Введение к работе
Актуальность птоблемы. Вопросам интенсификации селекционного процесса отводится ванная роль в общей проблеме повышения урожайности сельскохозяйственных культур. В связи с этим сильно возрастает значимость разработки теоретических основ радиационного мутагенеза - перспективного метода создания новых, более урожайных сортов.
Не менее вааным является и экологический аспект этого направления исследований. В последние десятилетия отмечается глобальное повышение естественного фона ионизирунщих излучений (Алексахин, Тихомиров, 1985). Параллельно с этим природа испытывает колоссальный химический пресс: в окружающей среде накопилось сейчас около 50 000 видов различных, несвойственных природе химических соединений (Яблоков, 1988). Очень острым становится вопрос о возможности сохранения в таких условиях генофонда всех представителей биосферы. Так проблемы экспериментального мутагенеза переплетаются с общим комплексом проблем охраны окружающей среды. Поэтому изучение основных закономерностей действия ионизирующих излучений на растительные организмы является актуальной задачей современной радиобиологии и радиационной генетики.
Уда на первых этапах исследования было установлено, что одна и та же доза в "эвисимости от конкретной обстановки мояет оказы -вать больший или меньший мутагенный эффект. Поскольку мутация возникает и развивается в недрах особи Mj-, было сделано допущение, что различные факторы внешней среды, влияя на развитие опытных растений, меняют характер нутационного процесса (Янушкевич, 1962; Батыгин, 1963; Орав, 1963, IS65). Так возник вопрос о соотнесенности радиочувствительности и мутабильности растительного организма, который до сих пор находится в центре внимания радиобиологов.
Радиочувствительность растений определяется эффективностью пострадиационного восстановления, механизмы которого интенсивно изучаются с тех пор, как были получены первые факты обратимости первичных повреждений (Корогодин, 1958, 1966; Лучник, 1959, 1968; Жестяников, 1968; Гродзинский, 1966, 1972; Гродзинский, Гудков, 1973; Гудков, 1985). Вместе с тем, роль восстановительных систем в формировании мутаций у высших растений до недавнего времени оставалась белым пятном радиационной генетики. Это "Зъяснявтся тем, что с самого начала стало традиционным раздельное изучение радио-
биологических эффектов в первом поколении (проблема радиостимуляции) и мутационных эффектов в М2 (проблема индуцированного мутагенеза). При этом, если исследовались стнмулышонные эффекты, то не проводился генетический анализ второго поколения; если ке анализировались мутационные эффекты во втором поколении, то, как правило, уделялось недостаточно внимания состоянию опытных растений в Mj, что сильно снижало информативность эксперимента. В связи с этим цель исследования можно сфорлулировать следующим образом.
Цель работы. Выявить возможную зависимость шиду радиочувствительностью и мутабильностью ячменя, а также р-ль пострадиационного восстановления в индуцированном мутагенезе путем сопряженного изучения характера радиобиологической реакции растеши первого поколения иыутационных эффектов в М2 и последующих поколениях.
В ходе экспериментов решались следугацие задачи:
-
Установить сопряженность меяду радиочувствительностью и мутабильностью ячменя при гамма-облучении семян в зависимости от дозы, качества посевного материала, пострадиационных условий культивирования опытных растений.
-
Дать количественную характеристику состояния облученных растений, в потомстве которых выявляется максимум жизнеспособных мутаций с хозяйственно-полезными'признаками.
-
Выявить особенности радиобиологической реакции и характера мутационной изменчивости при гамма-облучении вегетирущих растений.
-
Изучить динамику радиобиологической реакции облученной популяции ячменя по изменению количественных признаков в последова -тельных семенных поколениях.
-
Используя выявленные закономерности меяду мЬднфякационными и мутационными эффектами, разработать принципы регулирования радиационного мутагенеза.
