Действие физического мутагена на количественные признаки сои
Автор: Фадеев А.А., Фадеева М.Ф., Воробьева Л.В.
Рубрика: Селекция и семеноводство
Статья в выпуске: 1 (157-158), 2014 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты исследований по искусственному мутагенезу сои с использованием рентгеновского облучения в дозе 628 Гр. Облучение замоченных семян до и после начала роста зародышевых корешков приводит к получению мутантных форм с улучшенными признаками продуктивности. Наиболее эффективным для выделения мутантных форм по улучшенным количественным показателям продуктивности было облучение рентгеновскими лучами замоченных и облученных семян до начала роста зародышевых корешков. Установлено, что различные сорта сои по-разному реагируют на индуцированный мутагенез. Выделенные мутантные формы представляют собой ценный материал для дальнейшего использования в селекции сои.
Соя, мутагенез, рентгеновское облучение, мутанты, количественные признаки, м
Короткий адрес: https://sciup.org/142151167
IDR: 142151167
Текст научной статьи Действие физического мутагена на количественные признаки сои
Введение. В селекционной практике, наряду с искусственной гибридизацией, также применяют метод экспериментального мутагенеза. С помощью мутагенеза улучшают хозяйственно полезные свойства сои – скороспелость, продуктивность, полегаемость и др. В основе метода получения нелетальных полезных мутаций лежит воздействие на организм различными химическими и физическими мутагенами. Для получения физически индуцированных мутаций используют различные источники ионизирующих излучений, чаще всего рентгеновские лучи, так как рентгеновские аппараты имеются во многих медицинских и некоторых иных учреждениях. При этом устройство рентгеновских аппаратов позволяет воздействовать рентгеновским излучением как на семена, так и на другие части растений (Дебелый, 1972; Ковачева, 1981; Посыпанов, 2007).
Материалы и методы. Цель исследований заключалась в получении мутантных растений сои с ценными признаками и их дальнейшее использование в практической селекции сортов сои северного экотипа. Исследования проводили в период 2008–2013 гг. на экспериментальной базе Чувашского НИИСХ в п. Опытный Цивильского р-на Чувашской Республики.
Объектом изучения служили семена семи сортообразцов сои, полученные из ВИР (Aldana, Восход X 1191/79, 105-01, СН 36-74-1, СН 1014-1-20, Б-27, NSC 9086-75 X М. Arrow). Замоченные семена этих образцов до и после начала роста зародышевых корешков подвергали рентгеновскому облучению в поглощенной дозе до 628 Грэй (Гр). Контролем служили семена, замоченные в воде. Испытания проводили в полевых условиях по схеме: 1 – замоченные в воде семена (контроль); 2 – семена, замоченные и облученные до начала роста зародышевого корешка; 3 – замоченные и облученные семена с появившимся зародышевым корешком.
Облученные семена сои второго и третьего вариантов в 2008 г. высевали вручную с междурядьями 60 см и расстоянием между семенами 10 см. Длина каждого ряда 2 м. По той же схеме закладывали делянки с контрольными семенами. На всех облученных растениях вручную убирали семена М 1 .
В следующем году полученные семена М 1 сравнивали с контрольными по их полевой всхожести. Растения М 1 в течение вегетации сравнивали с контрольными растениями по фенотипическим и количественным признакам, включая показатели роста и развития, выживаемости и продуктивности.
Фенологические наблюдения проводили в течение всего периода вегетации. После уборки в лабораторных условиях выполнили биометрический анализ растений и для дальнейшего изучения отобрали самые лучшие мутантные растения по признакам раннеспелости, ветвистости, количеству бобов и семян, массе семян с одного растения и массе 1000 семян. Отбор мутантных растений проводили индивидуально, поколения М 2 –М 4 выращивали методом педигри.
Результаты и обсуждение. Полевая всхожесть испытываемых образцов, посеянных замоченными и облученными семенами, составила в среднем 25 % (от 15 % у сортообразца Восход × 1191/79) до 40 % – у сортообразца NSC 9086-75 × М. Arrow). Облучение семян в фазе начавшего рост зародышевого корешка обеспечивало повышенную в два раза полевую всхожесть по сравнению с замоченными и облученными семенами, в среднем составившую 52 % с варьированием от 20 % у сортообразца 105-01 до 65 % – у сорто-образца Б-27. В контрольном варианте полевая всхожесть варьировала от 81 до 88 %. Выживаемость опытных растений из облученных семян к уборке составляла 29,6 %, контрольных растений – 86,7 %.
