Способ изменения типа развития у злаковых культур

Способ изменения типа развития у злаковых культур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: сельское хозяйство, селекционно-генетические исследования, биотехнология , Перед посевом семена озимых культур обрабатывают экзогенной нативной и модифицированной ДНК в концентрации 100-400 мкг/мл после чего их высевают и получают яровые формы. 4 табл. х fe ч| ел ю оа

:"ОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835132/13 (22) 20,02,90 (46) 07.08.92. Бюл; N 29 (71) Институт молекулярной биологии и генетики АН УССР (72) С.Г.Машталер, А.И.Потопальский, Л.Н.Юркевич, Ю,В.Пацковский и Н.Н,Трокоз (56) Ремесло B.H, Селекция; семеноводство и сортовая агротехника пшеницы, — M.: Колос, 1977, с. 14-.25. Калиев А.Х„Нургасенов Т.Н. К вопросу изменения яровой твердой пшеницы в озимую. — Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана, 1978, hL 8, с, 40-42, Писарева А.А., Новикова M,В., Барашкова Э.А, Озимые формы яровой пшеницы сорта Ленинградка, индуцированные этиленимином, НТ бюллетень ВИР. 1984, М 142. с. 54 57.

Стельмах А.Ф. Генетика скорости и типа развития мягких пшениц. Труды V съезда

ВОГИС: Тезисы докл. — M., 1987, т. 4, с. 93.

Суриков И.М.. Романова Н:П. Некоторые данные о наследовайии признака яровость — озимость у ржи, Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 1980, т. 67, пк 3, с. 46-49.

Гершензон С,M., Алексэндров Ю.Н., Малюта С.С. Мутагенное действйе ДНК и

Изобретение относится к генетике и селекции и может быть использовано для получения яровых злаков с хозяйственно ценными признаками.,5U,, 1752283 А1 (я)5 А 01 Н 1/04, 1/06, С 12 и 15/01 вирусов у дрозофилы. — Киев; Наукова думка, 1975, Картель Н,А. Эффекты экзогенной ДНК у высших растений. -Минск: Наука и техника, 1981, Моргун В.В., Ларченко Е.А., Ткаченко

А.В. и др. Роль экзогенной ДНК в формообразовательном процессе. Экологическая генетика растеий и животных. — Кишинев;

Штиинца, 1984, с, 131, Картель Н.A., Забенькова К,И, Генети -:еские изменения и возможный механизм их возникновения под действием экзогенной

ДНК у растений. - Весц! АкадэмИ Навук

БССР, сер, б!ял. навук, 1984, N. 6, с. 42-46.

Глущенко И,Е. Трансформация озимо- Я сти в яровость, как метод создания высокопродуктивных сортов яровой пшеницы.—

Доклады ВАСХНИЛ, 1979, hh 2. с. 3-6. (54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ТИПА РАЗВИТИЯ У ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР (57) Использование: сельское хозяйство, селекционно-генетические исследования, биотехнология, Перед посевом семена озимых культур обрабатывают экзогенной нативной 4 и модифицированной ДНК в концентрации Q3

100-400 мкгlмл после чего их высевают и получают яровые формы. 4 табл. ЬР

Изменение яровых злаков в озимые и наоборот широко использовалось ранее в практике селекционной работы и находит, применение и сейчас, В большинстве случаев используется изменение яровых в ози<

1752283

1 мые. В основном этот прием применяютдл1 получения генетического и селекционного разнообразия форм на пшенице, ржи, тр< -! тикале.

Йаряду с посевом в обычные сроки ис<- 5 пользуют скрещивэние яровых и озймь<х I:

< последующим отбором, предпосевное облу< чение семян, мутагены. Последние два метода дают. особейно большую вспышк у формообразования, в том числе появляются 10 растения с хозяйственно цЕй<<ь<мй признаками.

Примером получения озимой йшеницы ! иэ яровой является нижеописанный эксперимент. Использовали предпосевное обл )- 15 чение семян и растений яровой твердой

1 пшеницы ИКСС, после чего осенний посев ! давал формы с устойчиво сохраняющимися признаками оэимости. Новые формы частоо

< относились к другим разновидностям","отли- 20 чались по морфологии," ряду хозяйственно

J ценных признаков, таких как зимостоикость, продуктивность, жизнеспособность.

