СПОСОБ МУТАГЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ Российский патент 1997 года по МПК A01H1/06 

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

Известны способы получения мутаций у растений с применением гамма- и рентгеновских лучей, лазерного излучения, химических веществ /диметилсульфат, диэтилсульфат, этиленимин, нитрозоэтилмочевина и др./ [1, 2, 3]
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ мутагенной обработки 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 в 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 предлагаемом способе обработка семян ячменя включает замачивание семян в течение 8 10 ч в водном растворе 2-хлорэтилфосфоновой кислоты /этрела/ с концентрацией 0,2.5,0%
Поступающий в клетку in vitro этрел под действием кислой среды клеточного сока быстро расщепляется с образованием фотогормона этилена. К числу первых регистрируемых реакций на этилен относятся изменения транспортных свойств мембран [5] Изменение распределения фитогормонов, ионов водорода, калия, кальция внутри клеток /ионная дифференциация/ приводит к активации биохимических реакций и запускает целую программу процессов синтеза и распада. Например, аллостерический эффект индукция синтеза продуктов, которые не нужны в данный момент клетке для выполнения ее функций, может нарушать работу ферментов, осуществляющих репликацию или исправляющих повреждение генетического аппарата.

Этилен вызывает задержку митотического процесса в меристемах побега, корня. Остановка митозов связана со снижением синтеза ДНК в делящихся клетках [6] Все это ведет к возникновению мутаций.

Установлено, что угнетающее действие этилена проявляется в том случае, если этот агент воздействует на семена больше 8 ч анаэробного набухания [7]
Способ иллюстрируется следующими примерами.

Семена ячменя сорта Зазерский 85 в течение 8.10 ч замачивали в растворе 2-хлорэтилфосфоновой кислоты /этрела/ с концентрацией 0,2; 1,0 и 5,0%
Контролем служили семена, замоченные в воде.

В каждом варианте обрабатывалось и высевалось в M₁ 500 зерен /по 125 зерен на делянку площадью 1 м²/.

2-хлорэтилфосфоновая кислота с концентрацией 5,0% оказала существенное отрицательное влияние на полевую всхожесть семян ячменя /табл. 2/.

Наблюдения за динамикой растений в М₁ показали, что фаза полных всходов в вариантах в этрелом наступила на 2 дня позже, чем в контроле. При концентрациях этрела 0,2; 1,0 и 5,0% увеличилась длина вегетационного периода ячменя соответственно на 2, 3 и 10 дней.

Обработка семян ячменя раствором 2-хлорэтилфосфоновой кислоты оказала влияние на рост и развитие растений в первом поколении /табл. 3/.

Как видно из табл. 3, незначительное снижение продуктивной кустистости отмечено в варианте этрел 0,2%
В вариантах с 2-хлорэтилфосфоновой кислотой у растений значительно меньше длина соломины, а при концентрациях 0,2 и 1,0% и длина колоса.

Масса зерна с колоса в контрольном варианте составила 1,24 г, в вариантах с этрелом 1,14.1,22 г.

Во втором поколении с появлением всходов определили тип и провели подсчеты хлорофильных мутаций /табл. 4/. Во всех вариантах отмечены мутации типа antocyana, у которых окраска обусловлена антоцианином или подобными соединениями. Наибольший спектр хлорофильных мутаций наблюдался в варианте этрел 1,0% встречались мутации striata, проявляющиеся в виде узких безхлорофильных полос, maculata растения, имеющие отдельные хлоротические белые пятна на листьях и листовых влагалищах, viridis растения со светло-зелеными листьями и antocyana. В варианте этрел 5,0% была выделена хлорофильная мутация apicalis, у которой верхушки и основания листьев окрашены неодинаково.

Кроме хлорофильных мутаций в М₂ наблюдались и другие типы новообразований это семьи с прямостоячей и стелющейся формой куста, со слабой кустистостью, низким стеблем, длинным и коротким колосом, с высоким и низким количеством колосков в колосе, большой массой зерна с колоса, с поздним колошением и другие /табл. 4/.

Как видно из табл. 4, спектр изменений в опытных вариантах представлен 5. 10 типами. Минимальное число новообразований отмечено в варианте этрел 0,2%
В третьем поколении семьи, выделенные в M₂, наследовали измененные признаки.

