Способ получения партеногенетических форм растений

 

Изобретение относится к биотехнологии и растениеводству и касается применения химических веществ для индукции партеногенеза. Целью изобретения является повышение выхода партеногенетических форм при снижении токсичности обработки . Способ предусматривает воздействие на растение составом, в котором в качестве индуктора партеногенеза используют вещество из группы сорбиталей. 1 з.п.ф-лы, 5 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю А 01 Н 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ j ;,,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4680092/13 (22) 14.02,89 (46) 15.12.91.Бюл. ГЬ 46 (71) Научно-производственное объединение

"Элита Поволжья" (72) А.С.Кашин, Н.И.Давоян и А.Г.Ишин (53) 578.085.23 (088. 8) (56) Бритиков Е.А. Биологическая роль пролина. M.: Наука, 1975, с. 66 — 73.

Авторское свидетельство СССР

t4 520957, кл. А 01 Н 1/02, 1975

Вермель Е.M. и др. Искусственный диплоидный партеногенез у цветковых растений. Докл. АН СССР, 1973, т. 210, М 2, с.

457-460.

Реапоп J.Я. Jr. Treatment of sweet corn зйсз

with maleic hydrazlde and colchicine as means

of increasing the frequency of monoploids — The

philippine Agriculturist. 1957, ч. XLl, t4 7, р.

364-377, Zhao Znoyn, Gu Mlngquong. Production of

Olplold Pure Lines of Maize through

Parthenogenesis induced by ChemIcals, — Аста

genetlca sinlca, 1984, v. 11, hh 1, р. 39-46.

Изобретение относится к биотехнологии, а также к растениеводству и селекции сельскохозяйственных культур, в частности к применению химических веществ для экспериментального индуцирования апомиктичного (партеногенетического) развития женских генеративных элементов 1и vlvo, и может быть использовано в гетерозисной селекции растений для ускоренного получения гомозиготных линий и апомиктичных диплоидных форм растений, закрепляющих эффект гетероэиса в первом гибридном "но„„5U„„1697641 Al (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРТЕНОГЕНЕтИЧЕСКИХ еОРМ РАСТЕНИЙ (57) Изобретение относится к биотехнологии и растениеводству и касается применения химических веществ для индукции партеногенеза. Целью изобретения является повышение выхода партеногенетических форм при снижении токсичности обработки, Способ предусматривает воздействие на растение составом, в котором в качестве индуктора партеногенеза используют вещество иэ группы сорбиталей. 1 з.п.ф-лы, 5 табл. ложении, а также в физиологии и генетике растений для изучения путей индукции и развития экспериментального апомиксиса, явлений оплодотворения и эмбриогенеза.

Известны химические вещества, применяемые в качестве индукторов партеногенеза у покрытосеменных растений. Одним из таких веществ является состав, состоящий из пролина и воды. Завязываемость семян по отношению к водному контролю при обработке составом смеси воды и пролина по1697641

55 вышалась в 30 раз, но всхожесть семян была ниже в четыре раза.

Однако, применение в качестве индуктора партоногенеза данного состава распространяется только на апомиктичные биотипы лапчатки серебристой иэ дикой флоры с достаточно высокой выраженностью естественного нередуцированного партеногенеза и не дает положительного эффекта даже у форм того >ке вида, не имеющих генетический предрасположенности к нередуцированному партеногенезу, Известно, что абсолютное большинство сельскохозяйственных культур не имеют регулярных форм с нередуцированным партеногенезом.

Известно также применение состава, состоящего из колхицина (0,2 — 0,4 ) и дистиллированной воды (остальное) и обеспечивающего партеногенеэиндуцирующий эффект у мягкой пшеницы. Причем, обрабатывают данным составом пыльцу того же вида в колосьях, срезанных на стадии одноядерной и двуядерной пыльцы, и производят опыление обработанной пыльцой цветков мягкой пшеницы, предварительно кастрированных. B качестве материнской формы при этом используют растения с рецессивным признаком неокрашенного колеоптиле, соответственно в качестве мужского растения — растения с доминатным признаком окрашенного колеоптиле.

