RU2038743C1

RU2038743C1 - Method for changing hereditary features of pea plants

Info

Publication number: RU2038743C1
Application number: SU915037284A
Authority: RU
Inventors: С.К. Кирилленко; А.П. Похвалитый; А.Д. Гоголь
Original assignee: Межведомственный научно-производственный комплекс "Биотехническая индустрия"
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: agriculture. SUBSTANCE: pea seeds are exposed to the effect of gamma rays Co⁶⁰ in a dose of 50 Gr followed by a 5-30 min exposure to laser rays in ultraviolet region. EFFECT: method produces new mutant lines. 7 tbl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам изменения наследственных признаков гороха. The invention relates to agriculture, and in particular to methods of changing the hereditary traits of peas.

Известен способ обработки гороха химическими мутагенами, при котором семена различных сортов гороха подвергают замачиванию в растворах химических мутагенов N-нитрозо-N-этилмочевины в концентрации 0,025% 5 ч, рН 4 или этилметансульфонатом 0,015% 12 ч, рН 6, а также этиленимином 0,02% 12 ч, рН 6. Недостатком указанного способа является высокая токсичность химических мутагенов, вследствие чего понижается всхожесть, выживаемость и фертильность растений в первом поколении (табл.1). A known method of treating peas with chemical mutagens, in which the seeds of various varieties of peas are soaked in solutions of chemical mutagens with N-nitroso-N-ethylurea at a concentration of 0.025% 5 hours, pH 4 or ethyl methanesulfonate 0.015% 12 hours, pH 6, and ethyleneimine 0, 02% 12 h, pH 6. The disadvantage of this method is the high toxicity of chemical mutagens, resulting in reduced germination, survival and fertility of plants in the first generation (table 1).

Известен способ обработки семян гороха гамма-лучами, при котором семена подвергают облучению гамма-лучами Со⁶⁰ в дозе 100 Гр.A known method of treating pea seeds with gamma rays, in which the seeds are irradiated with gamma rays With ⁶⁰ at a dose of 100 Gy.

Недостатком указанного способа является отдаленная гибель растений, т.е. гибели проростков в фазе 3-4 настоящих листьев или в более поздние сроки вегетации (даже в период цветения) и низкая частота встречаемости хозяйственно-ценных признаков растений (табл.2). The disadvantage of this method is the distant death of plants, i.e. the death of seedlings in the phase of 3-4 true leaves or at a later date of vegetation (even during the flowering period) and the low frequency of occurrence of economically valuable traits of plants (Table 2).

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки семян гороха ионизирующей радиацией, при которой семена гороха подвергают обработке гамма-лучами Со⁶⁰ в дозе 50 Гр (прототип). Недостатком этого способа также является высокая токсичность облучения, что ограничивает использование повышенных доз гамма-лучей и снижается потенциальная возможность мутагенеза, так как высокий процент гибели проростков в М₁, ведет к потере потенциальных мутаций. Недостатком указанного способа является также низкая фертильность растений в М₁, которая приводит к уменьшению численности растений второго мутантного поколения (М₂); вследствие чего снижается частота хозяйственно-ценных мутаций и их спектр (табл.3).The closest in technical essence is a method of treating pea seeds with ionizing radiation, in which pea seeds are treated with gamma rays Co ⁶⁰ at a dose of 50 Gy (prototype). The disadvantage of this method is the high toxicity of radiation, which limits the use of high doses of gamma rays and reduces the potential for mutagenesis, since a high percentage of death of seedlings in M ₁ leads to the loss of potential mutations. The disadvantage of this method is also the low fertility of plants in M ₁ , which leads to a decrease in the number of plants of the second mutant generation (M ₂ ); as a result, the frequency of economically valuable mutations and their spectrum are reduced (Table 3).

Целью предлагаемого способа является повышение выживаемости растений при обработке и увеличение выхода морфологических, физиологических и хозяйствен- но-ценных наследственных признаков растений гороха. The aim of the proposed method is to increase the survival of plants during processing and increase the yield of morphological, physiological and economically valuable hereditary traits of pea plants.

Поставленная цель достигается тем, что (в отличие от прототипа) в предлагаемом способе семена гороха подвергают воздействию лазерного облучения в ультрафиолетовой области с предварительной обработкой гамма-лучами Со⁶⁰.This goal is achieved in that (unlike the prototype) in the proposed method, pea seeds are exposed to laser radiation in the ultraviolet region with pre-treatment with gamma rays Co ⁶⁰ .

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипами, но и с другими техническими решениями в данной области сельского хозяйства позволило выявить техническое решение, содержащее признак, сходный с признаком, отличающим заявляемое решение от прототипа обработку семян гороха после облучения гамма-лучами ультрафиолетовым светом лазера, что способствует получению большего количества новых наследственных признаков растений гороха за счет большей выживаемости растений в М₁.Comparison of the claimed technical solution not only with prototypes, but also with other technical solutions in this field of agriculture revealed a technical solution containing a feature similar to the one that distinguishes the claimed solution from the prototype processing of pea seeds after irradiation with gamma rays by laser ultraviolet light, which contributes to obtaining more new hereditary traits of pea plants due to greater plant survival in M ₁ .

