ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2025-1-37-44ovoshchi-2546Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО И БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙBREEDING, SEED PRODUCTION AND PLANT BIOTECHNOLOGYВлияние гамма-облучения семян на развитие растений Phaseolus vulgaris L.Effect of gamma irradiation of seeds on the development of Phaseolus vulgaris L. plantshttps://orcid.org/0000-0003-1479-772XКоцюбинскаяО. А.KotsyubinskayaO. A.

Ольга Андреевна Коцюбинская – кандидат с.-х. наук, старший преподаватель кафедры садоводства, лесного хозяйства и защиты растений

Scopus ID 5719776571

644008, г. Омск, Институтская пл., д.1

Olga A. Kotsyubinskaya – Cand. Sci. (Agriculture), Senior Lecturer at the Department of Horticulture, Forestry and Plant Protection

Scopus ID 57197765715

1, Institutskaya Ploshchad, Omsk, Omsk region, 644008

oa.kotsyubinskaya@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0002-7937-3824БондаренкоЕ. В.BondarenkoE. V.

Екатерина Валерьевна Бондаренко − кандидат биол. наук, зав. лаборатории молекулярно-клеточных основ сельскохозяйственной радиобиологии

Scopus ID 57200545555

249035, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Ekaterina V. Bondarenko – Cand. Sci. (Biology), Head of Laboratory of Molecular and Cellular Radiobiology

Scopus ID 57200545555

249035, 1, building 1, Kievskoe shosse, Obninsk, Kaluga region

https://orcid.org/0000-0002-2234-9647КазыдубН. Г.KazydubN. G.

Нина Григорьевна Казыдуб – доктор с.-х. наук, профессор кафедры садоводства, лесного хозяйства и защиты растений

Scopus ID 571962559502

644008, г. Омск, Институтская пл., д.1

Nina G. Kazydub – Dr. Sci. (Agriculture), Professor of the Department of Horticulture, Forestry and Plant Protection

Scopus ID 571962559502

1, Institutskaya Ploshchad, Omsk, Omsk region, 644008

https://orcid.org/0000-0002-3670-5876БлиноваЯ. А.BlinovaYa. A.

Яна Александровна Блинова – младший научный сотрудник лаборатории молекулярно-клеточных основ сельскохозяйственной радиобиологии

Scopus ID 57200545555

249035, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Yana A. Blinova – Junior Researcher at the Laboratory of Molecular and Cellular Radiobiology

Scopus ID 57200545555

249035, 1, building 1, Kievskoe shosse, Obninsk, Kaluga region

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина» (Омский ГАУ)РоссияOmsk State Agrarian University named after P.A. StolypinRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт» – ВНИИРАЭ)РоссияRussian Institute of Radiology and Agroecology of National Research Centre "Kurchatov Institute"Russian Federation202516012025013744Copyright © Коцюбинская О.А., Бондаренко Е.В., Казыдуб Н.Г., Блинова Я.А., 20252025Коцюбинская О.А., Бондаренко Е.В., Казыдуб Н.Г., Блинова Я.А.Kotsyubinskaya O.A., Bondarenko E.V., Kazydub N.G., Blinova Y.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/2546Актуальность

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

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

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

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.

Relevance

Relevance. The modern direction of bean breeding is focused on increasing the protein content in seeds and green beans, as well as vitamins, folic acid, biologically active substances and antioxidants, improving organoleptic properties and reducing the content of anti-nutritional substances. When creating the initial material for breeding, the following traits are important: resistance to biotic and abiotic factors, stable high yield, technological effectiveness, bush type and upright form, high symbiotic activity. An effective approach to increasing the genetic diversity of the initial material is radiation mutagenesis.

Purpose of research

Purpose of research. To study the effect of γ-irradiation of seeds on germination, morphometric parameters and duration of phenophases of Russian bean varieties and to determine the optimal dose of γ-radiation for the radiation mutagenesis protocol.

Materials and Methods

Materials and Methods. Objects of the study – 3 bean varieties bred by Omsk State Agrarian University. The seeds were γ-irradiated (source – 60Co) at doses of 50–200 Gy (dose rate 60 Gy/hour). The seeds were germinated under controlled conditions; germination energy and germination were assessed. The hypocotyl length, number and length of roots were measured in seedlings. The duration of development phases and productivity of plants were assessed. Statistical analysis was performed in R (ver. 4.3.3) and MS Office Excel 2019.

