|
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ
ПОЛЯКОВА ІРИНА ОЛЕКСІЇВНА
УДК 575.224.2:633.854.54
СПАДКОВА МІНЛИВІСТЬ У ЛЬОНУ ОЛІЙНОГО,
ІНДУКОВАНА ГАММА-ПРОМЕНЯМИ
03.00.15 Генетика
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2003
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у лабораторії селекції та генетики льону олійного
Інституту олійних культур (ІОК) УААН, м. Запоріжжя.
Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор
Лях Віктор Олексійович,
Інститут олійних культур УААН,
заступник директора з наукової роботи.
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник
Ларченко Катерина Андріївна,
Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,
провідний науковий співробітник;
кандидат біологічних наук
Карпець Андрій Іванович.
Фірма “Байєр Кроп Сайєнс”, м. Київ
менеджер
Провідна установа: Інститут землеробства УААН,
м. Київ.
Захист відбудеться “_16_” жовтня 2003 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26. 212. 01 при Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ – 22, вул. Васильківська 31/17.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, 03022, м. Київ, вул. Васильківська 31/17.
Автореферат розісланий “__10_” ___вересня 2003 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Труханов В.А.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Льон олійний - важлива олійна і технічна культура. Такі біологічні особливості, як короткий вегетаційний період, посухостійкість, висока олійність, роблять його культурою придатною для вирощування в Україні, особливо на півдні, сході та Кримському півострові. Але на даний час, через відсутність в нашій країні до 1995 року селекційної роботи, зареєстрованими є лише три сорти олійного льону.
Льон - факультативний самозапильник і збільшення генотипового різноманіття цієї культури відбувається при гібридизації. Збагачення генофонду льону тісно пов’язане зі створенням цінного вихідного матеріалу. Серед методів, які широко застосовують в генетиці та селекції рослин для розширення різноманіття форм, особливої уваги заслуговує експериментальний мутагенез, який є невичерпним джерелом створення нових ознак і властивостей рослин.
Генетика льону вивчена недостатньо. Всього нині відомо близько 60 генів, що контролюють різні ознаки, причому багато з них, можливо, є алельними. Льон не має великого морфологічного різноманіття, тому для вивчення спеціальної генетики даної культури дуже актуальним є пошук нових генів, які впливають на морфологічні ознаки, а також ідентифікування з вже відомими. У зв’язку з тим, що спонтанна мінливість льону дуже низька, виникає потреба у вивченні розміру та якісного складу індукованої мінливості.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукова робота проводилась у рамках пошукової теми лабораторії селекції та генетики льону олійного Інституту олійних культур УААН 01.04.02. “Вивчити генетичну мінливість при мутагенезі у олійних культур” (№ державної реєстрації - 0101U003979).
Мета і завдання досліджень. Мета досліджень - вивчити мутаційну мінливість при гамма-опроміненні насіння льону олійного і при опроміненні насіння радіомутантів. Одержати новий вихідний матеріал для селекції та матеріал для проведення генетичних досліджень у льону олійного.
Виходячи з головної мети, були поставлені такі завдання:
- дослідити вплив радіації на ріст і розвиток рослин різних ліній та радіомутантів льону в М1;
- дослідити частоту і спектр видимих мутацій в М2 та М3 при опроміненні насіння різних ліній та радіомутантів льону;
- вивчити характер подальшої мінливості та успадкування морфофізіологічних змін в М3 та М4;
- проаналізувати спектр спадкової мінливості льону олійного та вивчити характер успадкування деяких мутантних ознак;
- відібрати морфологічні й інші типи мутацій для створення генетичної колекції мутантів та поліпшення селекційної роботи.
Об’єкт дослідження. Сортолінійні зразки льону олійного – сорти Циан і Antares, лінії К-6080 і К-7711, радіомутантні лінії М-5, М-12, М-24.
Предмет дослідження. Особливості мутаційного процесу при опроміненні різних ліній та радіомутантів. Вивчення успадкування змін у наступних поколіннях.
Методи дослідження. Мутагенез, генетичний аналіз, польовий і лабораторний дослід, методи обліку і виділення видимих мутацій, використання фітотрону, математична обробка.
