Способ мутагенной обработки семян ячменя


 


Владельцы патента RU 2464779:

Федеральное государственное учреждение высшего профессионального образования "Вятская государственная сельскохозяйственная академия" (ФГОУ ВПО ВСГХА) (RU)

Изобретение относится к области генетики и селекции и может быть использовано для индукции мутаций при создании исходного материала для селекции сельскохозяйственных культур. Способ мутагенной обработки семян сельскохозяйственных культур включает замачивание семян в водном растворе карбоната натрия. Семена замачиваются в течение 12 часов в концентрации 0,01 н …1,0 н. Техническим результатом изобретения является увеличение выхода селекционно-ценных морфологических и физиологических мутаций у растений во втором поколении. 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 (азид натрия, карбонат и хлорид калия и др.) (U.Niv of Bologna, 2009, Дудин Г.П., Лысиков В.Н., 2009, Емелев С.А., 2008).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обработки семян с применением химического мутагена - 2-хлорэтилфосфорной кислоты /этрела/ с концентрацией 0,2…0,5% и экспозицией воздействия 8…10 ч (Кривошеина О.С., Дудин Г.П., 1997).

Однако при существующем способе обработки семян наблюдается сильное снижение выживаемости растений первого поколения. Увеличивается длина вегетационного периода до 10 дней. Так же этрел оказывает мощное депрессирующее действие на развития растений. Увеличение концентрации мутагена ведет к повышению частоты и спектра мутаций во втором поколении, а абсолютный выход мутаций снижается (табл.1).

Таблица 1
Частота изменчивости ячменя во втором поколении
Мутагенный фактор Сохранившихся растений к М2 Число семей с изменениями Частота изменений, %
Контроль 271 - -
Этрел 0,2% 287 5 1,74
Этрел 1% 236 10 4,24
Этрел 5% 152 10 6,58

Узкий спектр морфофизиологических изменений, в спектре изменений в М2 преобладают мутантные формы ячменя с низким стеблем и длинным колосом. Выделено всего 5 типов хлорофилльных мутаций.

В предлагаемом способе обработка семян ячменя включает замачивание семян в течение 12 часов в водном растворе карбоната натрия с концентрацией 0,01 н …1,0 н.

Высокая концентрация калия в цитоплазме (100-200 мМ) по сравнению с натрием (10-30 мМ) обеспечивает оптимальные ионные условия для активации более 50 ферментов и функционирования процесса синтеза белка. Натрий в химическом и физиологическом отношении близок к калию. Содержание Na+ в растении около 0,01% на сырую массу. Изучено, что соли при высоких концентрациях могут дезинтегрировать клеточные мембраны, подавлять активность ферментов, вероятно, вследствие нарушения гидрофобно-электростатического баланса сил, поддерживающих структуру белковых молекул и приводить к нарушениям важных физиологических процессов (Zhu J.-K., 2001). Низкое накопление натрия в клетках определяется балансом скоростей его пассивного поступления и активного экспорта из клетки (Blumwald Е. et al., 2000).

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Семена ярового ячменя сорта Биос 1 в течение 12 часов замачивали в растворе карбоната натрия с концентрацией 0,01 н, 0,1 н, 1,0 н. Контролем служили семена, замоченные в воде.

В каждом варианте после обработки карбонатом натрия высевалось в M1 по 500 зерен /по 125 зерен на делянку площадью 1 м2/.

Карбонат натрия с концентрацией 1,0 н оказал существенное отрицательное влияние на полевую всхожесть семян ячменя (табл.2).

Наблюдения за динамикой развития растений в М1 показали, что фаза полных всходов в варианте с 1,0 н концентрацией карбоната натрия наступила на 3 дня позже, чем в контроле.

Таблица 2
Полевая всхожесть семян ячменя сорта Биос 1 в год воздействия карбоната натрия
Мутагенный фактор Концентрация раствора, н Количество проросших семян
абсолютное % к высеянным
Контроль - 397 79,4
Карбонат натрия 0,01 401 80,2
Карбонат натрия 0,1 366 73,2
Карбонат натрия 1,0 340* 68,0
НСР0,95 9,22
Примечание: *- уровень доверительной вероятности P>0,95

Достоверно снизилась всхожесть при обработке 1,0 н раствором карбоната натрия на 11,4% по сравнению с контролем, вследствие нарушения нормального K+/Na+ баланса в клетке и дезорганизации мембран, что приводит к нарушению выполнения ее барьерной функции.

