Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ НАН УКРАЇНИ

УДК 575.24:631.528:633.15

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ ЧАСТОТИ І РОЗШИРЕННЯ СПЕКТРА ІНДУКОВАНИХ МУТАЦІЙ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ

Артемчук Ірина Петрівна

03.00.15 - генетика

КИЇВ - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор,

академік НАН України

Моргун Володимир Васильович

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Лях Віктор Олексійович

завідувач кафедри, Запорізький державний педагогічний університет

кандидат біологічних наук

Якимчук Руслан Андрійович

декан природничо-географічного факультету,

Уманський педагогічний університет імені Павла Тичини

Провідна установа: Національний аграрний університет, м. Київ

Захист дисертації відбудеться „ 14 ” червня 2007 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.212.01 в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ-22, вул. Васильківська,31/17

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ-22, вул. Васильківська,31/17

Автореферат розіслано „ 11 ” травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор біологічних наук Мордерер Є.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми Необхідність підвищення урожайності озимої пшениці як основної харчової зернової культури в світі зумовлює створення сучасних високопродуктивних сортів, які б відповідали потребам сьогодення. Однак звуження генетичного ресурсу озимої пшениці протягом останніх років через використання надзвичайно близьких по своїй природі, відселектованих суперсортів однієї екологічної групи і походження надзвичайно гостро ставить проблему розширення генетичних можливостей цієї культури шляхом активізації розвитку принципово нових напрямків селекції.

Невичерпним джерелом розширення генетичних можливостей рослин, створення нових ознак і властивостей є метод експериментального мутагенезу.

Набуває актуальності проблема удосконалення та розробки нових методичних підходів підвищення ефективності мутаційного процесу озимої пшениці та його спрямування, що дало б можливість одержувати з високою частотою мутації з господарсько цінними ознаками.

Висока залежність виходу мутацій від генотипу обумовлює необхідність проведення досліджень ефективності дії мутагенних чинників в різних концентраціях, дозах із застосуванням різних експозицій впливу на нові, перспективні генотипи з метою їх поліпшення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у відділі експериментального мутагенезу Інституту фізіології рослин і генетики НАН України в рамках наукових тематик відділу “Індукування мутацій, стійких до стресових факторів середовища”, “Ефективність низьких доз мутагенних факторів в індукуванні мутацій у рослин” (№ державної реєстрації 0199U000291) та „Вивчення ефективності мутагенних факторів в селекції на ранньостиглість озимої пшениці і кукурудзи” (№ державної реєстрації 0101U009220).

Об'єкт дослідження - сорти озимої м'якої пшениці Альбатрос одеський, Експромт та інші лінії, сорти та гібриди.

Предмет дослідження - частота мутацій, індукована фізичними та хімічними мутагенами у озимої пшениці в залежності від різних доз та концентрацій, експозицій дії, порядку розміщення колосів та ступеня загущеності посівів; мутанти, що можуть використовуватись у якості сортів або вихідного матеріалу у схрещуваннях.

Мета та задачі дослідження. Головною метою наших досліджень було розробити методи підвищення частоти та розширення спектра індукованих мутацій озимої пшениці, вивчити мутаційну мінливість і специфічність дії окремих мутагенів, створити мутанти з господарсько цінними ознаками.

При цьому ставилися наступні завдання:

1.Дослідити залежність частоти та спектра мутацій від експозиції намочування насіння озимої пшениці в розчинах хімічних мутагенів.

2.Встановити залежність частоти та спектра мутацій від концентрації мутагенів при намочуванні насіння у водних розчинах.

3.Вивчити частоту та спектри мутацій в потомствах колосів І -ІІІ порядків при дії різних мутагенних чинників при різній густоті стояння рослин в М1.

4. Створити та вивчити практично цінні мутантні форми та можливість їх подальшого використання.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі аналізу частоти видимих мутацій показано, що для озимої пшениці оптимальною є експозиція дії НЕС та НМС 18 годин. У поєднанні з високими та оптимальними концентраціями мутагенів (НЕС 0,0375, 0,025%, НМС 0,02, 0,01%) вона сприяє індукції високої частоти мутацій, а у сполученні з низькими концентраціями (НЕС 0,0125%, НМС 0,005%) - збільшенню серед них частки практично цінних мутацій.

Доведено доцільність застосування помірних концентрацій, що сприяють виживанню рослин в М1 на рівні 60-75% та індукують досить високу частку практично цінних мутацій в загальному спектрі мутацій. Такий підбір концентрацій дозволяє повною мірою реалізувати потенціал генотипу, що досліджується.

Отримано нові дані про вплив фізичних та хімічних мутагенних чинників в різних дозах на формування мутаційної мінливості в колосах І - ІІІ порядків рослин озимої пшениці. Специфічним для загущеного посіву є виділення з підвищеною частотою мутацій за генами, що контролюють короткостебловість, підвищену кущистість та зернову продуктивність.

Частота мутацій в потомствах колосів різного порядку розташування залежить від природи мутагенного чинника: гамма-промені незалежно від дози індукують з високою частотою мутації в потомствах колосів І та ІІ порядку і достовірно нижчою - колосів ІІІ порядку. Хімічні ж мутагени індукують мутації з різною частотою в залежності від концентрації: чим вона більша, тим більше частота мутацій в потомствах колосів ІІ-ІІІ порядків, а при низьких концентраціях - І-ІІ порядків.

Виявлено чітку закономірність: по мірі зниження доз (концентрацій) мутагенів зростає частка практично цінних мутацій у загальній їх частоті незалежно від природи мутагену, порядку розміщення колосів та густоти посіву.

Створено у співавторстві принципово нові сорти озимої пшениці з високим генетичним потенціалом продуктивності, які подолали бар'єр урожайності 100,0-124,1 ц/га: Ятрань 60,Смуглянка, Володарка, Фаворитка, Веснянка, Золотоколоса, Пивна, Добірна, Переяславка, Богдана, Ласуня, Снігурка, Хуртовина, Зимоярка, Циганка. Вперше за весь період державного сортовипробування сорт Фаворитка сформував урожай 124,1 ц/га (Центр сортознавства та сортовивчення,2005 р.). Новизна отриманих результатів захищена 15 авторськими свідоцтвами.

Практичне значення одержаних результатів. Отримано 22 перспективні мутантні лінії УК 4, УК 54А, УК 55А, УК 57А, УК 270/7, УК 279/7, УК 289/7, УК 290/7, УК 589, УК 590, УК 591 та інші, які широко використовуються у схрещуваннях як донори цінних ознак в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України та Миронівському інституті пшениці імені В.М. Ремесла УААН.

В результаті виконаних досліджень отримано у співавторстві 15 нових сучасних сортів озимої пшениці з різних напрямків використання, що занесені до Державного реєстру сортів рослин, придатних для поширення в Україні.

Особистий внесок здобувача полягає в оволодінні необхідними методами досліджень, підборі і опрацюванні даних літератури, підготовці та проведенні

експериментів, розробці планів досліджень, обгрунтуванні та статистичній

обробці результатів, підготовці до друку наукових робіт. Матеріали дисертаційної роботи одержані автором самостійно або спільно з співробітниками ІФРГ НАН України. Частка особистої участі дисертанта складає 80%.

Апробація роботи. Результати досліджень дисертаційної роботи доповідались на VІ з'їзді Українського товариства генетиків і селекціонерів ім.. М.І.Вавилова (Полтава, 1992), Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених і спеціалістів з проблем шляхів раціонального використання земельних ресурсів України (смт Чабани Київської області, березень 1995), VІІ з'їзді Українського товариства генетиків і селекціонерів ім. М.І.Вавилова (Крим, червень 2002).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 5 статей, отримано 15 авторських свідоцтва на сорти озимої пшениці та опубліковано тези доповіді.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація викладена на 183 сторінках машинописного тексту, включаючи 41 таблицю, 17 малюнків та фотографій, і складається зі вступу, огляду літератури, експериментальної частини з обговоренням одержаних результатів. Список літератури охоплює 227 літературних джерел.

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

мутація пшениця спектр розчин

В огляді літературних джерел висвітлено сучасний стан використання методу індукованого мутагенезу з метою генетичного поліпшення рослин і зокрема пшениці, світові досягнення, перспективні напрями отримання мутацій та пошуку методичних підходів підвищення ефективності мутаційного процесу, у тому числі у напрямі отримання господарсько цінних ознак, з урахуванням способів дії мутагенів на вихідний матеріал, концентрацій та доз мутагенів, умов вирощування, формування генеративної сфери (продуктивних колосів різних порядків). Вивчення саме цих питань покладено в основу наших досліджень.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ

Досліди проводились у Дослідному сільськогосподарському виробництві Інституту фізіологїї рослин і генетики НАН України (смт Глеваха Васильківського району Київської області), зона Полісся, протягом 1991 - 2006 рр.

Вихідним матеріалом в нашій роботі було насіння мутантних сортів та ліній озимої м'якої пшениці (Triticum aestivum L.) сортів Альбатрос одеський, Експромт та інших ліній, сортів та гібридів. Обробку насіння хімічними мутагенами проводили за загальноприйнятою методикою (Зоз,1968), а опромінення насіння здійснювали на гамма-установці “Исследователь” Інституту клітинної біології та генетичної інженерії НАН України гамма-променями радіоактивного ізотопу Со60, потужність установки 7,3 рентген/с.

Вивчали вплив хімічних та фізичних мутагенів на повітряно сухе насіння. Наважки хімічних мутагенів розчиняли в дистильованій воді при кімнатній температурі безпосередньо перед обробкою насіння. Використані такі концентрації розчинів мутагенів: НЕС - 0,0375, 0,025, 0,0125%, НМС - 0,02, 0,01, 0,005%, НДМС - 0,03, 0,02, 0,01%, НМБ - 0,05, 0,025, 0,01%, ДЕС - 0,05, 0,025, 0,0125%, ДМС - 0,3, 0,05, 0,025%, ЕІ - 0,06, 0,02, 0,01%.

В М1 здійснювали облік польової схожості та виживання рослин, порядок формування колосів у загущеному, нормальному та розрідженому посівах, вплив мутагенів на висоту рослин та елементи структури урожаю.

В М1, М2, М3 вивчали частоту та спектри мутацій в залежності від експозицій, концентрацій і доз мутагенів та порядку формування продуктивних колосів - всього 63 варіанти досліду. Загальна кількість вивчених сімей 31999.

Мутації виділяли шляхом старанного огляду рослин всіх сімей під час проходження ними основних фаз росту і розвитку у поколіннях М1, М2 та М3.

У фазу повних сходів враховували хлорофільні та інші мутації. На стадії колосіння спостерігали за видимими змінами стебла, листя і колоса, відмічали рослини з інтенсивною восковою поволокою і без неї, враховували відставання чи випередження масового колосіння в сім'ях у порівнянні з контролем та ранньостиглим сортом (Донська напівкарликова). Під час цвітіння продовжували спостереження за ранніми і пізніми формами, а також вели облік змін по колосу. На стадії дозрівання пшениці продовжували облік змінених форм за будовою колоса. Протягом всієї вегетації відмічали форми, стійкі до хвороб, вилягання, продуктивні та змінені по висоті рослин. Змінені форми етикетували із зазначенням польового номера, зміненої ознаки та варіанта досліду. Всі дані занотовувалися у польовому журналі.

Під час збирання всі змінені сім'ї відбирали окремо по варіантах досліду і окремо проводили обмолот кожного колоса.

Мутаціями вважали змінені рослини після перевірки успадкування зміненої ознаки в М3. Облік мутацій проводили по кількості змінених сімей від загальної кількості вивчених сімей в М2. В поколінні М3 проводили фенологічні спостереження і описували всі змінені сім'ї. Рецесивні мутації в М3 успадковувалися без розщеплення, а в сім'ях з домінантними мутаціями спостерігалось вищеплення вихідного фенотипу. В М3 також були виявлені нові мутації.

В М3 відібрано мутанти з практично цінними ознаками для подальшого їх вивчення та випробування на продуктивність. Всього вивчено 574 практично цінних мутантних ліній. Кращі з них (15 ліній) проходили конкурсне екологічне випробування (смт Глеваха Васильківського району Київської області, Черкаська дослідна станція, м. Сміла Черкаської області та Кіровоградська державна сортовипробувальна станція, с. Новоселиця Ульяновського району Кіровоградської області). Конкурсне екологічне випробування проводили згідно методики державного випробування сортів рослин України.

Для більш повної характеристики виділених мутантів в М4 проводили структурний аналіз мутантних ліній (100 рослин з кожної лінії).

Математичну обробку одержаних результатів проводили за методикою дисперсійного аналізу (Доспехов,1985). Достовірність різниці між середніми дослідних варіантів і контролем оцінювали за критеріями Ст'юдента та Фішера (Плохинский,1970).

ЗАЛЕЖНІСТЬ ЧАСТОТИ І СПЕКТРА МУТАЦІЙ ВІД ЕКСПОЗИЦІЇ ДІЇ МУТАГЕННИХ ЧИННИКІВ

Доза хімічних мутагенів складається з двох показників експозиції і концентрації. Нами встановлено співвідношення їх у мутаційному процесі, внесок кожного з цих показників у формування спектра мутацій, зокрема практично цінних.

В поколінні М1, що визначає ступінь пошкоджуючої дії мутагенного чинника на ростові процеси рослин та появу мутацій в першому та наступних поколіннях, при дії мутагенних чинників НЕС та НМС на насіння з експозиціями 12, 18 та 24 години встановлено, що експозиція суттєво впливає на процеси росту і розвитку рослин, а саме: схожість насіння, виживання рослин, висоту рослин та елементи структури урожаю - продуктивну кущистість, кількість та масу зерен в головному колосі, масу 1000 зерен. При цьому виявлена зворотньопропорційна залежність: чим вища експозиція, тим нижчі показники за вищезазначеними ознаками. НМС більше пригнічує схожість і виживання рослин в М1, ніж НЕС.