Наукова новизна одержаних результатів. У результаті проведених досліджень вивчено мутаційну мінливість при опроміненні насіння льону олійного гамма-променями в дозах 400 та 700 Гр. Виявлено ширший спектр мутацій у поколінні М3, у порівнянні з М2, у всіх генотипів. При опроміненні вихідних ліній дозою 400 Гр, у порівнянні з 700 Гр, відзначено значно більшу кількість типів мутацій . При опроміненні радіомутантів виявлено нижчу частоту і вужчий спектр морфологічних мутацій, у порівнянні з вихідними лініми, і виявлено збільшення частоти та розширення спектра спадкових змін при дозі гамма-променів 700 Гр. Вивчено якісний склад і розмір мутаційної мінливості, індукованої двома дозами опромінення. Вперше у льону описано 7 типів морфологічних мутацій. Детально охарактеризовані групи хлорофільних мутацій і мутацій забарвлення віночка та пиляків. Вивчено характер успадкування окремих типів мутацій забарвлення віночка та хлорофільної недостатності. Отримані оригінальні мутанти з підвищеним вмістом олії та її зміненим жирнокислотним складом. Створена колекція мутантів, що значно розширює генофонд льону олійного.
Практичне значення одержаних результатів. У результаті досліджень одержано різноманітні мутантні форми льону олійного за морфологічними та господарсько-цінними ознаками. Створено морфологічну колекцію мутантів, які використовуються в генетичних дослідженнях. Найбільш цінні за окремими ознаками, або за комплексом ознак, мутанти включено до селекційної програми лабораторії селекції та генетики льону ІОК УААН. До Національного центру генетичних ресурсів рослин України передано 4 зразки льону олійного мутантного походження.
Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто опрацювала відповідну літературу та оволоділа необхідними методами досліджень. Особиста участь автора полягає в проведенні польових дослідів, у виявленні мутантних форм, їх описі та випробуванні, в аналізі результатів, підготовці матеріалів до друку в наукових журналах. Матеріали дисертаційної роботи одержано здобувачем особисто.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації викладено та обговорено на засіданнях вченої ради і методичних комісіях Інституту олійних культур УААН в 1999-2002 рр., науковій конференції молодих учених (Запоріжжя, 2000), міжнародній конференції “Сercetari radiationale in republica Moldova”(Кишинев, 2000), міжнародній конференції “Bast Plants in the New Millennium” (Borovets, 2001), науковій конференції молодих учених (Харків, 2001), міжнародній науковій конференції “Генетика і селекція вищих організмів” (Полтава, 2001), міжнародній науковій конференції „Сучасні питання створення та використання сортів і гібридів олійних культур” (Запоріжжя, 2002).
Публікації. За матеріалами проведених досліджень опубліковано 16 наукових праць, з них 5 статей у провідних фахових виданнях та 6 тез доповідей.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 166 сторінках, складається із вступу, п’яти розділів, висновків, пропозицій для селекційної практики, списку використаної літератури. Робота вміщує 34 таблиці, 10 рисунків та 16 фотографій. Список використаних літературних джерел нараховує 206 найменувань, в тому числі 37 публікацій зарубіжних авторів.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
Розглядаються викладені різними дослідниками особливості індукованого мутагенезу, генетичні ефекти застосування радіації та інших мутагенних факторів у рослин. Наведені результати охоплюють великий проміжок часу і в цілому відображають сучасний стан досліджень за даною темою.
Подається огляд праць з питань застосування експериментального мутагенезу на культурі льону. Встановлена можливість застосування мутагенів для отримання цінного вихідного матеріалу. Але більшість досліджень проведено з льоном-довгунцем при використанні хімічних мутагенів. На наш погляд, для підвищення частоти і розширення спадкової мінливості у олійного льону є цілком доцільним використання гамма- опромінення.
УМОВИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
Експерименти проводилися впродовж 1999-2001 рр. в Інституті олійних культур. Грунтовий покрив представлений типовими звичайними малогумусними чорноземами. Метеорологічні умови в роки проведення дослідів відрізнялися за температурним режимом і зволоженням. В 2001 р. більша кількість опадів та не дуже висока температура склали кращі умови для росту і розвитку рослин льону, ніж в попередні роки.