Наблюдения за ростом и развитием обработанных растений сои показали, что предпосевная обработка семян рентгеновскими лучами привела к морфологическим изменениям. Для облученных экспериментальных растений первым видимым признаком эффекта рентгеновского облучения было изменение формы куста. На делянках с мутантными растениями присутствовали как карликовые, высотой 20–30 см, так и мощные высокие растения высотой до 140 см. Многие растения, полученные из облученных семян, имели ступенчатое ветвление и искривленные стебли и корни.
Рентгеновское облучение в дозе 628 Гр повлияло на все количественные признаки сои. Так, мутантные формы сортооб-разцов Aldana и Восход × 1191/79 превышали контрольные растения по высоте главного стебля в среднем на 9 и 49 % соответственно. У остальных облученных сортообразцов этот показатель был на уровне контрольных. Все мутантные растения имели низкое прикрепление первого боба на главном стебле. Облучение также привело к дополнительному ветвлению. Этот показатель у облученных набухших семян (2-й вариант) был в 2 раза выше в сравнении с контролем. Проросшие облученные семена (3-й вариант) в меньшей степени изменили степень ветвления.
Мутантные растения с наибольшим количеством бобов (248 шт.) и семян (595 шт.) обнаружили у сортообразца СН-1014-1-20 во втором варианте. При этом на контрольных растениях в среднем сформировалось 56 бобов и 134 семени соответственно (табл. 1). Также по этим признакам были выделены мутантные формы у сортообразцов Aldana, Восход × 1191/79, СН 36-74-1, NSC 9086-75 × М. Arrow.
Таблица 1
Количественные признаки у лучших мутантных растений первого поколения (М 1 )
|
Сорто-образец |
Вари-ант |
Количество, шт. |
Масса семян, г |
||||||
|
бобов |
± к конт ролю |
се мян |
± к кон-тролю |
бобов |
± к кон-тролю |
1000 семян |
± к кон-тролю |
||
|
Aldana |
1 |
34 |
0 |
69 |
0 |
10,9 |
0 |
159 |
0 |
|
2 |
100 |
+66 |
241 |
+172 |
46,8 |
+35,9 |
194 |
+35 |
|
|
3 |
85 |
+51 |
168 |
+99 |
29,5 |
+18,6 |
173 |
+14 |
|
|
Восход × 1191/79 |
1 |
30 |
0 |
75 |
0 |
13,5 |
0 |
180 |
0 |
|
2 |
86 |
+56 |
295 |
+220 |
75,0 |
+61,5 |
254 |
+74 |
|
|
3 |
76 |
+46 |
194 |
+119 |
36,2 |
+22,7 |
187 |
+7 |
|
|
105-01 |
1 |
92 |
0 |
206 |
0 |
22,6 |
0 |
110 |
0 |
|
2 |
131 |
+39 |
312 |
+106 |
43,5 |
20,9 |
137 |
+27 |
|
|
3 |
92 |
0 |
200 |
-6 |
23,1 |
+0,5 |
116 |
+6 |
|
|
СН36-74-1 |
1 |
44 |
0 |
94 |
0 |
12,2 |
0 |
130 |
0 |
|
2 |
161 |
+117 |
379 |
+285 |
53,2 |
+41,0 |
152 |
+22 |
|
|
3 |
87 |
+43 |
191 |
+97 |
24,2 |
+12,0 |
127 |
-3 |
|
|
СН 1014-1-20 |
1 |
56 |
0 |
134 |
0 |
16,0 |
0 |
119 |
0 |
|
2 |
248 |
+192 |
595 |
+461 |
78,4 |
+62,4 |
132 |
+13 |
|
|
3 |
59 |
+3 |
150 |
+16 |
17,1 |
+1,1 |
114 |
-5 |
|
|
Б-27 |
1 |
102 |
0 |
220 |
0 |
33,1 |
0 |
151 |
0 |
|
2 |
105 |
+3 |
220 |
0 |
34,5 |
+1,4 |
157 |
+6 |
|
|
3 |
104 |
+2 |
191 |
-29 |
27,7 |
-5,4 |
145 |
-6 |
|
|
NSC 9086-75 × М. Arrow |
1 |
47 |
0 |
79 |
0 |
9,2 |
0 |
117 |
0 |
|
2 |
182 |
+135 |
311 |
+232 |
53,8 |
+44,6 |
177 |
+60 |
|
|
3 |
69 |
+22 |
109 |
+30 |
12,8 |
+3,6 |
118 |
+1 |
|
|
Среднее по образцам |
1 |
58 |
0 |
125 |
0 |
16,8 |
0 |
138 |
0 |
|
2 |
145 |
+87 |
336 |
+211 |
55,0 |
+38,2 |
172 |
+34 |
|
|
3 |
82 |
+24 |
172 |
+47 |
29,9 |
+13,1 |
140 |
+2 |
|
В среднем растения, полученные из облученных в набухшем состоянии семян, по количеству сформировавшихся бобов и семян превышали контрольные в 1,5 и 1,7 раза, а растения из облученных в стадии прорастания семян по этим показателям превышали контроли в 1,1 и 1,2 раза соответственно.