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

Таблица 3
Влияние карбоната натрия на развитие растений в M1
Концентрация мутагена Продуктивная кустистость Длина стебля, см Длина колоса, см Масса зерна с колоса, г
Контроль 4,9 65,1 8,98 1,62
Карбонат натрия 0,01 н 5,1 64,8 8,65 1,49*
Карбонат натрия 0,1 н 5,3 64,6 8,85 1,53
Карбонат натрия 1,0 н 5,5 64,9 8,47* 1,48*
Примечание: * - уровень вероятности Р>0,95

В варианте с карбонатом натрия 0,01 н значительно уменьшилось число колосков и масса зерна с колоса.

В варианте с обработкой 1,0 н карбонатом натрия у растений существенно снизилась длина колоса, число колосков в нем и масса зерна с колоса.

Во втором поколении с появлением всходов определяли тип и частоту хлорофилльных мутаций (табл.4) Все хлорофилльные мутации классифицировали по Калам Ю.И., Орав Т.А. (1974).

Таблица 4
Частота хлорофилльных мутаций в М2
Мутагенный фактор Проанализировано семей в М2 Число семей с мутациями Частота хлорофилльных мутаций, % p±Sp
Контроль 364 1 0,27±0,27
Карбонат натрия 0,01 н 347 6 1,73±0,70
Карбонат натрия 0,1 н 337 4 1,19±0,59
Карбонат натрия 1,0 н 302 2 0,66±0,47

Наибольшая частота хлорофилльных мутаций наблюдался в варианте с обработкой 0,1 н концентрацией карбоната натрия. В семьях встречалось несколько типов мутаций таких как albina, viridulba, viridoalbescens.

Кроме хлорофилльных мутаций в М2 наблюдались и другие типы новообразований. Частота морфофизиологических изменений представлена в таблице 5.

Таблица 5
Частота морфофизиологических изменений ячменя в М2
Мутагенный фактор Проанализировано семей в М2 Число семей с морфологическим и изменениями Частота морфофизиологических изменений, % p±Sp
Контроль 364 2 0,55±0,55
Карбонат натрия 0,01 н 347 53 15,27±1,93***
Карбонат натрия 0,1 н 337 41 12,17±1,78***
Карбонат натрия 1,0 н 302 35 11,59±1,84***
Примечание: *** - уровень значимости Р>0,999

С увеличением концентрации раствора карбоната натрия происходит уменьшение частоты выхода измененных форм. Наибольшее количество семей с изменениями - 53 семьи, отмечено в варианте карбонат натрия 0,01 н.

Наиболее распространенными типами были новообразования по длине стебля и позднеспелость. Наименее распространены изменения, связанные со скороспелостью, стелющейся формой куста и скороспелостью.

Таблица 6
Спектр изменчивости ячменя во втором поколении
Признаки Концентрация карбоната натрия /н/
0,01 0,1 1,0
абс. % абс. % абс. %
Изучалось семей 347 337 302
Форма куста:
стелющаяся 1 0,29 1 0,30 1 0,33
Кустистость:
сильная 1 0,30
Стебель:
высокий 18 5,19 32 9,50 21 6,95
низкий 9 2,59 3 0,89 8 2,65
Длинные ости 1 0,29
Скороспелость 4 1,15 2 0,59
Позднеспелость 13 3,75 19 5,64 6 1,99
Рыхлый колос 6 1,73
Череззерница 3 0,86 1 0,30 1 0,33
Стерильный колос 1 0,30
Раздвоение колоса 1 0,29
Сильная антоцианновая окраска листьев 3 0,86 2 0,59 4 1,32
Хлорофилльные мутации:
Albina 7 2,02
Albocostata 1 0,29
Alboterminalis 1 0,33
Albotigrinavirescens 2 0,59 1 0,33
Chlorine 1 0,29
Viridoalbescens 1 0,29
Viridolutescens 1 0,29
Viridulba 2 0,58
Xantha 1 0,30
Xanthovirescens 1 0,29 1 0,30
Всего изменений 73 21,04 66 19,58 43 14,24
Всего семей с изменениями 59 17,00 45 13,35 37 12,25
Всего типов изменений 17 12 8

