CC BY
24
Лобанова Л.П., Еналеееа Н.Х. Изменчивость цитологической структуры мега-гаметофита табака под действием фитогормонов // Бюл. Бот. сада СГУ. Саратов, 2006. Вып. 5. С. 323-327.
Lobanova h., Enaleeva N. The development of embryo sacs in in vitro ovaries ofNicotiana tabacum L. //Plant Science. 1998. Vol. 131. P. 191-202.
УДК 581.163 + 582
ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРО- И МЕГАГАМЕТОФИТА
У НЕКОТОРЫХ СОРТО- И ВИДООБРАЗЦОВ Festuca Rubra L., F. Pratensis Huds. и F. Arunolinacea Schreb.
A.X. Миндубаева, Т.Н. Шакина, H.M. Лисицкая, A.C. Кашин
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского 410012, Саратов, Астраханская, 83
Явление апомиксиса давно пользуется повышенным вниманием исследователей. Известно, что размножающиеся апомиктично растения дают более однородное, относительно постоянное потомство, способное сохранять гетерозисный эффект во многих поколения. С помощью апомиксиса закрепляется целый ряд ценных свойств, что невозможно реализовать при половом размножении вследствие расщепления гибридов. В связи с этим использование апомиксиса открывает большие возможности в решении ряда селекционных задач, повышении урожайности и улучшении многих хозяйственных признаков. Однако способность к такому размножению отсутствует у важнейших культурных растений, что делает вопрос об экспериментальном получении устойчивого апомиктичного размножения у таких растений очень актуальным (Петров, 1979; Kindiger et al., 1996; Grossnikiaus et al., 2001; 3rd International..., 2007).
Исследование биологии злаков, в особенности способа их размножения, имеет большое теоретическое и практическое значение, поскольку к злакам относятся все основные хлебные и многие кормовые растения. Знание закономерностей проявления апомиксиса в этом семействе может оказаться полезным для поисков путей и способов использования различных форм апомиксиса в селекции и семеноводстве (Хохлов, 1967; Savidan, 1995, 2001; Vielle Calzada et al., 1996).
Объектом цитоэмбриологического исследования данной работы являются представители рода овсяниц - Festuca rubra L., F. pratensis Huds. и F. arunolinacea Schreb. Изучение овсяниц интересно как в прикладном, так
и в теоретическом аспектах. Некоторые виды рода овсяниц давно введены в культуру как кормовые и газонные растения. Другие виды могут быть использованы для закрепления подвижных субстратов (разбитых песков, придорожных насыпей) и восстановления на них растительного покрова. Немало видов являются эдификаторами степных, высокогорных и многих других растительных группировок, поэтому знание способа семенного размножения растений данного вида в популяциях необходимо для правильного планиррвания и ведения селекционно-генетических работ (Шиш-кинская, Юдакова, Тырнов, 2004).
По некоторым сведениям, для овсяницы характерна значительная внутривидовая вариабельность цитологических и эмбриологических показателей (Mariany et al., 2000; Шишкинская, Юдакова, 2001, 2003) и эмбриологические признаки апомиксиса, свидетельствующие о склонности растений данного вида к апомиктичному способу размножения (Шишкинская, Юдакова, Тырнов, 2004).
Целью настоящего исследования было выявление по состоянию мужской и женской генеративной сферы возможности апомиксиса у растений шестнадцати сортопопуляций и видообразцов Festuca rubra, а также популяций видов F. pratensis и F. arunolinacea.
Материал и методика
В качестве материала использовали растения популяций F. pratensis, F. arunolinacea, а также сортов и популяций F. rubra: 1) сортов ssp. rubra Areta, Выдубецкая славная, ГБС 202, Salaspils, Tamara, Frida, Свердловская, ГБС-202, Franklin, Jasper, Киевлянка, Vitori II, ГБС-116; 2) популяции ssp. Arenaria-, 3) сорта ssp. commutata Bargreen; 4) популяции ssp. rubra из Татищевского р-на Саратовской области. Число исследованных растений каждой формы в выборке варьировало от 20 до 30. Соцветия фиксировали в период массового цветения ацетоалкоголем (1:3) перед выбрасыванием пыльников.
