Влияние гамма-облучения семян на развитие растений Phaseolus vulgaris L.

Актуальность. Современное направление селекции фасоли сфокусировано на увеличении содержания белка в семенах и зеленых бобах, а также витаминов, фолиевой кислоты, биологически активных веществ и антиоксидантов, улучшении органолептических свойств и уменьшении содержания антипитательных веществ. При создании исходного материала для селекции важны такие признаки, как: устойчивость к биотическим и абиотическим факторам, стабильный высокий урожай, технологичность, кустовой тип и прямостоячая форма, высокая симбиотическая активность. Эффективным подходом к увеличению генетического разнообразия исходного материала является радиационный мутагенез. Цель исследований – изучить влияние γ-облучения семян на всхожесть, морфометрические параметры и продолжительность фенофаз отечественных сортов фасоли, и определить оптимальные дозы γ-излучения для протокола радиационного мутагенеза.

Материалы и методы. Объекты исследования – 3 сорта фасоли селекции Омского ГАУ. Семена были γ-облучены (источник – ⁶⁰Co) в дозах 50–200 Гр (мощность дозы 60 Гр/час). Семена проращивали в контролируемых условиях; оценивали энергию прорастания и всхожесть. У проростков измеряли длину гипокотиля, количество и длину корней. У растений оценивали продолжительность фаз развития и продуктивность. Статистический анализ проводили в R (вер. 4.3.3) и MS Office Excel 2019.

Результаты. Для дозы γ-излучения 50 Гр отмечен гормезисный эффект, который проявился в более высоких значениях энергии прорастания и всхожести семян (сорт Памяти Рыжковой), длины гипокотиля (сорта Маруся и Памяти Рыжковой) и в уменьшении продолжительности фенофаз (сорт Омский Рубин). Гамма-облучение во всех применимых дозах статистически значимо ингибировало развитие корней. Длина корней, как наиболее чувствительный к облучению параметр, была выбрана для расчета дозы, вызывающей 50-процентное сокращение роста (RD50). Для сорта Маруся RD 50 составила 40 Гр, для сортов Памяти Рыжковой и Омский Рубин – 60 Гр.

Заключение. В реакции на облучение семян установлена сортоспецифичность. Для изучения гормезисных эффектов γ-облучения семян фасоли могут быть использованы дозы 50 Гр и менее (10-50 Гр). Дозы 100 и 200 Гр оказались летальны. В протоколах радиационного мутагенеза отечественных сортов фасоли рекомендуются стартовые дозы 40-60 Гр.

1. Stadler L.J. Mutations in Barley Induced by X-Rays and Radium. Science. 1928;68(1756):186–7.

2. Beaver J.S., Osorno J.M. Achievements and limitations of contemporary common bean breeding using conventional and molecular approaches. Euphytica. 2009;(168):145–175. https://doi.org/10.1007/s10681-009-9911-x

3. Казыдуб Н.Г., Кузьмина С.П., Уфимцева С.В., Смирнов И.В. Сортовые и технологические особенности выращивания фасоли обыкновенной на семена в южной лесостепи западной Сибири как фактор устойчивости сельских территорий. Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2020;(84):164-168. https://doi.org/10.21515/1999-1703-84-164-168 https://www.elibrary.ru/vauozo

4. Lanna A.C., Silva R.A., Ferraresi T.M., Mendonça J.A., Coelho G.R.C., Moreira A.S., Valdisser P.A.M.R., Brondani C., Vianello R.P. Physiological characterization of common bean (Phaseolus vulgaris L.) under abiotic stresses for breeding purposes. Environ Sci Pollut Res Int. 2018;25(31):31149-31164. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3012-0

5. Appiah-Kubi D., Asibuo J.Y., Butare L., Yeboah S., Appiah-Kubi Z., Kena A.W., Tuffour H.O., Akromah R. Heat Stress Tolerance: A Prerequisite for the Selection of Drought- and Low Phosphorus-Tolerant Common Beans for Equatorial Tropical Regions Such as Ghana. Plants. 2022;11(18):2352. https://doi.org/10.3390/plants11182352

6. Garipova S.R., Markova O.V., Samigullin S.N. Productiveness and nodule ability of different varieties of common bean (Phaseolus vulgaris L.) in Urals conditions. Agricultural Biology. 2015;50(1):55-62. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2015.1.55rus https://elibrary.ru/tneopj

7. Якубенко О.Е., Паркина О.В., Ван Ч., Нгуен Н. Оценка сортов фасоли овощной (Phaseolus vulgaris) на адаптивность и клубенькообразующую способность в условиях лесостепи Приобья. Овощи России. 2023;(2):35-40. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2023-2-35-40 https://elibrary.ru/rlfaws

8. Park H.E., Nebert L., King R.M., Busby P., Myers J.R. Influence of organic plant breeding on the rhizosphere microbiome of common bean (Phaseolus vulgaris L.). Front Plant Sci. 2023;14:1251919. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1251919

9. Shu Q.Y., Forster B.P., Nakagawa H. Plant mutation breeding and biotechnology. Cambridge, Mass: CABI International; 2012. 608 p.

10. Казыдуб Н.Г., Коцюбинская О.А., Коваленко А.Н. Агроэкологический паспорт сорта фасоли овощной Маруся. Овощи России. 2022;(1):39-45. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2022-1-39-45 https://elibrary.ru/clijzz

11. Коцюбинская О.А., Казыдуб Н.Г., Антошкин А.А. Продуктивность сортов фасоли овощной селекции Омского ГАУ в южной лесостепи Западной Сибири. Овощи России. 2020;(1):64-69. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2020-1-64-69 https://elibrary.ru/byscfn

12. Казыдуб Н.Г., Коцюбинская О.А., Кузьмина С.П., Плетнева М.М. Фасоль зерновая и овощная в Западной Сибири: селекция, агротехника, использование. Омск : Омский ГАУ, 2022. 226 с. ISBN 978-5-907507-38-8. https://elibrary.ru/aggctw

13. Новик Н.В., Гераськин С.А., Якуб И.А. Влияние γ-облучения семян на внутрисортовую изменчивость количественных признаков люпина желтого. Радиационная биология. Радиоэкология. 2022;62(6):620–628. https://doi.org/10.31857/S086980312206008X https://elibrary.ru/xisbra

14. Volkova P.Yu., Bondarenko E.V., Kazakova E.A. Radiation hormesis in plants. Current Opinion in Toxicology. 2022;(30):100334. https://doi.org/10.1016/j.cotox.2022.02.007

15. Ulukapi K., Nasircilar A.G. Hormetic Response of Low Dose Gamma on Phaseolus Vulgaris L. Under Drought Stress: Proteinogenic Amino Acids Profile. Gesunde Pflanzen. 2023;(75):1087–1098. https://doi.org/10.1007/s10343-022-00769-1

16. Pishenin I., Gorbatova I., Kazakova E., Podobed M., Mitsenyk A., Shesterikova E., Dontsova A., Dontsov D., Volkova P. Free Amino Acids and Methylglyoxal as Players in the Radiation Hormesis Effect after Low-Dose γ-Irradiation of Barley Seeds. Agriculture. 2021;(11):918. https://doi.org/10.3390/agriculture11100918