У дослідах використовували лінійний матеріал Linum usitatissimum з колекції лабораторії селекції та генетики льону ІОК: лінійні сорти Циан і Antares, лінійні зразки К-6080 та К-7711 і радіомутантні лінії М-5, М-12, М-24. Радіомутантні лінії отримані від опромінення гамма-променями насіння у 1997 році (М-12 - від опромінення дозою 400 Гр, М-24 – 700 Гр насіння сорту Циан, М-5 - 400 Гр сорту Antares). Використовуючи фітотрон, на початок 1999 р. мали четверте покоління перелічених радіомутантних ліній. У 1999 році повітряно-сухе насіння всіх семи генотипів обробили гамма-променями у дозах 400 і 700 Гр в Інституті фізіології рослин та генетики (м. Київ). Таким чином, насіння стабільних радіомутантних ліній у поколінні М4 було оброблене такими ж дозами опромінення вдруге. Обрані генотипи відрізнялися походженням, господарсько-біологічними особливостями і морфологією.
Для вивчення впливу опромінення на рослини першого покоління їх висівали в теплиці ІОК і враховували тривалість періоду “сходи-цвітіння”, висоту рослин, кущистість (кількість бічних стебел), кількість коробочок і насіння у кожної рослини. Останні чотири показники визначали на стадії повного дозрівання. Посів в М2 та М3 проводили в польових умовах посімейно: сім’я в М2 – потомство однієї рослини з М1; сім’я в М3 – потомство сім’ї з М2. Упродовж вегетаційного періоду проводили фенологічні спостереження, відмічали рослини зі зміненими морфологічніми і фізіологічними ознаками і в наступних поколіннях проводили їх вивчення, перевіряючи успадкування виділених змін. Мутації всіх видів враховували на кожній стадії росту і розвитку рослин у поколіннях М2 та М3. Частоту мутацій виражали у процентах сімей з мутантними рослинами від загальної кількості вивчених сімей у відповідному варіанті досліду в поколінні М2 або М3.. Точний підрахунок частоти видимих мутацій проводили тільки після перевірки успадкування ознаки у наступному поколінні. Задля прискорення аналізу в осінньо-зимовий період рослини вирощували у фітотроні. Всього під час проведених досліджень нами вивчено у поколіннях М1, М2 , М3 і М4 майже 400 тис. рослин льону олійного.
Для проведення генетичного аналізу ознак застосовували штучне запилення. Визначення жирнокислотного складу насіння проводили методом газорідинної хроматографії (ГРХ). Олійність насіння визначали на лабораторному ЯМР-аналізаторі АМВ-1006. Суттєвість відхилень дослідних даних від контролю оцінювали за критерієм Ст’юдента, при аналізі співвідношень розщеплення використовували критерій хi-квадрат. Статистична обробка даних проводилася на комп’ютері за програмою MSTAT-C, яка була розроблена у Мічіганському університеті (США).
ЧАСТОТА І СПЕКТР ІНДУКОВАНИХ ГАММА-ПРОМЕНЯМИ МУТАЦІЙ
У РІЗНИХ ЛІНІЙ ЛЬОНУ ОЛІЙНОГО
Вплив гамма-променів на рослини покоління М1. При опроміненні насіння льону гамма-променями спостерігалася віддалена загибель рослин. Крім того, не всі опромінені рослини, що вижили, були продуктивними. Тому аналізували окремо рослини, що вижили до кінця вегетації, і продуктивні рослини. Виживання як при обліку рослин, що вижили, так і продуктивних рослин, знижувалося, але ступінь зниження залежав від дози опромінення і від генотипу (табл.1). За даною ознакою відмінності від контролю були істотними на найвищому рівні значущості. У цілому сорт Циан у меншому ступені відреагував на опромінення, ніж інші генотипи. Якщо розглядати, як зменшується виживання під час обліку всіх рослин і виживання тільки під час обліку рослин, що сформували насіння, то потрібно відзначити, що різниця між цими двома показниками помітна в усіх генотипів. Однак найменшою для обох доз опромінення вона була в лінії К-7711.
У всіх генотипів для обох доз опромінення відзначене істотне подовження тривалості періоду “сходи - цвітіння". Числове збільшення даного показника відбувається поступово зі збільшенням дози опромінення. Усі зміни даної ознаки значущі на високому рівні вірогідності. Менш чутливим із усіх генотипів у цьому плані виявився сорт Циан, а високочутливим - сорт Antares. У цілому доза 700 Гр мала більш сильний ефект у порівнянні з дозою 400 Гр у всіх генотипів льону олійного.
