СПОСОБ МУТАГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СЕМЕНА ЯЧМЕНЯ Российский патент 1999 года по МПК A01H1/06 

Описание патента на изобретение RU2136143C1

Предлагаемое изобретение относится к области генетики и селекции и может быть использовано для получения мутантов как исходного материала в селекции ячменя.

Известны способы индукции наследственных изменений у сельскохозяйственных растений с помощью рентгеновских [1], гамма-лучей [2, 3], химических мутагенов (например, нитрозоэтилмочевины [4]). Под влиянием названных мутагенов часто отмечается появление полустерильных, малоурожайных, позднеспелых мутаций.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ мутагенного воздействия на семена ячменя с применением гамма-излучения с однократными дозами обработки 100 и 150 Гр [5].

Однако при существующем режиме воздействия гамма-лучи значительно снижают всхожесть семян (см. Табл.1)
Растения ячменя, выросшие из обработанных гамма-излучением зерновок, развиваются более медленно, образуют меньше продуктивных побегов, имеют более короткий стебель, у них наблюдается низкая завязываемость семян.

Спектр морфологических и физиологических мутаций, вызванных действием гамма-лучей, бывает представлен преимущественно позднеспелыми формами и изменениями, выражающимися рыхлым колосом и его хаотической стерильностью.

Предлагаемый способ предусматривает обработку семян ячменя красным светом, полученным от электрической лампы накаливания через интерференционный светофильтр. Длина волны излучения составляет 633±10 нм, плотность мощности - 0,1 мВт/см, продолжительность воздействия - 60 минут.

Красный свет (КС) служит регулятором многих процессов жизнедеятельности растений. Среди них можно отметить фототропизм [6], накопление хлорофилла, поглощение углекислоты листьями [7], фотоморфогенез [8] и др. Реакции растений на КС осуществляются через фитохромную систему [9], а также при участии хлорофилла [7].

Под действием КС в растениях изменяется проницаемость биомембран; происходит перераспределение между клеткой и окружающей средой воды, ионов водорода, калия, кальция; усиливается образование нуклеиновых кислот; меняются pH среды и активность ферментов. Отмечено вызванное красным светом повышение содержания фитогормонов, таких как ауксины (например, индолилуксусная кислота), гиббереллины (в частности, гибберелловая кислота), цитокинины (кинетин) [9, 10, 11], абсцизовая кислота [12].

С перечисленными реакциями может быть связано и мутагенное действие КС, так как в числе ферментных отклонений возможны нарушения функционирования систем репликации и репарации ДНК, работа которых тесно связана с процессом возникновения мутаций [13] , а фитогормоны при определенных концентрациях проявляют выраженный мутагенный эффект [4, 14, 15, 16].

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Воздушно-сухие семена ячменя сорта Дина перед посевом обрабатывали красным светом в течение 60 минут. Контролем служили необработанные семена.

В каждом варианте облучали и высевали 500 зерен (по 125 штук на делянку площадью 1,0 м2).

Красный свет не оказал существенного влияния на полевую всхожесть семян (см.Табл.2).

Не обнаружено достоверного изменения выживаемости растений, выросших из обработанных красным светом семян.

Динамика развития растений ячменя в M1 после облучения КС не изменялась.

Воздействие на семена красным светом повлияло на формирование соцветия ячменя: существенно снизилось число колосков в колосе (табл.3).

Уменьшение количества колосков не повлекло за собой снижения массы зерна с колоса.

Во втором поколении с начала фазы всходов выделяли хлорофилльные мутации ячменя, определяли их тип и подсчитывали количество. Хлорофилльные нарушения обнаружены в варианте обработки семян красным светом (табл.4).

Разнообразие хлорофилльных аномалий представлено двумя типами: xantha - растения с желтой окраской, погибающие в период всходов из-за отсутствия хлорофилла; viridoalbotermialis - растения, образующие первые 2...3 листа нормальной зеленой окраски, а следующие - белые, без хлорофилла.

Частота хлорофилльных мутаций в опытном варианте составила 0,96%.

В контроле хлорофилльные нарушения ячменя не наблюдались.

В M2 выделены и другие типы изменений, вызванных действием КС. Среди них семьи с сильной кустистостью, высокостебельные, с ранним и поздним колошением, длинным колосом, повышенным числом колосков в колосе, высокой массой зерна с колоса, антоциановой пигментацией отдельных частей растения (табл.5).

Как видно из таблицы 5, красный свет индуцировал 9 типов морфологических и физиологических изменений ячменя.

В контрольном варианте отклонения от исходного сорта не возникали.

