Способ защиты генома растений в условиях реального космического полета Советский патент 1993 года по МПК C12N15/01 

Изобретение относится к области космической биологии, а именно к генетике расти- тельных систем жизнеобеспечения в космических летательных аппаратах и может быть использовано для предотвращения генетических последствий неблагоприятного воздействия на растения факторов космического полета (ФКП).

Известно использование антимутаген- ного препарата гексамидина для проращивания семян растений в условиях космического полета. Суть его заключается в том, что семена помещают между слоями м°арли и фильтровальной бумаги, прошитых нитками. Этот сэндвич крепят пластилином на стенки прибора ИФС-2, на одном из концов которого в запаянной колбе объемом 12 мл находится раствор гексамедина в дистиллированной воде с несколькими каплями диметилсульфоксида (ДМСО). используемого для растворения препарата. В условиях полета колба разбивается бойком и раствор препарата смачивает сэндвич. После этого начинается прорастание семян. Иными словами имеет место процедура проращивания семян в течение всего времени действия факторов космического полета. Такой способ применения препарата предполагает возможность защиты генетической системы растения от мутагенного поражения факторами космического полеч ю

4 О 00

N

GO

та. Однако практического значения он не имеет

Известны вещества витаминной и гормональной природы, обработка которыми семян растений после их пребывания в условиях космического полета позволяет снизить мутагенный эффект ФКП. Они весьма эффективны. Однако способ их применения, при котором в растворах этих препаратов замачивают семена растений после пребывания в условиях космического полета, предполагает лишь нейтрализацию последствий мутагенного воздействия на организм ФКП, а не защиты его генетической системы от неблагоприятных факторов.. Кроме того, активность этих препаратов в растворенном виде недолговечна, Она быстро падает, Проблематично также их хранение в виде растворов и утилизация последних после применения в условиях реального космического полета. Следовательно, ни указанные выше вещества, ни сам способ их применения также, как и в случае с гексамидином, практического значения не имеют. .

Известно аналогичное применение препарата ионола. и экстракта кизильника кисг тецветного для снижения мутабильного эффекта пестицида гранозана. Известно применение гибберелина Аз в качестве вещества для защиты генома растений от мутагенного воздействия засоления, засухи и термического стресса. Однако способ его применения, при котором предполагается шесть 24 часовое замачивание семян растений непосредственно перед посевом в растворах этого фитогормона, и необходимость последующей утилизации использованных растворов неприемлемы в условиях реального космического полета,

Таким образом, ни один из антимута- генных препаратов и способов их применения в силу описанных выше причин не имеет практического приложения в условиях реального космического полета.

В научно-технической и патентной литературе имеются сведения о применении препарата ТУР (хлорхолинхлорида) для предотвращения .полегания злаковых культур, повышения соле-засухо-, жаро- и морозоустойчивости: устойчивости к субоптимальной кислотности среды, поражению болезнями и повреждению вредителями у селькохозяйственных растений. Однако во всех случаях применение хлорхолинхлорида основано на известных мор- фо-физиологических проявлениях его .положительного действия, как ретарданта роста, на устойчивость растительного организма к неблагоприятным Факторам среды.

В патентной и научно-технической литературе не обнаружено сведений о применении препарата ТУР в качестве вещества для предотвращения генетических повреждений у растений, вызываемых факторами космического полета (ФКП).

. Целью изобретения является упрощение способа и снижение расхода реагентов. Семена растений подвергают в наземных условиях предварительной импульсной обработке ретардантом роста хлорхолинх- лоридом в концентрациях 0,001-0,00001 % с расходом рабочих растворов из расчета 30- 100 мл/кг. .

Изобретение проверено на зерновых, технических и овощных.культурах.

Пример 1. Семена озимой пшеницы сорта Диамант за 10-15 дней до отправки на борт космического летательного аппарата подвергают обработке отечественным препаратом ТУР в концентрациях 10; 0,1; 0,001% с расходом рабочих растворов из расчета 50 мл/кг и просушивают на воздухе. Одну часть, обработанных препаратом и

партию необработанных семян, в течение двух месяцев оставляют вусловиях реального космического полета. Другую часть обработанных препаратом..и интактных семян хранят в наземных условиях. Затем по истечении указанного срока все партии семян проращивают на водопроводной воде в чашках Петри в одинаковых наземных условиях .при 25°С. Фиксацию зародышевых

корней 2-3 дневных проростков, их окраши- вание и анализ на временных давленных препаратах в световом микроскопе аберраций анафазных хромосом проводят известными общепринятыми цитогенетическими методами. По данным о количестве анафаз с аберрациями хромосом в вариантах не обработанных и обработанных препаратом ТУР семян растений подвергавшихся воздействию, факторов космического полета расчитывают эффективность генозащитно- . го действия разных концентраций ретар данта роста. Этот показатель представляет собой величину отношения разности между необработанным (К) и обработанным (О) вариантами подвергавшимися воздействию фКП к тому же обработанному (О) варианту, выраженную в процентах

J Q--ioo%

Данные о влиянии предварительной об5 работки в наземных условиях семян озимой

пшеницы ретардантом роста хлорхолинхлоридом на частоту спонтанных и индуциро ванных ФКП аберраций хромосом в клетках корневой меристемы растений приводится в табл. .1.

