного последействия на изменчивость полевой всхожести подсолнечника сухие семена 12 самоопыляющихся линий подсолнечника, селекции ИР им. В. Я. Юрьева НА-АН Украины однократно обрабатывали гамма-излучениями в дозе 120 и 150 Гр в камере кобальтовой установки, а также замачивали в химическом супермутагене ДМС в концентрации 0,01-0,05 %. ДМС относится к наиболее распространенной и эффективной группе химических мутагенов - алкилирую-щих соединений, принцип действия которых заключается в алкилировании молекулы ДНК введением метильных, этильных, аминных и других групп [20]. Семена линий подсолнечника обрабатывали водными растворами химических мутагенов по методике Н. Н. Зоз [23]. Экспозиция составляла 18 ч. И. П. Артемчук, В. Ф. Логвиненко [24, 25] установили, что данная экспозиция является оптимальной для этой группы мутагенов. Контролем были замоченные в дистиллированной воде семена.
В результате последействия мутагенов на семена самоопыляющихся линий подсолнечника по признаку полевая всхожесть в первом послемутагенном поколении наблюдали угнетающее воздействие на растения в зависимости от вида мутагена и его концентрации. По результатам исследования влияния двух мутагенов на полевую всхожесть семян М1 подсолнечника установлено, что гамма-излучения в дозах 120-150 Гр оказывают более угнетающее влияние на всхожесть по сравнению с ДМС в концентрациях 0,01-0,05 %, так всхожесть семян, обработанных ДМС, была на уровне 6888 %, что является вполне приемлемым показателем для всхожести М1 семян подсолнечника, в то время, как всхожесть семян, облученных гамма-излучениями, была на уровне 4-30 % при 95-96 % в контроле. Аналогичные выводы о влиянии мутагенных факторов на полевую всхожесть М1 были сделаны С. П. Васильковским на пшенице, Н. А. Глуховой на рапсе, М. Р. Козаченком на ячмене, В. П. Оксем на озимой пшенице, В. Д. Бугаевым на горохе, В. Б. Гаврилюком на гречихе, Деба-шиш Чанда на ячмене яром, И. Б. Комаровой на рыжике яровом, В. М. Журавель на горчице.
Следует отметить, что угнетающее действие ДМС на всхожесть по сравнению с влиянием гамма -излучений является незначительным. Опытный образец От 973 Б в М1 при обработке ДМС 0,01 % имел всхожесть 88 %, при обработке ДМС 0,05 %-85 %, что значительно превышает показатели полевой всхожести в М1 под влиянием гамма-излучений в дозе 120-150 Гр, которая в этом варианте со-ставяла лишь 10 %. У опытного образца Х ИР 1Г (Х 201 В) наблюдалась такая же зависимость от вида и дозы мутагена: в варианте с обработкой ДМС 0,01 % всхожесть составляла - 84 %, ДМС 0,05 %-85 %, гамма-излучениями 120 Гр - 16 %, 150 Гр - 18% (рис. 1). К. А. Ларченко и В. В. Моргун, С. П. Захаренко отмечали стимулирующее действие низких доз мутагенов (НЭС, НМС, гамма -излучения) на рост и развитие растений М1 кукурузы и озимой пшеницы.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Линии Од-973Б Х808Б Х1002 Б Х1008 Б Мх-524Б Мх-845Б Х-08-16В Х-134В Х06-135В Х-785В Х-1334В Х ИР 1Г (Х201 В)
ПДМС 0,01 % 88 87 86 87 82 86 88 87 87 89 87 85
□ ДМС 0,05 % 85 85 84 79 69 84 86 86 84 83 82 84
Пу-излучения 120 Гр 10 22 27 27 0 19 30 18 0 8 0 18
□ у-излучения 150 Гр 10 15 21 17 0 10 11 14 4 13 0 16
Рис. 1. Влияние мутагенов на полевую всхожесть семян подсолнечника в М1 после воздействия ДМС и гамма-излучений, 2014 г.
В 2015 г. проанализирована полевая всхожесть семян М2 подсолнечника после воздействия ДМС и гамма-излучений. Установлено, что полевая всхожесть была на достаточно высоком уровне, чем в М1. Опытный образец Х808 Б отличался низкой полевой всхожестью (ДМС 0,01 %-68 %, ДМС 0,05 %-58 %), еще меньшей - в исследованиях по физическому мутагенезу (120 Гр - 45 %, 150 Гр -48 % всхожих семян). При этом у опытного образца Од 973 Б полевая всхожесть М2 по сравнению с М1 была значительно выше: при обработке ДМС 0,01 % его всхожесть составляла 83 %, ДМС 0,05 %-76 %, гамма-излучениями 120 Гр - 72 %, гамма-излучениями 150 Гр - 59 %. У опытного образца Х ИР 1Г (Х 201 В) полевая всхожесть М2 составляла в вариантах с ДМС 0,01 %-89 %, ДМС 0,05 %—86 %, гамма-излучениями 120 Гр -76 %, гамма-излучениями 150 Гр — 86 %. Также в М2 четко
прослеживается зависимость уровня полевой всхожести от вида дозы и концентрации мутагена (рис. 2).
