doi: 10.15389/agrobiology.2024.1.92rus
УДК 633.111.1:575.224.46.044
Работа выполнена при поддержке проекта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № FEWZ-2021-0007 «Адаптивная способность сельскохозяйственных растений в экстремальных условиях Северного Зауралья».
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ Triticum aestivum L., ИНДУЦИРОВАННОЙ С ПОМОЩЬЮ ХИМИЧЕСКОГО МУТАГЕНА ФОСФЕМИДА
Н.А. БОМЕ1✉, С. САЛЕХ1, М.У. УТЕБАЕВ2, К.П. КОРОЛЕВ1,
Л.И. ВАЙСФЕЛЬД3
Климатические изменения и растущий спрос на продукты питания делают необходимым поиск эффективных методов улучшения сельскохозяйственных растений. Из имеющихся селекционно-генетических инструментов, позволяющих создавать исходный материал с хозяйственно ценными признаками, перспективно применение индуцированного (искусственного) мутагенеза. В настоящей работе впервые установлен биологический потенциал химического мутагена фосфемида на яровой мягкой пшенице. Выявлено, что обработка семян водным раствором мутагена в оптимальных концентрациях эффективна для увеличения генетической изменчивости и отбора селекционно ценных форм. Нашей целью было увеличение генетического разнообразия яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) с использованием химического мутагена фосфемида, а также определение биологического потенциала мутантных образцов (М5, М6) по изменчивости различных категорий признаков в условиях Северного Зауралья. В качестве объектов исследования использовали 29 образцов яровой мягкой пшеницы, отобранных из мутантных популяций двух сортов Cara и Скэнт 3, гибрида (Cara × Скэнт 3), а также три контрольных сорта — Тюменская 25, Тюменская 29, Новосибирская 31. Мутантные образцы были получены с помощью химического мутагена фосфемида после обработки семян водным раствором в концентрациях 0,002 и 0,01 % в течение 3 ч. Идентификацию мутаций и проверку их стабильности провели во втором (М2) и третьем (М3) поколениях. В статье приведены результаты исследования мутантов пятого (М5) и шестого (М6) поколений в контрастных метеорологических условиях вегетационных периодов 2021-2022 годов. Посев, наблюдения, учеты, описание морфологических признаков и биологических свойств растений проводили на экспериментальном участке биостанции Тюменского государственного университета «Озеро Кучак» (Тюменская обл., Нижнетавдинский р-н). Электрофорез глиадинов был выполнен на зерновках урожая 2021 года (М5). На основе электрофоретического анализа зерна исходных и мутантных образцов составлены генетические формулы глиадина, определена частота аллелей глиадинкодирующих локусов (Gli) и показано, что применение химического мутагена фосфемида позволяет увеличить генетическое разнообразие яровой мягкой пшеницы. В полевых испытаниях выявлены значительные различия между генотипами по ряду количественных признаков (высота растений, линейные размеры и площадь флагового листа, число продуктивных колосьев на 1 м2, длина колоса, число и масса зерен в колосе). Основываясь на результатах корреляционного анализа, установлено, что сила связи между урожайностью и другими признаками зависит от метеорологических условий сезона вегетации. Под воздействием водного и теплового стресса увеличивалась зависимость зерновой продуктивности от числа растений (r = 0,71, p < 0,05) и продуктивных стеблей (r = 0,71, p < 0,05) на 1 м2, сохранившихся к уборке, высоты растений (r = 0,82, p < 0,05), содержания хлорофилла в клетках флаговых листьев (r = 0,28, p > 0,05), числа зерен в колосе (r = 0,73, p < 0,05). По комплексу селекционно ценных признаков отобраны пять мутантных образцов яровой мягкой пшеницы, характеризующихся относительно высоким биологическим потенциалом при сравнении с другими образцами и стандартными сортами. Следует отметить, что эти мутантыимели одинаковый аллельный состав глиадинов. Урожайность была выше в 2022 году и составила у лучших мутантов 396,1-518,2 г/м2, у стандартных сортов 355,0-424,5 г/м2. Таким образом, потенциал адаптации яровой мягкой пшеницы в экстремальных условиях Северного Зауралья может быть увеличен за счет использования генетической изменчивости мутантных популяций. Доказан биологический эффект химического мутагена фосфемида для индуцирования полезных мутаций T. aestivum. Для увеличения генетического разнообразия эффективно комплексное использование мутационной и рекомбинационной изменчивости.