Одним з показників чутливості до мутагенного впливу була взята висота рослин у фазі повної стиглості. Як правило, обробка опромінюванням дозою 400 Гр викликала збільшення висоти (істотне у 3-х генотипів), а обробка дозою 700 Гр - її зниження (істотне у 2-х генотипів). Таке збільшення середньої висоти рослин при дозі опромінення 400 Гр, на наш погляд, пов'язане зі збільшенням тривалості періоду "сходи - цвітіння". Рослини, які виросли з насіння, що оброблено мутагеном в дозі 700 Гр, відрізняються значною депресією росту впродовж усього вегетаційного періоду, деформацією пагонів. Тому, не дивлячись на збільшення тривалості періоду "сходи-цвітіння" при даній дозі опромінення, відзначено зменшення середньої висоти рослин. Очевидно, в тому випадку, коли обробка істотно подовжує період до початку цвітіння, висота рослини (а точніше її інгібування) не може бути надійним критерієм ефективності впливу мутагену. Принаймні, ми відзначаємо цей момент на культурі льону.
Таблиця 1
Вплив гамма-опромінення насіння на розвиток рослин у поколінні М1
П р и м і т к и:*,**,*** - відмінності від контролю суттєві при Р < 0.05, 0.01 і 0.001 відповідно
А, В – відмінності між дозами суттєві при Р < 0.05 і 0.001 відповідно
Результати структурного аналізу показали, що зниження продуктивності рослин у М1 відбулося за рахунок зменшення кількості коробочок і насіння у них. За ознакою продуктивності всі досліджувані генотипи були дуже сильно пригнічені. Достовірну різницю за кількістю коробочок і насіння з однієї рослини отримано практично в усіх досліджуваних варіантах. Числові значення показників продуктивності знаходяться в зворотній залежності від дози гамма-променів. Сорт Antares за пригніченістю ознаки продуктивності виявився найбільш високочутливим, а сорт Циан – найменш чутливим до обробки.
З вищевикладеного видно, що гамма-промені спричиняють загальну пригнічуючу дію на рослини льону в поколінні М1, викликаючи віддалену загибель рослин, затримуючи процеси росту та розвитку, зумовлюючи тим самим подовження вегетаційного періоду, істотне зниження продуктивності рослин у М1.
Мутаційна мінливість рослин у поколінні М2. Всі отримані нами мутації були розділені на 7 груп. Загальне число мутантних типів при обробці гамма-променями склало 23. У тому числі: 3 – за хлорофільними змінами; 6 - за забарвленням квітки та пиляків; 2 - за забарвленням насіння; 4 – мутації форми та розміру квітки; 4 – мутації стебла та листків; 3 – з порушеннями генеративних структур і 1 – за фізіологічними ознаками.
Судячи з частоти та спектра видимих мутацій, виділених у М2, найбільш мутабільним був сорт Antares (табл.2). При цьому у нього відзначена поява комплексних мутацій, що змінюють кілька ознак. У всіх генотипів відзначено більше типів мутацій при дозі 400 Гр.
У цілому, серед морфологічних мутантів льону в М2 найбільшу частину (40 % від кількості виявлених) складають форми зі зміненим забарвленням пелюсток віночка та пиляків (рис. 1.А.1).
Мутаційна мінливість у поколінні М3 . Загальне число типів мутацій у поколінні М3 склало 25, на відміну від виявлених нами 23 у М2. У тому числі: 5 – за хлорофільними змінами; 8 – за забарвленням пелюсток віночка і пиляків; 2 – мутації забарвлення насіння; 3 – мутації форми і розміру квітки; 3 – мутації структури стебла та листків; 3 – з порушенням генеративних структур і 1 – за фізіологічними ознаками росту та розвитку.
Всі отримані нами мутації також, як і в М2, були розділені на 7 груп (табл.2). При дозі 700 Гр кількість типів мутацій була значно нижчою, ніж при дозі 400 Гр. У всіх трьох генотипів з блакитним віночком Циан, Antares та К-6080 при 400 Гр виділена близька кількість типів мутацій, хоча є відмінності в спектрі. Спектр мутацій забарвлення пелюсток віночку у цих зразків був близький. У всіх виділено мутації з білим, блідо-блакитним і фіолетовим забарвленням квітки. Крім того, у сорту Antares виявлено мутант із ліловим забарвленням пелюсток. Блідо-рожеве забарвлення пелюсток виявлене лише в сорту Циан, а блідо-блакитне з блакитними пиляками - лише в лінії К- 6080. 1 1
2 2
А В
Рис. 1. Співвідношення груп мутацій при опроміненні вихідних ліній А (1- в М2, 2 - в М3, %) та при опроміненні радіомутантів В (1- в М2, 2 - в М3, %) . Групи мутацій: I - з порушенням синтезу хлорофілу; II - забарвлення пелюсток віночку та пиляків; III – забарвлення насіння; IV– форми та розміру квітки; V – структури стебла та листків; VI – стерильності; VII – за фізіологічними ознаками росту та розвитку.