100 < 90
54 80
£ 70
й 60
I 50
и 40 и
ЕС 30
о 20
ч 10
с 0
Линии
1 ДМС 0,01 % 1 ДМС 0,05 % □ у-излучения 120 Гр "| у-излучения 150 Гр
Рис. 2. Влияние мутагенов на полевую всхожесть семян подсолнечника в М2 после воздействия ДМС и гамма-излучений, 2015 г.
Опытный образец Мх 524 Б выделялся низкой полевой всхожестью в М 2 и М3 после воздействия ДМС. При этом М1 при обработке ДМС 0,01 %, всхожесть этого образца тоже была низкой, в М1 при обработке гамма-излучениями в дозе 120-150 Гр растения погибли. Также потерю всхожести в М1 наблюдали у опытного образца Х 1334 В при обработке гамма-лучами 120-150 Гр и у опытного образца X 06-135 В при обработке гамма-излучениями 120 Гр.
Рис. 3. Влияние мутагенов на полевую всхожесть семян подсолнечника в М3 после воздействия ДМС и гамма-излучений, 2016 г.
В 2016 г. исследуется М3 подсолнечника. Проведен анализ полевой всхожести М3 поколения и установлено незначительное стимулирующее действие мутагенов по сравнению с контролем, М1 и М2. Так, полевая всхожесть была высокой и составляла 91-99 %. Сохраняется зависимость всхожести от вида и дозы мутагена. В М3 опытный образец От 973 Б по сравнению с М1 и М2, отличается высокой полевой всхожестью при обработке как диметилсульфатом (ДМС 0,01 %-92 %, ДМС 0,05 %-91 %), так и при обработке гамма-излучениями (гамма-излучения 120 Гр - 93 %, 150 Гр - 91 %) всхожесть контроля составляла 95-96 %. Полевая всхожесть опытного образца Х ИР 1Г (Х 201 В) достигала нормальных показателей: при обработке ДМС 0,01 %-93 %, ДМС 0,05 %-91 %, при облучении гамма-излучениями в дозе 120 Гр - 99 %, в дозе 150 Гр - 92 %, тогда как в контроле всхожесть составила 95-96 %).
Заключение
Установлено влияние концентрации и дозы мутагена на полевую всхожесть семян подсолнечника в М1-М3: с повышением концентрации (дозы) мутагена всхожесть снижалась;
Гамма-излучения в первых (М1-М2) поколениях после обработки мутагенами оказывают угнетающее влияние на всхожесть исследуемых образцов по сравнению с ДМС, однако в М3 наблюдается повышение полевой всхожести.
Таким образом, в результате исследований установлено, что полевая всхожесть семян М1-М3 поколений подсолнечника является показателем активности последействия мутагенов ДМС и гамма -излучений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Robbelen, G. Mutation Breeding for quality improvement: A case study for oilseed crops. Plant Mutation Breeding for Crop Improvement / G.Robbelen. - IAEA, Vienna (1991). - P. 3-30.
2. Yilmaz, A. The Effects of Cobalt-60 Applications on Yield and Yield Components of Cotton (Gossipium barbadense L.) /
A. Yilmaz, B. Erkan // Pakistan J. of Biol. Sci. - 2006. - № 15. - P. 2761-2769.
3. Егоров, Е. В. Аналогия биологического действия сверхмалых химических и физических доз / Е. В. Егоров // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2003. - № 3. - С. 261-264.
4. Назаренко, М. М. Виживашсть i структура врожайносл як показники мутагенно! депресп у першому поколшт мутанпв сорив озимо! пшениц / М. М. Назаренко // Физиология и биохимия культурных растений. - 2007. - № 39. -
C. 438-446.
5. Валодзш, У. Г. Мутагенез i генетична нестабшьнасць у сельскагаспадарчых раслшау / У. Г. Валодзш // Известия Академии Наук Беларуси. - 1996. - № 1. - С. 25-29.
6. Гераськин, А. С. Влияние раздельного радиоактивного и химического загрязнения на выход цитогенетических нарушений в интеркалярной меристеме ярового ячменя / А. С. Гераськин, В.Г. Дикарев, Н.С. Дикарева // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2002. - № 4. - С. 364-368.