При облучении чэстота появленйя новых форм увеличилась, - - - " " . 25

Примером и"споль зования мутагенов является известная рабогэ по индукции озимых форм пшенйцbi из "я <Ъвого сорта

Ленинградка. По использовании 0,015%,ного раствора этиленимина среди 2614 рас- 30 тений Мр яровой пшеницы получено пять

1 озимых растений из разных семей. Три семьи при пересадке в теплицу осенью дали весной растения озимого типа. Мутантная форма 1 — "озимая ленинградка" оказалась 35 высокоустойчивой к полеганию, слабовосп риимчивой к мучнистой росе, морозоатойкой в условиях Поволжья, Она имеет ценные морфологические особенности (укороченную соломину, крупное зерно), 40

Известно, что яровость — доминантный признак, обусловленный тремя парами геНоВ у пшеницы и одной парой генов у ржи.

Таким образом, при получении яровь х 45 форм из озимых у ржи рецессивный ген озимости (огп) должен смениться доминантным (Vrn). He вникая детально в обьясне< ния механизма перестройки работы генетического аппарата в вышеуказанном 50

1 процессе, можно отметить. что создание

< стрессовых ситуаций, резкое изменение би- охимиэма при "переделках" озимых злаков

1 в яровые само по себе создает хорошие условия для появления наследственных из- 55 менений. Усиливается этот" процесс йр<и нзличии различных обработок (мутагены, радиация), не говоря о скрещиваниях ярс<вых и озимых, когда просто отбираются рас1 тения нужного типа развит< я.

Известно. <то действие экзоген ной ДНК (э-ДНК) вызывает многочисленные наследственные изменения в организме эукариот, которые относят как к мутациям, так и к трансформациям. Эти изменения отличаются от классических мутаций высокой частотой возникновения. Стресс и одновременное наличие при "переделках" определенного количествэ доступной к использованию э-ДНК создает возможность появления большого количества мутаций, в том числе и доминантной мутации яровости (vrn Чгп).

Наиболее близким к изобретению является метод получения яровой пшеницы из озимой воздействием экстремальных условий среды. Предварительно яровизированные семена .сортов озимой пшеницы

Безостая 1, Безостая 4, Мироновская 60, Одесская 51 и других высевались весной.

Срок яровизации варьировал от нескольких от 25 до 50 дней (однократно), В год посева наблюдалось выколашивание от 3-5% до 1020% рас<ений в зависимости от генотипа сорта пшеницы. В первых поколениях выколашивание зависит от погодных условий и при жарком сухом лете для большинства растений может вообще не наступить, Влажное и холодное лето способствует выколашиванию в поздние сроки сравнительно с обычными (иногдз до 100%).

Процент выколосившихся растений из сорта Безостзя 1 нз 30 сентября в М1 составил 12,1% при 84,9% растений на стадии кручения. В М4 выколосившихся растений было 79,8% при 21,2% в стадии трубкования, В последующих поколениях на 30 сентября наблюдается полное выколашивание.

У позднеспелой линии в М лишь 11,9% растений выколашиваются к 30 сентября и,, по-видимому, этот процесс не заканчивается и к М1о В различных вариантах для единичных растений начало колошения может варьировать. Наиболее раннее колошение наблюдается у Безостой 2 с яровизацией 25 дней (в контроле наиболее раннее колошение 20,7, а у Безостой 1 27,6).

Проведение экспериментов с использованием мутагенов и облучения Со не привело к усилению выхода яровых форм сравнительно с контролем, В опытах использованы диметилсульфат. этиленимин (0,006-0,01%) и другие мутагены в более высокой концентрации. Со в дозах 5000во

15000 ч. Наблюдается гибель растений при вышеуказэннь<х обработках и отсутствие поло>кительнь<х результатов при весеннем посеве.