Таблиця 2
Частота мутацій під впливом гамма-променів при опроміненні вихідних ліній, %
П р и м і т к и: 1 – Циан, 2 – Antares, 3 – К-6080;
1 у М3 частота мутацій в контролі у Antares –0.6 %, інших генотипів – 0;
*,**,*** - відмінності від контролю суттєві при Р‹ 0.05, 0.01 і 0.001 відповідно.
У цілому, серед морфологічних мутантів у льону в поколінні М3 , так само як і в М2 , велику частину складали форми зі зміненим забарвленням пелюсток віночка і пиляків (71 % від кількості виявлених). Досить високою в М3 була частота мутацій з порушенням синтезу хлорофілу, а найменшою - мутацій за фізіологічними ознаками росту та розвитку (рис.1.А.2).
Частина мутантів у наших дослідженнях мала декілька змінених ознак у порівнянні з вихідними формами. Кількість комплексних мутацій була різною у різних генотипів. Вони з'являлися в Циану, Antares і в єдиному випадку в К–6080. Більше всього даних мутацій виділено в сорті Antares при обох дозах опромінення.
Множинні мутації вказують на появу декількох мутантних типів в одній сім’ї. В М2 відзначено тільки один випадок появи даних мутацій у лінії К-7711. В М3 їх було більше. Найбільша кількість змінених за різними ознаками рослин в одній сім’ї відзначена в М3 також у лінії К-7711. Більшість множинних мутацій у даного генотипу поєднує по 2 і навіть по 3 типи мутацій забарвлення пелюсток віночку. Поява множинних мутацій у лінії К-7711 відзначена при обох дозах, але при опроміненні 400 Гр їх частота сягає навіть 16.6%.
МУТАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ ПРИ ОПРОМІНЕННІ ГАММА-ПРОМЕНЯМИ РАДІОМУТАНТІВ ЛЬОНУ ОЛІЙНОГО
Вплив гамма-променів на рослини покоління М1. Ефект дії гамма-променів на радіомутанти в поколінні М1 істотно не відрізнявся від ефекту опромінення самих вихідних форм. Як і при опроміненні вихідних ліній, у М1 радіомутантів спостерігалися зміни виживання, тривалості періоду ”сходи – цвітіння”, висоти рослин, кількості бічних стебел, продуктивності рослин. При цьому помітні відмінності не тільки між контролем і варіантами обробітку, але й самими варіантами, тобто дозами опромінення .
Мутаційна мінливість рослин у поколінні М2. У М2 нами виявлено всього 3 групи мутацій, кожна з яких була представлена одним типом змін. Спектр видимих мутацій виявився значно вужчим, а частота нижчою, ніж при опроміненні сортів Циан і Antares, на базі яких отримані радіомутанти, що досліджувались.
У двох генотипів - М-12 і М-24 були виділені мутації за фізіологічними ознаками росту та розвитку з невисокою частотою (табл. 3). Більш мутабільною з вивчених можна вважати лінію М-24. Серед радіомутантів у поколінні М2 вона характеризується ширшим спектром мутацій і відносно високою їхньою частотою, особливо при опроміненні дозою 700 Гр.
Якщо порівнювати мутаційну мінливість вихідного генотипу та його радіомутантів, то необхідно відзначити, що з виявлених нами раніше в льону 7 груп видимих мутацій, у радіомутантної лінії М-24 було виділено всього 3 групи, в М-12 – одна, тоді як у лінійного сорту Циан у М2 їх було шість. Характерно, що кожна група мутацій, ідентифікована в радіомутантних ліній, була представлена лише одним типом змін.
Мутаційна мінливість у поколінні М3. У даному поколінні нами було виділено значно більше мутацій, ніж у М2. У межах кожного генотипу вони були об'єднані в групи. У лінії М-24 цих груп виявилося стільки ж, як і у вихідного сорту – сім, в лінії М-12 їх було всього дві, а у М-5 – одна (див.табл.3). Усередині кожної групи між генотипами спостерігалися великі відмінності в кількості типів мутацій.
