Влияние мутагенов на растения

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 18.09.2024

Селекция — совокупность методов создания сортов и гибридов растений и с/х животных с нужными человеку свойствами, которые повышают урожайность и качество культур и продуктивность скота.

Селекция растений успешно практикуется человеком на протяжении тысяч лет, с самого начала человеческой цивилизации. Используется по всему миру как отдельными людьми: садоводами, фермерами, так и профессиональными селекционерами в организациях, университетах и исследовательских центрах.

Основные методы селекции растений — массовый и индивидуальный отбор, внутривидовая и отдалённая гибридизация, инбридинг, полиплоидия и экспериментальный мутагенез.

Искусственный мутагенез. Естественные мутации, сопровождающиеся появлением полезных для человека признаков, возникают очень редко. На их поиски приходится затрачивать много сил и времени. Частота мутаций резко повышается при воздействии мутагенов. К ним относятся:

некоторые химические вещества,
ультрафиолетовое и рентгеновское излучения.

Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК и служат причиной резкого возрастания частоты мутаций. Наряду с вредными мутациями нередко обнаруживаются и полезные, которые используются учеными в селекционной работе. Путём воздействия мутагенами в растениеводстве получают и полиплоидные растения, отличающиеся более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Радиационным облучением с последующим отбором созданы ценные сорта гороха, фасоли, томатов.

Искусственный мутагенез — новый важный источник создания исходного материала в селекции растений.

Однако значение экспериментального мутагенеза для селекции растений было понято не сразу. А. А. Сапегин и Л. Н. Делоне — первые исследователи, показавшие значение искусственных мутаций для селекции растений. В их опытах, проводившихся в 1928—1932 гг. в Одессе и Харькове, была получена целая серия хозяйственно полезных мутантных форм у пшеницы. Особенно широко работы по экспериментальному мутагенезу в селекции растений развернулись в последние годы. Очень интенсивно они ведутся в СССР, Швеции, Японии, США, Индии, Чехословакии, Франции и некоторых других странах. Большую ценность представляют мутации, обладающие устойчивостью к грибным и другим заболеваниям. Создание иммунных сортов — одна из главных задач селекции, и в ее успешном решении большую роль должны сыграть методы радиационного и химического мутагенеза.

С помощью ионизирующих излучений и химических мутагенов можно ликвидировать отдельные недостатки у сортов сельскохозяйственных культур и создавать формы с хозяйственно полезными признаками: неполегающие, морозостойкие, холодостойкие, скороспелые, с повышенным содержанием белка и клейковины.

Возможны два основных пути селекционного применения искусственных мутаций: прямое использование мутаций, полученных у самых лучших районированных сортов, и в процессе гибридизации.

Для получения хозяйственно ценных мутаций наиболее широко применяются гамма-лучи, лучи Рентгена и нейтроны, а из химических мутагенов — алкилирующие соединения: этиленимин, нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др.

Открытие мутагенного эффекта ионизирующих излучений привело к созданию в селекции нового раздела - радиационной селекции. Первым ионизирующую радиацию для целей селекции применили российский генетик Г. А. Надсон, проводивший эксперименты с микроорганизмами.

Концентрация химических мутагенов и дозы ионизирующих излучений не должны быть очень высокими. Для облучения семян гамма-лучи и лучи Рентгена применяют в дозах от 5 до 10 кР; облучение быстрыми нейтронами проводят при дозах от 100 до 1000 рад. Если облучению подвергается пыльца, дозу уменьшают в 1,5—2 раза.

Химические мутагены обычно используют в виде водных растворов 0,05—0,2 %-ной концентрации при продолжительности намачивания семян от 12 до 24 ч. При этом обеспечивается лучшее выживание растений и сохранение среди них мутаций с хозяйственно полезными признаками.