Таким образом. для получения яровых форм пшениц из озимых применяется экспериментальное воздействие в виде весен1752283 него посева и дополнительная яровизация трации э-ДНК и составляет для ДНКтимуса в холодильных камерах перед первым посе- теленка в среднем 14,37+2,25, что достовом весной Мр. В результате чего получают: верно превосходит контроль. При воздейстпозднее колошение в течение ряда поколе- вии ДНК человека результаты аналогичные ний с выколашиванием в августе — сентябре 5 (табл.1), Часть яровых растений в Мо приоби созреванием вплоть до октября; реверсию ретает устойчивость к полеганию благодаря части растений к озимому типу развития; болеежесткомуитолстомустеблю, С растезакрепление ярового типа развития к Ms- ний Мр собирают семена для посева в слем 1. Однако, в связи со сроками созрева- дующем годувесной(м1), Анализ некоторых ния, о полной стабилизации ярового типа 10 вариантов М показал, что при обработке развития в указанных экспериментах гово- ДНК тимуса 200 мкг/мл достоверно уменьрить еще не приходится, Высказана мысль шается высота стебля (до 100,7+ 3,43 см о том, что блоки хозяйственно ценных при- сравнительно с 108,9 см у исходного озимознаковизозимыхпередаютсявяровыефор- го сорта Житомирская (контроль), а также мы. В целом же автор не ставил перед собой 15 увеличивается количество продуктивных целью получение и отбор новых ценных стеблей(табл,2). ВМ обнаруженырастения признаков. с ветвистыми колосьями, с pacceченной на

Цельк изобретения является увеличе- узкие доли листовой йластинкой. Последние выхода яровых форм. ний признак независимо появился в другой

Сущность изобретения заключается в 20 семье Мр. том, что семена озимых форм обрабатывают Пример 2. Обработка модифицироэкэогенными нуклеиновыми кислотами раз- ванн ыми ДНК животного происхождения (эличного происхождения как нативными, так ДНК). Методика проведения эксперимента и модифицированными тиофосфамидом (з- . аналогична описанно в примере 1, ДНТ), а затем ранней весной высевали в 25 Для замачивания семян используют грунт без предварительной яровизации. концентрации 100 и 200 мкг/мл ДНТтйм са т муса

Опыты проведены с з-ДНК (з-ДНТ) животно- теленка и человека, Количество яровых расго и растительного происхождения. Отборы тений в Мо для ДНТ человека не отлйчается потомств обработанных семян проведены от обработок ДНК животного происхож оM. .. и .хожд 30 ния (12,5 4,09 ), а обработка ДНТ тимуса

Р езультативность воздействия прове- теленка дает несколько меньший процент рялась сохранением признака яровости, яровых растений (табл.1). Морфологических проявившегося с Мр до М4, а также сокра- изменений в Мо не наблюдается за исклющением вегетационного периода до сроков . чением утолщения стеблей, как и в примере характерных для яровых, посеянных вес- 35 1. В М> наблюдается появление потомств с ной, с одновременным проявлением хозяй- увеличенной кустистостью и широкой лисственно ценных признаков у полученных товой пластинкой, с утолщенными стебляяровыхформ. Для обработок использованы ми, с сильно укороченным стеблем и готовые промышленные препараты (ДНК одновременно с безостыми колосьями, тимуса теленка. ДНК крупного рогатого ско- 40 Пример 3. Обработка семян озимой та), ржи нативными ДНК растительного происПример 1. Обработка семян озимой хождения. Используют нативные ДНК гороржи нативными ДНК животного происхож- . ха, пырея, картофеля,дурнишника, щирицы, . топинамбура, полученные из однойменных

Используют э-ДНК тимуса теленка и че- 45 растений, ловека в концентрациях 100, 200. 300 и 400 Методика обработки аналогична примемкг/мл, Семена в количестве 100 шт, на ру 1. Действие ДНК растительного происвариант в четырех повторностях замачива- хождения приводит к меньшему количеству ютвчашках Петри в воде в течение суток, а яровых растений в Мо. от 10,8 до 7,87ь в затем переносят на 42 ч в растворы соответ- 50 различных вариантах (табл. 1). Отмечено поствующих концентраций э-ДНК (f10 50 явление некоторых хозяйственно ценных мкг/мл на вариант). После обработки семе- признаков, Так, при действии ДНК гороха в на промывают в проточной воде и высевают Mp xa одном из обработанных растений пов почву в первой декаде мая. На протяжении явился ветвистый колос. Его потомство (IVI>, вегетационного периода отмечают появле- 55 табл,2) отличается комплексом особенно ниерастенийсизмененнымтипомразвития ценн ых в хозяйственном отношении при(яровые), которые выколашиваются от сере- знаков. прочным коротким стеблем, длиндины июля до середины сентября и дают ным колосом, увеличенным количеством семена, Количество появившихся яровых стеблей, В М1 одно из потомств после обрарастений практически не зависит от концен- боток ДНК пырея отличается повышенным

1 !