Загальна частота мутацій у М3 , у порівнянні з М2, , як у сорту Циан, так і в радіомутантів на його основі, була значно вищою. Однак, якщо при опроміненні вихідних
ліній найбільший внесок у показники частоти внесли зміни забарвлення віночка і синтезу хлорофілу, то при опроміненні радіомутантів поряд з порушенням синтезу хлорофілу відзначена зміна забарвлення насіння з високою частотою (рис.1.В.1).
Таблиця 3
Частота морфологічних мутацій у радіомутантів льону, %
П р и м і т к и: 1- М-12, 2 –М-24, 3 – М-5;
1 у М2 в контролях мутацій не виявлено;
2 у М3 частота мутацій в контролі у М-24 – 0.6 %, у інших генотипів – 0;
*,**,*** - відмінності від контролю суттєві при Р‹ 0.05, 0.01 і 0.001 відповідно.
Загальна частота мутацій у М3 при опроміненні радіомутантів невисока. Вона значно нижче, ніж у такому ж поколінні М3 у вихідних батьківських форм. Якщо проводити порівняння мутаційної мінливості сорту Циан і радіомутантів на його основі, то необхідно відзначити, що загальна кількість типів змін у М2 і М3 склала: у М-12 – 3, у М-24 – 13, у сорту Циан – 18. Частота мутаційних змін була вищою в обох досліджуваних радіомутантних ліній при дозі 700 Гр у порівнянні з 400 Гр (рис.2).
Для вихідної форми характерна поява мутацій забарвлення віночка та пиляків в обох поколіннях з досить високою частотою (9.1 % та 23.1 % відповідно). У радіомутантних ліній була виділена тільки одна мутація такого типу. У той же час при опроміненні радіомутантів значно збільшується частота мутацій забарвлення насіння (23.7 % у М3). Разом з тим, необхідно підкреслити, що саме при опроміненні радіомутантної лінії М-24 були отримані рідкісні оригінальні мутації, не характерні для інших, вивчених нами генотипів, хоча частота їх була невисокою. Наприклад, мутація “віночка, що не розкривається” кулястої форми або хлорофільна мутація типу xanthoviridis.
Рис.2 Сумарна частота мутацій в М2 і М3 у вихідного сорту та радіомутантів на його базі.
Таким чином, очікуваного нами збільшення частоти мутацій при опроміненні радіомутантів такими ж дозами гамма-променів не було виявлено. Можливо, для отримання очікуваного результату необхідно використовувати більш жорсткі дози. На користь цього припущення може свідчити виявлене нами у радіомутантів підвищення частоти і розширення спектра мутацій при дозі опромінення 700 Гр у порівнянні з 400 Гр.
СПЕКТР ІНДУКОВАНИХ ГАММА-ПРОМЕНЯМИ МУТАЦІЙ
ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКА
Морфологічні мутації. Хлорофільні мутації. У наших дослідженнях у М2 і М3 були відзначені мутанти з порушенням синтезу хлорофілу. Отримані нами хлорофільні мутації розрізняються як за своєю зовнішньою проявою, так і за ступенем пригніченості рослини, що несе мутацію, від летальних - до нормально життєздатних рослин. Одержано хлорофільні мутації наступних типів: химера, albina, xantha, viridis, virescent, striata, xanthoviridis. Результати проведеного з деякими хлорофільними мутантами гібридологічного аналізу вказують, що дані мутації є ядерними.
Мутації забарвлення пелюсток віночка та пиляків. З цієї ознаки отримана ціла серія мутацій: з білим забарвленням пелюсток та кремовими пиляками, блідо-блідо-блакитного забарвлення та блакитними пиляками, блідо-блакитного забарвлення з кремовими або блакитними пиляками, фіолетове, лілове та рожеве забарвлення пелюсток.
З’ясовано, що гени, які детермінують біле забарвлення віночка у вивчених білоквіткових мутантів алельні лінії-тестеру М-24 і біле забарвлення в них успадковується за його типом (табл. 4).
Таблиця 4
Успадкування ознаки “біле забарвлення пелюсток віночка”
П р и м і т к а: ч2 05 = (к = 1) = 3,84.
Крім зміни кольору віночка у багатьох мутантних формах відбувається також зміна й інших ознак. Наприклад, відкритої форми квітки на зірчасту, забарвлення насіння, висоти рослин, розміру квітки.