Селекция животных отличается от таковой у растений: животные дают мало потомков, у них позднее наступает половозрелость, они не размножаются вегетативно и у них отсутствует самооплодотворение. Однако и в селекции животных используют гибридизацию и отбор, как массовый, так и индивидуальный. Учитывают признаки экстерьера родительских пар, родословную производителей, проверяют чистоту породы. Путем близкородственного скрещивания (инбридинга) получают чистые линии, когда все или большинство генов переходят в гомозиготное состояние. Первоисточником наследственной изменчивости является мутационный процесс. Разнообразные мутации (генные, хромосомные, геномные) спонтанно возникают в каждой породе и сорте. В природе мутации подвергаются естественному отбору. При селекции участь мутаций определяется искусственным отбором, который выполняет селекционер. При необходимости селекционер может увеличить частоту и разнообразие мутаций организмов методами искусственного, индуцированного мутагенеза.

Индуцированный мутагенез - это способ повышения генетической изменчивости за счет возникновения мутаций при обработке гамет мутагенами физической (ионизирующее и ультрафиолетовое излучение) или химической (нитрозоэтилмочевина, диметилсульфат и др.) природы.

Разработка методов экспериментального получения мутаций открыла большие возможности для создания исходного селекционного материала. Благодаря этому ускоряются темпы селекции, и расширяются ее качественные возможности.

Для получения новых сортов растений и пород животных были нужны многие поколения только до тех пор, пока генетики не разработали методы получения мутаций, не изучили закономерности мутационного процесса и не научились изменять наследственность организмов методами генетической инженерии.

Примером использования индуцированного мутагенеза может служить работа по селекции краснодарского карпа. Химический мутагенез был также использован в селекции казахстанского карпа, что позволило значительно увеличить селекционный дифференциал и повысить эффективность отбора.

Генные мутации, возникшие спонтанно или индуцированные искусственно, могут быть использованы в селекции животных в тех случаях, если новый вариант мутации представляет хозяйственную ценность.

Диметилсульфат в Российской селекции используется очень редко, особенно при работе с овощными культурами. Чаще встречается при селекции цветов. Воздействия мутагенными факторами (физической или химической природы) нарушают строение молекул ДНК и служат причиной появления мутаций. Наряду с вредными мутациями обнаруживаются и полезные, которые используются учеными в селекционной работе. Путём воздействия мутагенами селекционеры получают полиплоидные растения, отличающиеся более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Никаких следов от мутагена в потомстве не остается и вреда тоже.
В агрохолдинге Поиск работают три селекционных центра: Московский — работа ведется по: капусте белокочанной, томату, огурцу, моркови и свекле столовой, редису, лук репчатому, Ростовский — занимаются созданием сортов и гибридов для Юга России (перец, томат, баклажан и др.). Егорьевский — селекция флокса метельчатого. Мутагенные факторы мы не используем, так как у нас есть обширнейшая коллекция исходного материала по всем культурам практически со всего мира и нужно сначала освоить её.

С уважением, Ховрин Александр Николаевич
к.с-х.н, доцент, селекционер по корнеплодным культурам, руководитель Селекционного центра Агрофирмы Поиск

Марина, извините, очень, очень странный вопрос не касающийся Академии огородника!
Ну коль спросили: Диметилсульфат — химическое соединение, органический сульфат с формулой (CH3)2SO4.

Когда то давно подбирал себе вишню и черешню. Много описаний прочитал. Во многих статьях о селекции писали про мутаген Этиленимин. Сегодня предложил Светлане Зениной про это почитать, чтобы она сильно не расстраивалась про минеральные удобрения. И вот к чему это привело! к ДМС!

Спасибо, Максим, за заботу. Для меня получилось равноценным тому, что упала, коленкой ударилась, а чтобы не плакала от коленки — по голове настучали ))))

Франс Хасанович, неплохо бы стране знать своих героев: кто с риском для жизни селекцией такой занимается? И какие результаты? Может быть, как нас от оспы и холеры спасли, так скоро спасут от нематод, фитофторы и прочего

Максим, я о селекции вообще и в принципе, о ее задачах и решениях. По этому вопросу ждем Агрофирму ПОИСК.

