Способ мутагенной обработки семян зерновых культур

 

Изобретение относится к генетике и селекции и может быть использовано для получения наследственных изменений при создании исходного материала для селекции сельскохозяйственных культур. Семена сельскохозяйственных культур замачивают в водном растворе мочевины с концентрацией 0,03М - 2М в течение 8 ч. Изобретение позволяет повысить выход селекционно-ценных морфологических и физиологических мутаций у растений во втором поколении после обработки мочевиной. 6 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области генетики и селекции и может быть использовано для получения наследственных изменений при создании исходного материала для селекции сельскохозяйственных растений.

Для получения мутаций применяются гамма- и рентгеновские лучи, лазерное излучение, химические вещества (бензиладенин, диэтилсульфат, этиленимин, нитрозоэтилмочевина и др.) [1, 2, 3].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обработки семян с применением химического мутагена - нитрозоэтилмочевины с концентрацией 0,025 и 0,05% и экспозицией воздействия 16 ч [4].

Однако при существующем способе длительной обработки семян наблюдается сильное снижение выживаемости растений первого поколения.

Увеличение концентрации мутагена не ведет к повышению частоты и расширению спектра мутаций во втором поколении, а абсолютный выход мутаций резко снижается (табл. 1).

В спектре наследственных изменений в M₂ преобладают мутантные формы ячменя с хаотической и полной стерильностью колоса и длинным вегетационным периодом.

В предполагаемом способе обработка семян ячменя включает замачивание семян в течение 8 ч в водном растворе мочевины с концентрацией 0,03М...8М.

Высокие концентрации (6 - 8М) мочевины денатурируют белки, дезорганизуя все уровни структуры молекулы [5].

При действии низких концентраций мочевины на белки изменяется реактивность их функциональных групп, ослабляются межмолекулярные взаимодействия [6].

Поступающая в клетку мочевина нарушает функциональное состояние биомембран. Изменение распределения фитогормонов, ионов водорода, K⁺, Ca⁺⁺ внутри клеток (ионная дифференциация) приводит к активации биохимических реакций и запускает целую программу процессов синтеза и распада [7]. Все это ведет к возникновению мутаций.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Семена ячменя сорта Биос-1 в течение 8 ч замачивают в растворе мочевины с концентрацией 0,03М, 0,25М, 2М, 8М. Контролем служили семена, замоченные в воде.

В M₁ после обработки в мочевине было высеяно по 500 зерен в каждом варианте (по 125 зерен на делянку площадью 1 м²). Повторность 4-х кратная.

Мочевина с концентрацией 8М оказала существенное отрицательное влияние на полевую всхожесть семян ячменя (табл. 2).

Наблюдения за динамикой развития растений в M₁ показала, что в вариантах с концентрацией мочевины 0,03М, 0,25М, 2М основные фазы развития наступали на 2-3 дня раньше контроля.

Во всех вариантах с мочевиной отмечено снижение устойчивости растений к полеганию (3 - 4 балла). В контроле полегание ячменя не отмечено.

Обработка семян ячменя мочевиной оказала влияние на рост и развитие растений в первом поколении (табл. 3).

В варианте с мочевиной 0,25М значительно увеличилась длина стебля растений и масса зерна с колоса.

Снижение массы зерна с колоса отмечено в вариантах - мочевина 2М и 8М соответственно на 0,11 и 0,06 г.

Во втором поколении с появлением всходов определяли тип и проводили подсчет хлорофильных мутаций (табл. 4).

Наибольший спектр хлорофильных мутаций наблюдался в варианте мочевина 8М. Встречались мутации - xanthoviridis - пластинка зеленая, верхушка желтая, chlorotica - бледно-желтовато-зеленая окраска растений, chloroviridis - светло-зеленые растения, viridomaculata - на зеленых пластинках листьев имеются отдельные желтые или белые пятна с нечеткими краями.

Два типа хлорофильных мутаций отмечено в варианте мочевина 0,03М: atroviridis - темно-зеленая окраска растений, albina - белые растения.

Кроме хлорофильных мутаций в М₂ наблюдались и другие типы изменений. Это семьи с прямостоячей формой куста, коротко- и длинно-стебельные, с различной длиной и плотностью колоса, с различным содержанием колосков в колосе, большей массой зерна с колоса, с ранним выходом в трубку и колошением, скороспелые.