Большая часть полученных изменений отличается от сорта Биос 1 не одним, а целым рядом признаков, которые затрагивают длину колоса и стебля, наступления отдельных фаз развития и другим. Это явление (изменение ряда признаков) у мутантов обычно вызывается или плейотропным действием мутантного гена или одновременным мутированием нескольких генов.

Таким образом, предлагаемый для обработки карбонат натрия в сравнении с прототипом является новым мутагенным фактором для семян и растений зерновых культур, во втором поколении наряду с увеличением абсолютного выхода мутаций расширяется спектр селекционно-ценных наследственных изменений при минимальном количестве стерильных форм растений и высокой выживаемости в первом поколении.

Литература

1. РЖ. 04. Биология. Раздел 04Я. Генетика. Цитология. 04ЯЗ. Генетика и селекция возделываемых растений 2009. №2. 1-28.09.02 - 04Я3.56 TILL More - ресурс поиска химически индуцированных мутантов ячменя.

2. Дудин Г.П., Лысиков В.Н. Индуцированный мутагенез и использование его в селекции растений: Монография. - Киров: Вятская ГСХА, 2009. - 208 с.

3. Емелев С.А. Изменчивость ярового ячменя сорта Дина в М2 под действием калийных удобрений // Экспериментальный мутагенез в биологии и селекции растений / Материалы Международной научно-практической конференции: Сборник научных трудов. - Киров: Вятская ГСХА, 2008. - с.12-15.

4. Калам Ю.И. Хлорофилльная мутация // Ю.И.Калам, Т.А.Орав. - Таллин: Валгус, 1974. - 59 с.

5. Кривошеина О.С., Дудин Г.П. Способ мутагенной обработки семян ячменя. Патент №2093017 от 20.10.1997, прототип.

6. Zhu J. - К. Plant salt tolerance // Trends Plant Sci. - 2001. - V.6. - P.66-71.

7. Blumwald E. Aharon G.S., Apse M.P. Sodium transport in plant cells // Biochim. Biophys. Acta. - 2000. - V. 1465. - P. 140-151.

Способ мутагенной обработки семян ячменя, включающий замачивание семян в водном растворе карбоната натрия в течение 12 ч в концентрации 0,01…1,0 н.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биотехнологии. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к селекции растений, и может быть использовано в мутационной генетике для создания новых сортов растений. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при возделывании гибридов кукурузы. .

Изобретение относится к способу получения двухнулевых линий-восстановителей фертильности рапса Brassica napus с цитоплазматической мужской стерильностью (ЦМС) Ogura, представляющего собой интрогрессию редьки, несущую ген-восстановитель фертильности Rfo, вырезанный из аллели Pgi-2 редьки и рекомбинированный с геном Pgi-2 Brassica oleracea, имеющих хорошее агрономическое качество, отличающееся женской фертильностью, хорошим уровнем переноса Rfo и высокой вегетационной мощностью.

Изобретение относится к области генетической инженерии и направлено на получение устойчивого к колорадскому жуку и отвечающего условиям биологической и пищевой безопасности трансгенного картофеля на основе высокопродуктивного отечественного сорта и разработку надежного средства для идентификации соответствующего трансформационного события в геноме растения.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для повышения митотической активности меристем однодольных и двудольных растений. .

Изобретение относится к области генетики и селекции и может быть использовано при создании исходного материала для селекции сельскохозяйственных растений. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в селекционной работе. .