Как видно из табл. 1, факторы космического полета (ФКП) оказывают мутагенное воздействие на растительный организм. Частота структурных нарушений хромосом возрастает в 3,1 раза. В то же время препарат ТУР в концентрациях 10-0,001 % не проявляет мутагенной активности, Мутабильность генетических структур в указанных вариантах не превышает контрольный (спонтанный) уровень. Более того, при предварительной обработке препаратом семян в наземных условиях во всех его испытуемых концентрациях наблюдается эффект защиты генетических структур растительного организма от мутагенного поражения вызываемого ФКП.

Наиболее эффективной защитой генома растений озимой пшеницы от мутагенного поражения ФКП является предварительная обработка в наземных условиях семян этой культуры препаратом в концентрации 0,001 % с расходом рабочего раствора из расчета 50 мл/кг.

П р и м е р 2. Семена хлопчатника за 10-15 дней до отправки на борт космического летательного аппарата подвергают обработке отечественным препаратом ТУР в концентрациях 1; 0,001; 0,00001% с. расходом рабочих растворов из расчета 100 мл/кг и просушивали на воздухе.

Все последующие операции проводили так же, как описано в примере 1.

Данные о влиянии предварительной обработки в наземных условиях семян хлопчатника ретардантом роста на частоту индуцированных ФКП аберраций хромосом в клетках корневой меристемы растений приводятся в табл. 2.

Как видно из табл, 2, ФКП вызывают мутагенное поражение генома у технической культуры (хлопчатника). Частота структурных нарушений хромосом возрастает в 4,3 раза. Предварительная же обработка в наземных условиях семян указанной культуры препаратом ТУР во всех испытуемых концентрациях препарата эффективно защищает наследственные структуры хлопчатника от мутагенного поражения ФКП.

Наиболее эффективной защитой генома растений хлопчатника от мутагенного поражения ФКП является предварительная обработка в наземных условиях растений этой культуры препаратом в концентрации 0,001% с расходом рабочего раствора из расчета 100 мл/кг.

П р и м е р 3. Семена растений томата за 10-15 дней до отправки на борт космического летательного аппарата подвергают обработке отечественным препаратом ТУР в концентрациях 1; 0,001; 0,00001 % с расходом рабочих растворов из расчета 75 мл/кг и просушивали на воздухе.

Все последующие операции проводили так же, как описано в примере 1.

Данные о влиянии предварительной обработки в наземных условиях семян томата ретардантом роста на частоту индуцированных ФКП аберраций хромосом в клетках корневой меристемы растений приводятся

0 в табл. 3.

Как видно из табл. 3, ФКП вызывают мутагенное поражение генома у овощной культур,ы (томата). Частота структурных нарушений хромосом возрастает в 4,1 раза.

5 Предварительная обработка в наземных условиях семян указанной культуры препаратом ТУР в концентрации 1% оказалась эффективной для защиты генома растений томата от мутагенного поражения ФКП.

0 Наиболее эффективной защитой генома растений томата от мутагенного поражения ФКП является предварительная .обработка в1 наземных условиях семян этой культуры препаратом в концентрации 0,001% с рас5 ходом раствора из расчета 75 мл/кг. При необходимости сокращения расхода препарата может быть рекомендовано его применение в концентрации 0,00001%, при которой также установлена высокая эффек0 тивность генозащитного действия от мутагенного поражения генома растений томата .ФКП.

П р и м е р А. Семена растений лука за 10-15 дней до отправки на борт космическо5 го летательного аппарата подвергают обработке отечественным препаратом ТУР в концентрациях 1; 0,001; 0,00001% с расходом рабочих растворов из расчета 30 мл/кг и просушивают на воздухе.

0 Все последующие операции проводят так же, как описано в примере 1.

Данные о влиянии предварительной обработки в наземных условиях семян лука ретардантом роста на частоту индуцирован5 ных ФКП аберраций хромосом в клетках корневой меристемы растений приводятся втабл; 4.

Как видно из табл. 4, ФКП вызывают мутагенное поражение генома у овощной

0 культуры лука. Частота структурных нарушений хромосом возрастает в 6,1 раза, Предварительная обработка в наземных условиях семян растений лука препаратом ТУР ео всех его испытуемых концентрациях

5 эффективно защищает наследственные структуры указанной культуры от мутагенного поражения ФКП.

Наиболее эффективной защитой генома растений лука от мутагенного поражения ФКП является предварительная обработка

в наземных условиях семян этой культуры препаратом в концентрации 0,00001% с расходом рабочего раствора из расчета 30 мл/кг.

Изобретение, будучи реализованным в космической биологии и практике защиты растительных систем жизнеобеспечения космических летательных аппаратов, позволяет предотвратить или существенно снизить уровень наследственных нарушений, возникающих под влиянием факторов космического полета, и не только продлить срок их эксплуатационной надежности, но и сохранить генетически предопределенные сортовые качества ценных в пищевом и техническом отношении растений.

Формула изобретения

Способ защиты генома растений в условиях реального космического полета, включающий обработку семенного материала биологически активным веществом, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и снижения расхода реагента, в ка

честве биологически активного вещества используют хлорхолинхлорид, обработку семенного материала проводят дробно за 10-15 дней до его загрузки на борт космического аппарата, при этом концентрацию препарата устанавливают 0,001-0,00001%, а расход рабочих растворов - из расчета 30-100 мл на 1 кг семян.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таб.лица А