Мутационная изменчивость растений ячменя под влиянием карбоната калия и излучения красного диапазона

6. Степень насыщенности почв основаниями очень высокая под лиственницей и залежью во всех почвенных горизонтах, поскольку под данными породами деревьев формируется гуматный тип гумуса.

7. Под древесными породами карбонаты залегают глубже, чем под залежью, и для них характерно волнообразное распределение.

Библиографический список

1. Бурлакова Л.М., Татаринцев Л.М., Рассыпнов В.А. Почвы Алтайского края. — Барнаул, 1988. — 70 с.

2. Ишутин Я.Н. Лесополосы в Кулундин-ской степи. — Барнаул, 2005. — 159 с.

3. Парамонов Е.Г., Ишутин Я.Н., Симоненко А.П. Кулундинская степь: проблемы опустынивания. — Барнаул: Изд-во Алт. унта, 2003. — 136 с.

4. Симоненко А.П., Ключников М.В., Парамонов Е.Г. Лиственница в защитных лесных насаждениях степной зоны // Вестник АГАУ. — 2008. — № 7. — С. 23-28.

5. Ильясов Ю.И. Роль защитных лесных насаждений в повышении плодородия почв и продуктивности угодий в Кулундинской степи // Защитное лесоразведение при формировании агроландшафтов в степи. — Новосибирск, 1995. — С. 29-32.

6. Константинов В.Д. Влияние лесных по-

лос на плодородие южного чернозема в Северном Казахстане: автореф. дис. ...

канд. биол. наук. — Томск, 1972. — 22 с.

7. Маттис Г.Я., Крючков С.Н. Руководство по селекционному семеноводству древесных видов для защитного лесоразведения в аридных условиях европейской территорий России. — М.: Россельхозакадемия, ВНИАЛМИ, 2001. — 72 с.

8. Смольянинов И.И. Почвообразующее воздействие сосны и березы на различных почвах // Тр. I Сибирской конференции почвоведов. — 1962. — С. 65-82.

9. Гаврилов К.А. Влияние состава лесонасаждения на микрофлору и фауну лесных почв // Почвоведение. — 1950. — № 3. — С. 22-39.

10. Смирнов В.Н. Методика проведения полевых почвенных исследований в лесу для сельскохозяйственных целей. — Йошкар-Ола, 1958. — 165 с.

11. Шумаков B.C. Типы лесных культур и плодородие почвы. — М.: Колос, 1963. — 183 с.

12. Рахматуллина И.Р. Естественное возобновление в полезащитных лесных полосах // Достижения науки и техники АПК. — 2009. — № 11. — С. 45-46.

13. Дудченко Л.В. Эффективный биологический способ подавления сорных растений в полезащитных лесных насаждениях // Достижения науки и техники АПК. — 2012. — № 7. — С. 37-38.

14. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. — М.: Агропромиздат, 1986. — 416 с.

+ + +

УДК 633.16:631.528.6 Г.П. Дудин,

Л.Н. Балахонцева МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ ЯЧМЕНЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ КАРБОНАТА КАЛИЯ И ИЗЛУЧЕНИЯ КРАСНОГО ДИАПАЗОНА

Ключевые слова: экспериментальный Введение

мутагенез, хлорофилльные мутации, Экспериментальный мутагенез является

спектр морфофизиологических измене- одним из методов генетики и селекции,

ний, селекционно-ценные мутанты. способный создать богатый исходный мате-

риал за относительно короткий промежуток времени. Наиболее важно в селекции получение жизнеспособных полезных мутаций. Поэтому перед учёными стоит задача поиска «мягких» мутагенных факторов широкого спектра действия, дающих большой выход селекционно-ценных изменённых форм без резкого угнетения жизнедеятельности организма.

Поиск новых эффективных средств и методов фотомутагенеза привел к использованию в опытах когерентного монохроматического красного и дальнего красного света. При поглощении квантов света с длиной волны 632,8 нм происходит возбуждение фитохрома Ф660. Это приводит к изменению проницаемости мембран для фитогормонов, которые при определенных концентрациях обладают хорошо выраженным мутагенным действием [1].