Мутації забарвлення насіння. Відзначено зміни, а саме: з коричневого на жовте або на світло-коричневе, з жовтого на світло-коричневе. У більшості випадків зміна забарвлення насіння відбувалася в комплексі зі зміною забарвлення пелюсток віночка та пиляків (комплексні мутації). Тільки в радіомутантної лінії М-24 відзначена зміна забарвлення насіння з жовтого на світло-коричневе, при цьому зміни забарвлення пелюсток віночка та пиляків не відбувається.
Мутації форми та розміру квітки. Відмічені дрібні ( 11 мм) та великі ( 28 мм) квітки, зміна форми квітки на зірчасту чи “віночок, що не розкривається”. При схрещуванні останньої форми як з лініями з відкритою формою квітки, так і зірчастою квіткою, у F2 спостерігалося розщеплення близьке до 15: 1.
Мутації стебла та листка. Відмічені високостеблові, низькостеблові, багатостеблові мутації, карлики, потовщених стебла і листків.
Мутації стерильності. Одержані мутантні форми з різним проявом стерильності.
Мутації за фізіологічними ознаками росту та розвитку. Були одержані форми як більш скоростиглі, так і пізньостиглі, ніж вихідні генотипи. Такі мутації віднесені до корисних, які можливо застосовувати в селекційній роботі.
Вивчено успадкування ряду ознак у одержаних видимих мутантів. З’ясовано, що: 1) близькі за фенотипом мутантні форми мали різну генетичну природу; 2) більша висота рослин льону є рецесивною ознакою; 3) дрібна квітка – домінантна ознака; 4) вивчені хлорофільні зміни – це мутації ядерні і успадковуються моногенно і рецесивно при схрещуванні з вихідними батьківськими лініями; 5) більшість отриманих під впливом мутагену мутацій були рецесивними; 6) зміни розміру квітки, висоти стебла та кількості бічних стебел були суттєві на високому рівні значущості.
Мутації, індуковані гамма-променями на біохімічному рівні. Поряд зі зміною морфології рослин гамма-опромінення призводило до зміни ряду біохімічних показників – вмісту олії в насінні та її жирнокислотного складу. Коливання мінімальних і максимальних значень олійності були істотними на високому рівні значущості майже в усіх варіантах. Найбільш сильні зміни за цим показником відбулися у сорту Циан і радіомутантів на його основі. У цих же генотипів з досить великою частотою отримано зразки з найбільш високою олійністю.
Значна частина морфологічних мутантів несла зміни у вмісті жирних кислот в ліпідному комплексі насіння. Особливий інтерес мають мутанти з підвищеним вмістом олеїнової та лінолевої кислот і зниженим – ліноленової. Мутанти з підвищеним вмістом олії в насінні та зміненим жирнокислотним складом залучені до селекційного процесу для створення високопродуктивних сортів льону різних напрямків використання.
У наших дослідженнях виділено ряд мутантних ліній, переважаючих за основними господарсько-цінними ознаками вихідну форму і сорт-стандарт Південна ніч. Наприклад, мутантні форми виділені з сорту Циан відрізняються високими показниками олійності і досить високою врожайністю.
Роль генотипу в мутаційній мінливості льону олійного. Характер експериментальної мутаційної мінливості в льону олійного у достатньому ступені визначався генотиповими особливостями, що виявлялося в різній частоті та спектрі видимих мутацій. У всіх одноразово опромінених генотипів при дозі опромінення 400 Гр відзначена значно більша кількість типів мутацій, ніж при 700 Гр. Аналізуючи загальну кількість видимих мутацій у М2 і М3, можна зробити висновок про те, що найбільш мутабільними були сорти Antares і Циан (див.табл.2). Якщо всі досліджувані зразки розташувати по мутабильності за кількістю типів мутацій, то вони утворять наступний ряд - Antares > Циан > К-6080 > К-7711.
Генотипові розходження спостерігались також і при опроміненні радіомутантів. Більш широким спектром видимих мутацій та високою частотою їх появи характеризується лінія М-24 (див.табл.3).
Отримані результати свідчать про наявність паралелізму в експериментальній мутаційній мінливості на рівні фенотипу. У той же час дані вказують на суттєві генотипові відмінності в ході мутаційного процесу в льону олійного. Так, мутації розміру квітки виявлені тільки в сорту Antares, збільшеної кількості стебел – у форми К-6080, форми квітки типу “віночок, що не розкривається” – у сорту Циан і радіомутантної форми на його базі М-24.
