Несмотря на богатый исходный материал для селекции, некоторые желательные признаки и свойства отсутствуют в естественном разнообразии гороха. Этим объясняется развитие исследовании по созданию исходного материала для вовлечения в селекционный процесс.
В историческом аспекте и по масштабам применения на одно из первых мест следует поставить метод создания нового исходного материала путем скрещиваний. Особенно эффективны скрещивания географически и экологически отдаленных форм, позволяющих получать разнообразный исходный материал.
Впервые синтетическим путем были созданы формы гороха с сахарными бобами (без пергаментного слоя) и мозговыми семенами (Неистощимый 195, Жегалова 112 и др.).
Овощные сорта, зимующие в условиях предгорной зоны Северного Кавказа, также были получены путем скрещивания незимующих сортов гороха с мозговыми семенами и относительно зимостойких образцов из Саратовской области, Мексики, Афганистана (А. М. Дрозд, Крымская опытная станция ВИР).
По данным М. И. Петрика (Всесоюзный н.-и. институт кукурузы), скрещивания географически и экологически отдаленных форм (по нашему мнению, горох высокий и горох абиссинский являются только подвидами гороха посевного, поэтому и скрещивания между ними относятся к отдаленным, но не межвидовым) позволили получить во втором и последующих поколениях большое разнообразие форм гороха. Среди них были как сочетающие признаки родителей и характеризующиеся усилением отдельных хозяйственно-ценных признаков, так и с новыми признаками. От скрещивания сортов Рамонский 77 и Амурский получены растения, давшие начало семьям с восковыми семенами, а также семьи с многоцветковыми кистями. У родительских пар эти признаки отсутствовали.
Наблюдается также появление нового сочетания признаков, обусловленное кроссинговером, — отсутствие усиков листа (многолисгочковость) у растений с округлой формой семян. Если дальнейшие исследования покажут, что семьи 194 и 195 сохранили способность в солнечную жаркую погоду ориентировать листочки параллельно падающим лучам солнца, а семьи, полученные от скрещивания к-2524 (Палестина) X к-2759 (Эфиопия) — устойчивость против повреждения семян брухусом, то это ценный материал для выведения засухоустойчивых и брухусоустойчивых сортов.
В настоящее время метод скрещивания географически и экологически отдаленных форм гороха широко применяется почти каждым селекционером. В отдельных случаях при таких скрещиваниях могут иметь место и мутационные изменения. Именно этим объясняет В. К. Соловьева появление безлисточковых (усатых) форм, одна из линий которых дала начало оригинальному сорту гороха овощного использования (Усатый 5).
Наряду с гибридизацией за последние годы значительно расширились работы по созданию разнообразного исходного материала путем воздействия физическими и химическими мутагенами. Это явилось следствием крупных успехов в области ядерной физики, открытия химически активных веществ, вызывающих наследственные изменения. Метод искусственного или индуцированного мутагенеза получил особенно широкое развитие в Швеции, США, ФРГ, ГДР и ряде других стран.
В нашей стране изучение и использование мутагенов проводится в большом масштабе: в Институте химической физики АН СССР, Институте биофизики АН СССР, Институте цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР, Институте общей генетики АН СССР, Н.-и. институте сельского хозяйства центральных районов нечерноземной полосы, Н.-и. институте овощного хозяйства, Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, Всесоюзном н.-и. институте селекции и семеноводства овощных культур.
Из (физических факторов воздействия чаще всего используют рентгеновские лучи, гамма-лучи, быстрые нейтроны. Уже в результате первых исследований было выявлено, что чувствительность по всхожести обработанных мутагенами семян и гибель растений у сортов гороха с белыми цветками (соответственно со светлоокрашенными семенами) значительно выше, чем у окрашенноцветковых форм с пигментированными семенами. В пределах светлосеменных форм чувствительность больше у сортов западноевропейской агроэкологической группы, имеющей мозговые семена.
В наших опытах по воздействию облучения рентгеновскими лучами, проведенных совместно с лабораторией радиационной генетики Института биофизики АН СССР в 1956—1958 гг., наиболее низкая выживаемость была характерна для сорта овощного назначения с мозговыми семенами и сахарными бобами — Жегалова 112, наибольшая у образца к-2524 из Израиля, обладающего толстой семенной кожурой,
Из химических мутагенов применяют этиленимин (ЭИ), этилметансульфонат (ЭМС), диметилсульфат (ДМС), диэтилсулыфат (ДЭС), N-нитрозоэтилмочевину (НЭМ), N-нитрозометилмочевину (НММ).