Облучение красным светом дает возможность получить мутанты растений, представляющие интерес для селекции. Этот метод мутагенеза требует усовершенствования и изучения в сочетании с другими физическими и химическими факторами.

Для расширения спектра мутаций и контролирования мутагенеза особый интерес представляет последовательное применение нескольких факторов или одновременное воздействие мутагенами и различными физиологически активными веществами [2].

Калий — один из самых необходимых элементов минерального питания растений. Содержание калия в клетке в 100-1000 раз превышает его уровень во внешней среде. Калий является активатором более 60 ферментов с различной степенью специфичности. Он необходим для включения фосфата в органические соединения, для синтеза белков и полисахаридов. Именно присутствие калия в значительной степени определяет коллоидно-химические свойства цитоплазмы, что существенно влияет практически на все процессы в клетке. Именно калий создает ионную асимметрию и разность электрических потенциалов между клеткой и средой

[3].

Целью исследований является изучение мутационной и модификационной изменчивости растений ярового ячменя под влиянием карбоната калия, изучения красного диапазона и их совместного действия.

Объекты и методы исследований

Опыт был заложен в 2009 г. на территории опытного поля Вятской ГСХА. Семена обрабатывались в соответствии со схемой опыта по 500 зерен в каждом варианте, опыт закладывался в 4-кратной повторности.

Посев проводился на делянках 1 м2. Для обработки использовались оригинальные семена ярового ячменя сорта Биос 1. Карбонат калия (К2СО3) использовали с чистотой 99% (ГоСт 4221-65). Когерентный монохроматический красный свет (ЛКС) был получен на лазерной гелий-неоновой установке ОКГ-12-1, плотность мощности излучения 0,1 мВт/см2, длина волны 632,8 нм. Дальний красный свет (ДКС) с длиной волны 754±10 нм получен при прохождении света от электрической лампы накаливания через интерференционный светофильтр с применением осветителя ОИ-19, плотность мощности излучения 0,3 мВт/см2. Экспозиция облучения семян 60 мин. Семена замачивали в дистиллированной воде и растворе К2СО3 в течение 12 ч.

Во втором поколении (М2) посемейно высевали семена с главного колоса растений первого поколения на рядок длиной

1 м, расстояние между рядками — 15 см. На протяжении всего периода вегетации выделяли семьи с хлорофилльными мутациями по классификации, разработанной Ю. Калам, Т. Орав (1974) [4]. Проводили отбор растений с видимыми морфологическими и физиологическими отклонениями от исходного сорта. Растения с изменениями отмечались и убирались отдельно. В М2 проводили группировку выделенных растений по измененным признакам, определяли частоту изменений ячменя по отношению количества семей с отклонениями к общему количеству семей в варианте. Анализ элементов продуктивности проводился у всех растений в выделенной семье с изменением.

В третьем поколении (М3) посемейно высевались семена с главного колоса измененных растений второго поколения. В М3 проверяли наследование измененных признаков, выявленных в М2. Процент их наследования устанавливали по отношению числа семей с мутациями в М3 к числу семей с изменениями в М2. Частоту мутаций в М3 определяли по отношению числа семей с мутантными признаками к количеству семей, проанализированных в М2 [5]. Проводился учет изменений, возникших в третьем поколении.

В четвертом поколении (М4) проверяли наследование измененных признаков, выделенных в третьем поколении. Мутантные формы с хозяйственно-полезными признаками, представляющими интерес для селекции, оценивали на урожайность по методике контрольного питомника (КП) [6]. В контрольном питомнике площадь делянки составила 1 м2, размещение систематическое, повторность трехкратная. Норма высева — 500 зерен на 1 м2. В контрольном питомнике проводили фенологические наблюдения,

сравнивали измененные формы ячменя с исходным сортом Биос 1 и стандартным сортом Нур.

Для оценки количественных признаков определяли основные статистические характеристики: среднюю арифметическую количественных показателей ( X ), ошибку средней арифметической ^х), коэффициент вариации (С„) и др. Существенность различий между опытными вариациями и контролем устанавливали с помощью критерия Стью-дента (У [7].