1i52283 ! меру 1. Концентрация 100-200 мкг/мл также вйзывает достоверное увеличение частоты яровых растений сравнительно с контролем (12.15+3,2 $), табл. 4.

Пример 8, Обработка семян озимой пшеницы Ассоциативная 1 ДНТ пырея.

45! стеблеобразованием (до 40 стеблей на куст) и очень длинными листьями, Длина вегета-, ционного периода в М0 — M1 существенйо не отличается по ваоиантам, !

Пример 4. Обработка семян озимой 5 ржи модифицированными ДНК раститель- ного происхождения. Полученными э-AHTi при модификации тиофосфамидом всех э-, ДНК, указанных в примере 3, проводят об- работку семян аналогично примеру 1, 10

Количество полученных яровых растений в вариантах обработки ДНТ растительного происхождения в большинстве случаев не, отличается от контроля (табл,1). Действие

ДНТ на хозяйственно ценные признаки за- 15 ключается в том, что в Мр с такой же частотой, как в примере 3. появляются растения с коротким прочным стеблем, с удлиненным колосом, Последнее чаще, чем в предыду-, щем варианте, 20

Пример 5. Обработка семян озимой, пшеницы Ассоциативная 1 нативной ДНК тимуса теленка.

Обработка проводится аналогично при- — меру 1, табл. 4. Концентрация 100-400 25 мкг/мл Ййэывает достоверное увелйчение количества яровых растений сравнительно с контролем (1 7,92+4,35,4).

Пример 6, Обработка семян озимой пшеницы Ассоциативная 1 алкилированной 30

ДНК (ДНТ) тимуса теленка.

Обработка проводится аналогично при-, меру 1. Укаэанная ДНТ также вызывает до, стоверное увеличение количества яровых растений сравнительно с контролем 35 (12,73+3,22 $), табл, 4, fl p и м е р 7. Обработка семян озимой пшеницы Ассоциэтивная:1 нативной ДНК пйрея.

Обработка проводится аналогично при- 40

Обработка проводится аналогично примеру 1, табл. 4. Использованная концентрация 100-200 мкгlмл не вызывает достоверного увеличения количества яровых растений сравнительно с контролем (6,35+3,08 /О)

Стабильное сохранение признака в примерах 5-8 наблюдается до М4, Получены короткостебельные формы пшеницы с высокой продуктивностью и высоким содержанием белка, а .также формы, отличающиеся способностью произрастать на обедненных азотом почвах, Сравнение результатов с известным дает возможность выявить следующие преимущества и редлагаемого способа: впервые для этих целей использовали действие э-ДНК. и э-ДНТ на фоне весеннего . посева озимой ржи и и шеницы, а известный способ применял весенний посев и яровизацию; получено большое разнообразие растений, обладающих селекционно ценными признаками, отсутствовавшими в исходной форме, и могущими служить ценным селекционным материалом, Известный способ не упоминает о наличии таких форм; в экспериментах на ржи в Мз и на пшенице в М1 уже. не было выщепления озимых форм, а в опытах известного способа этот процесс продолжается до девятого поколения, что видно из табл. 2 в работе !979 г, в Мб кущение наблюдалось в 96% случаев, что даже больше, чем в контроле. Аналогичная картина была и в Ms.

Формула из об рете н ия

Способ изменения типа развития у злаковых культур, включающий весенний посев, семян озимых и получение яровых форм,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода яровых форм, семена перед посевом обрабатывают экзоген ными нативными или алкилированными тиофосфамидом ДНК в концентрации 100-400 мкг/мл.

1752283

Таблиоа1

Пример Вариант обработки яровых растений, Вариант обработки

Среднее для варианта M u

Среднее для варианта Иги

M н

ДНК тимуса I00 теленка 200

300

400 авс

«ь»

ЛНТ тинуса теленка

8,26 2,50

8,33 3,56

8,19 ° 3 51

14,37> 2,25

12,50- 4,41 12,50 4,09

12 ° 5024,41

ДНТ человека

ДНК человека 100

200

300

400

14,7722,37

5,87+ 2,89

ДНТ гороха 5,9722,89

10,562 2,77"

10,80+ 2,83" т

ДНК гороха IÎÎ

200

6,89ь3,32 3,44 1,41

ДНК пырея 100

200

ДНТ пырея

8,19 2,0!