Идентификацию апомиктичных (партеногенетических) форм проводят в фазе проростков по окраске колеоптиле. Проростки с неокрашенным колеоптиле относят к апомиктичным (партеногенетическим).

Недостатками применения указанного состава, обеспечивающего партеногеэиндуцирующий эффект у мягкой пшеницы, являются: ограничение использования только формами мягкой пшеницы с рецессивным признаком неокрашенного колеоптиле; необходимость проведения таких сложных операций как опыление; дороговизна препарата (стоимость 1 кг колхицина — 10000 руб), а также вредность действующего вещества колхицина как для растений, так и для оператора.

Известна обработка составом, состоящим из диметилсульфоксида (ДМСО 0,21,0ь) и дистиллированной воды (остальное), для индукции партеногенеза у черной смородины, томатов и огурцов.

Известно также применение состава: гидразид малеиновой кислоты (ГМК, 50-100 мг/л), дистиллированная вода (остальное), а с меньшим эффектом — состава: колхицин (0,1-0.4%), дистиллированная вода (осталь5

35 ное), для индукции партеногенеза у кукурузы, Обработку указанным составом производят за 24 ч до опыления: обрабатывают рыльца женского соцветия, после чего через

24 ч производят опыление обработанных рылец фертильной пыльцой кукурузы. Выход партеногенетических семян достигает

0,327 .

Недостатком данного технического решения является отбор только гаплоидных форм партеногенетических семян, так как наличие диплоидных партеногенетических семян замаскировано необходимым в данном техническом решении опылением материнской формы.

Наиболее близким к предлагаемому является использование состава, состоящего из гидраэида малеиновой кислоты (40 мг/л), диметилсульфоксида (2 ) и дистиллированной воды (остальное).

По трем селекционным формам кукурузы положительный эффект индукции партеногенеза колеблется в пределах 0,19 — 0,46% и составляет в среднем 0,28 :

Недостатком данного способа является сильная реактивность двух из трех компонентов состава: ГМК и ДМСО. Известно, что ГМК является веществом активного ингибиторного действия на растительный организм, с особенно ярко выраженной антиауксиновой реакцией и приводит к подавлению роста растений и прорастанию семян. В более высоких дозах ГМК используют в качестве противозлакового гербицида, ДМСО из-за наличия сульфидной группировки обладает большой окислительно-восстановительной реакцией, изменяет конформацию белков, дестабилизирует вторичную структуру нуклеидовых кислот.

Кроме того, спектр (набор) веществ, индуцирующих партеногенез у растений, черезвычайно узок и на настоящий момент неизвестно ни одно вещество, универсально обеспечивающее эффект индукции партеногенеза у растений. Кроме упомянутых выше известно еще лишь несколько таких веществ или составов и ни одно из них по эффективности действия в качестве партеногенезиндуцирующего вещества не превосходит положител ьн ый эффект прототипа. Причем с достоверностью к партеногенезиндуцирующим веществам можно отнести еще только кинетин и

1-фенил-2,3-диметил-4-диметил-пиразолон

-5. Всем известным способам в той или иной мере свойственны такие недостатки, как дороговизна индуктора партеногенеза; реактивность индукторов по отношению к объекту обработки; необходимость природ1697641 ной очистки индукторов при получении; вредность индуктора для оператора, производящего обработку.

Поэтому важно расширить спектр (набор) партеногенезиндуцирующих веществ 5 или составов, в особенности тех иэ них, которые устраняют хотя бы часть из перечисленных выше. недостатков, не уступая при этом в положительном эффекте по индукции партеногенеза известным способам. 10

Цель изобретения — повышение выхода партеногенетических форм при снижении токсичности обработки.

Способ состоит в том, что на растения воздействуют составом, содержащим рас- 15 творитель и Действующее вещество, индуцирующее партеногенез, при этом в качестве действующего вещества используют твин (сорбиталь, или сорбитан-бис-/ полиоксиэтилен/-моналконоат). Лучшие 20 результаты получают тогда, когда в качестве действующего вещества используют твин80 (сорбиталь О) в концентрации 0,5 — 2,0 вес,, а остальное по весу составляет растворитель — дистиллированная вода. 25

Химическое название группы твины (сорбитали) — полиоксиэтиленсорбитанмоноалконоаты. Структурная формула твинов следующая

HCQH 30

Г

RC00CH СН CH(OC H ) ОН

СН(ОС Н )„„ ОН б

СН2

Причем при В=С17Нзз;гп+гп =20 -сор1 биталь О, или твин-80; при R=C1zH35im+m =20

1 — сорбиталь С, или твин-60.

