Територія дослідного поля знаходиться в правобережній частині Лісостепової зони України на Придніпровському плато. Кліматичні умови сприятливі для формування високих врожаїв озимої пшениці. Ґрунти дослідного поля світло-сірі і сірі опідзолені супіщані та їх глеюваті відміни на лесових породах. Вміст гумусу 2.04-2.70 % (по Тюрину). Середній показник рН ґрунтів 5.0-5.1 (ступінь кислотності - слабо кислі). Вміст обмінного калію (К ₂О) по методу Кірсанова 122 мг/кг ґрунту (підвищений). Забезпеченість азотом по Корнфільду 109-119 мг/кг ґрунту (середнє). Вміст рухомого фосфору 53-70 мг/кг ґрунту по Корнфільду.

Як вихідний матеріал були використані сорти озимої м'якої пшениці (Triticum aestivum L.): Скіф'янка (lutescens), Поліська 90 і Одеська 267 (erythrospermum). Роботу з мутаційної селекції озимої пшениці проводили за схемою, загальноприйнятою для самозапильних культур. З хімічних мутагенів використовували N-нітрозо-N-етилсечовину (НЕС) та N-нітрозо-N-метилсечовину (НМС). Експозиція намочування насіння у розчині мутагену 18 годин. У варіантах з використанням комбінованої дії гамма-променів і нітрозоалкілсечовин, насіння перед замочуванням опромінювали гамма-променями у дозі 100 Гр. Кількість насіння, що обробляли мутагенами та висівали у польових умовах, для кожного варіанта становила 1500 штук. У досліді вивчали 42 варіанта обробки мутагенами. Для проведення цитологічного аналізу, насіння (по 100 штук на кожен варіант), оброблене мутагенами і промите водою, переносили у чашки Петрі для пророщування. Була оптимізована методика виготовлення тимчасових давлених цитологічних препаратів для підрахунків частоти та спектру хромосомних аберацій в клітинах меристеми зародкових корінців. Хромосомні аберації підраховували на стадіях анафази та ранньої телофази. Частоту хромосомних перебудов визначали як відношення кількості клітин що мали хромосомні перебудови до загальної кількості вивчених клітин. Для синхронізації мітотичного поділу клітин Triticum aestivum L., використовували метод холодового впливу (24 години) та оптимальний час фіксації первинних корінців (півтори - дві години після холодового впливу). При застосуванні цієї методики значно збільшувалась ефективність підрахунків хромосомних аберацій на тимчасових давлених препаратах. У М ₁ визначали наступні показники (у польових умовах): польова схожість насіння; виживання рослин після перезимівлі; строки формування репродуктивних органів; біологічна стійкість, середня висота рослин на момент збирання; урожайність рослин. Біологічна стійкість розраховувалась як відношення кількості нормально розвинутих рослин, що досягають повної стиглості, до числа сходів. Протягом вегетаційного періоду перед збиранням і в лабораторних умовах фіксували усі морфологічні зміни у рослин. Орієнтовно підраховували їх частоту. Для посіву М ₂ відбирали та обмолочували по 500-800 колосів на кожен варіант. Насіння висівали родинами. Протягом вегетаційного періоду фіксували усі видимі зміни рослин, здійснювали фенологічні спостереження; проводили класифікацію мутацій, визначали їх спектр (за методикою Моргуна В.В.). Мутації підраховували шляхом визначення відсотку родин з мутаціями. Аналізували рослини за елементами структури врожаю (за методикою державної комісії України по випробуванню та охороні сортів рослин). Проводили добір мутантів з цінними ознаками. селекція озима мутагенний промінь