Продуктивность сои также зависела от стадии семян при рентгеновском облучении. Масса семян на растениях, выросших из контрольных необлученных семян, в среднем составляла 16,8 г на растение. Масса семян с одного растения, выросших из замоченных облученных семян, составляла 55 г, а на растениях, сформировавшихся из облученных в стадии начального прорастания семян достигала 29,9 г, что превышало аналогичный показатель у контрольных растений в 3,3 и 1,7 раза соответственно.
Анализ полученных результатов выявил неодинаковую мутабильность у различных сортов сои, индуцированную рентгеновским облучением. В частности, мутантные формы из сортообразца Восход × 1191/79 практически по всем оцениваемым количественным признакам, включая массу 1000 семян, заметно отличались от контрольных растений. Тогда как количественные показатели экспериментальных растений сортообразца Б-27 незначительно отличались от контрольных растений, что свидетельствует о его слабой реакции на облучение рентгеновскими лучами в дозе 628 Гр.
Анализ мутантов четвертого поколения (М 4 ) показал, что приобретенные в ходе индуцированного мутагенеза положительные свойства в основном сохранились в следующих поколениях (табл. 2).
Таблица 2
Сравнительная оценка мутантов сои четвертого поколения (М4), %
|
Показатель |
105-01 |
Восход × 1191/79 |
||||||
|
контроль |
му-тан-ты |
± к контролю |
контроль |
му-тан-ты |
± к контролю |
|||
|
шт. (г) |
% |
шт. (г) |
% |
|||||
|
Высота растения, см |
77 |
77 |
0 |
0 |
94 |
88 |
+9,0 |
10 |
|
Ветвление |
0,8 |
2,4 |
+1,6 |
+200 |
2,1 |
4,6 |
+2,5 |
+119 |
|
Продуктивный узел, шт. |
14 |
16 |
+2,0 |
+14 |
16 |
17 |
+1,0 |
+6 |
|
Количество бобов, шт. |
67 |
125 |
+58,0 |
+86 |
52 |
96 |
+44,0 |
+85 |
|
Количество семян, шт. |
143 |
287 |
+144,0 |
+101 |
131 |
210 |
+79,0 |
+60 |
|
Количество семян в бобе, шт. |
2,1 |
2,3 |
+0,2 |
+10 |
2,5 |
2,3 |
–0,2 |
–8 |
|
Масса семян с 1 растения, г |
24,1 |
52,0 |
+27,9 |
+116 |
29,0 |
40,3 |
+10,4 |
+36 |
|
Масса 1000 семян, г |
167 |
175 |
+8,0 |
+5 |
220 |
192 |
–28,0 |
–13 |
Так, в потомстве (М 4 ) облученных сортообразцов 105-01 и Восход × 1191/79 мутантные растения характеризовались повышенной в 2 раза ветвистостью по сравнению с контрольными растениями.
На этих растениях формировалось повышенное количество бобов и семян. Так, выделившаяся мутантная форма сортооб-разца 105-01 отличалась повышенным количеством репродуктивных органов в среднем на одно растение, формируя 125 бобов и 287 семян. Это практически в 2 раза превышает аналогичные показатели (67 бобов и 143 семени) у контрольных, необлученных растений. У другой перспективной по продуктивности мутантной формы. полученной из облученного сортообразца Восход × 1191/79, количество бобов и семян в среднем на одно растение достигало 96 и 210 штук соответственно, при этом контрольные растения этого же образца в среднем на одно растение формировали 52 боба и 131 семя.
В целом, выделенная перспективная мутантная форма из сортообразца 105-01 по продуктивности растений превышала контроль на 116 %, а перспективная мутантная форма из сортообразца Восход × 1191/79 – на 39 %. При этом по массе 1000 шт. семян мутанты из сортообразцов 105-01 и Восход × 1191/79 незначительно отличались от контрольных растений.
Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что облучение замоченных и проросших семян сои рентгеновскими лучами в дозе 628 Гр приводит к получению мутантных форм.
Наибольшая эффективность облучения в установленной дозе выявлена при рентгеновском облучении замоченных и набухших семян сои до начала роста зародышевого корешка.
Наиболее перспективные мутантные растения сои по слагаемым показателям продуктивности превышали контрольные растения в 1,5–2,5 раза.
Выделенные мутанты сои сохраняли стабильность реализации количественных признаков вплоть до четвертого поколения (М 4 ).
Все выделенные по признакам продуктивности мутантные формы сои будут включены в селекционный процесс.