Научно-практическая новизна работы. Впервые проведен комплексный сопряженный анализ радиочувствительности и мутабильности растений с привлечением ионизирующих излучений в широком диапазоне доз и ыодифицирувдих факторов, меняющих состояние Mj.
Установлена двойственная роль восстановительных систем в индуцированном мутагенезе. С ОДНОЙ СТОрОНЫ, В ОблучеННЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ ОС'
яовная масса мутационных изменений подвергается интенсивному стабилизирующему отбору в ближайших от воздействия поколениях, что обус ловливает относительно низкую эффективность метода радиационного мутагенеза. С другой стороны, восстановительные системы участвуют в формировании мутаций: максимум жизнеспособных мутантних форм выяв-
яется в потомстве растений, продуктивность которых составляет 10-210 % от средней своего варианта. Способ отбора мутантных рас-ений по массе зерна в Щ защищен авторским свидетельством і 1205838. Предложены режимы обработки растительного организма му-агенаїш, снижающие их повреждающее действие и повышающие частоту оявления мутантных.форм, лрздстаиляюиих интерэо для дальнейшей елекционной работы.
Показано, что изгленение интенсивности радиационного мутагене-а при облучении вегетируэдих растений описывается пульсирующей ривой, при этом жизнеспособные формы чаще всего выявляются в слу-зз ослабления повреждающего действия мутагена в Mj.
Обоснована возможность использования ионизирующих излучений і семеноводческих хозяйствах Северо-Западной зоны. среднеугнетаю-[из дозы порядкп 100 1р рекомендовано применять в звеньях первич-юго семеноводства для проведения радиационного отбора при выращи-іании элитных семян ячменя.
Основные положения, выносимые на защиту;
1. Процессы постмутагенного.восстановления играют двойственную
юль в индуцированном мутагенезе. С одной стороны, после облучения
фоисходит быстрая стабилизация сортовых популяций: основная масса
шдимых мутаций элиминируется в первом поколении; диапазон измвне-
шя и варьирования количественных признаков, достигающий максимума,
сак правило, в Ц, снижается до уровня контроля в третьем-четвэртом
школеннях.
С другой стороны, в потомстве особей, активизирующих процессы сизнедеятельности под влиянием облучения или модификатора, увзличи-шется выход фертильних мутантных форм с хозяйственно-полезннма признаками.
-
Между состояниеи растений в Mj и видимой изменчивостью В \&2 ущзствует немонотонная зависимость о двумя иіакспмумами: с наиболь-юй частотой мутации выявляются в потомстве особей, продуктивность соторых оказывается ниже или ваш средней популяционной, причем в юследнем случае возрастает выход жизнеспособных мутантов с нор -ильной фзртильностью.
-
При облучении растений в разные моменты онтогенеза изменчи-50сть имеет пульсирующий характер, не зависит от специфики этапа >рганогенеза и определяется интенсивность» пострадиационного вое -:тановления.
-
факты быстрой стабилизации облученных популяций и наличие іависимости между модификационными и мутационными эффектами, с од-
ной стороні;, открывают принципиальную возможность использования ионизирующих излучений в звеньях первичного семеноводства при выращивании элитных семян.ячменя. С другой стороны, ПОЗВОЛЯЕТ повысить эффективность метода радиационного мутагенеза путем применения раз личных модификаторов, повышающих аизяеслособность мутантояосителя.
Практическая ценность работы. Предложена методика содряяенной оценки влияния ионизирующих излучений и модифицирущих факторов на характер развития опытных растений в первом поколении и уровень из менчивости в их потомства, что позволяет с известной степенью точности прогнозировать вероятность появления му. лнтного .фенотипа.