Возможно и иное значение радикала R, 40 соответствующее любой из жирных кислот и любое из значений (m+m ) в вышеуказан1 ном интервале. При этом эффект индукции партеногенеэа будет иметь место, так как сохраняется основной физиологический ха- 45 рактер действия всей группы веществ на растительную клетку.

Таким образом, ограничиваются составом, содержащим растворитель и действующие вещества, в котором в качестве 50 действующего вещества используются химические соединения вышеуказанной структурной формулы при (m+m =4-20) и

RCO — остаток — любой жирной кислоты, например лауроил, пальмитоил, стеароил, 55 олеил и т.п. При этом "твин" является ком- . мерческим названием указанной группы веществ, в то время как химическое название всей группы соединений — полиоксиэтиленсорбитанмоноалконоаты.

Известные действующие вещества относятся к разряду вредных веществ: гидраэид малеиновой кислоты (ЛД5о=7 r/êã) диметилсульфоксид (ЛД5о = 2,5 — 50 г/кг ). Аллергеном является 1-фенил-2,3-диметил-4-диметилпиразолон и его структурн ые аналоги. Колхицин является кариокластическим и нервнопаралитическим ядом. Активным физиологическим веществом полуфункционального действия, сильно сказывающимся на жизнедеятельности растительного организма, является кинетин, В то же время известно, что твин (сорбитали) в качестве змульгаторов находят широкое применение в фармацевтической, косметической, пищевой промышленности, Очевидно, что если вещество используется в пищевой промышленности, то оно соответствует существующим стандартам безвредности и не токсичности, Способ осуществляется следующим образом.

При воздействии на растения может быть использовано введение индуктора партеногенеза в виде водных растворов в центральную ось соцветия (початка) при помощи шприца-дозатора комбинированного ШДК-5 или путем нанесения указанного состава смеси на 2 — 7 сут после начала цветения. Обрабатываемые соцветия пред.варительно изолируют пергаментными изоляторами за 3 — 5 сут до начала цветения до (выметывания первых нитей рыльца), чтобы и редотвратить воэможность случайного опыления завязей.

Пример 1, Для проверки возможности использования настоящего способа для кукурузы готовят две смеси ингредиентов, указанных в табл. 1. Обработку осуществляют в соответствии с последовательностью операции, приведенной выше, Таким образом, выход партеногенетических семян при использовании предлагаемого способа дает значительный положительный эффект.

Пример 2. Для проверки воэможности использования предлагаемого способа в пределах всего объема притязаний, т,е. у растений в целом, готовят 2 смеси ингредиентов, указан н ых в табл. 2.

B качестве действующего вещества используют твин-80, в качестве объекта обработки — просо посевное сорта Саратовское-6.

Обработки кастрированных цветков изолированного соцветия производят путем нанесения указанного состава смеси в виде аэрозоля при помощи пульверизатора один раз в сутки, повторяя операцию в течение семи дней.

1697641

Таблица 1

Иллюстрация действия способа на растения кукурузы гомозиготной линии Ю — 24ТС ции парте. стени и я вода .. я вода

Таким образом, на примере двух объектов обработки, а именно, кукурузе и просе посевном отмечают успешное применение настоящего способа по сравнению с известными способами при наблюдаемом по- 5 ложительном эффекте — реализации цели изобретения. Это говорит об обоснованности объема притязаний по обьекту обработки на все растения.