ВИСНОВКИ
- У всіх досліджуваних генотипів льону олійного у поколінні М1 при гамма- опроміненні спостерігалась депресія більшості ознак. При цьому доза 700 Гр у порівнянні з 400 Гр мала сильніший вплив. Ефект дії гамма-променів на радіомутанти в поколінні М1 істотно не відрізнявся від ефекту опромінення самих вихідних форм. Встановлено, що показниками депресії в поколінні М1 для льону олійного є подовження періоду “сходи-цвітіння” (на 1.5 – 5.2 дня), зниження насіннєвої продуктивності, збільшення кількості стерильних рослин. Зміна висоти не завжди є чітким критерієм депресії для даної культури.
- Частота та спектр одержаних мутацій суттєво перевищують спонтанну мутабільність вихідних ліній. У поколінні М3, у порівнянні з М2 , виявлено більш широкий спектр мутацій. У цілому загальна частота мутацій у М3 виявилася значно вищою, ніж у М2. При опроміненні радіомутантів у поколінні М3, в порівнянні з М2, також виявлено ширший спектр і відзначено більш високу частоту мутацій.
- При опроміненні вихідних ліній у всіх генотипів при дозі гамма-променів 400 Гр у порівнянні з 700 Гр відзначена значно більша (в 1.1- 3.5 раза) кількість типів мутацій. Серед індукованих гамма-променями мутантних типів найчастіше зустрічались мутації забарвлення пелюсток віночку (71 % в М3) і хлорофільні мутації (15 % в М3).
- Встановлено, що радіомутанти є більш стійкими до гамма-опромінення, ніж вихідні лінії. При опроміненні радіомутантів тими ж дозами, у порівнянні з опроміненими вихідними лініями, відзначено нижчу частоту і вужчий спектр морфологічних мутацій у М3 і особливо в М2. Виявлено збільшення частоти в 2.1-2.4 раза та розширення спектра спадкових змін в 2 рази при дозі опромінення 700 Гр. Серед індукованих мутантних типів більшу частину складали мутації з порушенням синтезу хлорофілу (39 % в М3) і мутації забарвлення насіння (39 % в М3), найменшу – мутації забарвлення пелюсток віночку та пиляків, а також стерильності.
- Всього отримано 32 типи морфологічних мутацій. Вперше у льону виділені та описані морфологічні мутації таких типів: потовщені стебло та листки, мутації з різним проявом стерильності, два типи карликів, а також мутації високої олійності. Детально описані групи хлорофільних мутацій та мутацій забарвлення віночку та пиляків.
- Вивчено успадкування деяких типів морфологічних мутацій. Встановлено, що мутація форми квітки „віночок, що не розкривається” успадковувалась дигенно з взаємодією за типом полімерії, а хлорофільна недостатність типу xantha та viridis при схрещуванні з вихідними батьківськими лініями – моногенно та рецесивно.
- Поряд зі зміною морфології рослин гамма-опромінення призводило до появи мутацій на біохімічному рівні. Виявлено мутації з підвищеним (до 52 %)вмістом олії в насінні та її зміненим жирнокислотним складом. Отримано мутантні форми з вмістом ліноленової кислоти 70% для технічного використання олії та вмістом олеїнової кислоти 39% - на харчові цілі.
- Створено морфологічну колекцію мутантів, яка склала основу генетичної колекції льону Інституту олійних культур. Під час роботи до генетичної колекції передано 37 форм, до селекційної колекції - 12 форм зі зміненими біохімічними показниками та скоростиглі, до мутантної колекції - 334 форми. До Національного центру генетичних ресурсів рослин України передано 4 зразки льону олійного мутантного походження.
ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ
1. Для розширення спадкової мінливості та добору селекційно-цінних мутантів у льону олійного рекомендувати використання гамма-променів у дозі 400 Гр. При опроміненні радіомутантів для підвищення частоти та розширення спектра мутацій використовувати більш жорсткі дози (700 Гр).
2. Проводити відбір на змінені біохімічні показники серед морфологічних мутантів з метою створення форм з високим вмістом олії та її зміненим жирнокислотним складом.
3. Одержані мутантні форми, які мають господарсько-цінні ознаки, доцільно використовувати у селекційних програмах як вихідних матеріал та як сорти різних напрямків використання.
| 
