Ученые ТюмГУ, ТОО Научно-производственного центра зернового хозяйства имени А. И. Бараева (Казахстан), ФГБУН Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН (Москва) доказали, что потенциал адаптации яровой мягкой пшеницы в экстремальных условиях Северного Зауралья можно увеличить за счет использования генетической изменчивости мутантных популяций.
В ТюмГУ испытали мутантные популяции пшеницы на устойчивость при изменении климата / © Getty images
Климатические изменения, приводящие к засухам, засолению почв, преобладанию высоких температур, появлению новых болезней и вредителей, рассматриваются как серьезная угроза мировому растениеводству. Растущий спрос на увеличение производства сельскохозяйственных культур для удовлетворения потребности в продуктах питания сделал необходимым поиск эффективных методов для улучшения растений.
Из имеющихся селекционно-генетических инструментов, позволяющих создавать исходный материал с хозяйственно ценными признаками, перспективно применение индуцированного (искусственного) мутагенеза.
Статья «Определение потенциала генетической изменчивости Triticum aestivum L., индуцированной с помощью химического мутагена фосфемида» биологов Нины Боме, Марала Утебаева, Ларисы Вайсфельд и других вышла в журнале «Сельскохозяйственная биология». В работе впервые установлен биологический потенциал химического мутагена фосфемида на яровой мягкой пшенице. Выявлено, что обработка семян водным раствором мутагена в оптимальных концентрациях эффективна для увеличения генетической изменчивости и отбора селекционно ценных форм.
Ученые пытались увеличить генетическое разнообразие яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) с использованием химического мутагена фосфемида, а также определить биологический потенциал мутантных образцов (М 5, М 6) по изменчивости различных категорий признаков в условиях Северного Зауралья.
Объекты исследования — 29 образцов яровой мягкой пшеницы, отобранных из мутантных популяций двух сортов Cara и Скэнт 3, гибрида, а также три контрольных сорта Тюменская 25, Тюменская 29, Новосибирская 31. Мутантные образцы были получены с помощью химического мутагена фосфемида после обработки семян водным раствором в течение трех часов.
В статье приведены результаты исследования мутантов пятого (М 5) и шестого (М 6) поколений в контрастных метеорологических условиях вегетационных периодов 2021-2022 годов. Посев, наблюдения, учеты, описание морфологических признаков и биологических свойств растений проводили на экспериментальном участке биостанции Тюменского государственного университета «Озеро Кучак» (Тюменская область, Нижнетавдинский район).
Электрофорез глиадинов был выполнен на зерновках урожая 2021 года (М 5). На основе электрофоретического анализа зерна исходных и мутантных образцов составлены генетические формулы глиадина, определена частота аллелей глиадинкодирующих локусов (Gli) и показано, что применение химического мутагена фосфемида позволяет увеличить генетическое разнообразие яровой мягкой пшеницы.
В полевых испытаниях выявлены значительные различия между генотипами по ряду количественных признаков (высота растений, линейные размеры и площадь флагового листа, число продуктивных колосьев на один квадратный метр, длина колоса, число и масса зерен в колосе). Основываясь на результатах корреляционного анализа, ученые установили, что сила связи между урожайностью и другими признаками зависит от метеорологических условий сезона вегетации.
Под воздействием водного и теплового стресса увеличивалась зависимость зерновой продуктивности от числа растений и продуктивных стеблей, сохранившихся к уборке, высоты растений, содержания хлорофилла в клетках флаговых листьев, числа зерен в колосе. По комплексу селекционно ценных признаков ученые отобрали пять мутантных образцов яровой мягкой пшеницы, характеризующихся относительно высоким биологическим потенциалом при сравнении с другими образцами и стандартными сортами. Эти мутанты имели одинаковый аллельный состав глиадинов.
Таким образом, потенциал адаптации яровой мягкой пшеницы в экстремальных условиях Северного Зауралья может быть увеличен за счет использования генетической изменчивости мутантных популяций. Доказан биологический эффект химического мутагена фосфемида для индуцирования полезных мутаций T. aestivum.
Ученые считают, что для увеличения генетического разнообразия эффективно комплексное использование мутационной и рекомбинационной изменчивости. Работа выполнена при поддержке проекта Министерства науки и высшего образования России «Адаптивная способность сельскохозяйственных растений в экстремальных условиях Северного Зауралья».