А пока предлагаю для некоторых обсуждений ввести аббревиатуру ДМС — дачно-мрачный синдром

Марина, если будем пользоваться удобрениями: навозом, компостом, торфом (где есть), сидератами и самыми простыми минеральными удобрениями, аммиачной селитрой, суперфосфатом двойным или простым, сернокислым калием (сульфат калия), для защиты растений, больше настоями, отварами трав, табака, чеснока (всё это по возможности, конечно,) то я лично уверен, что нам аббревиатуры ДМС не понадобится. Да, еще если в сады свои не пустим ГМО, а в России это пока соя и кукуруза, насколько я знаю.

Франс Хасанович! В России использование ГМО запрещено! Вот на Украине, по-моему, уже разрешили!? По крайней мере Монсанто там есть!

Франс Хасанович, у родителей кот и от красной икры нос воротил (гостья его угостила), ему непривычно было. А мы ничего, не отказались. А от колбасы люди некоторые совсем отказываются, от любой, как бы чего не вышло. Это просто, слово за слово А если серьезно, как Вы относитесь к тому, что нематода томаты не ест некоторые, плод селекции? Конкретно к этому факту?

Дело вкуса ) У нас были собаки, которые сырое мясо не ели. Несколько за обе щеки уплетают, а один смотрит на них большими глазами и морду чуть ли не морщит, как ему противно. От красной икры не воротили, правда, вареной.

Франс Хасанович, но многие современные гибриды имеют устойчивость, или как сейчас модно писать, толерантность к фитофторозу томатов и к ГМО тоже не относятся!
А с жуками на картошке и червяками в яблоках Вы правы! Страшно их кушать!

Максим, если подумать насчет томатов, казалось бы, можно и согласиться, но суть-то остается: гибрид для фитофторы не вкусный, а я такие помидоры — кушай, да? Если уж серьезно, то тут работает один из основных законов философии, который никому еще не удается нарушать: ПЕРЕХОД КАЧЕСТВА В КОЛИЧЕСТВО. Мы же получаем урожая все больше и больше от всех культур: и зерна, и плодов, и овощей. Мы-то думаем — за счет удобрений, лучших сортов, за счет хорошего ухода. Так-то, оно так. А в ОБЩЕМ итоге что? За счет ухудшения качества, не заметного в один день, в один год, а если оглянешься назад на 40-50-60 лет и начнешь вспоминать, ой как заметно, что качество не то. Пример, сельский… Раньше тетя Маша в печи хлеб печет на том конце деревни, а мы носом аромат тянем в этом конце деревни. Ну вспомнили? А сейчас к Татарстанской пшенице надо добавлять улучшители, чтоб хлеб получился, ну-ну… хотя бы без аромата — позорище. Но, я заболтался. но доля истины есть…

Франс Хасанович! Ваши предложения! Не кушать гибриды толерантные к фитофторе или посадить сорта, а потом бордоской жидкостью, зеленкой, йодом и марганцовкой обрабатывать?

А мы удивляемся, почему помидоры стали невкусные… И всё не такое на вкус, как в детстве.
Хотя, может, ДДТ не хватает, которое тогда широко применяли

Светлана, надеюсь, все прочитали комментарий Франса Хасановича про Монсанто. Монсанта не та! И мы не те. Ешь, пока рот свеж! Внук уплетал помидоры большие как арбуз, ему вкуснейше было! А маленькие только и таскал. Мне кажется, он прав, вкусные!

Да, про Монсанто прочитала
А помидоры больше кг у мамы росли больше 20 лет назад. Из удобрений только настой навоза иногда для полива. При том что земля на даче местами — голая глина, местами — суглинок. И явно томаты были не гибридами, так как всегда своими семенами выращивала.

Светлана! Посейте Бычье сердце и Розовый мед, вкусные до невозможности и весом до кило! Удобряйте органикой, подвязывайте, нормируйте кисть и пасынки. Результат будет как у Вашей мамы. 100%.

