75833

Вивчення генетичної ефективності лазерного випромінювання як нового фізичного фактора

Реферат

Физика

До числа таких факторів відноситься лазерне випромінювання. Робота з рослинами передбачає не тільки отримання відповіді на питання про генетичне дії лазерного випромінювання а й у разі наявності генетичних ефектів використання його в якості мутагенного фактора в селекції.

Украинкский

2015-01-26

79.27 KB

1 чел.

Вступ

   Один з головних джерел успішного вирішення продовольчої програми СРСР - значне збільшення виробництва зерна. Підвищення продуктивності зернових культур нерозривно пов'язане з успіхами селекційної роботи. Все більшого значення набуває селекція сортів, які поєднують високу зернову продуктивність з гарною якістю продукції. Вони повинні стабільно зберігати свої позитивні властивості в будь-яких умовах вирощування.

   У цьому зв'язку проблема створення цінного вихідного матеріалу для селекції нових сортів є досить гострою. Наявний у розпорядженні селекціонерів генофонд тієї чи іншої культури повністю не може забезпечити вирішення поставлених завдань, так як інтенсивна селекційна практика в значній мірі вичерпала потенційні можливості більшості сільськогосподарських культур. У сформованій ситуації виникла необхідність розробити нові методи зміни спадковості, які давали б можливість у великому масштабі індукувати мутаційну або рекомбінативну мінливість.

    У цьому відношенні експериментальний мутагенез (радіаційний і хімічний) завоював міцні позиції в сучасній генетиці рослин.

До теперішнього часу в арсеналі експериментальної генетики є достатньо мутагенів фізичної та хімічної природи. Іонізуюча радіація і супер-мутагени, на жаль, роблять відносно «грубу» дію на генетичні структури клітини і фізіолого-біохімічні процеси. Це, як правило, призводить до формування мутантів із зниженою життєздатністю, що негативно позначається на використанні їх у селекційному процесі.

     Подальше підвищення ефективності цього напрямку пов'язане з розробкою оптимальних умов впливу мутагенами, а також з пошуком ще більш дієвих засобів, що забезпечують індукцію спадкової  мінливості рослин.

    Науково-технічний прогрес сприяє появі таких засобів. Своєчасне вивчення генетичної ефективності факторів навколишнього середовища - вельми актуальна проблема сучасної науки. До числа таких факторів відноситься лазерне випромінювання. З кожним роком  розширюються масштаби застосування лазерів в різних галузях науки і виробництва. Людина в силу своїх професійних обов'язків все частіше і частіше піддається впливу цього нового виду випромінювань. Тому оцінка генетичних наслідків подібних контактів вже сама по собі є важливою науково-технічною проблемою сучасності. Вирішення її здійснюється силами вчених різних наукових напрямків, в тому числі і генетиками. Робота з рослинами передбачає не тільки отримання відповіді на питання про генетичне дії лазерного випромінювання, а й у разі наявності генетичних ефектів використання його в якості мутагенного фактора в селекції.

    Експериментальні дані показали, що лазерне випромінювання має мутагенну дію при опроміненні генеративних органів і сухого насіння рослин.  Це зумовило формування нового напрямку в експериментальному мутагенезі. Однак, незважаючи на позитивні результати, воно розвивається поки повільно, в зв'язку з тим що механізми дії лазерного випромінювання на біологічні об'єкти досі неясні.

    Як буде показано нижче, лазерне випромінювання характеризується комплексом параметрів, і тільки при оптимальному їх поєднанні спостерігаються цитогенетичні та генетичні ефекти.

    Генетичні дослідження в даній роботі були проведені із застосуванням не тільки серійних, а й спеціально створених для біологічних експериментів лазерних установок. Зокрема, застосовувалися лазери на барвниках з регульованою довжиною хвилі й інші системи, пристрій і особливості роботи яких наведені в цьому рефераті.

Генетична дія електромагнітного випромінювання оптичного діапазону

    Світло відноситься до основних зовнішніх факторів, що визначають процеси життєдіяльності. Найважливіші є фізіологічні з  боку біологічної дії світла (фотосинтез, зір та ін.) Вивчаються вже давно. Проблема ж генетичної та еволюційної значимості світла поставлена порівняно недавно. Перші докази мутагенної ефективності ультрафіолетового випромінювання з'явилися в 30-40-і роки . Численні експериментальні дані свідчать про індукуванні ультрафіолетовим випромінюванням мутацій у вірусів, мікроорганізмів, одноклітинних рослин і тварин, а також клітин у культурі тканин вищих рослин і тварин .

     Поряд з мутаціями УФ випромінювання викликає різного роду хромосомні аберації (розриви, делеции і транслокації хромосом). Описано три типи спектрів дії фотомутагенезу:

1) чисто нуклеїнових (ДНК) з максимумом при 260-265 нм;

2) чисто білковий з максимумом при 280 нм;

3) змішаний з нуклеїновими і білковими компонентами.

     Найчастіше зустрічаються спектри дії першого і третього типів. Для деяких біологічних тест-об'єктів відзначена лінійна залежність між частотою мутацій і дозою опромінення, для інших - зкспоненціальністю. Як правило, ефективність УФ випромінювання нелінійно залежить від його дози: вона знижується при занадто малих або великих дозах. У багатьох мікроорганізмів залежність ставлення числа мутацій до числа клітин які вижили описується кривою наступного типу: зріст - плато (максимум) -падіння. Подібні криві отримані також при опроміненні бактеріофагів, клітин комах і вищих рослин.              Іноді, однак, падіння кривої не спостерігається навіть при дуже великих дозах (100-500 Дж / мА) опромінення. Мабуть, слід вважати найбільш обґрунтованим пояснення максимуму взаємодією мутантного ядра з дефектною цитоплазмою (Конєв, Болотовского, 1979).

    При мутагенну ефекті, як і при летальному, температура опромінення практично несуттєва, а пострадіаційна важлива. Ефективність мутагенної  дії ультрафіолету мало залежить від концентрації кисню в середовищі.

    Судячи з спектрами дії, первинні фотофізичні і фотохімічні процеси локалізовані головним чином в самій ДНК, хоча на підставі непрямих даних висловлюється припущення про можливість непрямого мутагенезу через фотоутворення у клітці хімічних мутагенів, модифікують геном.

Так, УФ опромінення субстратів, що використовуються для вирощування бактерій, призводить до підвищення частоти мутацій в бактеріальних культурах. Проте вихід мутантних клітин при цьому завжди нижче, ніж при прямому опроміненні бактерій (Smith, Hanawalt, 1969; Graves, 1980).

Значний внесок у мутагенез вносить основне ушкодження ДНК - утворення піримідинових і насамперед тимінових димарів. До мутацій можуть призводити та інші фотохімічні пошкодження ДНК, такі, як гідратація цитозину з наступною заміною його через стадію оксіметілурацілу в ході реплікації на тимін, зшивання ДНК-білок, що є серйозною перешкодою -для ферментативної реплікації ДНК; фототаумерізація підстав, що приводить до заміни параденін - тимін на гуанін - цитозин і т. д.

    В даний час популярна точка зору, що мутабільність клітини визначається не тільки кількістю або природою фотопошкоджень, але й параметрами репаруючих пошкодження систем і в першу чергу системи SOS-репарації.

    Для розуміння механізму фотомутагенезу, а також для оцінки викладаються далі дані про генетичну дії лазерного випромінювання видимої області спектра, великий інтерес представляють експерименти з вивчення ефективності короткохвильового оптичного випромінювання різних довжин хвиль. Встановлено, що для більшості досліджуваних біооб'єктів найбільшою мутагенною ефективністю володіє випромінювання з  ≥260 нм, а в міру збільшення довжини хвилі вона значно зменшується. Так, при порівняльному вивченні дії різних довжин хвиль монохроматичного УФ випромінювання в діапазоні 260-313 нм на виживаність диплоїдних фібробластів людини, виходячи з критерію ЛД = 37%, було показано, зокрема, що для 265 нм ефективна доза 30 Дж / , а для 313 нм -1,5-105 Дж /  тобто випромінювання цієї довжини хвилі було в 5000 разів менш дієвим, ніж випромінювання з ≥265 нм.

    Аналогічні дані були отримані при порівняльному вивченні ефективності освіти пірамидінових димарів в клітинах китайського хом'ячка під дією УФ випромінювання різних довжин хвиль, де випромінювання з Х = 313 нм за частотою освіти димарів в 5000 разів було менш ефективно, ніж з ≥260 нм.                     Проводилось також порівняльне вивчення мутагенного дії монохроматичного УФ випромінювання  різних довжин хвиль в області 250-405 нм. Найбільш ефективне випромінювання з довжиною хвилі 254 нм, а X- = 405 нм біологічною активністю не володіє . Оптичне випромінювання в спектральної області 300-400 нм називають ультрафіолетовим випромінюванням екологічного діапазону, так як воно є основною частиною короткохвильового діапазону сонячного спектра. Останнім часом посилилася увага до випромінювання генетичних ефектів випромінювання в цій області спектра. Показано цитогенетичну дію монохроматичного випромінювання в ближній УФ області спектру при хронічному опроміненні клітин ссавців в культурі. При експозиції 24 год і щільності потужності

0,2 Вт /спостерігалося невелике збільшення хромосомних перебудов з 0,05 до 0,18% при довжині хвилі 400 нм і відсутність ефекту при дії більш длінно¬волнового випромінювання .

    Великий інтерес представляють експерименти з вивчення ефективності короткохвильового оптичного випромінювання різних довжин хвиль. Встановлено, що для більшості досліджуваних біооб'єктів найбільшою мутагенної ефективністю володіє випромінювання з ≥ 260 нм, а в міру збільшення довжини хвилі вона значно зменшується. Так, при порівняльному вивченні дії різних довжин хвиль (виділяються за допомогою монохроматора з випромінювання газорозрядних ламп) монохроматичного УФ випромінювання в діапазоні 260-313 нм на виживаність диплоїдних фібробластів людини, виходячи з критерію ЛД = 37%, було показано, зокрема, що для 265 нм ефективна доза 30 Дж / , а для 313 нм

-1,5-105 Дж / , тобто випромінювання цієї довжини хвилі було в 5000 разів менш дієвим, ніж випромінювання з ≥  265 нм . Аналогічні дані були отримані при порівняльному  вивченні ефективності освіти піримідинових димерів в клітинах китайського хом'ячка під дією УФ випромінювання різних довжин хвиль, де випромінювання з Х = 313 нм за частотою освіти димарів в 5000 разів було менш ефективно, ніж з ≥ 260 нм.