Results

Results. Hormesis effect was noted for 50 Gy γ-irradiation dose, which was manifested in higher values of germination energy and seed germination (variety Pamyati Ryzhkova), hypocotyl length (variety Marusya and Pamyati Ryzhkova) and in a decrease in the phenophases duration (variety Omskiy Rubin). Gamma irradiation at all applicable doses statistically significantly inhibited root development. Root length, as the most sensitive parameter to radiation, was chosen to calculate the dose causing a 50% growth reduction (RD50). For the Marusya variety, RD50 was 40 Gy, for the Pamyati Ryzhkova and Omsky Rubin varieties - 60 Gy.

Conclusion

Conclusion. Variety specificity was established in the reaction to seed irradiation. Doses of 50 Gy or less (10-50 Gy) can be used to study the hormetic effects of γ-irradiation of bean seeds. Doses of 100 and 200 Gy turned out to be lethal. Starting doses of 40-60 Gy are recommended for the radiation mutagenesis protocols of Russian bean varieties.

радиобиологиярадиационный мутагенезионизирующее излучениефасоль зерноваяфасоль овощнаягормезисradiobiologyradiation mutagenesisionizing radiationgrain beansvegetable beanshormesisReferencesStadler L.J. Mutations in Barley Induced by X-Rays and Radium. Science. 1928;68(1756):186–7.Stadler L.J. Mutations in Barley Induced by X-Rays and Radium. Science. 1928;68(1756):186–7.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-xBeaver 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-xКазыдуб 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/vauozoKazydub N.G., Kuzmina S.P., Ufimtseva S.V., Smirnov I.V. Study of some receipts of making new varieties of fruits on seeds in conditions of southern forest-steppe of Western Siberia. Proceedings of the Kuban State Agricultural University. 2020;(84):164-168. (In Russ.) https://doi.org/10.21515/1999-1703-84-164-168 https://www.elibrary.ru/vauozoLanna 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/s11356-018-3012-0Lanna 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/s11356-018-3012-0Appiah-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/plants11182352Appiah-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/plants11182352Garipova 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/tneopjGaripova 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/tneopjЯкубенко 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/rlfawsYakubenko O.E., Parkina O.V., Wang Zh., Nguyen N. Evaluation of green beans (Phaseolus vulgaris) varieties for adaptability and noble-forming ability in the conditions of the forest-steppe of Western Siberia. Vegetable crops of Russia. 2023;(2):35-40. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2023-2-35-40 https://elibrary.ru/rlfawsPark 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.2023.1251919Park 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.2023.1251919Shu Q.Y., Forster B.P., Nakagawa H. Plant mutation breeding and biotechnology. Cambridge, Mass: CABI International; 2012. 608 p.Shu Q.Y., Forster B.P., Nakagawa H. Plant mutation breeding and biotechnology. Cambridge, Mass: CABI International; 2012. 608 p.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/clijzzKazydub N.G., Kotsyubinskaya O.A., Kovalenko A.N. Agroecological passport of the Marusya green bean variety. Vegetable crops of Russia. 2022;(1):39-45. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2022-1-39-45 https://elibrary.ru/clijzzКоцюбинская 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/byscfnKotsyubinskaya O.A., Kazydub N.G., Antoshkin A.A. The productivity of common beans vegetable selection Omsk State Agrarian University in southern forest-steppe of Western Siberia. Vegetable crops of Russia. 2020;(1):64-69. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2020-1-64-69 https://elibrary.ru/byscfnКазыдуб 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/aggctwKazydub N.G., Kotsyubinskaya O.A., Kuzmina S.P., Pletneva M.M. Grain and vegetable beans in Western Siberia: selection, agricultural technology, use. Omsk State Agrarian University, 2022. 226 p. ISBN 978-5-907507-38-8. (In Russ.) https://elibrary.ru/aggctwНовик 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/xisbraNovik N.V., Gerasʼkin S.A., Yakub I.A. Effect of γ-irradiation of seeds on intravariety variability of quantitative characters of yellow lupin. Radiation biology. Radioecology. 2022;62(6):620–628. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S086980312206008X https://elibrary.ru/xisbraVolkova 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.2022.02.007Volkova 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.2022.02.007Ulukapi 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/s10343-022-00769-1Ulukapi 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/s10343-022-00769-1Pishenin 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/agriculture11100918Pishenin 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

The authors declare that there are no conflicts of interest present.