В М1 домінантні мутації озимої пшениці проявляються при дії підвищених експозицій мутагенів. НЕС індукує більше домінантних мутацій, ніж НМС.

Депресія росту рослин М1 спостерігалась при експозиції 24 години в усіх варіантах досліду, а при експозиціях 18 та 12 годин - лише при дії НЕС у високих концентраціях (0,0375 та 0,025%).

Тривалі експозиції дії мутагенів викликали суттєве зниження показників, які обумовлюють продуктивність рослин: кількість продуктивних стебел, кількість і маса зерен в головному колосі та маса 1000 зерен.

Результати досліджень мутаційної мінливості в М2, М3 свідчать про неоднорідний характер залежності виходу мутацій від тривалості мутагенної обробки насіння.

Максимальна загальна частота мутацій спостерігалась нами при експозиції 24 години при застосуванні найвищої концентрації. Спостерігалась тенденція до зниження частоти мутацій при зниженні експозиції обробки мутагенами при високих та середніх концентраціях мутагенів. Так, при експозиції 24 години частота мутацій при дії НЕС змінювалась від 29,6% до 18,2%, при експозиції 18 год від 27,1 до 17,4%, а при експозиції 12 год від 24,3 до 17,1% відповідно при концентрації мутагена 0,0375 та 0,0125% (табл. 1).

Більшість мутантних сімей М3, одержаних від дії мутагенних чинників в експозиціях 18 та 24 години, несли не одну, а дві і більше мутантних ознак, в той час, як в спектрі мутацій, одержаних при експозиції 12 годин, переважали рослини, що несли, як правило, одну змінену ознаку.

У спектрі мутацій, одержаних із насіння, обробленого хімічними мутагенами з експозицією 24 год, переважали, головним чином, макромутанти.

Це безості, напівостисті форми, низькостеблові, напівкарлики, щільноколосі, скверхеди, спельтоїди, пізньостиглі.

Таблиця 1

Вплив експозиції дії мутагенних чинників на частоту мутацій озимої пшениці сорту Альбатрос одеський (М2, М3)

Варіанти обробки	Експозиція, год.	Кількість вивчених сімей, шт.	Мутантних сімей
			Кількість, шт.	%
Вода, контроль НЕС 0,0375% НЕС 0,025% НЕС 0,0125% НМС 0,02% НМС 0,01% НМС 0,005%	24 18 12 24 18 12 24 18 12 24 18 12 12 24 18 12 24 18 12	780 801 949 81 170 950 191 256 682 499 599 888 440 101 149 610 347 386 689	3 1 3 24 46 231 49 56 130 91 104 152 115 28 38 130 76 78 138	0,5+0,2 0,1+0,1 0,2+0,2 29,6+5,1* 27,1+3,4* 24,3+1,4* 25,7+3,2* 21,9+2,6* 19,1+1,5*^+ 18,2+1,7*+ 17,4+1,5*+ 17,1+1,6*+ 26,1+2,1* 27,2+4,4* 25,5+3,6* 21,3+1,6*^ 21,9+2,2* 20,2+2,0* 20,0+1,5*+

* - Різниця з контролем статистично достовірна при Р0,05

^ - Різниця з найвищою експозицією в кожному варіанті статистично достовірна при Р0,05

+ - Різниця з аналогічними варіантами експозицій при дії мутагенів у високих дозах (НЕС 0,0375%, НМС 0,02%) статистично достовірна при Р0,05

Частота їх по всіх варіантах досліду була досить високою. Так, частота появи безостих рослин достовірно перевищувала контроль по всіх варіантах і змінювалась від 3,0 до 5,1% при 0,2% в контролі, напівостистих - від 1,4 до 6,2% при 0,1% в контролі, низькостеблових - від 1,8 до 4,9% при 0,0% в контролі, мутантів з довгим колосом - від 1,1 до 2,9% при відсутності такої мутації в контролі, ранньостиглих - від 0,7 до 2,1% при 0,0% в контролі, продуктивних - від 4,0 до 7,2% при 0,1% в контролі.

Нами визначена частка практично цінних ознак в загальному спектрі індукованих мутацій для кожної експозиції дії мутагенів. Було підтверджено точку зору окремих дослідників, що частота практично цінних мутацій знижується при збільшенні експозиції. Так, при експозиції 12 годин частка практично цінних мутацій в загальній кількості мутацій по всіх варіантах досліду змінювалася від 37,2 до 57,3%, в той час як при більших експозиціях (18 та 24 години) - від 34,5 до 57,5% та від 23,2 до 42,3% відповідно. Ця закономірність спостерігалась при дії як НЕС, так і НМС (рис. 1).



Рис. 1. Вплив експозиції дії мутагенів на частоту практично цінних мутацій озимої пшениці сорту Альбатрос одеський

Нашими дослідами встановлено, що оптимальною експозицією при використанні НЕС та НМС є експозиція 18 годин. У поєднанні з високими та оптимальними концентраціями мутагенів вона сприяє індукції високої частоти видимих мутацій, а при поєднанні з низькими концентраціями - збільшенню серед них частки господарсько цінних мутацій.

ІНТЕНСИВНІСТЬ МУТАЦІЙНОГО ПРОЦЕСУ В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД КОНЦЕНТРАЦІЇ МУТАГЕНІВ

Аналізом схожості рослин М1 при дії на насіння мутагенів НЕС, НМС, НДМС, НМБ, ДЕС, ЕІ, ДМС встановлено, що в усіх варіантах досліду вона достовірно знизилась порівняно з контролем. Також встановлено суттєве зниження схожості рослин при застосуванні високих концентрацій мутагенів в порівнянні з середніми та низькими.

У спектрі мутаційних змін в М1 переважали низькорослі, рослини із щільним колосом, сферококоїди, дрібноколосі та стерильні форми.

Встановлено різнонаправлений характер дії мутагенів різних груп на елементи структури урожаю в М1. Показано, що високі концентрації мутагенів знижують практично всі показники, а низькі - суттєво впливають лише на висоту рослин.