    При надійному оптичному екранування статевих клітин вищих рослин і тварин прямий фотомутагенез практично неможливий. Наприклад, при УФ опроміненні дорослих дрозофіл навіть при фокусуванні випромінювання на область розташування статевих органів лише 0,1% квантів біологічно активного випромінювання досягають зародкових клітин. Однак не виключаються й непрямі мутації, викликані фотохімічними продуктами, які переносяться між клітинами організму (хімічний мутагенез). Зазвичай для отримання генетичних змін у вищих організмів доводиться опромінювати їх ізольовані статеві клітини (пилок, сперму і т. Д.).

    Дані, отримані в дослідах з кукурудзою, показують, що мутації, викликані УФ світлом, близькі до спонтанно виникають і відрізняються від викликаються іонізуючою радіацією по спектру, по наявності післядії для УФ світла і відсутності кисневого ефекту, характерного для іонізуючої радіації. Між проникаючу здатність випромінювання різної довжини хвилі і їх генетичної ефективністю немає кореляції. Найбільшою проникаючою здатністю володіє довгохвильова частина спектра УФ променів, у той час як короткохвильова найбільш мутагенна. Так, на пилку кукурудзи було показано, що випромінювання з довжиною хвилі 254- 265 нм в 10 разів ефективніше, ніж з 1 = 297 нм, і в 100 разів, ніж з ≥ 302 нм.

    Так, в дослідах з кукурудзою пригнічення запліднення спостерігається при опроміненні пилку ультрафіолетом з ≥  253 нм в дозах порядку 104 Дж /,  а при збільшенні дози до 10 -106 Дж /  пилок стає повністю стерильним. При запиленні рослин ячменю пилком, облученого ультрафіолетом, було відмічено появу в М2 до 4% хлорофільних і до 2% полустерільних форм. При опроміненні проростків і зародків з'являються поодинокі мутантні рослини в потомстві, зокрема у томатів, квасолі та ін. Є випадки виникнення малого числа мутацій при тривалому УФ опроміненні вегетуючих рослин. Мпостерігається відсутність при ультрафіолетовому мутагенезі

кисневого ефекту і залежність виходу мутацій від температури і вологості опромінюються об'єктів.

    Особливий спосіб індукції мутаційного процесу у рослин сонячною радіацією застосовувався в дослідах Морару (1980). Рослини вирощували в умовах закритого грунту і виносили на сонце тоді, коли висота його над горизонтом була не менш 22-27 °. У цей час у складі сумарної сонячної радіації переважала енергія випромінювання в синій і УФ областях над енергією світла в червоній області спектра. Потужність випромінювання 0,5 кал / -мін, експозиція опромінення 8-10 год, тривалість 10-90 днів, об'єкт дослідження - м'яка озима пшениця. Було показано, що при такому способі впливу сонячним світлом у 2-му поколінні рослин з'являються змінені форми, серед яких зустрічаються морфологічні, хлорофільние та інші мутації.

    Слід підкреслити дуже важливе для подальшого аналізу генетичної ефективності світла обставина, що до появи лазерів достовірних експериментальних даних про збільшення виходу мутацій при дії безперервного оптичного випромінювання як у видимій, так і в ультрафіолетовій області спектра на сухе насіння вищих рослин отримано не було.

     З іншого боку, як уже зазначалося, не було даних про яку-небудь значущу мутагенну дію видимого світла з X -400 нм не тільки на вищі організми, а й на ізольовані клітини і мікроорганізми. У цьому зв'язку заслуговує на увагу явище посилення видимим світлом мутагенного дії хімічних сполук у випадку так званого «фотодинамічного ефекту».

    Фотодинамічна дія - це необоротне ушкодження світлом біологічних структур і функцій у присутності кисню, сенсибілізовані введеними в клітини або організми хромофорами (наприклад, барвниками). Комбінація барвник + світло + кисень є, як правило, необхідною ознакою цієї реакції. Загальна особливість всіх фотодинамічних барвників - їх здатність до флуоресценції тобто до утримання поглиненої енергії протягом досить тривалого часу (не менше 10 ~ 9 с).

    Природа акцептора фотодинамічно активного світла очевидна. Це проникнення в клітку хромофор (барвник). Тому спектри дії фотодинамічного пошкодження і поглинання барвника повинні збігатися, що й спостерігається в експерименті. Барвник виступає в ролі триплетного фотокаталізатора і регенерується в кінці реакції. Окислювальні пошкодження субстрату в реакціях фотодинамічного дії здійснюються високо реактивним синглетним киснем або супероксидним радикалом. Окислювально-відновним перетворенням піддаються практично всі біологічно важливі речовини (амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти і т. д.). У деяких випадках присутність кисню для фотодинамічного ефекту не обов'язково.

    Модифікація ДНК псораленом - двоступеневий процес. Спочатку утворюється комплекс між ДНК і псораленом, а потім - ковалентний зв'язок при опроміненні світлом з = 400 нм. Крім фурокумаринів широко вживаються й інші барвники (в основному акридин і тіопіронін). У цих випадках поглинання випромінювання не є причиною посилення комплексу між барвником і субстратом, але веде до перенесення поглиненої енергії від порушеної барвника до вже пов'язаної в молекулі субстрату, викликаючи зміну обох цих сполук.

   Цікаво відзначити, що, за деякими даними, при використанні тіопіроніна він переважно впливає на нехромосомной спадковість живої клітини.

Мутації, що є наслідком фотодинамічного дії, спостерігаються у разі барвників, які володіють високою спорідненістю до нуклеїнових кислот і активно комплексується з ними в розчині. Наприклад, акридинові барвники переважно концентруються на хромосомах і викликають їх розриви. При фотодинамічного пошкодженні вірусів спостерігаються розриви полінуклеотидних ланцюга. На цьму рівні більш складно

організованих систем можуть пошкоджуватися як нуклеїнові кислоти, так і білки.

    Істотний внесок у фотосенсібілізірованних пошкодження клітин вносять біологічні мембрани.

     Даних щодо застосування фотодинамічної дії світла в експериментальному мутагенезі рослин дуже мало.

Останнім часом опубліковані результати експериментальних робіт, присвячених вивченню цитогенетичного і мутагенного дії на рослинні об'єкти потужного імпульсного випромінювання в УФ і видимій області спектра. У цих дослідах використовувався імпульсний (т. Е. Переривчастий) концентроване  сонячне світло (ІКСС) і імпульсне випромінювання електричних газорозрядних ламп великої потужності (ІКЕС). Опроміненню піддавалися проростки і сухе насіння рослин. Повідомляється, що під дією ІКСС і ІКЕС спостерігається збільшення частоти хромосомних перебудов в клітинах вівса, кукурудзи і пшениці при опроміненні не тільки проростків, але, хоча і в меншій мірі, сухого насіння даних культур.

    Була вивчена можливість отримання вихідного матеріалу для селекції пшениці за допомогою опромінення насіння ІКСС і ІКЕС. Обробці була піддана 1 тис. сортів озимої та ярої пшениці. Ступінь фокусування сонячного світла становила 50-150 крат, експозиція - 20-30 хв, Автори відзначають, що для індукції мутантів ярові тверді пшениці слід опромінювати більш високими дозами, ніж озимі. Ксенонові лампи були більш ефективні в продукуванні позитивних мутантів, ніж сонячне світло. В цілому отримані авторами результати дозволяють зробити висновок про можливість створення за допомогою цього методу вихідного матеріалу для селекції пшениці. Виявлено коротко- стеблові форми у сорту Миронівська 808, по урожаю рівні стандарту, у сорту Безоста 1 - морозо- і зімостійкі форми. Перспективність фотомутагенезу в селекції пшениці доведена. При цьому необхідно розробляти способи індукування мутацій, що змінюють властивості рослин по господарсько цінними ознаками.

     Таким чином, узагальнюючи сказане, можна зробити висновок про те, що до появи робіт з вивчення цитогенетичного і мутагенного дії лазерного випромінювання не існувало чітких експериментальних доказів генетичної ефективності видимого світла на рівні як клітини, так і цілого організму.     Переходячи до розгляду генетичної ефективності лазерного випромінювання, необхідно відзначити, що робіт, присвячених цьому питанню, мало. Лазери, що випускаються промисловістю, генерують випромінювання в основному у видимій та інфрачервоній областях спектра, які, як вважалося за аналогією зі звичайним світлом, не володіють мутагенною ефективністю і не викликали особливого інтересу у генетиків. Отримання ж ультрафіолетового лазерного випромінювання пов'язане з великими технічними труднощами.

    Мабуть, негативну роль у розвитку інтересу до вивчення мутагенного дії ультрафіолетового лазерного випромінювання зіграло і те, що в перших повідомленнях з цього питання не відзначалося жодного його переваги у порівнянні зі звичайним ультрафіолетом. Навіть, навпаки, є роботи, в яких йдеться про порівняно малої цитогенетичної ефективності лазерного ультрафіолету. Так, в дослідах з культурою клітин китайського хом'ячка застосовувалося випромінювання четвертої гармоніки неодимового лазера (А = 265 нм) з вихідною потужністю 120-300 кВт. При дозі опромінення 23

Дж /  спостерігається падіння мітотичної активності клітин в 2 рази в порівнянні з контролем вже через добу. При дозі 115 Дж /  спостерігалося збільшення хромосомних перебудов в клітинах. У наступні дні мітотична активність опромінених клітин відновлювалася до контрольного рівня. Це означає, що звичайний ультрафіолет - більш ефективний мутаген, ніж наносекундний лазерний ультрафіолет тієї ж енергії.

    Вивчалася порівняльна дія випромінювання ультрафіолетового лазера і бактерицидної лампи на проростки скерда болотної. У дослідах використовувалися четверта гармоніка (≥265 нм) лазера на алюмінієво-ітрієвому гранаті і лампа БУВ-30. Було показано, що вихід хромосомних порушень залежав як від енергії, так і від потужності лазерного випромінювання. Найбільш високим (37%) він був у перші години після опромінення.  Цитогенетична ефективність випромінювання лазера приблизно на порядок вище, ніж ультрафіолетової лампи .

