Мутагенна депресія у пшениці озимої при дії високоактивних супермутагенів

Abstract

Використання хімічних супермутагенів дозволяє суттєво пришвидшити процес генетичного поліпшення існуючих вихідних форм, але натикається на проблему виникнення явища мутагенної депресії. Мета. Метою досліджень було виявити особливості генотип-мутагенної взаємодії двох контрастних генотипів пшениці озимої при дії хімічних супермутагенів з високою ушкоджувальною активністю при загальноприйнятому для генетичного поліпшення діапазоні концентрацій. Методи Насіння двох сортів пшениці озимої Алтіго та Співанка обробляли водним розчином хімічних мутагенів азиду натрію у концентраціях 0,01%, 0,025%, 0,05%, 0,1% та етилметансульфонату (тут та далі ЕМС) у концентраціях 0,025%, 0,05%, 0,1%. Для кожної обробки були використані 1000 зерен пшениці озимої. Експозиція дії мутагену становила 24 години. Для контролю використовували необроблені вихідні форми (зерна сортів, замочені у воді). Стерильність пилку визначали світловим мікроскопуванням пофарбованих ацетокарміном зразків (20–25 препаратів). Проводили структурний аналіз рослин. Результати. За показниками онтогенезу сорт Співанка виявився значно більш стійким до депресивних впливів у першому поколінні, ніж французький сорт. У свою чергу, як мутаген, азид натрію виявляв свою дію в цілому сильніше за аналогічних концентрацій, ніж EMС. Діапазон застосованих концентрацій досяг напівлетальних значень. У результаті факторного аналізу виявлено значущий вплив генотипу (сорту) та підвищення концентрації мутагенів у всіх випадках. Різниця по перезимівлі також цілком достовірна. В усіх випадках для усіх сортів стерильність статистично значимо підвищувалася при дії усіх концентрацій. Генотипова варіанса була достовірною при дії вищих концентраціях на користь більш сильної дії у азиду натрію. Значиму мутагену депресію при кожному підвищені концентрації показали параметри висоти стебла, ваги зерна з головного голосу, озерненість рослини та маса тисячі зерен. Різниця між генотипами є не для всіх концентрацій, але в цілому значима. Випадків стимуляції не зафіксовано. Дискримінантний аналіз показав, що високомінливими були схожість, виживання, фертильність, вага зерна з головного колосу та з рослини, МТЗ, що достовірно відтворювали мутагенну депресію. Висновки. Азид натрію викликає суттєво вищий рівень мутагенної депресії ніж етилметансульфонат, а сорт Алтіго за своїми генетичними потенціями більш вразливий ніж сорт Співанка. Застосування третьої концентрації ЕМС та третьої-четвертої азиду натрію призводить до суттєвої загибелі рослинного матеріалу, та не є бажаним. Більш оптимальним по рівню депресії є використання ЕМС у концентраціях 0,025% та 0,05% та азиду натрію у концентраціях 0,01% та 0,025%. Високу мінливість при підвищені концентрацій мутагенів мають ознаки схожість, виживання, фертильність, вага зерна з головного колосу та з рослини, МТЗ, що є моніторинговими для депресійних ефектів. The use of chemical supermutagens makes it possible to significantly speed up the process of genetic improvement of existing original forms, but runs into the problem of the phenomenon of mutagenic depression. Purpose. The aim of the research was to reveal the features of the genotypemutagenic interaction of two contrasting genotypes of winter wheat under the action of chemical super mutagens with high damaging activity in the generally accepted range of concentrations for genetic improvement. Methods. The seeds of two varieties of winter wheat, Altigo and Spivanka, were treated with an aqueous solution of the chemical mutagens sodium azide in concentrations of 0.01%, 0.025%, 0.05%, 0.1% and ethyl methanesulfonate (hereinafter EMS) in concentrations of 0.025%, 0.05%, 0.1%. 1000 grains of winter wheat were used for each treatment. Exposure to the mutagen was 24 hours. Unprocessed initial forms (grains of varieties soaked in water) were used for control. Pollen sterility was determined by light microscopy of acetocarmine-stained samples (20–25 preparations). Structural analysis of plants was carried out. Results. According to the indicators of ontogenesis, the Spivanka variety was much more resistant to depressive influences in the first generation than the French variety. In turn, as a mutagen, sodium azide showed its effect in general more strongly at similar concentrations than EMS. The range of applied concentrations reached semi-lethal values. As a result of the factor analysis, a significant influence of the genotype (variety) and an increase in the concentration of mutagens was revealed in all cases. The difference in overwintering is also quite reliable. In all cases, for all varieties, sterility increased statistically significantly under the influence of all concentrations. The genotypic variance was reliable at higher concentrations in favor of a stronger effect of sodium azide. Significant mutagen depression at each increased concentration was shown by the parameters of stem height, grain weight from the head, grain size of the plant, and weight of a thousand grains. The difference between the genotypes is not for all concentrations, but in general it is significant. No cases of stimulation were recorded. Discriminant analysis showed that germination, survival, fertility, grain weight from the main sppike and from the plant, TGW, were highly variable, reliably reproducing mutagenic depression. Findings. Sodium azide causes a significantly higher level of mutagenic depression than ethyl methane sulfonate, and the variety Altigo is more vulnerable than the variety Spivanka in terms of its genetic potencies. The use of the third concentration of EMS and the third fourth sodium azide leads to the significant death of plant material, and is not desirable. The most optimal level of depression is the use of EMS in concentrations of 0.025% and 0.05% and sodium azide in concentrations of 0.01% and 0.025%. Germination, survival, fertility, grain weight from the main ear and from the plant, TGW, which are monitoring for depressive effects, have high variability at increased concentrations of mutagens.