Аналіз частоти мутацій в М2 та М3 підтвердив пряму корелятивну залежність частоти мутацій від концентрації мутагенів (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив концентрації мутагенних чинників на частоту мутацій озимої пшениці сорту Альбатрос одеський (М2, М3)

Варіант обробки	Вивчено сімей, шт.	Мутантних сімей
		кількість, шт.	%
Вода, контроль НЕС 0,0375% НЕС 0,025% НЕС 0,0125% НМС 0,02% НМС 0,01% НМС 0,005% НДМС 0,03% НДМС 0,02% НДМС 0,01% НМБ 0,05% НМБ 0,025% НМБ 0,01% ДЕС 0,05% ДЕС 0,025% ДЕС 0,01% ЕІ 0,02% ЕІ 0,01% ДМС 0,3% ДМС 0,05% ДМС 0,025%	957 950 682 888 440 610 689 610 520 428 40 135 295 10 195 430 40 150 160 180 420	0 231 130 152 115 130 138 144 108 83 12 37 65 3 40 85 11 36 43 43 81	0 24,3+2,7* 19,1+2,9* 17,1+2,5*^ 26,1+4,1* 21,3+3,2* 20,0+3,0* 23,6+3,4* 20,8+3,5* 19,4+3,7* 30,0+14,2* 27,4+7,5* 22,0+4,7* 30,0+28,4* 20,5+5,7* 19,8+3,8* 27,5+13,8* 24,0+6,8* 26,9+6,9* 23,9+6,2* 19,3+3,8*

* - Різниця з контролем статистично достовірна при Р0,05

^ -Різниця з найвищою концентрацією достовірна при Р0,05

Максимальна загальна частота мутацій була отримана при дії мутагенів у найвищих концентраціях. Так, при дії ДЕС в концентрації 0,03% та НМБ в концентрації 0,05% частота спадкових змін була найвищою і становила 30,0%. Коефіцієнт кореляції між концентрацією цих мутагенів і частотою мутацій склав відповідно 0,90 та 0,94. При дії ЕІ в найбільшій концентрації (0,02%) частота мутацій становила 27,5% при r = 0,92, ДМС 0,3% - 26,9% при r = 0,85, НМС 0,02% - 26,1% при r = 0,99, НЕС 0,0375% -24,3% при r = 0,97 та НДМС 0,03% - 23,6% при r = 0,98. Найнижчий показник частоти мутацій отримано при дії мутагенів в низьких концентраціях. Для НЕС 0,0125% частота становила 17,1%, для ДМС 0,025% 19,2%, НДМС 0,01% 19,4%, ДЕС 0,01% 19,8%, НМС 0,05% 20,0% .

Серед усіх вивчених в досліді мутагенів найбільшу активність виявив НМБ, який індукував в залежності від концентрації від 22,0 до 30,0% мутацій. Решта мутагенів по генетичній активності розташувались наступним чином: ДЕС (19,8% - 30,0%), ЕІ ( 24,0% - 27,5% ), ДМС (19,3% - 26,9%), НМС (20,0% - 26,1%) та НДМС (19,4% - 23,6%).

Нітрозосполуки (НЕС, НМС, НДМС) суттєво впливають на мутаційну зміну таких морфологічних та фізіологічних ознак, як низькостебловість, строки вегетації, остистість/безостість, щільність колоса, форма колоса (скверхед, спельтоїд), показники продуктивності, стійкість до хвороб. У високих концентраціях ця група мутагенів викликає підвищення частоти низькостеблових, пізньостиглих, щільноколосих, безостих, напівостистих, скверхедів, спельтоїдів, а в низьких концентраціях - індукує з більшою частотою мутанти з нещільним колосом, ранньостиглі, з підвищеною продуктивністю та кущистістю, стійкі до хвороб.

Сульфонати (ДЕС та ДМС) при високих концентраціях індукують більшу кількість високорослих, безостих, напівостистих, щільноколосих мутантів, а при низьких концентраціях - мутантів із зміненим періодом вегетації (ранньостиглі), з нещільним колосом, компактним колосом, підвищеною кущистістю, продуктивністю і стійкістю до хвороб (борошниста роса і септоріоз).

При дії НМБ у високих концентраціях спостерігалось суттєве збільшення частоти мутацій за показниками: високостеблові, низькостеблові, в тому числі карлики, пізньостиглі, безості, напівостисті, щільний колос, дрібний колос, скверхед, спельтоїд, а при дії низьких концентрацій - ранньостиглі, нещільний колос, довгий колос, компактний колос, підвищена продуктивність, стійкість до борошнистої роси. Слід зауважити, що кількість типів мутацій при дії НМБ була на рівні нітрозосполук, при цьому не спостерігалось розширення спектра мутацій при зниженні концентрації.

Отже, нітрозосполуки, як у високих, так і низьких концентраціях, проявляють найбільшу мутагенну активність порівняно з іншими групами мутагенів. При цьому у розширенні спектрів мутацій виявлено більшу ефективність дії низьких концентрацій різних груп мутагенів порівняно з високими.

Аналіз отриманих нами експериментальних даних свідчить про зворотню залежність між величиною концентрації мутагенів та виходом практично цінних мутацій (рис. 2). Коефіцієнт кореляції між цими показниками становив для НЕС та ДЕС -0,96, для НДМС -0,94, для НМБ -0,89.

Рис.2. Вплив концентрацій мутагенів на частоту практично цінних мутацій озимої пшениці сорту Альбатрос одеський

Максимальну частоту практично цінних форм отримано при застосуванні низьких концентрацій мутагенів. Їх частка у загальному спектрі мутацій була високою і в залежності від дії мутагенних чинників становила: при дії НЕС 0,0125% - 57,3%, НМС 0,005% - 52,5%, НДМС 0,01% - 45,9%, ДЕС 0,01% - 41,4%, ДМС 0,025% - 40,9%, НМБ 0,01% - 25,9%.

Також нами встановлено, що вихід практично цінних форм збільшувався по мірі зменшення концентрації мутагену у межах однієї експозиції.

В іншому досліді на сорті Експромт частота практично цінних мутацій у загальній частоті мутацій коливалась у межах 24,8 - 38,1% і була представлена формами з підвищеною кущистістю, високою загальною продуктивністю, коротким вегетаційним періодом тощо.

Мутації, викликані низькими дозами мутагенів, носили переважно характер мікрозмін на відміну від різкозмінених форм, отриманих внаслідок дії високих доз, які здебільшого несли комплекс негативних ознак. Це має велике значення при використанні мутацій у селекційному процесі, оскільки є можливість за допомогою низьких доз поліпшити сорти за окремими ознаками.

Проведені нами дослідження дозволяють зробити висновок про доцільність застосування помірних концентрацій мутагенів, які сприяють виживанню рослин в М1 на рівні 60-75% та індукують досить високу частку практично цінних мутацій в загальному спектрі мутацій. Такий підбір концентрацій дозволяє повною мірою реалізувати можливості експериментального мутагенезу в генетичному поліпшенні рослин. Такими оптимальними дозами мутагенів для отримання максимального виходу селекційно цінних мутантів є гамма-промені 150 Гр, НЕС 0,0125%, НМС 0,005%, НДМС 0,01%, ДЕС 0,01%, ДМС 0,025%, НМБ 0,01%.

ЗАЛЕЖНІСТЬ ЧАСТОТИ І СПЕКТРА МУТАЦІЙ ВІД ПОРЯДКУ УТВОРЕННЯ ПРОДУКТИВНИХ КОЛОСІВ

Вивчено порядок формування колосів в М1 та мутаційний процес у колосах різних порядків, що утворились в онтогенезі з різних ініціальних клітин.