    Для остаточної відповіді на це питання необхідні дослідження різних сторін біологічної дії лазерного ультрафіолетового випромінювання. Є роботи про вплив потужного імпульсного лазерного випромінювання з довжиною хвилі 265 нм на виживаність різних клітинних штамів в культурі тканин, на ультраструктурні зміни в клітинах диплоїдних фібробластів людини, на активність ключових ферментів метаболізму та інші біологічні об'єкти. При вивченні дії ультрафіолетового лазерного випромінювання на структуру ізольованою ДНК в розчині і ДНК вірусів і бактерій виявлено, що відмінності в ефективності звичайного і лазерного ультрафіолету обумовлені нелінійними оптичними процесами, які проявляються за певних щільностях потужності імпульсного лазерного  випромінювання

    З'явилися перші відомості про генетичну ефективності лазерного випромінювання в ближній УФ області спектру (300-400 нм). Наприклад, вивчалася цитогенетична дію імпульсного частотного лазера з довжиною хвилі  = 337 нм. Було показано, що вихід хромосомних перебудов в клітинах насіння буряка підвищується з 4,3% у контролі до 9,8 і 11,6% при експозиції опромінення 10 і 15 хв відповідно.

     Також застосовувався  азотний лазер (337 нм) для отримання мутацій у сільськогосподарських рослин. Описана індукція спадково змінених форм кукурудзи при опроміненні її пилку. Робиться висновок про можливість використання ультрафіолетового лазерного випромінювання для індукції мутантних форм кукурудзи з господарсько цінними ознаками.

    Вивчалася можливість отримання змінених по врожайності і вмісту білка форм культивованих грибів під впливом ультрафіолетового випромінювання лампи і азотного лазера (А = 337 нм). При дозі лазерного опромінення 4,8

Дж /  були отримані високоврожайні спадково змінені форми грибів.

    Перш ніж перейти до найцікавішого з точки зору теорії і практики мутагенезу питання про генетичну ефективності лазерного випромінювання видимій області спектра, необхідно розглянути ті біологічні ефекти, які випливають з можливості фокусувати лазерне випромінювання на дуже маленьку площу, розмірну ультрачтруктулі клітини, завдяки високому ступеню спрямованості та паралельності лазерного променя. Будемо розглядати дію сильно сфокусованим за допомогою мікроскопа лазерним випромінюванням.

    Випромінювання лазера може бути сконцентровано, згідно з теоретичними розрахунками, в пучок діаметром, рівним 1/2 довжини хвилі випромінюваного світла. Дана методика дозволяє досягти високої щільності енергії та вибірковості дії лазерного випромінювання .

У дослідах мікрооблучення клітин саламандри в культурі тканин застосовували систему, що складається з аргонового лазера (488 нм, потужність 1,5 Вт в імпульсі і тривалість 25 мкс). Випромінювання лазера фокусувалася через фазовоконтрастну іммерсійну систему фотомікроскопа Цейс.

     Мікропромінь певних ділянок хромосом ядерець клітин викликає блокування мітозу на стадії профази.

При мікрооблученні великих акроцентричних хромосом клітин  вплив здійснювали світлом аргонового лазера з довжиною хвилі випромінювання 488 та 514 нм і випромінюванням лазера на органічних барвниках 440-460 нм. Щільність енергії в сфокусоване точці змінювалася від 50 до

1000 мкДж / . Поріг ушкодження для хромосом, пофарбованих акридиновим помаранчевим, дорівнював 50 мкДж / , а для нефарбованих хромосом - 500 мкДж / мм2. Аналіз пошкоджень був зроблений за допомогою світлового та електронного мікроскопа. Діаметр їх був набагато менше діаметра пучка, що, на думку авторів, говорить про високу регенераційної здатності клітини.

     Проводили клонування клітини Поторові, в якій за допомогою мікропроменя аргонового лазера (514 нм) було проведено відсікання сегмента в однієї з хромосом. З даної клітини отримано потомство в 300 клітин. Висновок, що при уточненні параметрів мікрооблучення дана методика може бути застосована для картування генів і отримання нових генетичних маркерів.В інших роботах підкреслюється, що мікрооблучення хромосом перспективно для дослідження їх структури, функції і стабільності.    Опромінення мікропроменем лазера області центромери хромосоми може бути використано для селективного видалення цілих хромосом з ділиться клітини.

    Треба сказати, що поряд з певними перевагами використання лазерного мікрооблучення в цитогенетичних дослідженнях має і ряд недоліків. Вони полягають у великих технічних труднощах проведення таких дослідів, в пошкодженні, крім хромосом, інших клітинних ультраструктур, що ускладнює інтерпретацію результатів, і в неможливості використання отриманих даних для реальної оцінки цитогенетичної ефективності лазерного випромінювання різних параметрів.

     Крім спрямованості іншою особливістю лазерного випромінювання в порівнянні зі звичайним світлом є величезна потужність імпульсу для лазерів, що працюють в імпульсному режимі. Відомості про різні морфологічних пошкодженнях тваринних і рослинних клітин під дією потужного імпульсного лазерного випромінювання численні. Даних же про цитогенетичну дії імпульсного лазерного випромінювання видимій області спектра практично не було. Досліди з мікрооблученням клітини можна брати до уваги, бо там було відсутнє дію власне світла, його ефект цілком можна уподібнити до дії мікроголки.

    Використовувався лазер в режимі вільної генерації з тривалістю імпульсу 10 ~ 3 с. Зразок об'ємом 1  опромінювали в скляній посудині з проміжком в 2 хв при щільності енергії випромінювання 300, 600 і 1200 Дж / . Аналізували хромосомні перебудови на стадії метафази. Спонтанні аберації зустрічалися в 2% клітин. Через 24 год після опромінення при дозі 600 і 1200 Дж /  частота перебудов хромосом в клітинах збільшувалася до 5,2 і 28% відповідно, а через 48 год становила 3,9 і 16% відповідно. Випромінювання лазера  порушує процеси репарації в клітині, що може відбуватися за рахунок вільних радикалів, ударних і теплових ефектів, що виникають при

дії потужного імпульсного випромінювання .

    Найбільший інтерес викликають факти, що свідчать про цитогенетичну дію  безперервного, в тому числі низькоинтенсивного  лазерного випромінювання видимої області спектра, тепловими та ударними ефектами якого при впливі на біологічний об'єкт можна знехтувати. Слід зазначити роботи радянських дослідників, опубліковані в кінці 60-х - початку 70-х років. Було показано, що вплив неперервного випромінювання газових лазерів з довжинами хвиль 488, 568 і 632 нм на проростки цибулі призводить до більш ніж дворазового збільшення частоти хромосомних порушень в клітинах меристеми.

    При впливі низькоінтенсивнорго лазерного випромінюванням з X - 632 нм на пилок спостерігалося збільшення частоти хромосомних порушень.Мусаєв та ін. (1971) в якості об'єкта дослідження використовували проростки томатів з довжиною корінця 4 мм. Експозиція опромінення 5, 15, 30 і 45 хв. У міру її збільшення підвищувався відсоток хромосомних перебудов в порівнянні з контролем і досяг 13,6% при опроміненні протягом 45 хв (у контролі - 3,4%) при обробці 5 хв - 5,1%, 15 хв - 9,2% , 30 хв - 12,4%). Повідомлення про цитогенетичну дію лазерного світла на рослинні клітини, що з'явилися під час виконання цієї роботи, будуть розглянуті при обговоренні експериментального матеріалу.

    Якщо мутагенну дію імпульсного лазерного випромінювання можна пояснити особливостями взаємодії дуже потужного випромінювання з біологічними структурами, то факти мутагенної ефективності низькоінтенсивного лазерного випромінювання видимій області спектра досить несподівані. Такі факти почали накопичуватися приблизно з середини 70-х років. Спочатку відзначалися випадки виникнення у варіантах опромінення насіння світлом гелій-неонового лазера (633 нм) одиничних мутантних форм, наприклад, у таких культур, як томати., гвоздика та ін.

    Потім почали з'являтися повідомлення про можливість отримання під дією лазерного світла мутантних форм сільськогосподарських культур з цінними господарськими ознаками. Так, вивчалася дія низькоінтенсивного випромінювання на кукурудзу.   Джерелом опромінення насіння служив гелій-неоновий лазер ОКТ-12 (Х = 633 нм, щільність потужності

0,02 мВт / , експозиція опромінення 0,5; 1; 2; 4 год). У другому поколінні (102 сім'ї) було виділено 7 нових генотипів із зміною всього габітусу рослин і ознаками структури качана. Крім цього, з 102 досліджуваних сімей Мг виділено 23 скоростиглі, що дозрівають на 5-8 днів раніше вихідних форм.      Таким чином, складається думка про можливість мутагенної ефективності лазерного випромінювання видимої області спектра.

    До теперішнього часу літературні дані про різні мутації, індукованих лазерним випромінюванням у різних сільськогосподарських культур, численні. У більшості робіт використовувався гелій-неоновий лазер з довжиною хвилі в червоній області спектра. Так, у кукурудзи в результаті такого опромінення насіння і пилку були отримані мутаційні зміни по скоростиглості, якості зерна, підвищенню врожайності, збільшенню кількості пилку в волотях.

     Показано, що лазерне випромінювання викликає досить високу частоту і широкий спектр мінливості у гречки. При цьому виникали мутації зі зміненим габітусом рослин, формою суцвіття і вегетаційним періодом. Причому зменшення експозиції (60-120 хв) сприяло появі форм з подовженим вегетаційним періодом, а збільшення її до 180-240 хв - появі скоростиглих форм. Господарсько цінні мутанти отримані під дією випромінювання з довжиною хвилі 632,8 нм при експозиції 60 хв і 337,1 нм - 30 хв.

     Вивчення генетичної дії імпульсного і безперервного лазерного випромінювання різних довжин хвиль переважно видимого діапазону спектра на біологічних об'єктах, що необхідно для загальної його оцінки і має велике практичне значення, зокрема для вироблення науково обґрунтованих норм техніки безпеки при роботі з лазерними установками.

    Дослідження мутагенної дії лазерного випромінювання, в тому числі низкоінтенсивного світла на сільськогосподарські рослини для оцінки перспектив застосування цього нового мутагену в селекції та інших прикладних областях генетики.

    Аналіз закономірностей генетичної мінлмвості рослин при впливі випромінювання на насіння, генеративну систему і цілісний організм, що необхідно для розкриття механізму цього нового явища в фото-біологіі та генетиці.