Изобретение относится к области биотехнологии

Группа изобретений относится к области белковой инженерии, молекулярной биологии растений и борьбы с вредителями и касается гибридного инсектицидного белка и его применений. Описанный гибридный инсектицидный белок включает от N-конца до С-конца N-концевой участок белка Cry3A, слитого с С-концевым участком белка Cry1Ab, причем позиция кроссинговера белка Cry3A и белка Cry1Ab расположена в консервативном блоке 2, в консервативном блоке 3 или в консервативном блоке 4 и обладает активностью против западного кукурузного корневого жука. Также представлены молекулы нуклеиновых кислот, кодирующие новые белки, способы получения белков, способы их применения, а также трансгенные растения и их семена, содержащие такие белки. Группа изобретений позволяет получить экономически выгодные средства для борьбы с жуками рода Diabrotica. 13 н. и 26 з.п. ф-лы, 8 ил., 9 табл., 46 пр.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способу получения семян подсолнечника, которые содержат эндогенное масло, содержащее по меньшей мере 12% стеариновой кислоты от общего содержания жирных кислот, в котором содержание олеиновой кислоты выше содержания линолевой кислоты и в котором коэффициент распределения насыщенных жирных кислот α между положениями sn-1 и sn-3 составляет по меньшей мере 0,28. Раскрыто масло семян подсолнечника, имеющее по меньшей мере 12% стеариновой кислоты от общего содержания жирных кислот, более высокое содержание олеиновой кислоты, чем линолевой кислоты, и коэффициент распределения насыщенных жирных кислот α между положениями sn-1 и sn-3, составляющий по меньшей мере 0,28, а также пищевой продукт его содержащий. Также раскрыт способ получения растения подсолнечника, образующего семена, содержащие эндогенное масло, содержащее по меньшей мере 12% стеариновой кислоты от общего содержания жирных кислот, и в котором коэффициент распределения насыщенных жирных кислот α между положениями sn-1 и sn-3 составляет по меньшей мере 0,38. Изобретение позволяет эффективно получать масло, содержащее по меньшей мере 12% стеариновой кислоты от общего содержания жирных кислот, более высокое содержание олеиновой кислоты, чем линолевой кислоты, и коэффициент распределения насыщенных жирных кислот α между положениями sn-1 и sn-3, составляющий по меньшей мере 0,28. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 8 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области биотехнологии и сельского хозяйства. В способе растения обрабатывают раствором биологически активного вещества, в качестве которого используют 24-эпибрассинолид. При этом через 3 недели культивирования растений рапса на жидкой питательной среде последующие две недели растения подвергают хлоридному засолению 125 мМ с однократным внесением в раствор 24-эпибрассинолида в концентрации 10-8 М в начале засоления. Способ позволяет повысить устойчивость растений рапса к повреждающему действию интенсивного хлоридного засоления и экологическую безопасность производимой продукции. 4 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способам получения растения с повышенной устойчивостью к засухе и действию солей по сравнению с диким видом растения путем снижения экспрессии/функции белка-фактора транскрипции у растения. Также изобретение относится к растению с повышенной устойчивостью к засухе и действию солей, полученное вышеуказанным способом. Изобретение позволяет эффективно получать растения с повышенной устойчивостью к засухе и действию солей по сравнению с диким видом растения. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 6 пр.

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, в частности к методам предпосевной стимуляции семян низкоинтенсивным лазерным излучением в инфракрасной и красной областях оптического диапазона. Способ характеризуется тем, что на проклюнувшиеся семена после суточного замачивания однократно воздействуют при освещении 10-15 лк низкоинтенсивным сканирующим лазерным излучением сначала инфракрасного диапазона излучения лазером типа ADL-85502-TL. После чего проклюнувшие семена подвергают воздействию излучения лазером типа HLDH-660-A-50-01 в красном диапазоне излучения, дополнительно промодулированным пространственным модулятором. Устройство включает контейнерный блок, соединенные в технологической последовательности блок формирования управляющей программы, блок формирования потока излучения, установленный на вращающейся каретке и имеющий два лазера, пространственный модулятор. Последний размещен в контейнерном блоке и представляет собой многослойную анизотропную квазижидкокристаллическую дифракционную решетку, заключенную между двумя прозрачными пластинами, для образования в каждой точке падения промодулированного лазерного луча интерференционного лазерного поля со своей спекл-структурой. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности и качества стимуляции за счет обеспечения условий согласования пространственного распределения интенсивности поля лазерного излучения со структурой обрабатываемых семян. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 4 ил.
Наверх