В контролі при загущеному посіві (ширина міжрядь 7,5 см) в М1 формується більше продуктивних колосів III порядку ( 35,2% і 35,7% відповідно) і менше колосів III порядку (29,1%). При розрідженні посіву (ширина міжрядь 15 і 30 см) збільшується кількість колосів ІІІ порядку (36,6% і 38,5% відповідно) і зменшується кількість колосів І порядку (31,2 та 30,2% відповідно).

За дії мутагенів, як гамма-променів, так і НЕС, в М1 в усіх вивчених дозах і концентраціях ця тенденція зберігалась. Так, при дії гамма-променів у загущеному посіві (ширина міжрядь 7,5 см) формувалось 34,6-39,1% продуктивних колосів І порядку та 22,6-29,3% - ІІІ порядку, а при розрідженому посіві (ширина міжрядь 30 см) формувалось 26,3-32,3% продуктивних колосів І та 34,5-38,1% - ІІІ порядку. При дії НЕС в загущеному посіві (ширина міжрядь 7,5 см) 33,2-35,0% продуктивних колосів І порядку та 28,2-30,7% колосів ІІІ порядку, а при розрідженні посіву (ширина міжрядь 30 см) - відповідно 29,1-31,9% І порядку та 35,2-37,0% ІІІ порядку.

Отже, порядок формування продуктивних колосів в М1 залежав від густоти стояння рослин і не залежав від природи мутагену і його дози.

При вивченні частоти мутацій М3 в потомствах колосів різних порядків нами було встановлено, що вона залежала від природи мутагенного чинника, дози (концентрації) мутагену та густоти стояння в М1 (табл.3).

При загущені посіву в М1 гамма-промені в усіх вивчених дозах індукували в М3 з високою частотою мутації в потомствах колосів І та ІІ порядку і достовірно нижчою - колосів ІІІ порядку. При розрідженні посіву в М1 при дії гамма-променів частота мутацій в колосах І-ІІ порядку суттєво зменшувалась, а в потомстві колосів ІІІ порядку - збільшувалась. Так, при дії гамма-променів в загущеному посіві частота мутацій М3 в потомстві колосів І - ІІ порядків була 20,8-26,1%, а ІІІ порядку - 13,9-21,2%. Аналогічні частоти мутацій для розрідженого посіву були відповідно 13,1-20,0% в потомстві колосів І - ІІ та 18,7-21,1% в потомстві колосів ІІІ порядку.

Вплив НЕС на частоту мутацій М3 в потомстві колосів І - ІІІ порядків відрізнявся від дії гамма-променів. Спостерігалась залежність частоти мутацій в колосах різних порядків не тільки від густоти стояння в М1, а й від концентрації мутагену. Так, на відміну від гамма-променів, в загущеному посіві достовірно більша частота мутацій була в потомстві колосів ІІ - ІІІ порядків (23,9-27,3%) і нижча - в потомстві колосів І порядку (19,1-19,6%). Але при дії НЕС в низькій концентрації (0,0125%) ця закономірність змінювалась і збігалась із закономірностями впливу дії гамма-променів на частоту мутацій в потомствах колосів різних порядків у аналогічному посіві, тобто була вищою (22,6-23,8%) в потомстві колосів І - ІІ порядків та достовірно нижчою (15,1%) - в потомстві колосів ІІІ порядку. В розрідженому посіві при дії НЕС, на відміну від гамма-променів, частота мутацій М3 достовірно збільшувалась в потомстві колосів вищих порядків (20,5-24,5% в потомстві колосів І - ІІ порядків) та знижувалась - в потомстві колосів ІІІ порядку (14,3-15,8%).Але при дії НЕС у високій концентрацій (0,0375%) закономірності по частоті мутацій в потомствах колосів різних порядків збігалися з аналогічними при дії гамма-променів в такому ж посіві, тобто частота мутацій збільшується в потомстві колосів ІІ - ІІІ порядків (23,9-25,2%) і суттєво знижувалась в потомстві колосів І порядку (16,3%).

Такий розподіл частоти мутацій в потомствах колосів різних порядків в залежності від природи мутагенного чинника дав можливість зробити висновок про можливості підвищення ефективності доборів. А саме: при загущеному посіві М1 доцільно вести добір мутацій в потомстві колосів І - ІІ порядків при дії гамма-променів та НЕС у низьких концентраціях, а також у потомстві колосів ІІ - ІІІ порядків при дії НЕС у високих концентраціях. У розрідженому посіві М1 такий добір ефективний в потомстві колосів ІІ - ІІІ порядків при дії гамма-променів та НЕС у високих концентраціях, а також у потомстві колосів І - ІІ порядків при дії НЕС в низьких концентраціях.

У спектрах мутацій при звичайній густоті стояння рослин та зрідженому посіві в М1 спостерігались відмінності в залежності від дії різних чинників: НЕС індукувала більшу кількість типів мутацій у потомствах колосів І та ІІ порядків порівняно з гамма-променями, а гамма-промені - у колосів ІІІ порядку.

У загущеному посіві розширення спектру мутацій отримано в потомствах колосів ІІ і ІІІ порядків під впливом НЕС у високих концентраціях ( 0,0375, 0,025%) та колосів І, ІІ і ІІІ порядків - низькій концентрації (0,0125%).

Спектр мутацій при дії гамма-променів у загущеному посіві порівняно з нормальним та зрідженим звузився у потомствах колосів ІІІ порядку. Специфічним для загущеного посіву було виділення з підвищеною частотою мутацій по генах, що контролюють короткостебловість, підвищену кущистість та зернову продуктивність.

Аналіз частоти практично цінних мутацій показав, що вона не залежить від порядку розміщення колосів та густоти стояння рослин. По мірі зниження доз та концентрацій частка практично цінних мутацій у загальній їх частоті зростає.

Таблиця 3

Вплив мутагенних чинників на частоту (%) мутантних сімей в потомствах колосів І - ІІІ порядків озимої пшениці сорту Альбатрос одеський (М2, М3)

Мутаген, доза (концентрація)	Порядок колосів	Ширина міжрядь, см
		7,5	15,0	30,0
		Всього сімей, шт.	Мутантних сімей	Всього сімей, шт.	Мутантних сімей	Всього сімей, шт.	Мутантних сімей
			Кількість, шт.	%		Кількість, шт.	%		Кількість, шт.	%
Вода, контроль	І	789	4	0,5	703	1	0,1	602	1	0,2
	ІІ	802	2	0,2	726	0	0,0	624	0	0,0
	ІІІ	653	4	0,6	824	3	0,4	765	1	0,1
Гамма-промені 250 Гр	І	734	192	26,1*0	568	116	20,4	526	106	20,0
	ІІ	718	174	24,20	685	148	21,6	711	139	19,5
	ІІІ	425	90	21,2+	751	174	23,2+	762	161	21,1
Гамма-промені 200 Гр	І	711	167	23,5*0	563	98	17,40	586	77	13,1*00
	ІІ	626	150	24,00	654	128	19,6	671	128	19,1+00
	ІІІ	549	91	16,6*+^	679	148	21,6+	694	142	20,5+
Гамма-промені 150 Гр	І	635	132	20,8*0	605	98	16,2	653	99	15,2
	ІІ	662	146	22,1*	692	120	17,300	671	128	19,1+
	ІІІ	538	75	13,9+*0^	721	141	19,6+00	697	130	18,7+
НЕС 0,0375%	І	675	132	19,6	543	93	17,1	673	110	16,3
	ІІ	711	194	27,3+	723	187	25,9+	695	175	25,2+
	ІІІ	544	138	25,4+	692	163	23,6+	742	177	23,9+
НЕС 0,025%	І	629	120	19,1	612	123	20,1	604	130	21,5
	ІІ	684	175	25,6+	689	158	22,9	699	171	24,5*
	ІІІ	582	127	23,9*+0	702	99	14,1+00^	742	117	15,8+00^
НЕС 0,0125%	І	678	153	22,6	654	140	21,4	599	123	20,5
	ІІ	694	165	23,8	702	143	20,4	697	155	22,2
	ІІІ	563	85	15,1+^	743	100	13,5+^	762	109	14,3+^

+ - Різниця достовірна при Р0,05 порівняно з частотою мутацій колосів І порядку

^ - Різниця достовірна при Р0,05 порівняно з частотою мутацій колосів ІІ порядку

* - Різниця достовірна при Р0,05 порівняно з аналогічним порядком колосів нормального посіву

0 - Різниця достовірна при Р0,05 порівняно з аналогічним порядком колосів в зрідженому посіві

00 - Різниця достовірна при Р0,05 порівняно з аналогічним порядком колосів у загущеному посіві

ПРИКЛАДНЕ ВИВЧЕННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ ІНДУКОВАНИХ МУТАНТІВ

В наших дослідженнях при дії мутагенів на насіння було отримано 22 перспективні мутантні форми, що несли комплекс мутантних ознак, в тому числі і практично цінних. Ці лінії послужили вихідним матеріалом для подальшого створення на їх основі нових сортів шляхом прямого добору та завдяки залученню їх у схрещування. В світі переважна кількість мутантних сортів (67,6%) створена методом прямого добору. Значна кількість сортів (32,4%) створена шляхом гібридизації мутантів з іншими сортами або мутантів між собою (Моргун,2001).

Серед створених за нашою участю у відділі експериментального мутагенезу 24-ох мутантних сортів станом на 2006 рік 21 сорт створено методом прямого добору, що становить 87,5%, у тому числі за дії мутагенів на сорти - 17 (70,8%), за дії мутагенів на гібриди - 4 (16,7%).

Нові сорти мають високий генетичний потенціал продуктивності (100,0 - 124,1 ц/га) (Смуглянка, Золотоколоса, Володарка, Пивна, Добірна, Фаворитка, Веснянка, Богдана, Снігурка), високі хлібопекарські властивості і відносяться до сильних пшениць (Ятрань 60, Володарка, Веснянка, Ласуня, Хуртовина, Снігурка, Богдана, Циганка, Зимоярка), мають високу та хорошу стійкість до морозів (Хуртовина, Снігурка, Володарка, Богдана, Ласуня), посухи (Фаворитка, Володарка) та хвороб (Циганка, Ятрань 60, Смуглянка, Володарка, Веснянка, Золотоколоса, Ласуня, Зимоярка).

Сорти озимої пшениці Циганка, Ятрань 60, Смуглянка, Золотоколоса, Богдана, Володарка, Фаворитка, Добірна, Веснянка, Переяславка, Ласуня, Пивна, Хуртовина, Снігурка, Зимоярка занесені до Реєстру сортів рослин України для вирощування в зонах Степу, Лісостепу та Полісся.

Різноманіття створених нових сортів за морфологічними, біохімічними властивостями та ознаками, адаптивним потенціалом, рівнем стійкості до несприятливих умов довкілля надає широкі можливості господарникам у доборі та маневруванні сортами стосовно конкретних умов вирощування: богара та зрошення, стреси щодо нестійкого гідротермічного режиму та низьких температур, різні фони, попередники тощо.

ВИСНОВКИ

1. Показано, що чутливими та інформативними показниками дії мутагенів при визначенні впливу експозицій та концентрацій на рослини М1 є схожість та виживання рослин. Спостерігається зворотний зв'язок: чим більша експозиція, доза чи концентрація, тим нижча схожість та виживання рослин і навпаки. Тривалі експозиції дії та високі дози і концентрації мутагенів суттєво впливають на зниження показників продуктивності рослин в М1: кількість продуктивних стебел, кількість та масу зерен у головному колосі, масу 1000 зерен.

2. Для озимої пшениці оптимальною є експозиція дії НЕС та НМС 18 годин. У поєднанні з високими та оптимальними концентраціями мутагенів (НЕС 0,0375, 0,025%, НМС 0,02, 0,01% ) вона сприяє індукції високої частоти видимих мутацій, а у сполученні з низькими концентраціями (НЕС 0,0125%, НМС 0,005% ) - збільшенню частоти корисних мутацій. Мутантні сім'ї, одержані від дії мутагенних чинників в експозиціях 18 та 24 години, несуть кілька змінених ознак і є макромутантами, а одержані від дії мутагенних чинників в експозиції 12 годин - переважно мікромутанти.

3. При збільшенні концентрації мутагенів зростає загальна частота мутацій. Застосування мутагенів у високих концентраціях суттєво підвищує частоту появи макромутантів. Встановлено обернену залежність між концентрацією мутагенів та частотою практично цінних мутацій. По мірі зниження доз (концентрацій) мутагенів зростає частка практично цінних мутацій у загальній їх частоті та розширюється їх спектр.

4. Частота мутацій М2-М3 в потомстві колосів різних порядків залежить від природи мутагенного чинника, дози (концентрації) мутагену та густоти стояння в М1.

5. При загущенні посіву частота мутацій збільшується в потомстві колосів І - ІІ порядків при дії гамма-променів та НЕС у низьких концентраціях і у потомстві колосів ІІ - ІІІ порядків при дії НЕС у високих концентраціях.

6. В розрідженому посіві частота мутацій збільшується в потомстві колосів ІІ - ІІІ порядків при дії гамма-променів та НЕС у високих концентраціях і в потомстві колосів І - ІІ порядків при дії НЕС в низьких концентраціях.

7. Спектри мутацій розширюються при всіх варіантах посіву в потомстві колосів нижчих порядків (ІІ - ІІІ), як при дії НЕС, так і гамма-променів.

8. Специфічним для загущеного посіву є виділення з підвищеною частотою мутацій за генами, що контролюють короткостебловість, підвищену кущистість та зернову продуктивність.

9. Розроблені методи підвищення частоти і розширення спектра мутацій сприяють підвищенню ефективності мутаційної селекції озимої пшениці, що засвідчують отримані нами у співавторстві практично цінні мутантні лінії та мутантні сорти, 15 з яких занесено до Державного реєстру сортів рослин, придатних для поширення в Україні та рекомендовано для впровадження у виробництво.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Соляник С.В., Артемчук И.П. Наследование устойчивости озимой пшеницы к возбудителям мучнистой росы // Цитология и генетика.- 1994.- Т.28,№1.- С.41-44.

2. Шматько І.Г., Петренко Н.І., Конончук О.Б., Артемчук І.П.Генотипічна реакція зернівок озимої пшениці на зміни осмотичного потенціалу // Физиология и биохимия культурных растений.- 1996.- Т.28,№5-6.- С.330-334.

3. Моргун В.В., Логвиненко В.Ф., Артемчук И.П. Индуцирование мутаций озимой пшеницы по морозостойкости // Физиология и биохимия культурных растений.- 2000.- Т.32,№5.- С.347-351

4. Артемчук І.П. , Логвиненко В.Ф. Вплив експозиції дії мутагенів на частоту мутацій озимої пшениці // Физиология и биохимия культурних растений.-2003.-Т.35,№3.- С.222-228.

5. Артемчук І.П. , Логвиненко В.Ф. Індукування мутацій в потомстві колосів різних порядків розташування на прикладі озимої пшениці // Физиология и биохимия культурних растений.-2004.-Т.36,№2(208).-С.116-123.

6. Сорт озимої м'якої пшениці Зимоярка: Артемчук І.П., Голик Л.М., Дубовий В.І., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Ремесло В.В., Уліч О.Л., Хоменко С.О, Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0715. Заявка № 04007010

7. Сорт озимої м'якої пшениці Хуртовина: Артемчук І.П., Басанець Г.С., Бершадська Л.П., Дубовий В.І., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Ремесло В.В., Уліч О.Л., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0713. Заявка № 04007011

8. Сорт озимої м'якої пшениці Ласуня: Артемчук І.П., Власенко В.А., Животков Л.О., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0711. Заявка № 02007009

9. Сорт озимої м'якої пшениці Снігурка: Артемчук І.П., Вологдіна Г.Б., Дергачов О.Л., Животков Л.О., Замліла Н.П., Лебедева Г.Д., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Сорокін В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Черемха О.М., Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0712. Заявка № 04007012

10. Сорт озимої м'якої пшениці Золотоколоса: Артемчук І.П., П., Власенко В.А., Лебедєва Г.Д., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0656. Заявка № 03007020.

11. Сорт озимої м'якої пшениці Богдана: Артемчук І.П., П., Власенко В.А., Лебедєва Г.Д., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0655. Заявка № 03007018.

12. Сорт озимої м'якої пшениці Пивна: Артемчук І.П., П., Власенко В.А., Лебедєва Г.Д., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0657. Заявка № 03007019.

13. Сорт озимої м'якої пшениці Володарка: Артемчук І.П., Власенко В.А., Животков Л.О., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0532. Заявка № 02007006.

14. Сорт озимої м'якої пшениці Веснянка: Артемчук І.П., Власенко В.А., Животков Л.О., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0533. Заявка № 02007007.

15. Сорт озимої м'якої пшениці Добірна: Артемчук І.П., Власенко В.А., Животков Л.О., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0535. Заявка № 02007008.

16. Сорт озимої м'якої пшениці Фаворитка: Артемчук І.П., Власенко В.А., Животков Л.О., Логвиненко В.Ф., Моргун В.В., Уліч О.Л., Чебаков М.П., Шелепов В.В. Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0534. Заявка № 02007010.

17. Сорт озимої м'якої пшениці Смуглянка: Артемчук І.П., Моргун В.В., Логвиненко В.Ф., Уліч О.Л., Власенко В.А., Шелепов В.В., Чебаков М.П., Коломієць Л.А., Маринка С.М.Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0457. Заявка № 01007015.

18. Сорт озимої м'якої пшениці Переяславка: Артемчук І.П., Моргун В.В., Логвиненко В.Ф., Уліч О.Л., Власенко В.А., Шелепов В.В., Чебаков М.П., Коломієць Л.А., Маринка С.М.Свідоцтво про авторство на сорт рослин № 0456. Заявка № 01007014.

19. Сорт озимої м'якої пшениці Ятрань 60: А.с. на сорт рослин № 1219 / Артемчук І.П., Моргун В.В., Логвиненко В.Ф., Уліч Л.І.Заявка № 97007010 від 8.08.1997. Зареєстровано в Реєстрі сортів рослин України в 2001 році.

20. Сорт озимої м'якої пшениці Циганка: А.с. на сорт рослин № 534 / Артемчук І.П., Моргун В.В., Логвиненко В.Ф., Борисенко В.А., Носенко В.В. Заявка № 568355 від 6.10.1994. Зареєстровано в Реєстрі сортів рослин України в 1998 році.

21. Артемчук І.П.Частота виникнення господарсько-цінних мутацій під впливом хімічних мутагенів на сорті озимої пшениці Альбатрос одеський // Шляхи раціонального використання земельних ресурсів України:Тез. Доп.Міжнародної наук.-практ. конференції молодих вчених і спеціалістів.- смт Чабани,Києво-святошинського р-ну Київської обл.,1995р.- С.11.

АНОТАЦІЯ

Артемчук І.П.Розробка методів підвищення частоти і розширення спектра індукованих мутацій озимої пшениці .- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15. - Генетика. - Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2007.

В дисертації викладено результати розробки методів підвищення частоти та розширення спектра індукованих мутацій озимої пшениці при дії фізичних (гамма-промені) та хімічних мутагенів (НЕС, НМС, НДМС, НМБ, ДЕС, ЕІ, ДМС) в залежності від доз, концентрацій, експозицій дії на насіння та формування в онтогенезі колосів певного порядку.

На основі аналізу поколінь М1- М3 встановлена уражаюча дія мутагенів, вплив на елементи структури урожаю, порядок формування колосів при різних густотах стояння рослин та мутантної сфери при дії гамма-променів та НЕС, визначена загальна частота мутацій в М1-М3 при дії мутагенів у різних концентраціях та при різних експозиціях впливу, а також у колосах І-ІІІ порядків і частота практично цінних мутацій, визначені та проаналізовані спектри мутацій.

Створено 22 лінії, перспективних як вихідний матеріал в селекції, та 15 принципово нових сортів озимої пшениці, генетично поліпшених з різних напрямків вирощування та використання.

Ключові слова: мутаген, доза, концентрація, експозиія, порядок колосів, частота мутацій, спектр мутацій, господарсько цінна мутація, лінія.

АННОТАЦИЯ

Артемчук И.П.Разработка методов повышения частоты и расширения спектра индуцированных мутаций озимой пшеницы .- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15. - Генетика. - Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 2007.