Ряд выделенных в M2 мутантов характеризуется не одним, а группой измененных признаков. Например, сочетание в одной семье удлиненного периода вегетации и высокой массы зерна с колоса, или семья с изменениями количественных признаков, в которой наблюдалась и хлорофилльная аномалия. Такое явление может быть связано с плейотропным действием мутантного гена или одновременным мутированием нескольких генов.

Большинство отобранных мутантов ячменя представляет ценность как исходный материал для селекции (табл.6).

Мутант 3-1 по сравнению с исходным сортом Дина образует в 2,4 раза больше продуктивных побегов, имеет стебель на 10,2 см длиннее, число колосков в колосе у него выше на 15%. Часть растений данной семьи проявили фенотипически хлорофилльную мутацию xantha.

Мутант 3-5 вступает в фазу колошения и созревает на 4 дня раньше.

Мутант 3-6 также отличается ускоренным развитием. Высота растений на 13,3 см больше исходной формы.

Мутант 3-7 развивается медленнее сорта Дина. Отличается высокой продуктивностью зерна.

Мутант 3-8 характеризуется антоциановой пигментацией ушек, междоузлий, боковых колосков, нервов цветковых чешуй и оснований остей. Колос длинный, образует больше колосков, масса зерна с него на 36,4% выше. Созревает на 8 дней позднее.

Мутант 3-9 имеет ушки, окрашенные антоцианом. Стебель выше, чем у исходного сорта на 16,4 см. Продуктивность зерна высокая. Длина колоса 8,6 см. Продолжительность вегетационного периода на 7 дней больше.

Все описанные мутанты относятся к разновидности нутанс.

Частота морфологических и физиологических мутаций ячменя, полученных во втором поколении, приведена в таблице 7.

Обработка семян ячменя красным светом в течение 60 минут индуцировала образование 8 мутантных семей, что составило 1,92% от числа проанализированных. Критерий достоверности (td) свидетельствует о существенности разницы между опытным вариантом и контролем на 99%-ном уровне вероятности.

Таким образом, предлагаемый для обработки семян физический фактор красный свет в сравнении с прототипом является новым мутагенным фактором для семян и растений ячменя, обеспечивающим во втором поколении больший выход и более широкий спектр селекционно-ценных наследственных изменений при отсутствии стерильных форм растений.

Литература
1. Chaundhuri K.L. High yielding X-ray mutation of jute (Carchorus ditotius Linn. )// Annu. rep. simitted to the Indian Cent. Jute Cummittee. 1948. P. 18...21.

2. Gustafsson A. Productive mutations induced in barley by ionizing radiations and chemical mutagens // Hereditas. 1963. Vol. 50. P. 211...263.

3. Шкварников Т.К. Использование радиации в селекции растений (современное состояние и перспективы) //Радиация и селекция растений. М.: Атомиздат, 1965. С.17...38.

4. Козаченко М.Р., Манзюк В.Т. Получение мутантов ярового ячменя при сочетании красного лазерного излучения с химическими мутагенами или проникающей радиацией // Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве/Тез. Всесоюз.науч.конф. Киров,1989.С.77...78.

5. Пуртова И.В. Создание исходного материала ярового ячменя с использованием физических мутагенных факторов, парааминобензойной и абсцизовой кислот /Автореф. дисс. на соиск.уч.степ.канд.с.-х. наук. СПб, 1993. 20 с. - прототип.

6. Nebel B.J. Action spectra for photogrowth and phototropism in protonemata of the moss Physcomitrium turbinatum // Planta. 1968. 81. N 2. P. 287. ..302.

7. Бухов Н.Г. Спектральный состав света как фактор изменения физиологического состояния и продуктивности растений // Сельскохозяйственная биология. 1993. N 1. С.9...18.

8. Mancinelli A.L. Interaction between cryptochrome and phytochrome in higher plant photomorphogenesis // Amer. J. Bot. 1989. 78. N 1. P. 143... 154.

9. Кузнецов Е.Д., Сечняк Л.К., Киндрук Н.А. и др. Роль фитохрома в растениях. М.: Агропромиздат, 1986, 288 с.

10. Qamaruddin M. Appearance of the zeatin riboside type of cytokinin in Pinus sylvestris seeds after red light treatment // Scand. J. Forest Res. 1991. 6. N 1. P. 41...46.

11. Kopcewicz J., Madela K. Phytochrome-controlled level of growth substances in etiolated oat seedlings // Acta. soc. bot. pol. 1993. 61. N 3... 4. P. 381...388.