Разработаны рзаиш обработки растительного организма мутагена 135 и метод отбора мутантних растений по продуктивности в Mj, увели чивавщие выход наследственно измененных форм с хозяйстеєкно-полєз-ныш признакам. Они применяются в Северо-Западном НПО по селекции и растениеводству "Белогорка" с целью создания исходного материала для получения перспективных сортов ячменя. Выделенные в процессе исследовательской работы мутаятные формы, отличающиеся повышенным содержанием лизина в белке, более скороспелые и не уступающие по продуктивности стандарту, переданы во Всесоюзный научно-исследовательский институт растениеводства, где они зарегистрированы в ката лог предвзрзтельной регистрации, а такие в селекдентр СЗ НПО."Бело горка", где с их участием получен перспективный гибридный материал
Метод радиационного отбора апробирован в Отделе семеноводства СЗ ЩО "Белогорка" в IS84-I98S годах и применяется как менее трудо емкий и более экономичный по сравнению с традиционным индивидуаль-но-семейкым отбором в звеньях первичного семеноводства при выращивании элитных семян ячменя Белогорокий.
Апробация работы. Материалы диссертации были долокены на Первом Всесоюзном симпозиуме по радиобиологии растительного организма (Киев, 1970); на симпозиуме по облучерю вегетвруюиих растений (Ле^ нинград, 1972); не Ш симпозиуме пр радиационной генетике Шрзялнка 1972); на конференциях до чувствительности организмов к мутагенным факторам (Вильнюс, 1973, 1976, 1977, Ї982); на симпозиуме по сельскохозяйственной радиобиологии (Кишинев, 1976); на мегвузовском учебно-методическом и нзучно-ивтрдическом и научно-методическом со. вещании (Ленинград, 1276); на П Координационном совещании ііо про -йлемя "системы надежности клеток" (Киев, 1977); на Всесоюзном симпозиуме по использовании биофизических методов в генетико-селекци-онном экспзриыектй (Кишинев, 1977); на Ш, ІУ и У сгездах ВСТИС им.Н.й.ВаЕилова Ценияград, 1977; Кивкнев, ХЭ82; Москва, 1987); на
:"4.'."'"
онференцаи "Действие физических факторов на живой организм" (Одес-а, I97S); на 14 МГК (Москва, 1978); на Всесоюзном созащаняя по хи-ическому мутагенезу в ИХФ АН СССР (Москва, 1978, IS83); на Везсоздам симпозиуме по радиочувствительности и процессам восстановле-ия у животных и растений (Ташкент, 1979); на совещании "Использо-ание ионизирувдих излучений в управлении яизнедеятельностыо сель-кохозяйственных растений" (Москва, 1980); на симпозиуме "Проблемы яецифичности и контролирования мутагенеза" (Москва-ІІіебанцзво, :980); на I и П Всесоюзных конференциях по прикладной радиобиологии Кишинев, 1981; Чернигов, 1985); на научно-координационном совзща-ііи "Радиационный мутагенез вегетативно размножаемых растений" (Ма-[уринскі 1982); на семинаре "Надежность биологических систем" (Чер-шгов, 1982); на рабочем совещании по вопросам радиационной генети-з (Путино, 1983); на симпозиуме "Модификация лучевого поражения >астений" (Чернигов, 1983); на научно-координационном совещании 'Физические факторы мутагенеза в селекции растений на продуктів -юсть" (Москва-Шебаїшево, 1983); на объединенном заседании Коорди-іационного Совета и Секции семеноводства, семеноведения и контроль-га-семенного анализа ВАСХЯИЛ (Белым, 1983); на I Всесоюзном коордн-гационяом совещании "Радиационная генетика - селекции" (Москва, [986); на I Всесоюзном совещании по применению физического и хями-шского мутагенеза в сельском хозяйстве (Кишгаев, 1987), на I Все-:оюзном съезде радиобиологов (Москва, 1989).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 65 печатных забот*
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, заздела "Магэраал . методика"; пяти глав, одна лз которых содержит збзор литературы, а четыре - экспериментальную часть и обсуждение; збщего обсуждения, заключения, основных выводов, списка цитирований литературы (558 наименований) и приложения. Диссертация изложа-ш на 390 страницах машинописного текста, включает 55 таблиц и 50 рисунков.