В диссертации изложены результаты разработки методов повышения частоты и расширения спектра индуцированных мутаций озимой пшеницы под действием физических (гамма-лучи) и химических мутагенов (НЭМ, НММ, НДММ, НМБ, ДЭС, ЭИ, ДМС) в зависимости от доз, концентраций, экспозиций действия на семена и формирования в онтогенезе колосьев определенного порядка размещения.

На основе анализа поколения М1 установлено поражающее действие мутагенов, влияние на элементы структуры урожая, порядок формирования колосьев при различных густотах стояния растений, а также мутантной сферы при действии мутагенов в различных дозах (концентрациях). Чувствительным показателем поражающего действия определенной экспозиции и концентрации мутагенов на растения М1 есть всхожесть и выживание растений. Существует обратная зависимость: чем длиннее экспозиция, больше доза или концентрация, тем ниже всхожесть и выживание растений и наоборот.

Длительные экспозиции и высокие дозы (концентрации) существенно влияют на снижение показателей продуктивности растений в М1: количество продуктивных стеблей, количество и массу зерен в главном колосе, массу 1000 зерен.

В наших исследованиях для озимой пшеницы оптимальной определена экспозиция НЭМ и НММ 18 часов. В сочетании с высокими концентрациями этих мутагенов она стимулирует индукцию высокой общей частоты мутаций, а в сочетании с низкими концентрациями - увеличение частоты селекционно ценных мутаций.

Увеличении концентрации мутагенов также способствует повышению общей частоты мутаций. Применение мутагенов в высоких концентрациях существенно повышает частоту появления макромутантов.

Установлена обратная зависимость между концентрацией мутагенов и частотой появлення практически ценных мутаций. Виявлено расширение спектров мутаций при использовании низких концентрацияй мутагенов.

Определены закономерности формирования мутантной сферы под действием мутагенов (гамма-лучи и НЭМ) в колосьях І -ІІІ порядков при посеве в М1 в загущенном (ширина междурядий 7,5 см), обычном (ширина междурядий 15см) и разреженном посеве (ширина междурядий 30 см). Установлено, что в контроле и при действии мутагенов, как гамма-лучей, так и НЭМ, в М1 во всех изученных дозах и концентрациях при загущенном посеве в М1 формируется больше продуктивних колосьев III порядка и меньше колосьев III порядка. При разреживании посева увеличивается количество колосьев ІІІ порядка и уменьшается количество колосьев І порядка. Таким образом, порядок формирования продуктивных колосьев в М1 зависит от густоты стояния растений в М1 и не зависит от природы мутагена и его дозы.

Частота мутаций М3 в потомствах колосьев разных порядков зависела от природы мутагенного фактора, дозы (концентрации) мутагена и густоты стояния в М1.

При загущении посева М1 гамма-лучи во всех изученных дозах индуцировали в М3 с высокой частотой мутации в потомствах колосьев І и ІІ порядков и достоверно нижшей - в потомстве колосьев ІІІ порядка. При разреживании посева в М1 под действием гамма-лучей частота мутаций в колосьях І-ІІ порядка существенно снижалась, а в потомстве колосьев ІІІ порядка - повышалась.

Действие НЭМ на частоту мутаций М3 в потомстве колосьев І - ІІІ порядков отличалось от действия гамма-лучей. Наблюдалась зависимость частоты мутаций в колосьях разных порядков не только от густоты стояния в М1, но и от концентрации мутагена. Так, в отличие от гамма-лучей, в загущенном посеве достоверно выше была частота мутаций в потомстве колосьев ІІ - ІІІ порядков и ниже - в потомстве колосьев І порядка. Однако, при действии НЭМ в низкой концентрации (0,0125%) эта закономерность совпадала с закономерностями действия гамма-лучей в аналогичном посеве. В разреженном посеве при действии НЭМ, в отличие от гамма-лучей, частота мутаций М3 достоверно увеличивалась в потомстве колосьев высших порядков и уменьшалась - в потомстве колосьев ІІІ порядка. Однако, при действии НЭМ в высокой концентрации (0,0375%) частота мутаций увеличивалась в потомстве колосьев ІІ - ІІІ порядков и существенно снижалась в потомстве колосьев І порядка.

В спектрах мутаций при обычной густоте стояния растений и в разреженном посеве в М1 наблюдались отличия в зависимости от действия различных мутагенов: НЭМ индуцировала большее число типов мутаций в потомствах колосьев І и ІІ порядков по сравнению с гамма-лучами, которые индуцировали больше типов мутаций в потомствах колосьев ІІІ порядка.

У загущенном посеве расширение спектра мутаций получено в потомствах колосьев ІІ и ІІІ порядков под дейстаием НЭМ в высоких концентрациях ( 0,0375, 0,025%).

Спектр мутаций при действии гамма-лучей в загущенном посеве по сравнению с обычным и разреженным сузился в потомстве колосьев ІІІ порядка. Специфичным для загущенного посева было выделение с повышенной частотой мутаций по генам, контролирующим короткостебельность, повышенную кустистость и зерновую продуктивность.

Анализ частоты практически ценных мутаций показал, что она не зависит от порядка размещения колосьев и от густоты стояния растений в М1, лишь от дозы (концентрации) мутагенов. По мере снижения доз и концентраций доля практически ценных мутаций в общей частоте их возрастает.

Получено 22 практически ценных мутантных линии, которые используются в качестве исходного материала в селекционном процессе. Большинство их получено при действии мутагенов в низких концентрациях и экспозициях.

Создано с участием автора 15 принципиально новых сортов озимой пшеницы, улучшенных по разным направлениям использования, занесенных в Реестр сортов растений Украины, предназначенных для выращивания в зонах Степи, Лесостепи и Полесья Ряд новых сортов, созданных в соавторстве с другими учеными, преодолели барьер урожайности 100,0-124,1 ц/га. Впервые за весь период государственного сортоиспытания сорт Золотоколоса сформировал урожай 117,3 ц/га (Манькивська государственная сортоиспытательная станция, Черкасская область, 2004 год), а сорт Фаворитка - 124,1 ц/га (Центр сортознавства и сортовывчення, г. Белая Церков,2005 г.) .

SUMMARY

Artemchuk I.P. Development of the Methods of Enhancing the Frequency and Widening Spectrum of induced Mutations of Winter Wheat. - Manuscript.

Thesis for Candidate's degree in Biological Sciences on specialty 03.00.15. - Genetics. - Institute of Plant Physiology and Genetics, NASU, Kyiv, 2007.

The dissertation presents the results of the development of methods for enhancing the frequency and widening the spectrum of induced mutations of winter wheat under the influence of gamma-rays and chemical mutagens according to doses, concentrations, expositions of an effect on seeds and the formation of ears of a particular order in ontogenesis. On the basis of the analysis of M1 generation, established are the striking effect of mutagens, the influence on the elements of the harvest structure, the sequence of forming the ears under different thickness of the plant standing. The general frequency of mutations under the influence of different concentrations and expositions of influence as well as in ears of the I - III orders and the frequency of practically valuable mutations in M1- M3 are determined, spectra of mutations are analysed.

...