В предлагаемом способе лазерное излучение, имея строгую монохроматичность, поглощается определенными компонентами семенной оболочки эндосперма и зародыша после воздействия на них гамма-лучей. После поглощения кванта света наступают фотохимические этапы реакции, в ходе которых образуется новый фотопродукт, участвующий в дальнейших физико-химических превращениях в клетке. В частности, это конформационные перестройки ферментов, биологических мембран и других клеточных структур. Накопление и использование такой энергии клеткой обеспечивается в хлоропластах и митохондриях за счет фотосинтетического и окислительного формирования. In the proposed method, laser radiation, having strict monochromaticity, is absorbed by certain components of the seed coat of the endosperm and the germ after exposure to gamma rays. After absorption of a quantum of light, the photochemical stages of the reaction begin, during which a new photoproduct is formed, which takes part in further physicochemical transformations in the cell. In particular, these are conformational rearrangements of enzymes, biological membranes, and other cellular structures. The accumulation and use of such energy by the cell is provided in chloroplasts and mitochondria due to photosynthetic and oxidative formation.

П р и м е р. 500 семян двух различных по генотипу сортов неосыпающегося гороха Труженик и Усач интенсивный подвергнули обработке гамма-лучами Со⁶⁰ на установке РХМ-γ-М в дозе 50 Гр с последующим воздействием УФ лучей лазера ЛГИ-21 импульсного действия, газоразрядная трубка которого наполнена спектрально чистым азотом с небольшой добавкой аргона в течение 5.30 мин в двукратной повторности.PRI me R. 500 seeds of two varieties of non-shed pea varieties of genotype intensive and Worker and Usach were subjected to intense treatment with Co ⁶⁰ gamma rays at a 50 Gy RXM-γ-M unit, followed by exposure to pulsed laser radiation from an LGI-21 laser, the gas discharge tube of which is filled with spectrally pure nitrogen with a small addition of argon for 5.30 min in duplicate.

Облученные семена высевались на однорядковых делянках с площадью питания 10х30 см. В период вегетации проводили тщательные фенологические наблюдения по этапам органогенеза. Irradiated seeds were sown on single row plots with a feeding area of 10 x 30 cm. During the growing season, thorough phenological observations were carried out at the stages of organogenesis.

Так как мутации, в основном, рецессивные, в гетерозиготном состоянии (растения М₁) они не проявлялись. Однако, наблюдались единичные мутации в М₁, имеющие рецессивный и доминантный характер.Since the mutations are mainly recessive, they did not appear in the heterozygous state (M ₁ plants). However, single mutations in M ₁ were observed, having a recessive and dominant character.

Поэтому семена с каждого растения М₁ во втором поколении (М₂) высевались отдельными семьями. Также высевались и семена контрольных сортов. В одной семье было от 20 до 30 растений. Мутации выделяли путем тщательного просмотра растений всех семей в основные фазы роста и развития. В фазе полных всходов учитывали мутации с хлорофильными изменениями. Перед цветением и во время цветения выявляли морфологические мутации раннего зацветания и раннего созревания. Во время уборки учитывали мутации по продуктивности и отдельным элементам продуктивности, а также определяли выживаемость растений.Therefore, the seeds from each M ₁ plant in the second generation (M ₂ ) were sown by individual families. The seeds of the control varieties were also sown. In one family there were from 20 to 30 plants. Mutations were isolated by careful viewing of plants of all families in the main phases of growth and development. In the full germination phase, mutations with chlorophyll changes were taken into account. Before flowering and during flowering revealed morphological mutations of early flowering and early ripening. During harvesting, mutations were taken into account by productivity and individual elements of productivity, as well as plant survival was determined.

Частоту мутаций в М₂ определяли по проценту мутационных семей и растений с изменениями в них.The mutation frequency in M _{2 was} determined by the percentage of mutational families and plants with changes in them.

Мутанты М₂, показавшие лучшие результаты по хозяйственно-ценным признакам на уровне контрольного сорта в М₃, переводили в селекционный питомник первого года изучения для выделения в дальнейшем константных линий. В М₂ и М₃ проводили одновременно с биометрическими показателями биохимические исследования семян в растениях, выделенных по хозяйственно-ценным признакам на белок. Содержание белка в М₃ проводили модифицированным методом без размола семян на инфракрасном анализаторе "Инфрапид-61" с целью сохранения посевного материала лучших растений.M ₂ mutants, which showed the best results on economically valuable traits at the level of the control variety in M ₃ , were transferred to the breeding nursery of the first year of study to isolate constant lines in the future. In M ₂ and M ₃ , biochemical studies of seeds in plants isolated by protein of economic value were carried out simultaneously with biometric indicators. The protein content in M ₃ was carried out by a modified method without grinding the seeds on an Infrapid-61 infrared analyzer in order to preserve the seed of the best plants.