7. Серебряный, А. М. К механизму анти-мутагенеза у растений / А. М. Серебряный, Н. Н. Зоз, И. С. Морозова // Генетика. - 2005. - № 5. - С. 676-679.
8. Solanki, I. S. Significance and effectiveness of classifying the Mi material based on mutagenic damage for inducing macro-and micromutations in lentil / I. S. Solanki, B. Sharma // Indian J. of Genetics and Plant Breeding. - 2000. - № 3. - Р. 305-320.
9. Li-jun, W. A. comparative study on mutagenic effects of Space Flight and Irradiation of y-rays on rice / W. Li-jun, X. Jiang-long, W. Junmin // Agricultural Sciences in China. - 2006. - № 11. - Р. 812-819.
10. Kuodemir, A. Determination of mutation effects of cobalt-60 at M1 and M2 progenies at cotton (Gosyipium hirsutum L.). Ph.D. / A. Kuodemir // Thesis, University Of Cukurova, Graduate Schoo,l of Natural and Applied Sciences. - 1999.
11. Tagiev, A. A. Treatment of cotton pollen with chemical mutagens and its effect on seed set. K im Mutagenez Pouysh Productiv / A. A. Tagiev. S. Kh. Rast. Moscow, USSR.. - Р. 161-162.
12. Shah, Tariq Mahmud. Induced genetic variability in chickpea (Cicer arietinum L.) I. Frequency and spectrum of chlorophyll mutations / Shah Tariq Mahmud, Javed Iqbal Mirza, Muhammed Ahsanul Haq and Babar Manzoor Atta, Pak. J. Bot. -2006. - Р. 1217-1226.
13. Monti, L. M. Mutation in peas induced by diethyl sulphate and X-rays / L. M. Monti. Mutat. Res. - 1968. - Р. 187-191.
14. Marki, A. Gamma rays and EMS induced mutaions in fl ax / A. Marki, and M. Bianu, Genetika. - 1970. - Р. 24-28.
15. Velu, S. Induced morphological variations in cluster bean (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub) / S. Velu, L. Mullainathan,
D. Arulbalachandran. Int. J. Cur. Tr. Res. - 2012. - Р. 48-55.
16. Subudhi, P. K. Use of pollen traits for early detection of induced micromutations in wheat / P. K. Subudhi, B. K. Mohapatra, S. K. Sinha // Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. - 2000. - № 3. - Р. 325-330.
17. Хвостова, В. В. Современное состояние исследований по экспериментальному получению и практическому использованию мутаций у сельскохозяйственных растений / В. В. Хвостова // Генетические основы селекции растений. -М.: Наука, 1971. - С. 224-225.
18. Валева, С. А. Проблемы радиочувствительности растений / С. А. Валева // Современные проблемы радиационной генетики. - М.: Атомиздат, 1969. - С. 280-301.
19. Жогин, А. Ф. Сравнительное изучение действия N-нитрозомочевины и N-нитрозоэтилмочевины на мягкую пшеницу в М1 / А. Ф. Жогин // Мутационная селекция. - М.: Наука, 1968. -С. 246-248.
20. Моргун, В. В. Мутационная селекция пшеницы / В. В. Моргун, В. Ф. Логвиненко - Киев: Наук. думка, 1995. - 627 с.
21. Оксьом, В. П. Вплив мутагенних чинниюв на рослини М1 озимо! пшенищ та його зв'язок iз частотою змшених форм у другому поколшш / В. П. Оксьом / Физиология и биохимия культ. Растений. - 2010. - № 2. - С. 153-162.
22. Моргун, В. В. Спонтанна та шдукована мутацшна мшливють та !! використання в селекци рослин / В. В. Моргун // Генетика i селекщя в Укра!ш на меж! тисячолгть. - К.: Логос, 2001. - С. 144-174.
23. Зоз, Н. Н. Методика использования химических мутагенов в селекции сельскохозяйственных культур / Н. Н. Зоз // Мутационная селекция. - М.: Наука, 1968. - С. 23-27.
24. Артемчук, I. П. Вплив експозицп ди мутагешв на частоту мутацш озимо! пшениц! / I. П. Артемчук,
B. Ф. Логвиненко // Физиология и биохимия культ. растений. - 2003. - № 3. - С. 222-228.
25. Артемчук, I. П. Розробка метод!в шдвищення частоти i розширення спектра шдукованих мутацш озимо! пшениц! / I. П. Артемчук: автореф. дис. ... канд. бюл. наук. - К., 2007. - 20 с.