В результате исследований была выявлена сложность явлений мутационной изменчивости и сильная зависимость от многих факторов, сопутствующих этому процессу. С одной стороны, наблюдается специфичность воздействия различных по своей природе мутагенов, зависимость мутационного эффекта от интенсивности и дозы, концентрации и времени воздействия, с другой — специфичность сортов. Так, в ряде экспериментов отмечено, что химические мутагены по своей эффективности превосходят физические, особенно ЭМС, НММ и НЭМ (А. И. Ахунд-заде, 1965, 1967; Б. В. Квасников, С. Т. Долгих, И. И. Тарасенков, 1971 и др.).
Ионизирующие излучения вызывают появление большого числа стерильных мутантов из-за нарушений строения хромосом. Исследования В. В. Хвостовой, А. И. Ахунд-заде показали, что в клетках зародышей семян при обработке химическими мутагенами получается Не меньше перестроек хромосом, чем при ионизирующем излучении. Но эти перестройки более однотипны, по всей видимости, представляют изохроматидные недостатки, когда отсутствуют одни и те же участки сестринских хроматид. Такие клетки не доходят до редукционного деления, элиминируются в митозах. Поэтому в конечном итоге образуется относительно мало стерильных мутантов. В то же время химические факторы воздействия НММ и НЭМ чаще вызывают стерильность растений, чем другие алкилирующие соединения; ДМС «в противоположность ЭИ резко снижает всхожесть обработанных семян и выживаемость растений; ДЭС также действует, но меньше влияет на выживаемость.
Гамма-лучи по сравнению с быстрыми нейтронами снижают всхожесть семян более сильно, но дают больший мутационный эффект с более широким спектром мутаций. Частота полезных мутаций (с точки зрения задач селекции) и число полезных типов мутаций получается больше от быстрых нейтронов, НММ, ДЭС, ЭИ, ДМС по сравнению с гамма-лучами и НЭМ. Большое число скороспелых мутантов появляется при использовании таких мутагенов, как НЭМ, НММ, ДМС, ДЭС, быстрые нейтроны, гамма-лучи. Замечено, что при облучении низкой дозой быстрых нейтронов (200 рад) возникает больше скороспелых мутантов, а при воздействии высокой дозой (700 рад) — позднеспелых.
С другой стороны, в значительной степени проявляется специфичность реакции различных сортов в зависимости от происхождения, генотипической конституции, физиологического состояния, усложняемое модифицирующим влиянием температуры, влажности, газовой среды и т. д., не только в момент воздействия мутагенов, но до и после этого.
В работах В. Б. Енкена, К. К. Сидоровой показано влияние происхождения сортов, их генотипической близости на мутационный эффект (В. Б. Енкен, 1963; В. Б. Енкен, К. К. Сидорова, 1964 и др.). Генотипическая специфичность исследованных сортов различных культур (горох, соя, бобы, пшеница, ячмень) оказывала большее влияние на частоту и спектр мутаций, чем специфичность таких различающихся между собой мутагенов, как гамма-лучи и ЭИ. Каждому сорту свойственны свой спектр мутаций и степень мутабильности в определенных эколого-географических условиях. В связи с этим генотипически близкие сорта имеют сходные мутации, что является подтверждением закона гомологических рядов в наследственной изменчивости.
Г. А. Дебелый отмечает большую радиочувствительность относительно недавно полученных сортов гороха гибридного происхождения, а также сортовые особенности по реакции на различные мутагены. Так, тепловые нейтроны имели большую мутагенную эффективность по сравнению с гамма-лучами «а сорте гороха Немчиновский 51, а хроническое облучение растений на гамма-поле по сравнению с острым облучением семян гамма — лучами на сорте Капитал.
Индуцированные мутанты, как правило, не являются готовыми сортами. В качестве же исходного материала для селекции они представляют определенный интерес.