     Ці завдання взаємопов'язані з фундаментальними проблемами пізнання закономірностей регуляції біологічних процесів і розробки на цій основі нових ефективних способів раціонального використання ресурсів рослинного і тваринного світу на благо людини.

Вплив лазерного випромінювання на розвиток кількісних ознак у рослин, після обробки їх іонізуючої радіації

    При найбільш часто використовуваних в експериментальному мутагенезі дозах іонізуючої радіації як правило, спостерігається сильна депресія схожості насіння, виживання і розвитку кількісних ознак рослин. При цьому може перебіг найважливіших біологічних процесів, пов'язаних з відтворенням потомства, тобто гаметогенез, запліднення, здатність до зав’язування  зернівок і т. д. А тому в роботах по радіаційному мутагенезу важливі такі прийоми, які б сприяли збереженню індукованих мутацій і зняттю депресивної дії радіації в опромінених варіантах у рослин.

    Для здійснення цього завдання представляється перспективним використання радіозахисних факторів. Відомо, що чутливість рослин до дії мутагенів добре простерігається за ступенем розвитку основних елементів, що визначають продуктивність. Ми вже говорили про те, що обробка насіння лазерним світлом зі строго визначеними параметрами стимулює розвиток кількісних ознак рослин. Додатково можна відзначити, що після опромінення проростків пшениці світлом гелій-неонового лазера рослини на 10 днів раніше контрольних вступали у фазу цвітіння і на 7-8 днів швидше дозрівали. На підставі досліджень, проведених в цьому напрямку, можна було очікувати, що лазерне випромінювання з такими ж параметрами буде викликати аналогічну стимуляцію у рослин, підданих попередньою опроміненню гамма-радіацією.

    Дослідження ефекту модифікації лазерного світла на інгібуючу дію радіації в першому облученному поколінні (М) проводили на пшениці. Опроміненню піддавали проростки і сухе насіння. Використовувалися гелій-неоновий і рубіновий лазери. Ефект модифікації оцінювали за ступенем розвитку кількісних ознак на опромінених рослинах. Як з'ясувалося, при опроміненні проростків пшениці гамма-променями спостерігається сильна депресія у розвитку кількісних ознак рослин (М). На противагу цьому лазерне випромінювання викликає підвищення продуктивної кущистості і ваги зерна з однієї рослини. У варіантах з комбінованим опроміненням (гамма-радіація + лазерне світло) ступінь розвитку більшості кількісних ознак була на рівні контролю. Цей результат говорить про те, що додаткове лазерне опромінення зробило радіозахисний дію на рослини.

     Був показаний також радіозахисний ефект лазерного світла при комбінованому опроміненні повітряно-сухого насіння пшениці. При впливі тільки гамма-радіації в дозі 2,6 Кл / кг спостерігалося  виражене пригнічення ознак, що характеризують продуктивність рослин. При комбінованому ж впливі спочатку гамма-радіацією, а потім випромінюванням гелій-неонового лазера з різною експозицією ступінь розвитку кількісних ознак практично досягала контрольного рівня. Проте подібний ефект досягався лише при оптимальних параметрах лазерного випромінювання ( 632, 8 нм, експозиція 30 хв).

Але при додатковому впливі світлом гелій-неонового лазера (з низькою щільністю потужності РМ = 1 мВт / , експозиція 1 год) на насіння ячменю сорту Луч після опромінення гамма-радіацією або обробки хімічним мутагеном диметил- сульфатом зменшення депресивної дії цих факторів на основні елементи структури врожаю не спостерігається.

    Вище вказувалося, що при опроміненні насіння ячменю випромінюванням потужних імпульсних лазерів часто стимулюється розвиток кількісних ознак рослин. Для випробування аналогічної дії таких лазерів в комбінації з іонізуючою радіацією ми застосовувалося випромінювання другої гармоніки рубінового лазера. Досліди показали, що імпульсне випромінювання зазначеного лазера при дозі 20 Дж /   сприяє зменшенню депресії у розвитку рослин ячменю сорту Надя, викликаної попередніми впливом іонізуючої радіації. Слід звернути увагу на те, що цей висновок зроблено на підставі порівняння варіантів з комбінованим опроміненням і з застосуванням радіації. Тільки в цьому випадку можна виокремити дію другого чинника. Також важлива послідовність застосування радіації та лазерного випромінювання. В даному випадку кращі результати по зняттю депрессируют дії гамма-радіації на крупність зерен отримані у варіанті, де спочатку проводили опромінення лазерним світлом, а потім основним фактором.

   Певний інтерес можуть мати також дані,

отримані нами в дослідах по многокрйтомУ опроміненню насіння ячменю. В якості модіфіцірук} ного фактора використовувалося потужне імпульсне ізлуеніе ОСНОВНИЙ частоти рубінового лазера. У експери ^ нт були взяті фенотипически подібні з вихідним сорт / м Московський 121 форми ячменю. Протягом 7 предидущіхоП0К0ленів одна з них опромінювалася гамма-райці / ціеї в дозі 5,2 Кл / кг (форма А), а інша-1,3 К.лкг (форма Б). Результати спостережень представлені в АБЛ. 5.10. Виявилося, що у форми А, підданої хронічного впливу великих доз гамма-променів, додаткове лазерне опромінення практично зняло депресію у розвитку кількісних ознак М] до / Рівня вихідного сорту, а у форми Б, опромінюють / злими дозами

гамма-радіації і фактично мала кілька луч¬шее розвиток кількісних ознак, ніж форма А, що модифікує ефект виявився з протилежним знаком. Таким чином, характер модифікації лазерним світлом знаходиться в залежності від біологічних особливостей опромінюваних культур, що й проявляється на прикладі за-лежно ефекту від ступеня розвитку кількісних ознак у рослин ячменю.

Поряд з цим наші дослідження показали, що крім встановлених залежностей модифікує ефект визначається також довжиною хвилі застосовуваного лазерного випромінювання та іншими параметрами. Цю складну взаємозв'язок можна простежити, наприклад, при комбінованому опроміненні насіння двох сортів ячменю гамма-радіацією (доза 2,6 Кл / кг) в поєднанні зі світлом гелій-неонового або гелій-кадмієвого лазера (табл. 5.11).

При аналізі отриманих даних встановлені цікаві закономірності. Одна з них полягає в тому, що

модифікує ефект залежить від довжини хвилі лазерного випромінювання. Як видно з табл. 5.11, при звичайній послідовності застосування радіації і лазера, т. Е. «Радіація + лазер», у сорту Надя гелій-неоновий лазер не тільки знімав депресуючий ефект, викликаний радіаційним впливом, а й надавав стимулюючу дію порівняно не тільки з варіантом гамма- опромінення, але і з контролем. І навпаки, гелій-кадмієвий лазер сенсибілізованими депресивний ефект радіації. Друга закономірність стосується генотипической залежності, що свідчить про різну реакції досліджуваних генотипів на одні й ті ж фактори впливу. На відміну від сорту Надя у Мамі при використанні обох лазерів у прямій послідовності взагалі не проявився сенсибилизирующий ефект у порівнянні з неопроміненим контролем. І нарешті, по-третє, отримані дані свідчать про значення послідовності застосування радіації і ла¬зеров, а також показують можливість помилкових висновків при використанні різних об'єктів (сортів) для комбінованого опромінення. З табл. 5.11 видно, що зворотна послідовність опромінення, т. Е. «Лазер + радіація» не в кожного сорту знімає депресивний ефект радіаційного впливу. Так, у сорту Надя при опроміненні гелій-неоновим лазером він не зменшується в порівнянні з варіантом опромінення тільки радіацією. У сорту Мамі в цій послідовності в порівнянні з сортом Надя спостерігається протилежна дія з яскраво вираженим зняттям депресії. При використанні гелій-кадмієвого лазера така залежність зберігається, але з меншою виразністю у сорту Мамі, який виявився менш чутливим генотипом до зміни довжини хвилі і послідовності опромінення радіацією і лазерним світлом.

Таким чином, тільки при підборі оптимальних параметрів випромінювання та інших умов лазерне світло може ефективно застосовуватися в якості модифікатора (для посилення або ослаблення) відповідної реакції рослин на дію іонізуючої радіації.

Вплив лазерного світла різних довжин хвилі на мутагенну ефективність іонізуючої радіації.

Відомо, що генетичне дію іонізуючої радіації можна модифікувати за допомогою різних екзо- та ендогенних факторів. Мета модифікації різна. У наукових генетичних експериментах вирішальне значення мають сенсибілізуючі модифікатори. А з точки зору захисту від забруднень навколишнього середовища найбільшу цінність представляють ті з них, які зменшують вражаючу дію іонізуючої радіації на спадковість живих організмів. До на¬стоящему часу ефективних антимутагенів є дуже мало (Гончарова, 1974; Моссе, 1974). А тому проблема захисту людини та інших живих організмів

від мутагенного дії факторів навколишнього середовища вельми актуальна. Для її вирішення необхідний як емпіричний пошук найбільш ефективних радіопротекторів для конкретних генотипів, так і вивчення біологічних процесів, що визначають ту чи іншу дію модифікатора.

Викладені в попередніх параграфах експериментальні дані свідчать про те, що лазерне із¬лученіе при дотриманні певних умов впливає на процеси репарації та реплікації генетичного матеріалу клітини, а також на ступінь росту і розвитку опромінених рослин. Реалізація зазначених реакцій в онтогенезі може призвести до зміни функції генетичного матеріалу і в кінцевому підсумку до на-слідчої мінливості. Попереднє вивчення умов і визначення найбільш ефективних параметрів лазерного випромінювання дозволило встановити модифікуючу дію лазерного світла на частоту мутацій, індукованих іонізуючою радіацією у рослин. Найбільша увага приділялася пошуку умов, при яких проявляється антимутагенну дію лазерного випромінювання. У процесі досліджень було встановлено, що безперервне лазерне випромінювання в синій області спектра підсилює мутагенну дію гамма-і рентгенівської радіації на зернових культурах. Так, додатковий вплив світлом гелій-кадмієвого лазера в синій області спектра на гамма-опромінені повітряно-сухе насіння ячменю сорту Надя призвело до помітного підвищення виходу змінених форм в М2. Як від¬но з табл. 5.12, частота змінених сімей у варіанті гамма-опромінення склала 4,9%, а при комбінірован¬ном опроміненні (радіація + гелій-кадмієвий лазер) - 20,3%.