Вплив мутагенних факторів на рослини пшениці першого покоління (М ₁). Серед варіантів комбінованої дії мутагенних факторів, найбільше зниження схожості на сортах Скіф'янка та Одеська 267 викликали комбінації 100 Гр + НЕС 0.025 % і 100 Гр + НМС 0.012 %. Максимальну загибель рослин в зимовий період (99.71 %) спостерігали у сорту Скіф'янка при обробці насіння НМС (0.025 %). У контролі, виживання і загибель рослин цього сорту складали 59.82 % і 40.18 %. Такі показники були в деякій мірі обумовлені дією несприятливих кліматичних умов у зимовий період 1998-1999 років. У сорту Поліська 90 спостерігали найбільшу кількість рослин, що вижили в зимовий період. Найбільше зниження виживання при комбінованому використанні гамма-променів і нітрозоалкілсечовин, спостерігали у сорту озимої м'якої пшениці Одеська 267. Слід зазначити, що і контрольні рослини цього сорту найгірше перезимували (виживання - 30.31 %) в порівнянні з рослинами сорту Скіф'янка (59.82 %) і Поліська 90 (84.29 %). Аналізуючи вплив мутагенних факторів на строки формування генеративних органів у рослин, можна відзначити незначний вплив обробки мутагенами на колосіння і цвітіння. Тільки НМС у концентрації 0.025 % призвела до затримки в настанні фази цвітіння у всіх трьох сортів озимої пшениці. Біологічну стійкість рослин значно зменшували гамма-промені в дозі 200 Гр, НЕС і НМС у концентраціях 0.025 % та 0.05 %. Для сорту озимої пшениці Одеська 267, було характерно більш помітне зниження біологічної стійкості в порівнянні з іншими сортами, що вивчались в досліді. Комбінована дія мутагенів у всіх випадках сильніше знижувала висоту рослин, у порівнянні з дією кожного мутагену окремо. У сортів озимої пшениці Скіф'янка і Одеська 267 при обробці гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.005 %, висота рослин знижувалася не так сильно, як при обробці насіння гамма-променями 100 Гр + НМС 0.005 %. Вивчали також вплив мутагенів на урожайність рослин М 1. Спостерігали пряму залежність урожайності від концентрації мутагенного фактору. Вона зменшувалась у сортів озимої пшениці із збільшенням концентрації або дози мутагену. Дія однієї і тієї ж комбінації гамма-променів і нітрозоалкілсечовин була неоднаковою на різних сортах. Так, гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005 % зменшували рівень врожайності до 45.2 % (в порівнянні з контрольним варіантом) у сорту Скіф'янка, у сортів Поліська 90 і Одеська 267 до 68.4 % та 68.1 % відповідно.

У результаті дослідження показників виживання, росту і розвитку рослин озимої пшениці в М ₁, підібрано орієнтовний діапазон оптимальних і критичних доз гамма-променів та хімічних мутагенів, які можна використовувати для обробки повітряно-сухого насіння озимої пшениці (табл. 1).

Таблиця 1. Оптимальні та критичні дози гамма-променів та хімічних мутагенів для обробки насіння озимої пшениці (за даними спостережень росту та розвитку рослин в М 1 у польових умовах)

Таблиця 2. Частота хромосомних аберацій у сортів озимої пшениці, індукованих прямою і комбінованою дією мутагенів

Рис. 1. Клітина з хромосомними.

Рис. 2. Клітина на стадії ранньої: абераціями: а) мости; б) мікроядро, телофази з хромосомними.

Сорт озимої пшениці Скіф'янка. абераціями: а) міст; б) мікроядро.

Варіант обробки: гамма-промені Сорт озимої пшениці Поліська 90.

100 Гр+НМС 0.012 %. 1500. Варіант обробки: гамма-промені 100 Гр+НМС 0.012 %. 1500.

Генетична активність прямої і комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенів в індукуванні морфо-біологічних мутацій в поколіннях М ₁ - М _3. Починаючи з фази сходів і до кінця вегетаційного періоду озимої пшениці проводили аналіз частоти та спектру видимих мутаційних змін у рослин різних поколінь. Враховували 42 типи мутацій (для визначення загальної частоти мутацій) і 6 типів для підрахунку частоти практично-цінних мутацій. Така кількість типів мутаційних змін була виявлена при проведенні польових спостережень за рослинами озимої пшениці в М ₁ - М ₃ поколіннях. З мутаційних змін, що відносяться до групи практично-цінних, спостерігали такі типи: підвищена продуктивна кущистість; великий колос; крупне зерно; ранньостиглість; стійкість до вилягання і борошнистої роси.

У більшості варіантів досліду спостерігалося підвищення частоти мутацій пропорційно збільшенню дози мутагенного фактору (табл. 3). При використанні високих доз мутагенів, частота родин з практично-цінниими мутаціями знижувалася, у зв'язку зі зниженням життєздатності і загибеллю рослин (під впливом гамма-променів 200 Гр, НЕС 0.025 %, НМС 0.012 %, гамма-променів 100 Гр + НЕС 0.025 %, гамма-променів 100 Гр + НМС 0.012 %).

Таблиця 3. Частота морфо-біологічних мутацій, індукованих дією фізичних і хімічних мутагенів у рослин озимої пшениці за сортами: Скіф'янка, Поліська 90, Одеська 267 (М 2-М 3)

Примітка: * - різниця з контролем статистично достовірна при Р _0.05.

Комбінована дія гамма-променів та хімічних мутагенів була у багатьох випадках значно ефективніше, ніж відокремлене застосування тих самих мутагенів. Частота родин з мутаціями в сукупності, що досліджувалась, складала 9.20 % у варіанті з дією гамма-променів 100 Гр + НЕС 0.005 %, 11.1 % - гамма-променів 100 Гр + НМС 0.005 %, 5.4 % - НМС 0.005 %, 2.7 % - НЕС 0.005 %, 6.1 % - гамма-променів 100 Гр. Максимальну кількість родин з мутаціями (12.3 %) виявлено при застосуванні комбінації мутагенних факторів гамма-промені + НМС 0,012 %. Мінімальний показник частоти сімей з мутаціями складав 2.7 % і спостерігався у варіанті з дією НЕС 0.005 %. Частота родин, які мали цінні в селекційному відношенні зміни була в межах 0.7-3.3 %. Мінімальну частоту сімей з практично-цінними змінами спостерігали при застосуванні гамма-променів 200 Гр, найбільшу-гамма-променів + НМС 0.005 % (табл. 4). Частота родин з цінними мутаціями залежала від сорту озимої пшениці, методу обробки, природи мутагену та його дози. Аналіз частоти та спектру цінних мутацій, індукованих у озимої м'якої пшениці різними мутагенними чинниками при їх прямій та комбінованій дії, засвідчив, що більш генетично активною комбінована дія гамма-променів (100 Гр) і невисоких доз хімічних мутагенів (НЕС, НМС - 0.005 %).

Таблиця 4. Частота селекційно-цінних мутацій, індукованих дією гамма-променів та хімічних мутагенів у рослин озимої пшениці (за трьома сортами: Скіф'янка, Поліська 90, Одеська 267)

Примітка: * - різниця з контролем статистично достовірна при Р 0.05.

Комбінована дія гамма-променів та нітрозоалкілсечовин збільшувала частоту родин з видимими мутаціями (у тому числі і позитивними). Найбільшою генетичною активністю визначились комбінації: гамма-промені 100 Гр + НМС 0.005 %, гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005 %. Усі мутації з комплексом корисних ознак відбирались для подальшої селекційної роботи, випробувань та формування генетичної колекції цінних мутантних форм. Проведено добір найкращих рослин і сімей для подальшого вивчення в цілях виділення перспективних форм для селекції (так, відсоток відібраних форм на 100 сімей М ₂, складав: 100 Гр - 16.1 %, НЕС 0.005 % - 24.4 %, НМС 0.005 % - 24.9 %, гамма-промені 100 Гр + НЕС 0.005 % - 25.2 %, гамма-промені 100 Гр + НМС 0.005 % - 30.9 %). Відібрано також морфологічно незмінені рослини з підвищеною продуктивністю.