Применение мутагенов при отдаленной гибридизации

В настоящее время проводятся широкие исследования по искусственному мутагенезу растений с помощью ионизирующих излучений, химических мутагенов и других методов.

Наряду с другими возможными путями применения искусственного мутагенеза целесообразно использовать мутагенные факторы для полиплоидизации промежуточных стерильных отдаленных гибридов вишни и сливы. В частности, это относится к слабоплодовым отдаленным гибридам вишни и черешни, а также стерильным гибридам между гексаплоидными и диплоидными представителями рода Prunus и гибридами сливы и терна с персиком, бессеей, абрикосом и др.

Как известно, при отдаленных скрещиваниях разнохромосомных представителей как плодовых, так и других растений часто образуются стерильные или слабоплодовитые формы с промежуточным числом хромосом. В таком случае селекционерам нужно добиться аллополиплоидности, то есть полиплоидии за счет кратного увеличения набора хромосом определенного отдаленного гибрида. При этом есть возможность повысить плодовитость отдаленных гибридов вплоть до получения высокоплодовитых форм.

В некоторых случаях целесообразно использовать аутополиплоидию. Например, имеются работы о полиплоидизации Prunus salicina (2n = 2x = 16) для последующего скрещивания с Prunus domestica (2n = 6x = 48).

Одним из наиболее изученных мутагенов является алкалоид колхицин. Он применяется для получения полиплоидных форм при обработке семян, точек роста, почек и других частей растений.

В.А. Рыбин, касаясь обработки колхицином древесных растений, пишет, что удобно на распускающихся почках помещать вату, предварительно смоченную в растворе колхицина. Вату периодически в течение нескольких дней пропитывают раствором колхицина.

Имеются рекомендации по применению желатиновых капсул с соответствующими концентрациями колхицина и агар-агара. В частности, В.А. Рыбин приводит опыты Хантера по искусственному получению тетраплоидных растений яблони. Описаны примеры применения колхицина, приготовленного с трагантом, а также использования ланолиновой пасты колхицина. Последний состав интересен тем, что он может действовать довольно продолжительное время. Но недостатком этого способа является то, что обработка ланолиновой пастой колхицина вызывает ожоги.

Я.Г. Оголевец в опытах по методике полиплоидии показала, что удобно использовать раствор колхицина в касторовом масле. Этот раствор не вызывает ожогов, обладает высокой проникающей способностью к точкам роста и сохраняется в течение длительного времени. По данным Я.Г. Оголевец, раствор сохраняет свое действие в течение всего летнего периода. Раствор колхицина в касторовом масле можно применять в открытом грунте.

Для приготовления раствора колхицина в касторовом масле (по Я.Г. Оголевец) берут отвешенное в соответствии с нужной концентрацией количество колхицина и растворяют его в допустимо малом объеме серного эфира. Этот раствор тщательно смешивают с взятым соответственно нужной концентрации количеством касторового масла. Смесь в колбе постепенно нагревают в водяной бане 100 0 и держат так до тех пор, пока не выпарится эфир,что определяют по запаху. На удаление эфира тратится примерно 1 час.

Обычно колхицин применяют в растворах 0,1 – 0,2 % - ной концентрации. Иногда пользуются и более высокими концентрациями. В работах с косточковыми можно использовать отмеченные концентрации и испытывать действие других растворов.

Следует отметить ядовитость колхицина, почему при работе с ним необходимо соблюдать меры предосторожности. Специфика действия колхицина заключается в его влиянии на митоз, причем он вызывает частые нарушения митоза, проявляющиеся в образовании клеток тэтраплоидным набором хромосом, т.е. полиплоидных клеток.

Полиплоидные побеги, проростки и другие части растения обычно бывают более толстыми и укороченными, вследствие чего их можно отличить уже по морфологическим показателям. Точные результаты получаются при цитологическом изучении. Для обеспечения лучшего развития полиплоидных побегов остальные ближе расположенные побеги можно удалять или значительно ослаблять их рост.