Ключевые слова: Triticum aestivum, яровая мягкая пшеница, генотип, мутантные формы, глиадинкодирующие локусы, стресс, устойчивость, количественные признаки, корреляция.
ANALYSIS OF THE Triticum aestivum L. GENETIC DIVERSITY INDUCED BY THE CHEMICAL MUTAGEN PHOSPHEMIDE
N.A. Bome1✉, S. Salekh1, M.U. Utebayev2, K.P. Korolev1, L.I. Weisfeld3
Currently, climate change and growing demand for food necessitate effective methods for crop improvement. Induced mutagenesis is a promising tool to create breeding material. This work, for the first time, established the potential of the chemical mutagen phosphemide on spring soft wheat. Particularly, it was revealed that seed treatment with an aqueous solution of the mutagen in optimal concentrations effectively increases genetic variability to select economically valuable forms. Our goal was to increase the genetic diversity of spring bread wheat (Triticum aestivum L.) using the chemical mutagen phosphemide and to determine the biological potential of mutants (M5, M6) based on the variability of morphological and productive traits under the conditions of the Northern Trans-Urals. A total of 29 spring soft wheat samples selected from mutant populations of two cultivars, Caraand Skant 3, from a hybrid (Cara × Skant 3), as well as three control cultivars, the Tyumenskaya 25, Tyumenskaya 29, Novosibirskaya 31 were involved in the study. Mutant samples were generated using the chemical mutagen phosphemide. The seeds were treated with a 0.002 and 0.01 % phosphemide aqueous solution for 3 hours. Identification of mutations and testing their stability were carried out in the second (M2) and third (M3) generations. Here, we submit data for M5 and M6 mutants grown under contrasting meteorological conditions in 2021-2022. Sowing, observations, records, description of morphological characteristics and biological properties of plants were carried out at the experimental site of the biological station of the Tyumen State University “Lake Kuchak” (Nizhnetavdinsky District of Tyumen Province). Electrophoretic analysis of gliadins was carried out in caryopsis of the 2021 harvest (M5). Based on grain electrophoretic analysis of the original and mutant plants, genetic formulas of gliadin were compiled, and the frequency of gliadin coding loci alleles (Gli) was determined. In field tests, significant differences occurred between genotypes in quantitative traits, e.g., plant height, linear dimensions and area of the flag leaf, number of productive stem per 1 m2, ear length, grain number and weight per ear. Correlation analysis revealed that the strength of the relationship between yield and other traits depends on the meteorological conditions of the growing season. The dependence of grain yield on the number of plants (r = 0.71, p < 0.05) and productive stems (r = 0.71, p < 0.05) per 1 m2, on plant height (r = 0.82, p < 0.05), chlorophyll content in flag leaf cells (r = 0.28, p > 0.05), and the number of grains per ear (r = 0.73, p < 0.05) was stronger under water and heat stress. Five mutants of spring soft wheat with a relatively high biological potential compared to other samples and standard cultivars were selected for a set of valuable traits. These mutants had the same allelic composition for gliadins. The yield was higher in 2022 and amounted to 396.1-518.2 g/m2 for the best mutants, and 355.0-424.5 g/m2 for the standard cultivars. Thus, the adaptation potential of spring soft wheat in the Northern Trans-Urals extreme conditions can be increased due to genetic variability of mutant populations. The biological effect of the chemical mutagen phosphemide has been proven to induce beneficial mutations in T. aestivum. Therefore, combination of mutational and recombination variability is effective in increasing genetic diversity.
Keywords: spring soft wheat, genotype, mutant forms, gliadin-coding loci, stress, resistance, quantitative characters, correlation.
1ФГАОУ ВО Тюменский государственный университет, |
Поступила в редакцию |