Результаты и их обсуждение

По мнению ряда авторов хлорофилльные мутации являются индикатором мутагенной эффективности физических факторов [4, 8, 9]. Хлорофилльные мутации связаны с нарушением образования хлорофилла и возникают в результате изменения генов или плазмогенов, расположенных в разных точках хромосом или органелл цитоплазмы.

Не исключается также, что на фенотипическое проявление хлорофильных мутаций значительное влияние оказывают условия среды, сложность биохимического процесса синтеза хлорофилла и полигенная структура этого признака.

Хлорофилльные мутации ячменя во втором поколении были выделены во всех вариантах опыта (табл. 1). Максимальная их частота отмечена в варианте ЛКС + К2С03 0,1М + ДКС и составила 2,5%, при обратном сочетании факторов частота мутаций минимальная — 0,7%.

Также высокая частота мутаций наблюдалась при замачивании семян в растворы калийной соли с концентрациями 0,01; 1 М и при облучении замоченных семян дальним

Частота хлорофилльных мутаций

красным светом, показатель составил, соответственно, 1,98; 1,97 и 1,83%.

В совместных парных вариантах частота мутаций была выше, когда заканчивали обработку химическим фактором, независимо от длины волны.

Наибольшее разнообразие типов выделенных хлорофилльных мутаций во втором поколении получено при обработке семян раствором К2СО3 в повышенной и пониженной концентрации 0,01 и 1 М — 5 типов. По 4 типа мутаций выделено в вариантах ДКС + К2С03 0,1 М и ЛКС + К2С03 0,1М + ДКС. Наименьшее разнообразие мутаций (2 типа) наблюдалось в комплексном варианте ДКС + К2С03 0,1М + ЛКС.

Наиболее часто встречающимся типом хлорофилльных мутаций была мутация viridoxanthastriata (чередуются продольно зеленые и желтые полосы). Данный тип мутации отмечен во всех вариантах кроме К2С03 0,1 М + ЛКС с частотой 0,30-1,13%. Тип хлорофилльной мутации viridostriata (чередуются продольные зеленые и бледнозеленые полосы) встречался в 7 вариантах опыта с частотой 0,30-0,61%. Хлорофилльные нарушения, такие как albomarginata, viridomaculata, viridoalbostriata, хапЖотагдн nata, встречались в парных вариантах и при обработке семян карбонатом калия 1 М.

Кроме хлорофилльных мутаций на ячмене отмечались растения с другими изменёнными признаками, учитывались все видимые фенотипические отличия растений, которые возможно было измерить и визуально оценить (табл. 2). В отличие от хлорофилльных мутаций, данные изменения могут иметь большое практическое значение, т.к. могут применяться в качестве исходного материала при создании новых сортов [10].

Таблица 1

растений ячменя во втором поколении

Вариант Проанализировано семей в М2 Частота хлорофилльных мутации в М2

п Р±5р> %

Контроль (сем. зам.) 329 1 0,30±0,30

К2С03 0,01 М 354 7 1,98±0,74

К2С03 0,1 М 324 5 1,54±0,68

к2со3 1 М 304 6 1,97±0,80

Сем. зам. + ЛКС 341 3 0,88±0,51

Сем. зам. + ДКС 327 6 1,83±0,74

К2С03 0,1 М + ЛКС 292 3 1,03±0,59

ЛКС + К2С03 0,1 М 273 4 1,47±0,73

К2С03 0,1 М + ДКС 300 4 1,33±0,66

ДКС + К2С03 0,1 М 335 5 1,49±0,66

ЛКС + К2С03 0,1М + ДКС 320 8 2,50±0,87*

ДКС + К2С03 0,1М + ЛКС 287 2 0,70±0,49

Примечание. Сем. зам. — семена, замоченные в дистиллированной воде; * уровень вероятности Р > 0,95.