Аналогічний досвід, поставлений на пшениці Ленинградка (табл. 5.13) з використанням рентгенівських променів і того ж типу лазера, дав схожі, але менш виражені результати. Під дією рентгенівських променів було індукувати 8,8% змінених сімей, при лазер-ном опроміненні-10,1%, а при комбінованому - 11,2%, т. Е. Частота їх у всіх дослідних варіантах відрізнялася мало. Отримані дані становлять інтерес з точки зору вивчення причин високої мутагенної ефективності випромінювання гелій-кадмієвого лазера. Мабуть, ця його особливість може бути обумовлена

пригніченням під дією випромінювання репаруючу сі¬стем клітини, що підтверджується підвищенням виходу хромосомних аберацій при додатковому впливі випромінюванням гелій-кадмієвого лазера на гамма-опромінені насіння ячменю (див. табл. 5.7).

Протилежний, т. Е. Антимутагенний, ефект справляло низькоенергетичний випромінювання другої гармоніки рубінового лазера (доза 20 Дж / см2).

Як видно з табл. 5.14, у варіантах з попередніми і подальшим по відношенню до гамма-опроміненню впливом лазерним випромінюванням спостерігається приблизно в два рази менша частота змінених сімей в М2 (4,2 і 3,4% порівняно з 9,5% у варіанті радіаційного опромінення). Звідси випливає, що випромінювання другої гармоніки рубінового лазера (енергія одного им- 'пульсу 0,1 Дж) володіє радіозахисним ефектом при гамма-опроміненні насіння ячменю. Однак вище було показано (див. Табл. 5.1), що при додатковому впливі на насіння пшениці це випромінювання сенсибілізованої цитогенетическое дію потужних імпульсів основ¬ной частоти випромінювання рубінового лазера. Встановлені відмінності в ефектах можуть бути пов'язані з тим, що в дослідах з пшеницею в якості основного фактора використовувалася не радіація, а випромінювання інший хвилі того ж лазера. Не виключено вплив і біологічних особливостей опромінюваних культур. Зокрема, наявність у ячменю приросли до зернівці квіткових плівок, сильно поглинаючих УФ випромінювання.

При вивченні -модифікує лазерного випромінювання на мутагенний ефект радіації були випробувані не тільки імпульсні лазери, а й лазери з не¬преривним низькоінтенсивних випромінюванням, зокрема гелій-неоновий (РМ = 20 мВт / см2) з довжиною хвилі в червоній області спектра. У дослідах з пшеницею опромінювались сухе насіння і дводенні проростки. В якості

основного фактора використовувалося опромінення гамма-променями (для сухого насіння доза 2,6 Кл / кг, для проростків 0,5 Кл / кг). Експозиція лазерного опромінення в обох випадках становила 30 хв. В М2 враховувалися в основному фенотипічні зміни якісних ознак. Вивчення мінливості рослин показало, що при комбінованому впливі з'являється значно менше змінених сімей - 8,9%, ніж при дії тільки гамма-радіацією-15,7% (табл. 5.15). У М3 змінені ознаки в основному зберігаються. Таким чином, результати цього досвіду показують, що / лазерне випромінювання сприяє зменшенню частоти мутацій у пшениці, індукованої при попередньому опроміненні гамма-радіацією.

Вище зазначалося, що для практичної селекції найбільш важливий спектр індукованої спадкової мінливості. Його аналіз показав, що при гамма-опроміненні спостерігається поява рослин головним обра¬зом з контрастними змінами форми та забарвлення колоса (скверхеди, циліндричні, спельтоіди, чорна луска і т. Д.), А після впливу випромінювання гелій-неонового лазера-форми в основному зі зміною ознак висоти рослин, будови соломини, довжини вегетаційного періоду та ін. При комбінованому облучелазерного світла пояснюється активізацією під його впливом репаруючу систем клітини і модіфікаці¬ей біохімічних процесів, що забезпечують реалізацію генетичної інформації в ході онтогенезу.

У зв'язку зі зміною характеру спадкової мінливості при комбінованій обробці насіння пшениці та ячменю великий інтерес представляє питання про генетичну природу виниклих мутантів. З цією метою були проведені реципрокні схрещування мутантів, отриманих під дією випромінювання гелій-неонового лазера з вихідними формами. Була встановлена досить висока ступінь прояву гетерозису у гібридів БЬ який переважно спостерігався у варіантах прямого схрещування мутант X вихідний сорт, що свідчить про участь в цьому явищі цитоплазматических регуляторних елементів (Хотилева, Хохлова, 1982). При аналізі розщеплення гібридів б-ло відзначено, що спадкування мутантних ознак у варіантах лазерної дії здійснювалося в основному за домінантним типом. А у варіантах комбінованого впливу з більшою частотою, ніж при використанні тільки гамма-променів, зустрічалися мутації, успадковані за домінантним типом.

На закінчення можна відзначити, що лазерне випромінювання при підборі оптимальних параметрів може служити ефективним модифікатором індукованого мутагенезу у рослин. Є відомості про отримання цінних мутацій при спільній дії гамма-променів і лазерного світла у ячменю (Дудін, 1979) і при комбінуванні з рентгенівською радіацією у бавовнику (Кулієв, Гасимов, 1978). Лазерне випромінювання можна також застосовувати для модифікації генетичної ефективності хімічних мутагенів (Хотилева, Хохлова, 1982) з метою розширення спектру мутаційної мінливості рослин.

глава 6

Перспектива лазерного мутагенезу для селекції  рослин

У попередніх розділах обговорювалися генетичні особливості лазерного мутагенезу взагалі і в порівнянні з традиційними мутагенними факторами. Однак у зв'язку з тим, що індукований мутаційний процес відноситься до числа складних біологічних явищ, його характеристика не повинна обмежуватися тільки кількісною оцінкою. З досвіду застосування вже відомих мутагенів з'ясовано, що їх дія на первинні генетичні системи і подальша реалізація виникли змін в процесі росту і розвитку рослин зазнає різні видозміни. Їх характер і полно¬та залежать не тільки від мутагену і факторів середовища, але і від взятого в досвід генотипу. Ретельний науковий аналіз впливу кожного елемента цієї складної системи скрутний. Однак необхідно прагнути до того, щоб більшість з них все ж піддалося вивченню.

Ми досліджували можливість ранньої оцінки мутаційної мінливості при лазерному мутагенезі. Для цього передбачалося провести пошук тестів на рослинах першого опроміненого покоління (МЦ, які б об'єктивно характеризували загальну мутационную мінливість, яка спостерігається звичайно тільки в М2.

Успішне вирішення цього завдання сприятиме значному підвищенню ефективності робіт в області експериментального мутагенезу як щодо строків, так і обсягів посівів рослин в М2.

Зазвичай для отримання достатньої кількості мутантів дослідникам доводиться аналізувати в М2 кілька тисяч рослин. Це складно і непродуктивно. Якщо ж врахувати, що при радіаційному і хімічному мутагенезі в результаті застосування напівлетальних

доз і концентрацій (ЛД-50) половина оброблених рослин гине, то поряд з низькою продуктивністю ми маємо спотворені дані про загальну мутабільності зразка.

Як було показано вище, при лазерному мутагенезі виживання рослин в М [практично не відрізняється від контрольних варіантів. Для усунення зазначеного недоліку при радіаційному мутагенезі деякі автори (Оіз1аГ850п е! А1., 1971; Володін, 1975; Марьюшкін та ін., 1977; Володін, Лісовська, 1979) рекомендували застосовувати низькі дози радіації. Дослідження показа¬лі, що при цьому мутують гени, що визначають розвиток кількісних ознак. Дубінін (1966) вважав, що виникнення малих мутацій, т. Е. Мутацій кількісних ознак, пов'язане з дрібними хромосомними абераціями. Вони не викликають стерильності і впливають на мінливість ознак, що визначають продуктивність рослин. На думку Оіз1а11550п е !: а1. (1966), дрібні хромосомні аберації, що виникають при порівняно невисоких доз опромінення, викликають підвищення врожайності в 15-20 разів частіше, ніж генні мутації. Однак, незважаючи на ці дані, більшість дослідників вважають за краще напівлетальні дози, оскільки при малих дозах частота індукції видимих мутацій дуже низька.

Оскільки радіаційному мутагенезу властиві недоліки, зазначені вище, проблема пошуку тестів ранньої оцінки мутабільності продовжує залишатися актуальною. У цьому зв'язку необхідно коротко зупинитися на досягнутих результатах з тим, щоб на цьому тлі простежити особливості лазерного мутагенезу. Так, наприклад курна, Орлюк (1968) відзначили вплив умов вирощування рослин ячменю в М1 (після гамма-опромінення) на вихід хлорофільних і морфологічних мутацій в М2. При пізньоосінніх терміні сівби М] озимого ячменю Ставропольський 7 спостерігалося підвищення частоти прояву зазначених мутацій в М2. Крім того, ці автори показали значення генотипу в даному явищі. Виявилося, що при пізньому посіві сорту Одеський 17 такої залежності не спостерігається.

У дослідах Батигін і Пітірімова (1973) досліджувався вплив змінених умов вирощування рослин ячменю в М1 на характер прояву в М2 і М3 мутацій, що визначають розвиток таких ознак, як

міцність соломини, опушення насіння, холодостойкость, гіллястість колоса, фертильність та ін. Автори пояснили це явище дією внутрісоматіческого відбору у рослин МЬ Роботи подібного типу, незважаючи на їх суттєву біологічних значимість, ще не давали відповіді про можливості ранньої оцінки мутабільності.

Наступний цикл робіт був присвячений аналізу зв'язку ступеня розвитку рослин в М1 з частотою виявляються мутацій в М2. Однак отримані в цьому плані експериментальні дані дуже суперечливі. І тим не менше більшість дослідників схильні вважати, що пригнічення розвитку рослин в М) супроводжується підвищеною частотою прояву змін деяких ознак.

Так, за даними Пітірімова і Батигін (1971), спостерігається пряма кореляція між частотою стерильних і хлорофільних мутантів в М2 і ступенем пошкодження хромосом ячменю в МЬ Мальченко та ін. (1976) показали пряму кореляцію між ступенем пригнічення в М] таких ознак, як висота соломини, число, вага і крупність зерна пшениці, і частотою морфологічних мутацій в М2.

Філіпек (1976) виявила зворотну кореляцію між виживанням рослин М1 і мутабільності в М2 при посемейственном аналізі двох сортів ячменю, оброблених радіацією і хімічними мутагенами.

Цікаві дані отримані ЕйгепЬе ^ е! а1. (1961). Вони показали, що при зростанні кількості життєздатних мутацій в М2 на 1% в М [повинно відбуватися збільшення стерильності на 7,8% (при використанні рентгенівських променів).

Найбільш близько до вирішення проблеми раннього тестування мутабільності підійшли дослідники, які взяли в якості тесту ряболиста рослин МЬ виникає після обробки насіння мутагенами (Ранчя- лисиць, 1979; Володін, Лісовська, 1979). Ряболиста проявляється на рослинах у вигляді окремих секторів з хлорофільние недостатністю. Такі рослини прийнято називати хлорофільние химерами. Поява таких химер в М1 послужило підставою для використання цієї особливості в якості тесту ранньої діагностики мутабільності. Ніколов та Георгієва (1975) провели подібні дослідження і встановили, що фенотипический спектр плямистості рослин М1 ячменю ідентичний спектру хлорофільних мутантів в М2. При раз¬лічних варіантах модифікації мутагенної ефективності ЕМС спостерігалося збереження виявленої кореляційної зв'язку. Ці дані, на думку авторів, підтверджують причинний зв'язок між секторами з хлорофільние недостатністю і рецесивними хлорофільние мутаціями.

Такі основні досягнення в пошуках тестів ран¬ней оцінки, отримані при використанні радіації і хімічних мутагенів. Як видно, зроблено чимало, однак остаточну відповідь на поставлене питання дати ще неможливо.

Цілком природно, що дана проблема хвилювала нас і при організації робіт по лазерному мутагенезу в сільськогосподарських рослин. Особливо необхідно було цю роботу провести у зв'язку з тим, що лазерний мутагенез істотно відрізняється від радіаційного та хімічного. Як ми вже відзначали вище, при радіаційному мутагенезі, як правило, застосовуються високі дози, що забезпечують 50-відсоткове збереження опромінених рослин і значну втрату генотипів з індукованими мутаціями. Ті, що вижили рослини зазвичай пригнічені і не повною мірою проявляють свій фенотип, а отже, створюються умови для спотворення експресії генів мутантів в наступному поколінні, а також для формування майбутнього потомства опроміненого рослини або облученной популяції.

Проявилися в М2 спадково змінені форми зазвичай мають знижену життєздатність і не можуть використовуватися в якості перспективного мате¬ріала.

І навпаки, у разі лазерного мутагенезу при оптимальних дозах схожість опромінених насіння нормальна, виживають всі рослини МЬ Вони мають досить високу життєздатність. У другому поколінні також не спостерігається депресія росту та розвитку рослин. Індуковані мутанти володіють нормальною життєздатністю, високою плодючістю і по врожайності не поступаються вихідним сортам. Однак при лазерному мутагенезі також доводиться витрачати багато праці для вирощування великої кількості рослин М2. А тому при використанні цього нового мутагена проблема пошуків критеріїв оцінки мутабільності по

М1 стояла теж досить гостро. Цю роботу ми про¬велі на різних різновидах, сортах, гібридах і мутантів ярої пшениці та ячменю і вважаємо, що основною умовою успіху в експериментальному мутагенезі є правильний вибір вихідного матеріалу для досліджень. Енкен (1978) звертав увагу на те, що чутливість до мутагенів, а також мутабільність в значній мірі визначаються генотипом, який часто надає більший вплив на реакцію організму, ніж вид мутагена. Дещо інший под¬ход до даного питання у Дубініна (1971), який вважає, що аналіз великого числа сортів необхідний для того, щоб селекціонер знав, який тип змін він може очікувати при опроміненні певного сорту.

У цьому досвіді був використаний набір різних типів лазерів, що працюють в імпульсному і безперервному режимі випромінювання зі спектральним діапазоном 400-700 нм. Опромінювались повітряно-сухе насіння безпосередньо перед посівом. Методика опромінення полягала в обробці моношару насіння, розташованих на скляних підкладках. Застосовувалося лазерне випромінювання різної щільності потужності: в безперервному режіме- 1 -10 Вт / м2 і в імпульсному-1011-1012 Вт / м2; з дозою опромінення: в безперервному режимі-3-103-104 с і 50-100 спалахів в імпульсному.

Опромінені насіння висівали в полі декілька повторних. Всі рослини М [піддавали примусової ізоляції для запобігання можливості перехресного запилення. В М] аналізували схожість насіння, виживання рослин, наявність домінантних мутацій, а також ступінь розвитку ознак, що характеризують продуктивність рослин. Потомства всіх рослин М! на наступний рік висівали по сім'ям для аналізу другого покоління (М2). В М2 проводили відбір і типізацію спадково змінених форм. Роздільно враховували генотипи зі зміною качест-ських, т. Е. Морфологічних, ознак (остистий, забарвлення і форма колоса, вміст хлорофілу в листках і т. Д.) І генотипи з позитивними змінами господарсько цінних ознак, достовірно перевищують контроль по основних елементах структури врожаю термінах дозрівання, вмістом білка в зерні і т. д. Відібрані в М2 форми пересівали в М3 для вивчення успадкування змінених ознак.

/

10. Зак. 1510 145

При аналізі спадкової мінливості пшениці і ячменю, індукованої лазерним світлом, були виявлені наступні особливості. По-перше, встановлено, що при застосуванні лазерів різних типів в посівах М1 можна спостерігати в одних випадках опромінення пригнічення розвитку рослин, а в інших - стимуляцію. По-друге, незважаючи на це, як при стимуляції, так і при пригніченні в потомстві від таких рослин, т. Е. В М2, по-є з досить високою частотою спадково змінені форми.

По-третє, виявлені істотні відмінності за типами генетичних змін серед рослин, що походять від стимульованих або пригноблених варіантів МЬ Так, наприклад, у варіантах з пригніченням розвитку рослин М] в наступних поколіннях виявляються в основному рослини зі зміною морфологічних ознак, що володіють зниженою продуктивністю. А в тих випадках, де спостерігалася в М] стимуляція розвитку рослин, що визначається за масою насіння з однієї рослини, таких змін з'являлося значно менше.

Однак абсолютно несподівано було виявлено досить багато сімей з успадкованими (в М3 і далі) змінами кількісних ознак, таких, як длі¬на колоса, висота рослини, маса 1000 насіння і т. Д.

Результати досліджень, представлені в табл. 6.1, свідчать про наявність зв'язку між ступенем розвитку рослин в М | і кількістю і якістю проявляються мутацій в М2. Зазначена зв'язок найбільш чітко проглядається при об'єднанні варіантів з різними параметрами опромінення, але забезпечують однотипну реакцію рослин одного сорту на вплив лазерного випромінювання, т. Е. Стимуляцію або пригнічення. Таке об'єднання ми визнали можливим, так як залежність мінливості рослин від параметрів лазерного опромінення показана нами раніше (див. Гл. 4). З табл. 6.1 видно, що при опроміненні лазерним світлом пшениці Тг. рег51сіт, сорти Ленинградка (1-й варіант опромінення), ячменю сорту Надя і низькорослого мутанта ячменю До ™ спостерігалося пригнічення розвитку рослин в М1 у порівнянні з контролем. Депресія торкнулася ряд кількісних ознак і, зокрема, масу зерна з однієї рослини. При аналізі мінливості потомства від таких рослин в М2 було виділено 5-8% мутантів з

зміною морфологічних ознак, які добре успадковувалися в наступних поколіннях. З відносно малою частотою з'являлися форми (0,8-3%) ь характеризуються позитивною зміною господарсько цінних ознак, таких, як висота рослин, розміри колоса, вміст білка та ін. В результаті були відібрані низькорослі, з великим колосом, високобілкові мутанти.

Протилежні результати за частотою виникнення спадково змінених форм рослин отримані в тих варіантах досліду, в яких опромінення лазерним світлом призвело до значної порівняно з контролем стимуляції розвитку основних ознак, що визначають продуктивність рослин. У потомстві рослин таких варіантів було виявлено невелику кількість (0,2-2%) морфологічно змінених сімей. Однак частота сімей із змінами господарсько цінних ознак була досить високою і становила від 7 до 14% залежно від генотипу і параметрів опромінення. Практична цінність цих форм полягає в тому, що багато з них мають комплекс господарсько корисних властивостей і, зокрема, поєднують високу продуктивність з високою якістю зерна або високу продуктивність зі скоростиглістю і т. Д. Дуже важливо, що ступінь успадкування цих ознак була також високою і становила від 30 до 50% залежно від типу виникли змін.

Таким чином, представлені результати досить переконливо свідчать про наявність зв'язку між стимулюючим ефектом лазерного випромінювання в М] і виходом мутантів, що володіють господарсько цінними ознаками і властивостями. Аналогічні результати отримані Корнієнко та ін. (1980). У варіантах обробки гелій-неоновим лазером насіння диплоидной сахар¬ной буряка спостерігалася стимуляція за масою кореня. В М2 цих варіантів виявлені сім'ї з підвищеним на 2,1-2,6% вмістом цукру в порівнянні з контрольними рослинами. У той же час при обробці тетраплоидной буряка при незначному стимуляційному ефекті М [в М2 не виявлено мутантних форм, у тому числі з господарсько цінними ознаками. Такі ж факти про зазначену зв'язку відзначалися при використанні інших мутагенів (Демченко та ін., 1978; Стрельчук, 1978; Шангін-Березовський, 1979).

Виявлена особливість відкриває перспективу для розробки нової, більш ефективної методики мутаційної селекції з використанням лазерного випромінювання. Суть її полягає в тому, що попередній відбір генотипів, що несуть мутації, що визначають розвиток корисних ознак і властивостей, можна проводити вже в М1 в тих випадках опромінення, в яких спостерігається перевищення середньої продуктивності рослин над контролем. В основу розробки такої методики можна покласти виявлений нами ефект посилення біостпмуляціі при комбінованому впливі лазерного світла синьою і червоною областей спектра. Такий спосіб опромінення дозволяє, як показали наші спостереження, отримати стабільно високу стимуляцію розвитку рослин в широкому діапазоні доз опромінення, що видається важливим внаслідок індивідуальної чутливості до світла різних генотипів.

Взагалі метод комбінованої обробки насіння в експериментальному мутагенезі використовується широко. Застосовують роздільно різні види радіації і радіацію спільно з хімічними мутагенами, а також раз¬лічние модифікують речовини і сполуки. Показано, що спільний ефект залежить від дози, концентрації, послідовності обробки та інших умов. Тому вивчення взаємодії різних мутагенних чинників важливо з тієї точки зору, що воно дає додатковий матеріал для розробки системи прийомів, що забезпечують в якійсь мірі спрямовану індукцію спадкових змін.

У наших дослідах з вивчення комбінованої дії лазерного випромінювання були використані певні довжини хвиль у синій (гелій-кадмієвий лазер) і червоною (гелій-неоновий лазер) областях спектра з щільністю потужності 10 Вт / м2 при експозиції 7-103 с.

В результаті проведених досліджень було встановлено, що комбіноване лазерне опромінення насіння дійсно викликає в М1 виражену стимуляцію у розвитку багатьох кількісних ознак. Так, ¬ приклад, в табл. 6.2 представлені дані, які показують цю особливість на трьох формах ячменю. У сорту Надя по всіх проаналізованими ознаками спостерігалася стимуляція в їх розвитку при комбінованому опроміненні в порівнянні з контролем. У форми Гладкоостий 303 стимуляція відзначена за трьома ознаками, а у

Еректоіда 138, так само як і у сорту Надя, - по всіх вивчених ознаками.

У табл. 6.3 наведені результати аналогічного досвіду, отримані на трьох формах ярої пшениці. Вони свідчать про те, що на пшениці стимулюючий ефект комбінованого лазерного опромінення проявився так само чітко, як на ячмені. Тут у всіх сортів відзначено кращий розвиток трьох вивчених ознак в дослідних варіантах.

Таким чином, ми вправі були очікувати в потомстві цих варіантів появи мутантних форм переважно зі зміною кількісних ознак, що визначають насіннєву продуктивність.

Отримані дані представлені в табл. 6.4. Вони показують високий ступінь відповідності очікуваних результатів фактично отриманим в досвіді. Так, ¬ приклад, у сорту пшениці Лютесценс 62 змінених сімей за кількісними ознаками було на 2,8% більше, ніж сімей з мутірованія якісних ознак. У Радиала і мутанта МЛ-19 ця різниця була ще більш істотна і досягала 2- або 3-кратного значення. На двох генотипах ячменю (Надя і Гладкоостий 303) отримані аналогічні результати. Але тут різниця за частотою мутантів зі змінами кількісних і якісних ознак була більш значною в порівнянні з сортами пшениці.

Як показали спостереження, спектр мінливості так ¬ знаходився в залежності від генотипу рослин. У ячменю сорту Надя зазначалося більше число добре розвинених продуктивних сімей з товстою соломиной. У форми Гладкоостий 303 індукованих значна кількість високорослих рослин. У мутанта Еректоід 138 було виділено багато плотноколосих крупнозерних рослин і значне число хлорофільних мутантів, які з високою частотою виникали також спонтанно.

Цікаві дані були отримані при комбінованому опроміненні пшениці. Лазерне вплив прі¬воділо до вираженої стимуляції В М1 в основному тих ознак, які характеризують продуктивність рослин (див. Табл. 6.3). Іноді одночасно змінювалися кілька таких ознак, особливо продуктивна кущистість, маса зерен і кількість насіння. В М, 2 від цих форм з великою частотою з'являлися сім'ї з високою продуктивною кущистістю, великим, добре озерненность колосом і товстої соломою. Такі форми були в подальшому залучені в різні ланки селекційного процесу.

Таким чином, при належному підборі параметрів лазерного опромінення можна ефективно змінювати спадковість пшениці і ячменю в бік підвищення частоти індукції господарсько цінних форм.

Отже, результати проведених досліджень дії комбінованого опромінення показали, по-перше, можливість значного посилення стимулюючого ефекту шляхом поєднання синьою і червоною областей спектра і, по-друге, перспективи застосування послідовного впливу низькоінтенсивних випромінюванням зазначених довжин хвиль для переважної індукції мутацій генів, що визначають розвиток кількісних ознак, відповідальних за насіннєву продуктивність пшениці та ячменю.

Морфобіологічні характеристики мутантів пшениці і ячменю, отриманих в результаті лазерного мутагенезу

Сучасне сільськогосподарське виробництво висуває підвищені вимоги до сортів зернових куль¬тур, які повинні поєднувати високу продуктивність з гарною якістю зерна і стабільно зберігати позитивні властивості в різних умовах вирощування. Найбільшу увагу останнім часом приділяється отриманню сортів інтенсивного типу, т. Е. Максимально використовують високу родючість грунту, створюване агротехнічними методами. Незважаючи на наявне велике розмаїття генотипів зернових культур, проблема вихідного матеріалу для створення таких сортів є досить гострою. Розробляються способи підвищення генетичного різноманіття рослин за допомогою різних мутагенів поки не повною мірою вирішують цю проблему, так як переважна більшість індукованих форм характеризується зниженою продуктивністю.

У цьому відношенні лазерний мутагенез, як було показано вище, характеризується деякими позитивними особливостями. А тому мутанти, отримані в результаті лазерного мутагенезу, становлять інтерес не тільки як матеріал для подальшого порівняльного їх вивчення, але і як безпосередні родоначальники майбутніх перспективних сортів.

У ході багаторічних досліджень особливостей лазерного мутагенезу були отримані мутанти на різних сортах ярої пшениці та ячменю. Серед них виділені ранньо-і пізньостиглі, полустерільние, откритоцветущіх, низькорослі, еректоідние та ін. Отримані також специфічні форми, наприклад голозерние форми ячменю. Більшість індукованих мутантів відрізнялося від вихідних сортів не одним, а кількома ознаками, які зачіпали забарвлення, форму і щільність колоса, висоту рослин, вміст білка в зерні та інші ознаки. Це явище зазвичай викликається або плейотропних дією мутантного гена або одночасним мутірованія декількох генів.

Багаторічні дослідження показали, що зміна навіть одного ознаки (від білої до червоної забарвленні ко-

лбскових лусок, від безоста до остистости, від веретеновидной до циліндричної формі колоса і т. д.) переводить мутант в іншу, відмінну від вихідного сорту ботанічну різновид. У мутантів, як правило, зачіпається регуляторна система, яка обумовлює відповідну реакцію організму на фактори зовнішнього середовища. Це проявляється в тому, що в одних екологічних умовах мутант може бути більш урожайним, ніж вихідний сорт, в інших, навпаки, має більш низьку продуктивність. Аналогічна картина може бути і при вирощуванні мутанта протягом ряду поколінь на од¬ном і тому ж місці. Виходячи з цього, ми вивчали морфобіологічні особливості мутантів ячменю і пшениці протягом ряду років. Результати представлені нижче.

Лазерні мутанти пшениці. Ленинградка - вихідний сорт ярої м'якої пшениці, районований в БССР. Створено в Північно-Західному НДІ сільського господарства пу¬тем тривалої повторної гібридизації віддалених еколого-географічних сортів і форм озимої та ярої пшениці. Відноситься до ботанічної різновиди лютесценс. Колос білий, слабоцілідріческій, крупний (8-9 см), середньої щільності, безостий. Зерно червоне, велике, з вузькою дрібної борозенкою. Соломіна середньої висоти (100-110 см), стійка до вилягання, кущ прямостоячий. Вегетаційний період 106-120 днів, вміст білка в зерні 12-14%, хлібопекарські якості задовільні, відноситься до сортів інтенсивного типу.

ЛМ-1 - мутант низькорослий, за морфологічними ознаками схожий з батьківською формою. Колос білий, безостий, крупний (> 8 см). Зерно червоне, склоподібне, вміст білка 14-15%. Соломіна низька (■ ~ 80 см), міцна, дуже стійка до вилягання. Кущ прямостоячий. Дозріває на 2-3 дні раніше вихідного сорту. Бурою іржею і борошнистою росою уражується середньо. За продуктивності не поступається вихідному сорту.

ЛМ-2 - мутант відрізняється від вихідного сорту тол¬стой високою (~ 120 см) соломиной. Продуктивність і вміст білка в зерні на рівні вихідного сорту.

ЛМ-3 - мутант остистий, відноситься до ботанічної різновиди ерітроспермум. Колос остистий, білий, неопушений, слабоціліндріческій. Довжина 9-10 см, щільність середня (1,5-1,8). Ості білі, жорсткі, сильно розходяться. Зерно червоне, велике, овальної форми, склоподібне. Соломіна середньої висоти (до 100 см), порожниста, стійка до вилягання. Дозріває одночасно з вихідним сортом. Вміст білка в зерні 16%, продуктивність нижче вихідного сорту. У селекції може бути використаний як донор хорошої якості зерна. Вивчення його генетичної природи показало, що мутантний ознака (остистий) є рецесивним і успадковується моногенно. Відсутність специфічних порушень у мейозі дозволяє припустити, що мутант виник в результаті генної мутації.

ЛМ-4 - мутант остистий, відноситься до ботанічної різновиди Грекум. Відрізняється від вихідного сорту остистістю і забарвленням зерна. Має добре вирівняне, велике, полустекловідное зерно білого кольору. За вмістом білка перевершує вихідний сорт (понад 15%), по продуктивності поступається йому. Мутант може бути використаний в селекції для створення високобілкових білозерних сортів пшениці, які високо цінуються в хлібопекарської та макаронної промисловості.

ЛМ-5 - мутант красноколосий, остистий, ботанічна різновид ферругінеум. Відрізняється від вихідного сорту трьома морфологічними ознаками: забарвленням колоса, забарвленням зерна, остистістю. Колос червоний, остистий, неопушений, великий. Ості довгі, жорсткі, що розходяться, червоні. Зерно бурштинове, полу¬стекловідное, овальної форми, крупне (маса 1000 зерен більше 40 г), вміст білка понад 14%. По висоті і міцності соломини, поражаемості хворобами і продуктивності, термінами дозрівання не відрізняється від вихідного сорту.

ЛМ-6 - мутант красноколосий, безостий, відрізняється від вихідного сорту забарвленням колоса. Ботанічна різновид Мільтурум. Колос середньої довжини і щільності, червоний, неопушений. Зерно середньої величини (маса 1000 зерен 35 г), овальне, червоне, полустекловідное. Кущ прямостоячий, зелений. Соломіна по ви¬соте не відрізняється від вихідного сорту, досить міцна, порожниста. Мутант стійкий до вилягання, борошнистою росою та іржею уражується середньо. За продуктивності поступається вихідному сорту. Генетичний аналіз цього мутанта показав, що він несе домінантний ознака червоного забарвлення колоса, який успадковується моногенно.