Большая часть полученных мутантов отличается от сорта Зазерский 85 не одним, а целым рядом признаков, которые затрагивают длину стебля и колоса, массу зерна с колоса, наступление отдельных фаз развития ячменя и другие признаки. Это явление /изменение ряда признаков/ у мутантов обычно вызывается или плейотропным действием мутантного гена, или одновременным мутированием нескольких генов.

Часть выделенных мутантов ячменя представляет ценность для селекционеров по признакам длины вегетационного периода, длины стебля и колоса и т.д. /табл. 5/.

Мутант 32-1 получен при обработке семян ячменя этрелом с концентрацией 0,2%
В отличие от исходного сорта Зазерский 85 мутант имеет светло-зеленую окраску листьев, достоверное снижение длины стебля на 6,6 см и созревает на 3 дня раньше.

Мутант 33-1 выделен в варианте этрел 1,0%
Характеризуется слабой кустистостью, низким стеблем /47,2 см/, коротким колосом /6,0 см/ и низким числом колосков в колосе в сравнении с контролем.

Мутант 33-5 получен в варианте этрел 1,0%
Имеет более низкий стебель /50,6 см/, длинный колос /8,7 см/. Созревание наступает на 3 дня позднее, чем у сорта Зазерский 85.

Мутант 34-2 получен при замачивании семян в 5,0% этрела.

Отличается от исходного сорта отсутствием антоциановой окраски на вегетативных и генеративных органах, светло-зеленой окраской листьев и стебля, коротким колосом /5,9 см/ и низким числом колосков в колосе /19,9/. Вегетационный период короче на 2 дня.

Мутант 34-4 выделен в варианте этрел 5,0%
Стебель мутанта на 12 см короче, чем у сорта Зазерский 85. Колошение и созревание наступает на 3 дня позднее.

Все описанные мутанты относятся к разновидности нутанс.

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

При обработке семян ячменя водным раствором 2-хлорэтилфосфоновой кислоты /этрелом/ с концентрацией 0,2% получено 0,35% мутантных семей. При увеличении концентрации этрела до 1% частота мутаций существенно возросла до 2,54%
При замачивании семян в 5,0% растворе этрела частота наследственных изменений составила 3,29% что на уровне варианта этрел 1,0% /t_d 0,42/.

Таким образом, предлагаемый для обработки семян фитогормон - 2-хлорэтилфосфоновая кислота в сравнении с прототипом является новым мутагенным фактором для семян и растений зерновых культур, и во втором поколении наряду с увеличением абсолютного выхода мутаций расширяется спектр селекционно-ценных наследственных изменений при отсутствии стерильных форм растений.

Источники информации
1. Gaul H. Mittelstenscheid L. Untersuchungen zur Selektion von Kleinmutation bei Gerste. L.f. Pflz. 1961, Bd. 45, N 3/4, S. 300.314.

2. Дудин Г. П. Мутагенное действие излучения гелий-неонового лазера на яровой ячмень. Генетика, 1983, N 10, с. 1693.1699.

3. Зоз Н. Н. Исследование зависимости действия химических мутагенов от дозы. В кн. Химический мутагенез и селекция. М. 1971, с. 161.169.

4. Дудин Г.П. Мутагенное действие N-нитрозо-N-этилмочевины и лазерного излучения на яровой ячмень. Сельскохозяйственная радиобиология. Кишинев, 1989, с. 61.68, прототип.

5. Дерфлинг К. Гормоны растений. М. Мир, 1985, с. 167.

6. Полевой В.В. Фитогормоны. Л. Издательство Ленинградского университета, 1982, с. 190.

7. Физиология и биохимия покоя и прорастания семян. Пер. с англ. Н.А. Аскоченской, Н. А. Гумилевкой, Е. П. Заверткиной и Э.Е. Хавкина. М. Колос, 1982, с. 197 198.1

Использование: область генетики и селекции для получения наследственных изменений при создании исходного материала для селекции сельскохозяйственных растений. Сущность: при мутагенной обработке семян ячменя последние замачивают в водном растворе 2-хлорэтилфосфоновой кислоты с концентрацией 0,2 - 5,0% в течение 8 - 10 ч. 6 табл.

Способ мутагенной обработки семян ячменя, включающий замачивание семян в фитогормоне, отличающийся тем, что замачивание семян производят в водном растворе 2-хлорэтилфосфоновой кислоты с концентрацией 0,2-5,0% в течение 8-10 ч.