Кроме того, в примере 3 приводится ма- 10 териал по эффективности использования способа для индукции партеногенетических форм кукурузы гибрида Коллективный -147 при контроле на ранних этапах эмбрио- и эндоспермогенеза. 15

Пример 3. Было проведено цитоэмбриологическое излучение материала кукурузы гибрида Коллективный -147 двух вариантов обработки (две смеси ингредиентов, указанных в табл. 3). 20

Таким образом, индукция партеногенеза и кукурузы гибрида Коллективный -147 при контроле на ранних этапах эмбрио- и эндоспермогенеза близка к 15, и превосходит результаты контроля по зрелым зерно- 25 вкам почти в 70 раз, а результаты известного способа — более чем в 30 раз.

Результаты использования различных способов и индукции партеногенеза представлены в табл. 4, при этом показано дей- 30 ствие различных концентраций твина-80.

Пример 4. Для проверки возможности использования способа химической индукции партеногенеэа у растений при использовании твина 60 (сорбиталя-С) в качестве действующего вещества готовят 3 смеси ингредиентов, указанных в табл. 5, В качестве объекта обработки используют растения кукурузы сложного гибрида

Коллективный -147.

По результатам экспериментальной проверки (табл. 5) выход партеногенетических семян при обработке заявленным составом в случае использования твина-60 (сорбиталя С) в качестве действующего вещества в.пределах испытанных концентраций достигает 0,16) и превышает таковой в сравнении с аналогичным составом при 07, действующего вещества в 27 раз (0,16

0,006).

Таким образом, иэ результатов экспери1 ментальной проверки очевидна возможность использования для химической индукции партеногенеза у растений.

Формула изобретения

1. Способ получения партеногенетических форм растений, включающий воздействие на женскую генеративную сферу растений индуктором партеногенеза, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода партеногенетических форм при снижении токсичности обработки, в качестве индуктора используют вещество из группы сорбиталей.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве вещества из группы сорбиталей используют сорбиталь 0 в концентрации 0,5-2, 10

1697641

Таблица 2

Иллюстрация действия способа на растения проса (сорт Саратовское-6) Таблица 3

Иллюстрация действия способа на растения кукурузы (гибрид Коллективный — 147) Таблица4

Обработано особей, шт.

Индуцировано партеногенетических семян шт, Выход партеногенетических семян, Ж

138

О, 0057

0,0000

Известный способ

30 . О (остальное) 0,0000

21 (остальное) (остальное) 24

0,0000

0,0000

24 (остальное) Известный способ

71 2 вода (остальное)

34 3 вода (остальное) 0,0057

0,0176

ДМСО,(13)

Дистиллированная

ДМСО (2 Ж)

Дистиллированная

Составы для индукции партеногеэ

Дистиллированная вода (1003) Пролин (100 мг/л)

Дистиллированная вода

Пролин (1000 мг/л)

Дистиллированная вода

Пролин (10000 мг/л)

Дистиллированная вода

Пролин (100000 мг/л)

Дистиллированная вода

1697641

Продолжение табл.4

Обработано особей> шт.

Выход партеногенетических семян, Индуцировано партеногенетических семян шт

Составы для индукции партеногез

Известный способ

42 14

0,0667

0,04»

ГМК (40 мг/л)

Дистиллированная

ГМК (400 мг/л)

Дистиллированная вода (остальное) вода (остальное) Известный способ

37 10

0,0541

ГМК (40 мг/л)

ДМСО (2%)

Дистиллированная вода (остальное) Предлагаемый способ

23 6 вода (остальное) вода (остальное) 16 вода (остальное) вода (остальное) вода (остальное) П, р и и е ч а н и е. Обработке подвергнут один и тот же материал селекциойной формы (гибрида) "Коллективный-147" по всей выборке, вклоченной в табл.4

Таблица 5

Испольэованив в.качестве индуктора партеногенеэа твина — 60

Твин-80 (0,5%)

Дистиллированная

Твин-80 (1,0%)

Дистиллированная

Твин-80 (1,5%)

Дистиллированная

Твин"80 (2,0%)

Дистиллированная

Твин"80 (2>5%)

Дистиллированная

Состав для индукции партеноге Об неэа у растений осо твин-60 (1 y)

Дистиллированная вода (остальное)

Твин — 60 (2 )

Дистиллированная вода, (остальное)

Т, вин — 60 (Оф)

Дистиллированная вода (остальное

0>0522

0 1334

0,1 684

0,2111

0,2286