В М₁ наблюдалось стимулирующее действие лазерного облучения на выживаемость растений по сравнению с гамма-лучами семян и повышенная их резистентность (табл.4).In M ₁ , the stimulating effect of laser irradiation on the survival of plants compared to gamma rays of seeds and their increased resistance were observed (Table 4).

В М₂ изучено 965 семей и 18350 растений сорта Труженик и 782 семьи 17000 растений сорта Усач интенсивный. В М₂ выделились растения с измененными морфологическими признаками (многоплодных от 3 до 5 бобов на плодоносе, с детерминантным типом стебля, с утолщенным устойчивым к полеганию стеблем, с мощными усами), а также с признаками повышенной продуктивности и более коротким вегетационным периодом (на 6-12 дней). При анализе семян с таких растений выявлено повышенное содержание в них белка, которое составило от 27,3 до 31,0% (у стандарта 23,6.25,4%).In M _2, 965 families and 18350 plants of the Toiler worker cultivar and 782 families of 17000 plants of the Usach intensive cultivar were studied. In M ₂ , plants with altered morphological characters (multi-fruit from 3 to 5 beans on the fronds, with a determinant type of stem, with a thickened resistant to lodging stem, with a strong mustache), as well as with signs of increased productivity and a shorter growing season (by 6 -12 days). When analyzing seeds from such plants, an increased content of protein was found in them, which ranged from 27.3 to 31.0% (standard 23.6.25.4%).

Для пересева в М₃ отобрано по сорту Труженик 82 растения, из которых скороспелых 12, с высокой продуктивностью 61, относительно устойчивых к полеганию 8, а по сорту Усач интенсивный скороспелых 10, высокопродуктивных 18, с многоцветковыми соцветиями (многоплодных) 7, относительно устойчивых к полеганию 11. У сорта Труженик отобраны растения, сочетающие комплекс признаков: многоплодность (до 5 бобов на плодоносе), детерминированный тип роста стебля, засухоустойчивость и повышенную раннеспелость, у сорта Усач интенсивный выделены растения, сочетающие комплекс таких признаков: как многоплодность, раннеcпелость, засухоустойчивость и детерминированный тип роста стебля. Таких растений при обработке гамма-лучами и у стандарта не обнаружено. Семена с этих растений посеяны отдельно.82 plants were selected for reseeding in M ₃ , of which 12 were ripening plants, of which 12 were ripe, with 61 high productivity, relatively resistant to lodging 8, and 10 were mature, 10 were highly productive, 18 were highly mature, with multi-flowered inflorescences (multi-fruit) 7, relatively resistant to lodging 11. Plants combining a set of traits were selected from the Toiler worker cultivar: multiple fertility (up to 5 beans on a fructose), a determined type of stem growth, drought tolerance and increased early ripening, plants from the Usach cultivar were selected, I combine s complex traits such how multiple, rannecpelost, drought tolerance and deterministic type stem growth. Such plants were not detected by gamma rays and the standard. Seeds from these plants are sown separately.

В М₄ при анализе растений в полевых условиях колхоза "Прогресс" Луганской области подтвердились признаки, по которым в М₂ были отобраны растения.In M _4, when analyzing plants in the field of the Progress collective farm in the Luhansk region, the signs were confirmed by which plants were selected in M ₂ .

В табл.5 и 6 приведены результаты анализа отобранных в М₂ растений.Tables 5 and 6 show the results of the analysis _of plants selected in M ₂ .

В табл. 7 представлена характеристика хозяйственно-ценных мутантных линий, полученных от обработки семян гамма-лучами и УФ светом лазера, являющимися донорами для получения новых сортов гороха (по данным М₄). Они способны передавать мутантные признаки потомству при половом размножении.In the table. 7 shows the characteristic of economically valuable mutant lines obtained from seed treatment with gamma rays and UV laser light, which are donors for obtaining new varieties of peas (according to M ₄ ). They are able to transmit mutant traits to offspring during sexual reproduction.

Таким образом, к преимуществам предлагаемого способа получения хозяйственно-ценных мутаций гороха (по сравнению с прототипом) относится:
высокая повторяемость направленных изменений наследственности хозяйственно-ценных признаков;
стабильная высокая их наследственность, позволяющая получить новый исходный материал для расширения генофонда этой культуры и создать доноры для селекционно-генетических исследований;
уменьшение отдаленной гибели растений (выживаемости), что увеличивает возможность отбора микро- и макромутаций гороха.Thus, the advantages of the proposed method for producing economically valuable pea mutations (compared to the prototype) include:
high repeatability of directed changes in the heredity of economically valuable traits;
their high stable heredity, which allows to obtain new source material for expanding the gene pool of this culture and create donors for selection and genetic research;
reduction of long-term death of plants (survival), which increases the possibility of selection of micro- and macromutations of peas.

Claims

METHOD FOR CHANGING THE HEREDITARY CHARACTERISTICS OF PEA PLANTS, including exposure to seeds with ultraviolet laser radiation together with exposure to gamma radiation, characterized in that the seeds are exposed to gamma radiation with a dose of 50 Gy and with an exposure of laser radiation of 5 30 min.