Peculiarities of negative consequences of mutagenic action

Cover Page

Abstract


Background. Estimation of correlation between genotype-mutagen interaction and mutagen depression is a main topic of this paper. Materials and methods. Eight winter wheat varieties were treated by gamma-rays and chemical mutagens. The frequency and spectrum of chromosomal aberrations, parameters of field growing and development were investigated. Results. Frequency of chromosomal aberrations, plant survival and some parameters of yield structure are reliable indicators of mutagen depression. Repeat action of same mutagen lead to decreasing of chromosomal aberrations number. Conclusion. Mutation varieties are less sensitive to some types of mutagen action.

ВВЕДЕНИЕ Понижение всхожести и выживания, формирование низкого урожая из-за токсичности мутагенов приводит к ограничениям в использовании отдельных массивов земельных угодий, к существенным ограничениям в использовании доступного спектра мутагенных факторов и их доз (Al-Saeal, 1992). Частично данная проблема может быть снята правильным подбором сорта либо использованием факторов, снижающих депрессию без снижения выхода мутаций (Демьяненко, 2005). Существует частичная аналогия при использовании однократно больших доз мутагенов и хроническом воздействии малых доз (Егоров, 2003). Целью было установить зависимость уровня мутагенной депрессии на клеточном и организменном уровне от природы, дозы или концентрации мутагенного фактора и особенностей генотипа исходного материала. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Для обработки мутагенами использовали сухие семена следующих сортов пшеницы мягкой озимой (далее в скобках метод - получения сорта): Фаворитка, Ласуня, Хуртовына (гамма-лучи), линия 418, Колос Мироновщины (гибридизация), Сонечко (химический мутагенез, НДММ, 0,005 %) и Калинова (химический мутагенез, ДАБ 0,1 %), Волошкова (термомутагенез). Использовались дозы гамма-лучей 100, 150, 200, 250 Гр, водные растворы НЭМ (нитрозоэтилмочевины) 0,01 и 0,025 %, НММ (нитрозометилмочевины) 0,0125 и 0,025 %, ДАБ (1,4-бисдиазоацетилбутан) - 0,1 и 0,2 % и ДМС (диметилсульфат) - 0,0125, 0,025 и 0,05 %. Экспозиция химических мутагенов составила 18 часов. Цитологический анализ проводили стандартным методом на временных давленых препаратах, окрашенных ацетокармином (Паушева, 1988). Проводили учёт всхожести и выживания на делянках М1 (делянки 10-рядковые, длина 1,5 м, норма высева 1000 семян), анализ фертильности пыльцы, структуры урожайности. Опыты проводили в 2010-2014 г. РЕЗУЛЬТАТЫ Частота хромосомных аберраций под действием мутагенов варьировала от 3,3 (сорт Калинова, ДАБ 0,1 %) до 47,5 % (Волошкова, гамма-лучи, 200 Гр). Ряд мутагенов по возрастанию частоты хромосомных аберраций был следующим: ДАБ → НЭМ → НММ → ДМС → гамма-лучи; частота хромосомных аберраций с увеличением дозы мутагена возрастает линейно, однако в случае с гамма-лучами при увеличении дозы с 200 до 250 Гр частота аберраций снижалась. Частота перестроек существенно снижается при использовании того же мутагена, с помощью которого был создан исходный сорт (например, при использовании нитрозоалкилмочевин у сорта, созданного с их помощью, гамма-лучей - у сортов, исходный материал которых был обработан радиацией при получении сорта, и т. д.). Мы выделяли следующие типы перестроек: мосты (хроматидные и хромосомные), фрагменты (одинарные и двойные), микроядра, отстающие хромосомы. Изменения в соотношении типов аберраций происходит при смене мутагена, при этом в случае химических мутагенов преобладают фрагменты, радиация вызывала перестройки по типу «мост». При изучении показателей роста и развития растений выявлено, что всхожесть и выживание существенно снижаются в первом поколении после действия мутагенов, однако НЭМ в концентрации 0,01 % в отдельных случаях оказывала стимулирующий эффект. Наиболее угнетающее действие на эти показатели оказали гамма-лучи и ДМС. Обнаружена полная линейная зависимость между увеличением дозы и снижении фертильности пыльцы на уровне -0,9. Специфика генотипа проявляется в большем снижении фертильности у сорта Сонечко при действии нитрозоалкилмочевин, нежели при действии других мутагенов. Исследование параметров структуры урожайности показало, что высота растений, масса зерна с колоса и масса тысячи зёрен наиболее достоверно отображают изменение величины мутагенного фактора. Специфика генотипа наблюдается в стимуляции либо отсутствии депрессии при концентрации НЭМ 0,01 %. Факторный анализ показал, что на проявление депрессии наибольшее влияние оказал генотип сорта, потом доза или концентрация мутагена, потом природа мутагена. Наиболее высокая депрессия проявлялась при действии гамма-лучей и ДМС. ОБСУЖДЕНИЕ Сорта, созданные при воздействии какого-то определённого мутагена, в целом демонстрируют меньшую чувствительность к повторному действию того же мутагена как на клеточном, так и на организменном уровне. По частоте хромосомных аберраций можно достоверно судить об уровне вредоносности данного мутагена, но влияние генотипа может существенно скорректировать результат.

Nikolay Nikolayevich Nazarenko

Dnepropetrovsk State agrarian-economic university

Email: nik_nazarenko@ukr.net
PhD at biol. sciences, Department of breeding and seedfarming

  • Дем’яненко В. В., Логвиненко В. Ф., Семерунь Т. Б. (2005) Вивчення цитогенетичної активності мутагенних чинників на прикладі озимої пшениці. Физиология и биохимия культурных растений. Т. 37 (4): С. 313- 318.
  • Егоров Е. В. (2003) Аналогия биологического действия сверхмалых химических и физических доз. Радиационная биология. Радиоэкология. Т. 43 (3): С. 261-264.
  • Паушева З. П. (1988) Практикум по цитологии растений. М.: Агропромиздат.
  • Al-Saeal Y.A. (1992) Indused mutation of Saudi Arabian local variety of bred wheat 1. Yield and yield components. Y. A. Al-Saeal / Cer. Res. Com. V. 55: P. 20-24.

Views

Abstract - 342

PDF (Russian) - 212

PlumX


Copyright (c) 2015 Nazarenko N.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.