Аналіз спектрів і характеристика мутацій, індукованих прямою та комбінованою дією мутагенних чинників. У результаті опромінення гамма-променями повітряно-сухого насіння було отримано 27 типів мутацій. З них - 17 типів мутацій на сорті Скіф'янка (в контролі 1 тип), 19 типів на сорті Поліська 90 (в контролі 0 типів), 15 типів на сорті Одеська 267 (в контролі 1 тип). Найбільша частота мутацій спостерігалась за ознаками: високі рослини 0.16-0.97 %, остистий колос 0.56-0.71 %, безостий колос 0.34-2.26 %, скверхедний колос 0.16-0.71 %, пізньостиглість 0.17-1.03 %, ранньостиглість 0.64-1.41 %. Самою великою була група мутацій, що відносяться до забарвлення і структури колосу. Виявлено 16 типів таких мутацій, що зустрічалися з різною частотою на всіх проаналізованих сортах. У контролі морфологічних змін структури або забарвлення колосу не виявлено. Після розподілення застосованих у досліді варіантів обробки мутагенами по кількості типів індукованих морфологічних мутацій колосу отримані дані (типів мутацій, штук): гамма-промені 50 Гр - 5, гамма-промені 200 Гр - 7, гамма-промені 100 Гр - 11; НЕС 0.05 % - 6, НЕС 0.025 % - 6, НЕС 0.005 % - 12; НМС 0.005 % - 8, НМС 0.012 % - 10, НМС 0.025 % - рослини загинули, гамма-промені + НЕС 0.005 % - 11, гамма-промені + НЕС 0.025 % - 13; гамма-промені + НМС 0.012 % - 11, гамма-промені + НМС 0.005 % - 12. Спектр отриманих морфологічних змін різнився по варіантах обробки комбінаціями мутагенних факторів (табл. 5).

Таблиця 5. Спектр мутацій структури та забарвлення колосу, індукованих комбінованою дією гамма-променів та хімічних мутагенів у озимої м'якої пшениці (за сортами: Скіф'янка, Поліська 90, Одеська 267)

Примітка: * - різниця з контролем статистично достовірна при Р _0.05.

Спостерігалась залежність спектру змін колосу від генотипу сорту озимої пшениці. З високою частотою зустрічались такі мутації колосу: остистий (0.34-2.74 %), скверхедний (0.14-1.38 %), щільний (0.08-1.20 %), довгий (0.13-0.82 %). Компактоїди зустрічались з частотою 0.08-0.41 %.

Аналіз спектрів мутацій (за трьома сортами) показав наявність розходжень у значеннях частоти мутацій кожного типу й у кількості індукованих типів мутацій, в залежності від використання тієї чи іншої комбінації гамма-променів і хімічних мутагенів. Результати математичної обробки даних досліджень, свідчать про більшу генетичну активність комбінацій фізичних і хімічних мутагенних факторів, у порівнянні з їх роздільним застосуванням. Гамма-промені індукували 27 типів видимих мутацій, з них 4 типи видимих цінних мутацій. Хімічні мутагени - по 33 і 6 типів. Гамма-промені + хімічні мутагени - по 39 і 6 типів (але частота появи даних типів мутацій була вище, ніж у випадку дії хімічних мутагенів). Найбільшою генетичною активністю в індукуванні цінних видимих мутацій виділилася комбінація мутагенів: гамма-промені 100 Гр + НМС 0.005 % (6 типів цінних мутацій). По 5 типів цінних мутацій було виділено з потомств рослин, оброблених гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.005 % і гамма-променями 100 Гр + НЕС 0.025 %. В результаті проведеного позитивного добору серед мутантних форм, були виділені перспективні за господарсько-біологічними властивостями мутантні лінії (таблиці 6).

Таблиця 6. Характеристика господарсько-цінних мутантних форм озимої пшениці, отриманих при комбінованій дії фізичних і хімічних мутагенних факторів

2. Для підвищення ефективності проведення аналізу хромосомних аберацій у меристематичних клітинах пшениці можна використовувати доопрацьований нами метод холодового впливу в сполученні з оптимальним часом фіксації матеріалу. При його застосуванні можна отримати 110-254 шт. клітин на стадії анафази та ранньої телофази на препарат.

3. Створений вихідний матеріал і зразки генетичної колекції мутантних форм озимої пшениці, що мають комплекс господарсько-цінних ознак та властивостей, рекомендуються до використання в селекційній роботі. Отримано форми з високим рівнем урожайності (М-6700/01, М-6757/01, М-39712/01, М-40084/01), більшою, ніж у вихідного сорту масою 1000 зерен (М - 39165/01, М - 39177/01, М - 39201/01), підвищеним вмістом білка в зерні (М-6757/01, М-41217/01, М-41401/01).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Орлов О.І. Вплив комбінованої обробки нітрозоалкілсечовинами та гамма-променями на польову схожість та частоту морфологічних змін у рослин озимої пшениці покоління М ₁// Науковий вісник НАУ. - К.: НАУ. - 2000. - Вип. 29. - С. 68-71.