ДнТ дурнишника

ДНК дурниш- 100 ника 200

ДНК щирицы 100 200

6,023,35

О о

2,0 1,45

9,62 2 2,87 " ДНТ щирицы

4,28„-i,7I

4 > 00> 2, 32

4,47 2,32

6,4563,1!

9,00ь3,69

3,57вг,!)7

ДНТ топинамбура (82 - 108

ДНК топи- 100 нанбура 200

300

6 34 + 1,83

8 Контроль

2,0 21,16 лп

П р н и е v а н и е. Знал х °

У равинца дОСтОВЕрНа Прн р я 0,001 > р 0,01; р> 0,5.

Таблице

Семи

Вариант обработок

Длина колоса, см

Длима стебля, см

Количество стеблей, шт

Процент

Н+н

М>м

34 6,6 -.1,300

44,1

96 2>031 "

126 -4,559

104 6,00

1!5 .3,9о

34 14,9420,96

17 9,41+0 364""

15 12,06- 0,78I"*

20 7,50 0,425

25а

44

37 (б)

47(г) .

ДНК гороха, 100 нкг/нл

ДНТ гороха, 100 мкг/мл

ДНК пырея, 200 мкг/нл

18,!

13,8

21,6

43,8

5, I

23,6

25,6

20 5,341,264 ДНК картофеля>

300 мкгlмл

15,D

54 ° 6 6

19 9,00>0>458

48 (в) !!3,744,69

ДНТ картофеля, 300 нкг/мл

17,5

21,9 19

9,8 73 11,09!0,194 14,9 72

22,3 43 7,90 0,154 12>3 7>0+2,19 53,4 4

18 В 52 7,60 0 189 18,9 52 4,75ь1,095 61,7 8

130,3>1,50 ! оо,7 3,43

110 4!2,88

ДНК тинусе, 100 мкгlмл

ДНК тинуса, 200 нкг/мл

5 ДНК человеке, 300 нкгlмл

Контроль (без обработ« ки) 108,9 1,784

19,6 115 4 420,64

110 7,63 0,139

17,1

73,0 25

> °

П р и м е ч а н и е. Знак — разница достоверна при р» 0,011

° tã р 0,001, Таблица

Лениградская местная высокобелковая, контроль

Элементы продуктивности

Яровая фориа

М>н

Н хтт

118,3 з 3,!О

Высота стебля, см 119,1 ь 2,93

Длина гдавного колоса, см

11,10 f о,464

60,70 е 1,600

9,45 (0,347 2,94

56,93 3.03

Озерненность °

Насса зерна с колоса, г

0 550 0059

0,453+ 0,041

0,930 0,135 4,00

11,57«> 90812>ь 3,20

Насса зерна с куста, г

1,92 0,202

15,5 0,957

Насса 1000 Зерен

Количество стеблей, >>l T, 3,5 0,289

3,2 0,380 и

П р и н е ч а и н е. Знак — достоверно при р 0,01;

Р 0,001

I2,96 4,57

11,66 - 4,12

17,24 4,95

15,65 4,58

13,84 + 4,28 l6,66 + 4,80

14,58 5,08 !

4,00 .4,90

11,29 2,85

9,84 - 4,0

4,83 i 2,72

I7,О 2 4,93

9,52 т 3,69

I0,5214,О6

4,54 t 2,56

10,63 4,49

8,62+ 3,68

8,33 - 3,56

8,0 3,83

7,!4 3,44

2,0 1,16

" "- — "— -у

Процент Н е н (Процемт

1752283

12.

Таблица 4

Эармант обработки Концемтра» цил, мкг/ил

Вариант обре ботки

Яровых растений, Ф

Нтм Среднее длл аарманта M 2 м

Среднее длл варианта Н т и

НФ и дНК тинуса темен- 100 ка 200

300

400

17,92"-4,35

3 - 3,41,Д

1 4,34 " ! а 5,52"

2Т4,14

9>2,90

4-3,51 "

»1,64

10,823,31

14, 17, 21, l9

ДНТ тинуса теленка

12,73+3. 22

13>3- 3,52

12,1>2,83"

5>3 3,21 6,35С3,08

7,4 2,95

13>15>3,20

llNT мирея

200

10, 15, ДНК лырея

Необработанный нонтроль .

2,5

Примечание. Знак Ф

- разница доСтоверна лри Р 0,001;

>>

Р 0,05.

Составитель .

Редактор C,Ãeðáeð . Техред ММоргентал Корректор И,Муска

Заказ 27О9 . Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101