Так, очень ценны мутанты, отличающиеся высоким содержанием белка в семенах, особенно, если они по продуктивности не уступают исходным формам. По данным А. П. Бердышева (1970), полученные при обработке этилинимином (ЭИ) высокобелковые мутанты сохранили эти свойства и в M5.
В опытах В. М. Сереньева и Г. А. Дебелого (1970) среднее содержание белка в семенах М3 сорта Немчиновский 766 составило 25,29%, или на 2,32% выше контроля. Коэффициент вариации у семей М3 был равен 5,6%, у контрольных семей — 4,3%. Мутанты с повышенным накоплением белка в семенах выделены также из сорта Капитал, Немчиновский 51 и особенно много из сорта Московский 572.
Необходимо отметить, что внутрисортовая изменчивость по этому признаку довольно высокая. Например, амплитуда содержания белка между потомствами отдельных растений сорта Немчиновский 766 составила 20,8—25,94% (Н.-и. институт сельского хозяйства центральных районов нечерноземной полосы, 1966 г.). Но данным А. М. Бурдуна (1969), варьирование содержания белка в пределах сорта выше (до 15,4%), чем между средними показателями наиболее контрастных по этому признаку сортов (5,3%). В исследованиях В. И. Володина и В. И. Масаловой (1970) между семьями сорта Уладовский 6 различия по белку в семенах достигали 9,3%, Шатиловский зеленозерный — 9,8%, Уладовский 303 — 15,5%.
Индуцированный мутагенез ведет к усилению изменчивости этого признака и позволяет увеличить содержание белка за относительно короткий срок. Отбор из гибридных популяций — более трудоемкий процесс и требует значительно большего времени.
Наиболее проста селекционная работа с теми мутантами, где можно ограничиться индивидуальным отбором в линиях. По всей видимости, успех отбора обусловлен расщеплением по другим, малым мутациям, что было отмечено в работе К. К. Сидоровой.
В ряде случаев положительный эффект дают географические посевы, позволяющие использовать различное проявление мутации в зависимости от экологических условий. Так, по данным К. К. Сидоровой, урожай мутанта сорта Торсдаг в разных пунктах посева составил 31—122% по отношению к исходной форме.
Гибридизация является наиболее эффективным методом для выявления потенциальных возможностей мутантов и выведения новых сортов. Можно использовать их по типу комбинационного или трансгрессивного скрещивания с другими сортами, с исходными формами или разных мутантов одного и того же сорта. Возможно, что введение нового положительного мутантного признака
в исходный сорт будет осуществляться с большим успехом в силу отсутствия сложного процесса комбинирования и последующего расщепления, как это бывает при скрещиваниях.
В заключение можно отметить, что в области индуцированного мутагенеза интенсивно разрабатывают методы получения мутантов, накапливают большой фактический материал. В настоящее время наблюдается, скорее всего, этап подготовки к использованию мутагенеза в селекции, результативность которого должна проявиться несколько позже, когда будут найдены для этого рациональные пути. А пока, за исключением единичных случаев (сорт Строль из Швеции), этим методом не создано сортов, которые имели бы широкое распространение.
Посев зерновых культур незрелыми семенами — один из возможных новых путей создания исходного материала, расширяющих возможности селекции. В Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева были проведены исследования, показавшие, что этот путь и особенно использование незрелых семян в искусственном мутагенезе вполне применим к гороху (А. Н. Зеленок, 19-65, 1966, 1967, 1968).
По вопросам создания исходного материала для селекции с использованием искусственно полученных полиплоидов наиболее полные исследования проводят в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР (П. А. Дьячук, 1969). В настоящее время получены автотетраплоиды образцов гороха, представляющие все однолетние дикорастущие виды и основные агроэкологические группы. Полиплоиды уступают по семенной продуктивности исходным (формам, хотя отдельные элементы продуктивности имеют но сравнению с ними более высокие показатели, например вес 1000 семян.
В результате инъекции (введения содержимого, в частности семян растения, называемого «донором», в развивающиеся семена другого растения — «реципиента» в период его роста) получены скороспелые и более продуктивные формы, а также с повышенным содержанием белка (Н. И. Джелали, 1966, 1967). Можно полагать, что наследственные изменения, которые получают, применяя метод инъекции, относятся к области биохимического мутагенеза.