2. Орлов О.І. Комбінована дія мутагенних факторів як засіб для розширення мутаційної мінливості рослин озимої пшениці// Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ. - 2001. - Вип. 37. - С. 39-41.

3. Орлов О.І. Мінливість морфологічних ознак у рослин озимої пшениці в М ₂, індукована дією гамма-променів та хімічних мутагенних факторів// Аграрна наука та освіта. - К.: "Фенікс". - 2001. - Том 2 № 1-2/2001. - С. 64-66.

4. Орлов О.І. Синхронізація мітотичного поділу клітин Triticum aestivum L. при використанні анафазного методу вивчення хромосомних аберацій// Вісник Білоцерківського державного аграрного університету: Зб. наук. праць. - Біла Церква: БДАУ. - 2001. - Вип. 15. - С. 100-103.

5. Орлов О.І. Створення вихідного матеріалу для селекції озимої пшениці з використанням комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів// Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету/ - Луганськ: Видавництво ЛДАУ. - 2001. - № 11 (23). - С. 79-81.

6. Орлов О.І. Цитогенетична активність гамма-променів та нітрозоалкілсечовин на озимій пшениці при комбінованій їх дії// Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ. - 2001. - Вип. 34. - С. 19-22.

7. Орлов О.І. Застосування комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів у мутаційній селекції озимої пшениці// Сб. тезисов международной конференции молодых ученых (2-7 июля 2001г.) "Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений". - Харьков. - 2001. - С. 230-231.

8. Орлов О.І. Частота та спектр хромосомних аберацій у озимої пшениці, індукованих фізичними та хімічними мутагенами при комбінованій їх дії// Тези доповідей VII Конференції молодих вчених "Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття". - Київ: Україна Світ. - 2000. - С. 101.

АНОТАЦІЯ

Орлов О.І. Генетична активність фізичних та хімічних мутагенних факторів на озимій пшениці при прямій і комбінованій дії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.05 - селекція і насінництво. - Інститут землеробства УААН, Київ, 2002.

Дисертація присвячена питанням створення нового вихідного матеріалу для селекції озимої пшениці (із застосуванням комбінованої дії фізичних та хімічних мутагенних факторів). Вперше виявлена ефективність поєднання гамма-променів 100 Гр і хімічних мутагенів (НЕС, НМС у різних концентраціях) для одержання мутацій на сортах озимої м'якої пшениці різних еколого-географічних типів: Скіф'янка, Поліська 90, Одеська 267. Запропоновано використовувати для створення нового вихідного матеріалу озимої пшениці комбіновану дію гамма-променів та хімічних мутагенних факторів, висока ефективність якої підтверджена практично.

Ключові слова: пшениця, вихідний матеріал, мутагени, комбінована дія, генетична активність, мутації, гамма-промені, нітрозоалкілсечовини.

АННОТАЦИЯ

Орлов А.И. Генетическая активность физических и химических мутагенных факторов на озимой пшенице при прямом и комбинированном действии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.05 - селекция и семеноводство. - Институт земледелия Украинской академии аграрных наук, Киев, 2002

Диссертация посвящена вопросам создания нового исходного материала для селекции озимой пшеницы (с применением комбинированного действия физических и химических мутагенных факторов). Впервые изучена эффективность совместного действия гамма-лучей 100 Гр и химических мутагенов (НЕС, НМС в разных концентрациях) для получения мутаций на сортах озимой мягкой пшеницы разных эколого-географических типов: Скифянка, Полесская 90, Одесская 267. Создана коллекция ценных мутантных форм, имеющих комплекс полезных признаков и свойств. С большим содержанием белка в зерне, повышенным уровнем урожайности. Полученный исходный материал и образцы генетической коллекции мутантных форм озимой пшеницы, которые имеют комплекс полезных признаков и свойств, рекомендуются к использованию в селекционной работе. Для индукции селекционно-ценных мутаций лучше использовать гамма-лучи в сочетании с невысокими концентрациями растворов нитрозоалкилмочевин (0.005 %). Комбинированное действие мутагенных факторов разной природы создает возможности для отбора ценных генотипов с необходимыми признаками, которые отсутствуют у исходных сортов. Исследование генетической активности мутагенов, роста и развития растений, анализ частоты и спектров мутаций на клеточном уровне и в полевых условиях, дали возможность установить закономерности, которые позволяют с в...