Полиплоидные побеги отмечают этикеткой, за ними проводят многолетние наблюдения. Можно прибегать к прививке почек с полиплоидных побегов.

Применение колхицина и других мутагенов было незаслуженно задержано в селекционной работе с плодовыми, в том числе и косточковыми культурами. Поэтому в связи со значительным увеличением объема работ по мутагенезу, будет совершенствоваться методика искусственного образования мутаций и расширяться набор мутагенных факторов, что нужно будет учитывать исследователям, работающим в этом направлении.

Процесс внесения изменений в ДНК растений называется мутагенезом. Существует два вида мутагенеза: естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный).

Спонтанный происходит в естественной среде без явных причин. Считают, что такие мутации происходят из-за сбоя процессов рекомбинации ДНК, репликации и репарации. Такой мутагенез происходит под генетическим контролем организма.

Искусственный (индуцированный) происходит под действием внешних факторов: ультрафиолетовое излучение, радиация, химическое воздействие.

Виды мутагенеза

Все мутации происходят под воздействием мутагенов, которые приводят к увеличению частоты мутаций у растений. Исходя из вида мутагена, мутагенез бывает:

Радиационный происходит под действием ионизирующего облучения, коротковолнового ультрафиолетового и СВЧ излучения. Влияние излучения приводит к появлению свободных радикалов, которые воздействуют на организм на клеточном уровне.

Под действием различных химических веществ (альдегиды, нитриты, гидроксиламин, азотистые соединения) происходит химический мутагенез. Химические вещества вступают в реакцию с нуклеиновыми основаниями, приводя к нарушению принципа комплементарности ДНК.

Биологический происходит под действием вирусов, чистых ДНК, антивирусных вакцин. Механизм действия биологических факторов не вполне ясен, но они вызывают нарушение процессов рекомбинации.

Способы мутагенеза

В зависимости от воздействия на ДНК растения различают следующие методы мутагенеза:

При этом мутагенезе внесения изменения в ДНК происходит с определенной долей вероятности. Полученные мутантные организмы проверяют скринингом, и отбирают только тех, которые отвечают требованиям. Такой способ очень трудоемкий и используется только при наличии системы скрининга мутационных организмов.

В этом случае изменения в ДНК вносятся в заранее определенный ген. Для этого синтезируются короткие цепочки ДНК аналогичные целевой ДНК с удалением места мутации.

• Мутагенез с ПЦР

Полимеразная цепная реакция осуществляет мутагенез с применением праймеров и случайного мутагенеза. При случайном мутагенезе изменение ДНК происходит за счет полимеразы при условиях, снижающих ее специфичность.

• Мутагенез по Кункелю

Вначале получают уридиновую матрицу для бактериальной плазмиды. Праймер создают на матрице, достраивают in vitro с помощью полимеразы. Затем гибридную ДНК трансформируют в клетки, где уридиновая матрица разрушается, а на мутантной кольцевая ДНК достраивает новую цепь. Такой мутагенез имеет эффективность меньше 100%.

Польза мутагенеза

Существуют различные примеры мутагенеза, которые привели к мутациям, представляющим интерес в селекции. Например, в 1956 году генетик при обработке рентгеновскими лучами арахиса получил мутант с высокими продуктивными свойствами. Итальянские ученые в 1973 году смогли вывести сорт пшеницы с укороченным стеблем. Такие мутанты устойчивы к полеганию, что дает возможность увеличивать дозы удобрений для увеличения урожайности твердых сортов пшеницы.

Иногда пользу приносят и негативные мутации. Так, при индуцированном мутагенезе полученная мужская стерильность повышает пользу у новых гибридов риса, свеклы и других растений сельскохозяйственного назначения.

Таким образом, индуцированный мутагенез в селекции очень важен. Использование мутаций дает возможность получения новых сортов растений, которые в природе редко встречаются или совсем не существуют. Благодаря искусственному мутагенезу биологи смогли найти у растений много полезных свойств, которые были использованы в последующих мутациях для сельскохозяйственных растений.

Читайте также: