Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии
Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.
Лекции 11-12. Использование ионизирующего излучения в растениеводстве и животноводстве
2. Радиационный мутагенез как основа селекции
Еще в 1935 г. А.Н. Лутков - ближайший коллега известного в
нашей стране генетика-селекционера Г.Д. Карпеченко - опубликовал статью
«Мутации и их значение для селекции». В ней автор подвел итоги длительных
дискуссий среди биологов и генетиков о роли мутаций в эволюции и селекции и
суммировал накопившиеся к этому времени факты по экспериментальному получению
мутаций у растений.
В основу статьи была положена работа известного
американского генетика Германа Мёллера (Нобелевская премия по
физиологии и медицине, 1946), который экспериментально доказал возможность
возникновения искусственных мутаций под действием рентгеновских лучей (1927) и
последовавшие за этим открытием работы исследователей многих стран по получению
мутационных изменений с помощью воздействия на геном растений различными
физическими и химическими факторами.
В настоящее время радиационный мутагенез стал одним из
прогрессивных методов получения разнообразных генетических мутаций для
последующего отбора и выведения новых сортов. Он позволяет получать формы,
обладающие повышенной урожайностью, устойчивостью к заболеваниям и
неблагоприятным факторам внешней среды, повышенным выходом биологически
активных и питательных веществ в урожае. С использованием ионизирующей радиации
к настоящему времени в мире уже получено более 150 сортов различных
сельскохозяйственных культур. Например, высокоурожайная и устойчивая к
полеганию пшеница Новосибирская 67, вилтоустойчивый сорт хлопчатника АН-402
и др.
Облучению гамма-лучами и нейтронами чаще всего подвергаются
семена или пыльца растений. При этом частота мутаций возрастает более чем в 200
раз. Мутации затрагивают урожайность, скороспелость, засухо- и зимостойкость,
размеры самих растений и ряд других признаков.
У подавляющей части полученных мутантов преобладают
угнетенные нежизнеспособные особи. Поэтому на втором этапе на основе отобранных
форм с улучшенными селекционными признаками проводится дальнейшая селекция по
выведению, испытанию, генерации и внедрению в практику нового сорта.
Ценность используемого в селекции растений радиационного
мутагенеза состоит еще и в том, что среди мутантов появляются формы с новыми
признаками, не встречавшимися в природе. При этом характер и получаемое число
мутантов во многом определяются состоянием исходного материала и, в частности,
исходного сорта.
Наиболее мутабильными оказались относительно молодые сорта и
сложные гибридные формы. Старые сорта являются очень стойкими. Кроме того,
выход и качество мутаций зависят от состояния генома в момент облучения и в
послерадиационный период окончательного формирования мутации. Под геномом
понимают совокупность генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом данной
клетки.
В радиационной генетике часто используется метод облучения
покоящихся воздушно сухих семян. В этом случае на количество и качество мутаций
влияют условия хранения и проращивания семян. Как правило, при малой влажности
изменчивость возрастает. То же происходит при облучении незрелых семян. Так,
при облучении незрелых семян гороха дозой 5 кР количество мутантов возрастало в
3 раза по сравнению с облучением полностью созревших.
На величину мутагенеза влияет также и период вегетации.
Установлено, что при облучении бобовых культур наибольшее число ценных в
хозяйственном отношении мутаций получается в фазе бутонизации.
Образование мутаций зависит от условий самого облучения:
дозы, мощности и вида ионизирующего излучения. Вероятность мутагенеза
возрастает с увеличением поглощенной дозы, однако при этом в популяции гибнет,
и большая часть растений и, вследствие этого, большая часть мутаций не
выявляется. При большой мощности дозы облучения наблюдается высокий выход
мутаций, тогда как при малой дозе в процессе облучения в растении успевают
проходить репарационные процессы.
На практике чаще используют различные виды излучений как с
малой (рентгеновское и гамма), так и с высокой плотностью ионизации
(нейтронное). При этом первые в меньшей степени затрагивают хромосомный аппарат,
а вторые вызывают в нем серьезные нарушения, не поддающиеся репарации.
В связи с этим меняется и сам спектр возникающих мутаций.
Так, нейтронное облучение вызывает появление большого числа короткостебельных
форм с плотным колосом у пшеницы и ржи. А облучение рентгеновскими и
гамма-лучами вызывает у полученных форм увеличение резистентности к ряду
заболеваний. При высоких дозах быстрые нейтроны увеличивают частоту
хлорофильных мутаций во втором поколении в сравнении с рентгеновскими лучами в
десятки раз.
Условия выращивания растений из облученных семян позволяют
не только увеличить уровень изменчивости, но и сместить спектр получаемых
мутаций. В числе таких факторов находятся температура, длительность светового
дня условия корневого питания, почвенно-климатические условия. При резком
колебании указанных факторов изменчивость возрастает.
Метод радиационного мутагенеза позволяет значительно
сократить время выведения конкретного сорта. Только этому селекционному приему
присуща способность изменять один какой-либо нуждающийся в коррекции признак
без изменения всего комплекса положительных свойств и качеств.
|