Как видно из табл. 4, спектр изменчивости растений в опытных вариантах представлен 10. . .15 типами. Максимальное число новообразований отмечено в варианте 8М.

Большая часть полученных мутантов отличается от исходного сорта Биос-1 не одним, а целым рядом признаков, которые изменяют длину стебля, колоса, массу зерна с колоса, вегетационный период.

Одновременное изменение нескольких признаков у мутантов вызывается или плейотропным действием мутантного гена, или одновременным мутированием нескольких генов.

Отдельные мутанты ячменя имеют ряд селекционно-ценных признаков: высокая масса зерна с колоса, ранний выход в трубку, раннее колошение, скороспелые формы и т.д. (табл. 5).

Мутант 8-13 получен при обработке семян ячменя мочевиной с концентрацией 0,03М. В отличие от исходного сорта Биос-1 у него более длинный колос (7,9 см). Масса зерна с колоса достоверно выше контроля на 0,11 г.

Мутант 7-20, выделенный в варианте мочевина 0,25М, имеет стебель длиннее контроля на 7,5 см, колос 8,3 см, имеет массу зерна с колоса на 0,26 г больше сорта Биос-1. Созревает на 10 дней раньше исходного сорта.

Мутант 6-18 получен в варианте мочевина 2М. Длина соломины больше контроля на 13,1 см. Масса зерна с колоса 1,64 г, в контроле - 1,24 г.

При замачивании семян в мочевине с концентрацией 8М в М₂ выделен мутант 5-16, вегетационный период которого на 10 дней короче сорта Биос-1. Длина стебля 80,5 см. Масса зерна с колоса - 1,48 г.

Все описанные формы относятся к разновидности nytans.

Частота морфологических и физиологических мутаций, полученных во втором поколении, показана в табл. 6.

При обработке семян ячменя водным раствором мочевины с концентрацией 0,03М получено 4,5% мутантных семей. При увеличении концентрации мутагена до 0,25М частота мутаций возросла несущественно до 5,1%. Дальнейшее увеличение концентрации мочевины не ведет к росту частоты наследственных изменений.

Наибольшее число - 18 мутантных семей получено в вариантах 0,03М; 0,25М и 2М. В варианте 8М выделено 16 семей с мутациями. Снижение мутагенного эффекта мочевины с концентрацией 8М по-видимому связано с сильным депрессирующим влиянием этого фактора на семена и растения первого поколения.

Таким образом, предлагаемая для обработки семян мочевина в сравнении с прототипом является новым мутагенным фактором для семян и растений зерновых культур и во втором поколении наряду с увеличением абсолютного выхода мутации расширяется спектр селекционно-ценных наследственных изменений при отсутствии стерильных форм растений.

Литература 1. Дудин Г. П. Мутагенное действие излучения гелий-неонового лазера на яровой ячмень // Генетика. 1983, N 10, с. 1693...1699.

2. Виленский Е.Р., Щербаков В.К. Роль фитогормонов в естественном и индуцированном мутационном процессе // Цитология и генетика. 1985. Т. 19. N 3, с. 214-217.

3. Зоз Н. Н. Исследование зависимости действия химических мутагенов от дозы // Химический мутагенез и селекция. М., 1971, с. 161...169.

4. Дудин Г.П. Мутагенное действие N-нитро-N-этиленмочевины и лазерного излучения на яровой ячмень // Сельскохозяйственная радиобиология. Кишинев, 1989, с. 61-68.

5. Анисимов А. А. Основы биохимии: Учебник для студентов биологических специализированных университетов /А.А. Анисимов, А.Н. Леонтьева и др./ М.: Высш. шк., 1986, с. 551.

6. Броновицкая З.Г. Мочевина в живых организмах. Издательство Ростовского университета, 1970, с. 82.

7. Полевой В.В. Физиология растений // Учебник для биологических специализированных вузов - М.: Высшая школа, 1989. - 464 с.

Формула изобретения

Способ мутагенной обработки семян сельскохозяйственных культур, включающий замачивание семян в мутагене на 8 ч, отличающийся тем, что замачивание семян производят в водном растворе мочевины с концентрацией 0,03М - 2М.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6