ЛМ-7 - мутант скверхедного типу, відноситься до ботанічної різновиди ерітроспермум. Колос білий, остистий, сильно розширений у верхній частині, середньої крупності (6-7 см), щільний, зерно червоне, середнє (маса 1000 зерен 30-35 г), полустекловідное. Стебло покритий сильним восковим нальотом, кущ прямостоячий. Солома міцна, досить низька (~ 80 см), форма стійка до вилягання. За продуктивності поступається вихідному сорту. Може використовуватися в селекції як донор низькорослості і стійкості до вилягання.

Вивчення генетичної природи цього мутанта показало, що він виник в результаті двох рецесивних мутацій (за формою колоса і остистости) в одній хромо¬соме.

ЛМ-8 - мутант продуктивний, ботанічна різновид лютесценс. Колос білий, безостий, неопушений, дуже великий (~ 13 см). Зерно червоне, за формою овальне, з дрібною борозенкою, добре вирівняне, крупне (маса 1000 зерен більше 40 г). Містить 15- 18% білка, понад 40% сирої клейковини. Соломіна середньої висоти (~ 90 см), міцна, порожниста, до вилягання стійка. Поражаемость іржею в польових умовах нижче, ніж у вихідного сорту. За продуктивності перевершує вихідний сорт на 3-4 ц / га. Мутант був створений методом масового відбору в М2 з стимульованих лазерним світлом з довжиною хвилі 633 нм рослин М ,. Після трирічної оцінки по продуктивності і розмноження мутант переданий в державне сортовипробування.

Мутанти, фенотипически подібні з описаними вище, були отримані і на інших сортах і мутантів, іс¬пользованних в експерименті. Крім того, було виділено кілька форм з великим, добре озерненность продуктивним колосом. Їх випробування показало, що по врожайності (ділянки 5 і 10 м2) вони перевершують стандарт на 5-15%.

Лазерні мутанти ячменю. Надя - вихідний сорт ячменю мутантного походження з НДР. Районований в БССР.

Мутанти ранньостиглі - МР-86, МР-99, МР-100, МР-106, МР-108, МР-110, МР-113, МР-116, МР-125. Зерно середньої крупності (маса 1000 зерен 42-45 г). Колос середньої довжини (7-8 см). Ості довгі, средне¬зазубренние, легко обламуються при дозріванні. За содерженцю білка знаходяться на рівні вихідного сорту,

За врожайності з однієї рослини не поступаються або не¬значітельно нижче вихідного сорту. Можуть бути використані в селекційній роботі в якості донорів скоро¬спелості.

Мутанти ранньостиглі, низькорослі - МР-104, МР-118, МР-144, МР-150. Відносяться до різновиду нутанс. Довжина вегетаційного періоду 85-95 днів. По висоті соломини на 12-15% нижче вихідного сорту. Соломіна тонка, стійка до вилягання. Кущ розлогий, сходи темно-зелені. Лист вузький, середньої довжини. За врожайністю поступаються вихідному сорту, але є цінним селекційним матеріалом для створення стійких до вилягання сортів ячменю.

Мутанти високопродуктивні - МР-196, МР-110, МР-120, МР-122, МР-152, МР-157. Відносяться до різновиду нутанс. За врожайністю зерна з рослини перевершують вихідний сорт на 18-26%. Висока врожайність забезпечується в основному за рахунок підвищеної в порівнянні з вихідним сортом продуктивної кущуватістю, а також масою насіння головного колоса.

Мутанти високобілкові - МР-106, МР-134 мають підвищений в порівнянні з вихідним сортом на 1,5- 2,2% вміст білка в зерні. По довжині вегетаційного періоду відносяться до скоростиглим (85-90 днів). За врожайністю зерна з однієї рослини знаходяться на рівні вихідного сорту або незначно поступаються йому. Можуть використовуватися в якості донора скороспелости і белковости.

Отримані в ході виконання даної роботи 6 ранньостиглих, в тому числі один високобілковий мутант ячменю, передані в Західний селекцентр для використання в селекційних програмах в якості оригінального селекційного матеріалу.

Таким чином, з опису нових мутантних форм ярої пшениці та ячменю видно, що вони мають суттєві морфобіологічні відмінності з вихідними сортами. Багато хто з них або представляють безпосередню господарську цінність або можуть бути використані в селекційній практиці в якості донорів деяких корисних ознак.

Створена нами колекція лазерних мутантів яро¬вой пшениці і ячменю свідчить про перспективність використання лазерного випромінювання в якості ефективного мутагенного фактора.

ВИСНОВОК

Справжня робота - приклад комплексного вирішення важливої наукової проблеми силами вчених різного профілю. У ній брали участь співробітники Інституту фізики АН УРСР, які розробляють лазерні установки багатоцільового призначення, і співробітники Інституту генетики і цитології АН БРСР, що мають великий досвід роботи в галузі радіаційного мутагенезу рослин.

Дослідження проводилися в рамках республіканського координаційного плану по вирішенню найважливіших науково-технічних проблем, а в останні роки за завданням Держкомітету з науки і техніки Ради Міністрів

СРСР.

Основна мета роботи полягала у вивченні генетичної ефективності лазерного випромінювання як нового фізичного фактора, що володіє унікальними характеристиками. Для виконання поставленого завдання було використано комплекс лазерної апаратури, що включає ряд установок безперервної дії з поліпшеними характеристиками і потужних імпульсних твердотільних лазерів з модуляцією добротності і подвоєнням годину-Оти. Застосовувався також унікальний, створений в Інституті фізики АН УРСР імпульсний лазер на барвниках з високою вихідною потужністю і перебудовою спектру випромінювання в діапазоні 440-700 нм. Наявність такої сучасної технічної бази визначило оригінальність отриманих результатів. Генетичний розділ роботи виконаний на основних зернових культурах - ярої пшениці, ячмені. Цитогенетичне дію лазерного світла вивчалося на культурі фібробластів чело¬века, на клітинах Heia і рослинних клітинах.

Встановлено, що при дії на насіння і вегетирующие рослини імпульсним і безперервним (у тому

числі І нйзкййнтенсйвним) лазерним випромінюванням видимій області спектра можна отримати високий вихід мутантних форм. Частота мутацій залежить від параметрів опромінення (довжини хвилі, щільності потужності випромінювання, експозиції впливу та ін.), А також генотипу та фізіологічного стану біооб'єкту. При підборі оптимальних умов впливу лазерним випромінюванням вихід мутантних форм може досягати тих же значень, що і при опроміненні іонізуючою радіацією в найбільш ефективних дозах. Зазначений факт представляє істотний науковий інтерес, так як прийнято вважати, що електромагнітне випромінювання видимої області спектра мутагенної ефективністю не володіє.

Генетична дія лазерного випромінювання відрізняється рядом особливостей в порівнянні з іонізуючою радіацією. По-перше, за умов опромінення, що забезпечують високий вихід мутантних форм, не спостерігається летального ефекту у рослин першого покоління. По-друге, з більшою частотою виникають мутанти із зміною кількісних ознак у бік підвищення продуктивності рослин. По-третє, зустрічається значно більшу кількість однорідних за зміненим ознаками сімей, які не розщеплюються в другому і наступних поколіннях. По-четверте, більше число виділених в М2 нових форм рослин зберігає свої ознаки в наступних поколіннях.

Необхідно також відзначити, що на відміну від іонізуючої радіації використовується в наших експериментах лазерне випромінювання в значно меншому ступені индуцировало хромосомні аберації при впливі на проростки і сухе насіння (але викликало, як вже було сказано, високий вихід спадково змінених форм).

На великому експериментальному матеріалі показано, що лазерне випромінювання (при підборі параметрів) може надавати як протекторну, так і сенсибилизирующее дію на генетичну ефективність іонізуючої радіації.

Головним підсумком цієї роботи є безперечний доказ генетичної ефективності лазерного випромінювання видимого спектрального діапазону, а також перспективності його застосування в селекційній практиці сільськогосподарських рослин.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62036. Урок по подвижным играм 40.79 KB
  Прыгают сначала игроки одной команды затем другой. Правила игры: 1 во время перебежки мяч можно только отбивать как в волейболе а не перебрасывать; 2 если мяч во время передачи упал игрок уронивший мяч должен поднять его и продолжать игру дальше...
62037. Композиція у декоративному мистецтві. Створення ескізу писанки 25.39 KB
  Сьогодні ми з вами зробимо віртуальну подорож щоб дізнатися багато нового та цікавого Слайд 1. Отже перша зупинка Історія писанки слайд 2. Писанки це найпоширеніший вид декоративно-прикладного мистецтва це своєрідний мініатюрний живопис наповнений ритуальним значенням...
62038. Повторение передачи мяча сверху 2-мя руками и прием снизу 2-мя руками 18.02 KB
  Бег с высоким подниманием бедра лицом и спиной вперед с захлестыванием голени лицом и спиной вперед бег левым и правым приставным шагом. Стоя спиной друг к другу мяч вверху; 1. стоя спиной друг к другу мяч верху. стоя спиной друг к другу мяч на пояснице руки в замок.
62040. Food 21.23 KB
  Цілі уроку: Практична: вчити використовувати нові лексичні одиниці на понадфразовому рівні в усній та письмовій формах тренувати учнів у складанні монологічного висловлювання за темою уроку; формувати вміння давати відповіді на поставлені запитання; розвивати навички читання письма.
62042. Изображение головы человека в пространстве 25.47 KB
  Познакомить учащихся с закономерностями в конструкции головы человека пропорциями лица человека. Презентация; Зрительный ряд презентация примеры работ Модель гипсовой головы...
62043. Гигиена девушки. Косметика 31.36 KB
  Учащиеся должны знать: как ухаживать за телом кожей волосами; как правильно держать осанку и походку; тип кожи тип волос; Учащиеся должны уметь: ухаживать за телом кожей волосами; определять тип кожи; определять тип волос и ухаживать за ними...
62044. Грибы съедобные и несъедобные. Правила сбора грибов 23.02 KB
  Цель: учить распознавать грибы формировать представление о грибах как об особом царстве живой природы; познакомить с видами грибов; учить осторожности при сборе грибов объяснить чем грозят последствия неправильного сбора и употребления грибов...