12. Leopold A.C., LaFavre A.K. Interactions between red light, abscisic acid, and calcium in gravitropism // Plant Physiol. 1989. 89. N 3. P. 875... 878.

13. Питиримова M.A. Постмутагенное восстановление и мутационная изменчивость ячменя// Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве / Тез.Bсeсоюз. науч.конф. Киров,1989. С.32...33.

14. Дудин Г. П. Изменчивость ячменя под влиянием лазерного излучения и бензиладенина // Сельскохозяйственная радиобиология/ Кишиневск.с.-х. ин-т. Кишинев, 1990. С.23...28.

15. Виленский Е. Р. Фитогормоны и генетический гомеостаз // 2 Съезд Всесоюз. об-ва физиологов растений) Минск, 24...29 сект. 1990 / Тез.докл. 4.2.М.,1992. С.40.

16. Дудин Г. П. Мутанты ячменя, индуцированные ПАБК // Почва, биология растений и агротехника их возделывания /Тезисы докладов научной конференции. Киров, 1997. С.11...12.

Похожие патенты RU2136143C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ МУТАГЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ 1998
  • Логинов Д.А.
  • Дудин Г.П.
RU2136144C1
СПОСОБ МУТАГЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР 1999
  • Дудин Г.П.
  • Емелев С.А.
RU2166847C2
СПОСОБ МУТАГЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ 2011
  • Дудин Геннадий Петрович
  • Жилин Николай Александрович
RU2464779C1
СПОСОБ МУТАГЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ 2009
  • Дудин Геннадий Петрович
  • Грудев Дмитрий Леонидович
  • Помелов Анатолий Васильевич
RU2425485C1
СПОСОБ МУТАГЕННОЙ ОБРАБОТКИ РАСТЕНИЙ ЯЧМЕНЯ 2011
  • Дудин Геннадий Петрович
  • Помелов Анатолий Васильевич
  • Медведчиков Алексей Петрович
  • Черемисинов Михаил Витальевич
RU2456796C1
СПОСОБ МУТАГЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ 1994
  • Дудин Г.П.
  • Кривошеина О.С.
RU2093017C1
Способ мутагенной обработки семян зерновых культур 1990
  • Дудин Геннадий Петрович
SU1734604A1
Способ получения мутантов зерновых культур 1988
  • Дудин Геннадий Петрович
SU1512530A1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОДУКЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ОЗИМЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЗАСУШЛИВОГО КЛИМАТА 2002
  • Рогачев А.Ф.
  • Салдаев А.М.
  • Рогачев Д.А.
RU2228607C1
СПОСОБ СОХРАНЕНИЯ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ОБЛУЧЕННЫХ СЕМЯН 2001
  • Левин В.И.
RU2196408C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 136 143 C1

Реферат патента 1999 года СПОСОБ МУТАГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СЕМЕНА ЯЧМЕНЯ

Изобретение относится к генетике и селекции и может быть использовано для получения мутантов как исходного материала в селекции ячменя. Техническим результатом изобретения является повышение выхода и расширение спектра селекционно-ценных морфологических и физиологических мутаций у растений ячменя во втором поколении после воздействия электромагнитным излучением. На семена ячменя воздействуют красным светом с длиной волны 633 ± 10 нм, полученным от электрической лампы накаливания через интерференционный светофильтр, плотность мощности излучения - 0,1 мВт/см2. Продолжительность обработки 60 мин. 7 табл.

Формула изобретения RU 2 136 143 C1

Способ мутагенного воздействия на семеня ячменя, включающий обработку семян электромагнитным излучением с плотностью мощности 0,1 мВт/см2 на протяжении 60 мин, отличающийся тем, что семена обрабатывают красным светом с длиной волны 633 ± 10 нм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1999 года RU2136143C1

Войтович Н.В., Козьмин Г.В., Ипатова А.Г
Перспективы использования физических факторов в сельском хозяйстве
- М
Россельхозакадемия, 1995, с
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
СПОСОБ ПРЕДПОСАДОЧНОЙ ОБРАБОТКИ КЛУБНЕЙ СЕМЕННОГО КАРТОФЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Шарупич В.П.
  • Луганский В.И.
  • Шарупич Т.С.
RU2076553C1
СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН 1995
  • Василенко Владимир Федорович
RU2090031C1
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ АКТИВАЦИИ СЕМЯН В БУРТАХ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Журба П.С.
  • Долгов А.Н.
  • Журба Т.П.
RU2072758C1

RU 2 136 143 C1

Авторы

Логинов Д.А.

Дудин Г.П.

Даты

1999-09-10Публикация

1998-02-10Подача