Таблица 2

Частота морфофизиологических изменений растений ячменя в М2 и М3

Вариант Всего семей в М2 Частота изменений М2 Частота мутаций М3 Доля семей, с мутациями в М3

п р±Бр, % п р±Бр, %

Контроль (сем. зам.) 329 1 0,30±0,30 0 0,00±0,00 0,0±0,00

К2С03 0,01 М 354 22 6,2±1,28*** 12 3,4±0,96* 54,5±2,65

К2С03 0,1 М 324 29 9,0±1,59*** 13 4,0±1,09** 44,8±2,76

к2со3 1 М 304 39 12,8±1,92*** 19 6,3±1,39*** 48,7±2,76

Сем. зам. + ЛКС 341 26 7,6±1,44*** 9 2,6±0,87* 34,6±2,58

Сем. зам. + ДКС 327 22 6,7±1,39*** 11 3,4±1,00* 50,0±2,77

К2С03 0,1 М + ЛКС 292 25 8,6±1,64*** 8 2,7±0,96* 32,0±2,73

ЛКС + К2С03 0,1 М 273 25 9,2±1,75*** 7 2,6±0,96 28,0±2,72

К2С03 0,1 М + ДКС 300 17 5,7±1,33** 8 2,7±0,93* 47,1±2,88

ДКС + К2С03 0,1 М 335 24 7,2±1,41*** 9 2,7±0,88* 37,5±2,65

ЛКС + К2С030,1М + ДКС 320 16 5,0±1,22** 9 2,8±0,92* 56,3±2,77

ДКС + К2С030,1М + ЛКС 287 24 8,4±1,63*** 12 4,2±1,18** 50,0±2,95

Примечание. Сем. зам. — семена, замоченные в дистиллированной воде; * уровень вероятности Р > 0,95; ** уровень вероятности Р > 0,99; *** уровень вероятности Р > 0,999.

При замачивании семян в растворы с различной концентрацией калийной соли наибольшее значение показателя частоты морфофизиологических изменений во втором поколении отмечено при повышенном значении концентрации К2С03 — 1 М, частота изменении составила 12,8%. В тройных вариантах частота изменений выше при завершающем облучении лазерным красным светом.

В третьем поколении наблюдается уменьшение частоты и количества типов морфофизиологических изменений по сравнению с М2 (табл. 2).

Максимальная частота морфофизиологических мутаций в третьем поколении отмечена в варианте К2С03 1 М — 6,3%. В комплексных парных вариантах с применением лазерного красного и дальнего красного света порядок обработки не оказал существенного влияния на частоту мутаций, она колебалась от 2,6 до 2,7%.

В сложных тройных вариантах частота морфофизиологических мутаций выше при схеме обработки с завершающим облучением лазерным красным светом и составила 4,2%.

Доля семей с наследственными изменениями в третьем поколении варьировала от 54,5% при замачивании семян в раствор К2С03 0,01 М до 28,0% в варианте ЛКС + К2С03 0,1 М.

Спектр морфофизиологических мутаций сузился с 28 до 21 типа в третьем поколении. В контрольном варианте семей с мутациями не наблюдалось.

Мутации морфологических признаков (форма куста, длина стебля и колоса и т.д.) чаще отмечались в парных вариантах с применением ДКС — 88,9 и 75,0% и в ком-

плексных тройных вариантах ЛКС + К2СО3 0,1 М + ДКС — 77,8 и 66,7% при завершающем облучении ЛКС.

При обработке семян раствором калийной соли в концентрации 1 М наблюдался максимальный процент изменений количественных признаков (кустистость, количество колосков и зерен в колосе, масса зерна с колоса) — 42,1%. Также высокий процент данных мутаций отмечен в варианте К2СО3 0,01 М — 33,3%.

По признаку раннеспелости чаще встречались наследственные изменения в варианте К2СО3 0,1 М + ЛКС — 50,0%, а также при облучении семян красным и дальним красным светом: ДКС — 36,4%, ЛКС — 33,3%. Семьи с более продолжительным вегетационным периодом наблюдались при обработке семян дальним красным светом — 9,1% и ДКС + К2СО3 0,1 М + ЛКС — 8,3%. Других физиологических изменений, связанных с отклонением фаз развития растений, больше всего отмечено при воздействии на семена К2СО3 0,1 М + ЛКС — 12,5%.

В М4 селекционно-ценные мутанты были высеяны в контрольном питомнике с целью оценки их урожайных качеств (табл. 3).

Максимальную прибавку дал мутантный образец 12-5 — 96 г/м2, также высокая урожайность отмечена у образцов 5-11, 6-10, 10-12.

