Induction of positive changes for winter wheat under the action of a group of ecogenetic factors with lower damaging ability

Abstract

Abstract. The study of new agents for induction of practical biodiversity in local varieties of winter wheat for breeding process is a promising area in terms of obtaining both new commercial varieties and components for recombination breeding. The purpose of the study was to demonstrate the possibilities of low-damaging mutagens in terms of optimizing the yield and grain quality parameters of mutant forms. Winter wheat seeds of eight varieties (Balaton, Borovytsia, Zelenyi Hai, Zoloto Ukrainy, Kalancha, Nyva Odeska, Polianka, Pochaina) were subjected by DAB (1,4-bisdiazoacetylbutane) 0.1%, 0.1%, 0.3%; NEU (nitrosoethylurea) 0.010%, 0.025%; NMU (nitrosomethylurea) 0.0125%, 0.025% (Sigma-Aldrich, Germany). The seeds were treated with 24 h exposure according to the generally recommended method for chemical mutagens actions. The regularity of the mutational process was monitored by agriculturally valuable traits, which makes the process of using experimental mutagenesis in order to obtain new forms with the required parameters more reliable and predictable. Studies have demonstrated that three varieties Kalancha, Polianka, Pochaina are promising in terms of variability of agriculturally valuable mutations to optimize the mutation process. Polianka and Pochaina were tested for NEU and NMU, Kalancha for all. The study revealed that NEU and NMU were more perspective in action for wheat genetic improvement, especially for biochemical changes, than DAB, which action is suitable for changes in size of spike. In general, traits for improvement were thick stem semi-dwarf, dwarf, intense epicuticular wax accumulation, large-size grain forms cannot be proper for low-damage ability mutagens, influence of which is effective for short-stem, early ripeness, and also tillering capacity, higher protein content, positive changes at protein components, and positive changes in microelement content. Only NMU can be used for mutations for tolerance of diseases, and NEU for changes in protein content as a regular mutation process. The possibility of producing forms with complex favorable changes has been confirmed, although their number is small. With increasing concentration, the likelihood of additional unfavorable traits, such as high stem or late ripeness, also increases in promising lines. Several new mutation lines of winter wheat were proposed as future commercial varieties with high grain productivity and sufficient bread-making qualities. One of these forms has excellent grain protein qualities. It is planned to analyze physiological changes in the produced lines, primarily in terms of resistance to abiotic factors such as drought tolerance and winter hardiness. Анотація. Дослідження нових агентів індукції практичного біорізноманіття локальних сортів озимої пшениці для селекційного процесу є перспективним напрямком з точки зору отримання як нових комерційних сортів, так і компонентів для рекомбінаційної селекції. Мета дослідження – продемонструвати можливості малопошкоджувальних мутагенів щодо оптимізації показників урожайності та якості зерна мутантних форм. Насіння озимої пшениці восьми сортів (Балатон, Боровиця, Зелений гай, Золото України, Каланча, Нива Одеська, Полянка, Почайна) оброблено ДАБ (1,4-бісдіазоацетилбутан) 0,1 %, 0,1 %, 0,3 %; NEU (нітрозоетілсечовина) 0,010%, 0,025%; НМУ (нітрозометилсечовина) 0,0125%, 0,025% (Sigma-Aldrich, Німеччина). Насіння обробляли 24-годинною експозицією за загальнорекомендованою методикою дії хімічних мутагенів. Закономірність мутаційного процесу контролювалася за сільськогосподарськими цінними ознаками, що робить процес застосування експериментального мутагенезу з метою отримання нових форм із потрібними параметрами більш надійним і передбачуваним. Дослідження показали, що три сорти Каланча, Полянка, Почайна є перспективними щодо мінливості сільськогосподарсько цінних мутацій для оптимізації мутаційного процесу. Полянка та Почайна перевірені на НЕУ та НМУ, Каланча на всіх. Дослідження показало, що NEU і NMU були більш перспективними в дії для генетичного поліпшення пшениці, особливо для біохімічних змін, ніж DAB, дія якої підходить для зміни розміру колоска. Загалом ознаками для поліпшення були товстостеблова напівкарликовість, карликовість, інтенсивне епікутикулярне накопичення воску, великорозмірні форми зерна не підходять малопошкоджувальних мутагенів, вплив яких ефективний для низькорослих, ранньостиглих, а також здатність до кущення, підвищення вмісту протеїну, позитивні зміни білкових компонентів, позитивні зміни вмісту мікроелементів. Тільки NMU можна використовувати для мутацій для толерантності до захворювань, а NEU для зміни вмісту білка як звичайний мутаційний процес. Підтверджено можливість отримання форм зі складними сприятливими змінами, хоча їх кількість невелика. Зі збільшенням концентрації у перспективних ліній також зростає ймовірність появи додаткових несприятливих ознак, таких як висока плодоніжка або пізня стиглість. Запропоновано декілька нових мутаційних ліній озимої пшениці як перспективних товарних сортів з високою зерновою продуктивністю та достатніми хлібопекарними якостями. Одна з цих форм має відмінні якості зернового білка. Планується проаналізувати фізіологічні зміни вироблених ліній, насамперед щодо стійкості до абіотичних факторів, таких як посухостійкість та зимостійкість.