По крупности зерна все изучаемые образцы достоверно превысили стандартный сорт Нур, выделился номер 12-5, его масса 1000 зерен превысила исходную форму на 8,6 г. Наиболее короткий вегетационный период у мутанта 9-8, он созревает на

2 недели раньше стандарта.

Таблица 3

Урожайность мутантов ячменя в контрольном питомнике М4, 2012 г.

Сорт, мутант Урожайность, г/м2 Масса 1000 зерен, г Длина вегетационного периода, дн.

Нур (ст.) 359 48,2 80,0

Биос 1 (к.) 353 55,0* 78,3

2-12 390* 55,0* 76,3*

2-14 349 49,7* 70,7*

5-11 438* 50,0* 74,3*

6-10 444* 52,3* 76,7*

9-8 385* 51,5* 65,3*

10-12 439* 55,4* 76,7*

12-5 455* 56,8* 75,0*

12-7 369* 43,5* 68,7*

НСР05 = 2,39 НСР05 = 1,79 НСР05 = 2,08

Характеристика мутантов с хозяйственно-полезными признаками. В ходе проведенных исследований выделены 30 мутантных форм, представляющие селекционный интерес по признакам скороспелости, продуктивности, большей массе зерна с колоса и другим признакам.

15 мутантных образцов передано в коллекцию ВИР им. Н.И. Вавилова. Приводится краткая характеристика некоторых мутантных форм.

Мутант 2-14 выделен во втором поколении при замачивании семян в течение і2 ч в растворе карбоната калия с концентрацией 0,01 М. Разновидность nutans. Колос двурядный, бледно-желтый. Плотность колоса высокая (11,6 члеников на 4 см колосового стержня). Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 49,7 г), эллиптической формы. Соломина тонкая, упругая, высокорослая — длиннее на 8 см исходной формы. Созревание наступает на і0 дней раньше стандарта сорта Нур. Урожайность на уровне контроля.

Мутант 5-11 выделен во втором поколении при облучении семян лазерным красным светом. Разновидность nutans. Колос двурядный, желтый, с плотностью (11,5 члеников на 4 см колосового стержня). Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 50,0 г). Отличается прямостоячей формой куста, более светлой окраской растений, эллиптической формой зерна и сильно выраженной антоциановой окраской нервов колосковой чешуи, высокой массой зерна с растения. Высокорослый, соломина длиннее контроля на 13 см. Созревает на 4 дня раньше контроля сорта Биос 1. Урожайность выше стандарта на 8,0 ц/га.

Мутант 9-8 выделен во втором поколении при совместной обработке семян К2СО3

0,1М и ДКС. Разновидность nutans. Колос двурядный, желтый, с очень низкой плотностью (10,7 члеников на 4 см колосового стержня). Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 51,5 г). Отличается высокой

кустистостью и массой зерна с растения, созревает на 13 дней раньше контроля, прямостоячая форма куста, удлиненная формой зерновки. Урожайность выше стандарта на 2,6 ц/га.

Мутант 12-5 выделен во втором поколении в варианте ДКС + К2СО3 0,1М + ЛКС. Разновидность nutans. Колос двурядный, желтый, с высокой плотностью колоса (11,1 члеников на 4 см колосового стержня). Отличается крупным зерном (масса 1000 зерен 56,8 г), высокой массой зерна с колоса, сроком созревания на 5 дней раньше стандарта. Урожайность выше стандарта на 9,6 ц/га.

Мутант 12-7 выделен во втором поколении в комплексном варианте ДКС + К2СО3

0,1М + ЛКС. Разновидность nutans. Колос двурядный, желтый, с высокой плотностью (15,3 членика на 4 см колосового стержня). Зерно средней крупности (масса 1000 зерен 43,5 г). Мутант характеризуется короткой соломиной 42,0-44,0 см, эллиптической формой зерновки, сильным восковым налетом, сизо-зеленой окраской растений и раскидистой формой куста, продолжительной фазой выхода в трубку. Созревает на 10 дней раньше контроля. Урожайность выше стандарта на 1,0 ц/га.

Заключение

Обработка семян ярового ячменя карбонатом калия и облучением светом красного диапазона приводит к возникновению широкого спектра хлорофилльных мутаций во втором поколении и морфофизиологических мутаций в третьем поколении, что свидетельствует о мутагенной активности изучаемых факторов. Наиболее часто встречаются мутации с более ранним созреванием растений, изменением показателей длины стебля и колоса, массы зерна с колоса и растения, кустистости растений. В опыте получено более 30 мутантных образцов, имеющих ценность для селекционных и ге-

нетических исследований, 15 образцов передано в коллекцию ВИР им. Н.И. Вавилова.

Библиографический список

1. Дудин Г.П. Лазерный мутагенез и селекция ярового ячменя // Роль научных исследований в развитии сельскохозяйственного производства Кировской области: сб. научн. ст. — Киров, 1991. — С. 33-43.

2. Щербаков В.К. Мутации в эволюции и селекции растений. — М.: Колос, 1982. — 327 с.

3. Полевой В.В. Физиология растений: учеб. для биол. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1989.— 464 с.: цв. ил.

4. Калам Ю.И., Орав Т.А. Хлорофилль-ная мутация. — Таллин: Валгус, 1974. — 59 с.

5. Володин В.Г. Радиационный мутагенез

у растений. — Минск: Наука и техника,

1975. — 192 с.

+

6. Гужов Ю.В., Фукс А., Валечек П. Селекция и семеноводство культивируемых растений. — М.: Мир, 2003. — 536 с.

7. Моисейченко В.Ф., Трифонова М.Ф., Заверюха А.Х., Ещенко В.Е. Основы научных исследований в агрономии. — М.: Колос, 1996. — 336.: ил.

8. Дудин Г.П. Мутагенное действие излучения гелий-неонового лазера на яровой ячмень // Генетика. — 1983. — № 10. — С. 1694-1696.

9. Володин В.Г., Мостовиков В.А., Авраменко Б.И. и др. Лазеры и наследственность растений.— Минск: Наука и техника, 1984. — 175 с.

10. Емелев С.А. Оценка мутантных форм ячменя сорта Биос 1 // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2007. — № 8. — С. 13-16.

УДК 664.782

Ю.В. Рогожин, В.В. Рогожин

ВЛИЯНИЕ ГЛИЦЕРИНА НА ПРОРАСТАНИЕ ЗЕРНОВОК ПШЕНИЦЫ

Ключевые слова: зерна пшеницы, биологически активные вещества, глицерин, прорастание зерен пшеницы, консервирование.

Введение

Глицерин относится группе биогенных спиртов, входит в состав нейтральных липидов и фосфолипидов. Глицерин может легко утилизироваться в клетках живых организмов, выполняя роль энергетического субстрата. Фосфорилированные производные глицерина могут участвовать в реакциях синтеза различных биогенных соединений, обеспечивая формирование структурных компонентов клеток [1, 2].

Глицерин обладает уникальными физикохимическими свойствами, которые определяют широту его практического использования. Так, глицерин, имея очень высокую температуру кипения (290оС), практически не испаряется в окружающую среду и поэтому может быть многократно использован с минимальными потерями массы вещества во время длительной эксплуатации. Как полярное соединение глицерин смешивается с молекулами воды в любых соотношениях. Азеотропные смеси, образованные с уча-

стием глицерина, имеют более высокие температуры кипения. Высокая температура воспламенения глицерина (362оС) гарантирует его безопасность от воспламенения [3, 4].

Глицерин может проявлять криопротек-торные свойства, понижая температуру замерзания растворов. Так, при концентрации 50% и более водные растворы глицерина не замерзают при температуре ниже -20оС. Поэтому глицерин используют для консервации эритроцитов, оказывая влияние на процессы кристаллизации, замедляя протекание этих процессов при низких отрицательных температурах. Присутствие глицерина способствует понижению температуры замерзания внутри- и межклеточной воды [5]. Кроме того, глицерин обладает антисептическим действием, которое обусловлено его гигроскопичностью. В результате действия глицерина происходят разрушение структуры мембран бактерий и их гибель.

Глицерин активно используется в хлебопекарном производстве для повышения хлебопекарных качеств хлеба и хлебобулочных изделий и увеличения длительности их хранения.