Для анализа пыльцы использовали методику приготовления временных глицерин-желатиновых препаратов, для изучения зародышевых мешков - методику ускоренного приготовления препаратов после мацерации (Куприянов, 1982) или просветления семязачатков (Herr, 1971). Для анализа брали пыльники нижних цветков из колосков, расположенных в центральной части соцветия. Пыльцу окрашивали ацегокармином и заключали в глицерин-желатиновую смесь. Подсчет разных морфологических типов проводили в ходе анализа выборки из 300 пыльцевых зерен на микроскопе
МБИ-6. Структуру семязачатков и зародышевых мешков изучали под микроскопом Axiostar-plus (Karl Zeiss). В общей сложности было выделено и исследовано 1675 зародышевых мешков. Статистический анализ производили с использованием компьютерной программы Excel.
Результаты и их обсуждение
У растений исследованных сортов и популяций по степени дефектности пыльцу разделили на пять групп: 1) нормальные пыльцевые зерна (ПЗ), т.е. окрашенные, почти изометрической формы; 2) дефектные ПЗ, остановившиеся на ранних стадиях развития; 3) дефектные ПЗ с признаками плазмолиза; 4) дефектные ПЗ с дегенерирующим содержимым; 5) дефектные ПЗ полностью пустые.
Ранее (Куприянов, 1989) экспериментально установлено, что пороговым уровнем степени дефектности пыльцы (СДП), косвенно указывающим на возможность у образца апомиксиса, является СДП выше 11,7%. В пределах исследованных нами 18 сорто- и видообразцов F. rubra, F. pratensis и F. arunolinacea СДП варьировала в широких пределах (4,0-69,7%). При этом СДП, ниже пороговой величины 11,7%, отмечена у растений популяции F. arunolinacea и 6 сорто- и видообразцов F. rubra: сорта Salaspils, Выдубецкая славная, Areta, Jasper, Frida и видообразец ssp. arenaria. СДП, незначительно превышающая порог 11,7%, была обнаружена у 3 сортов: ГБС-116, ГБС-202 и Vitori II. Средний уровень СДП (23,5-39,2%) отмечен у растений F. pratensis и у 4 сортов F. rubra: Киевлянка, Tamara, Bargreen и Franklin. Наконец, высокая СДП (48,3-69,7%) обнаружена у растений сортов Ирбитская и Свердловская, а также видообразца, изъятого из популяции Татищевского района.
При этом среди дефектных в пыльниках растений фактически всех сорто- и видообразцов максимальную долю составляют дегенерирующие пыльцевые зёрна (табл. 1).
Максимальная доля растений с уровнем СДП выше 11,7% отмечена у растений F. rubra, а именно у сортообразцов Свердловская (96,7%), Ирбитская (84,6%), Bargreen (83,3%), а также в выборке растений из естественной популяции Татищевского района (92,3%). Высока доля таких растений была у видообразца F. pratensis (63,3%) и у F. rubra сортов Tamara, Franklin (61,5%), Киевлянка (59,2%) (табл. 2).
Таким образом, в результате проведенного исследования пыльцы F. rubra, F. pratensis, F. arunolinacea выявлено внутрипопуляционное разнообразие растений в отношении СДП. Наличие растений с высоким уров-
Таблица 1. Качество пыльцы в сортопопуляциях и видообразцах Festuca rubra, F. pratensis и F. arunolinacea
№ п/п CoplUlll'HI} линия iura пнлонбразеи Дефектные пыдьцсвг.гс icpHa, %
Всего Оепшо-пившнеся к развитии Плачмоли-: и p и uai i ны с Дегазирующие Пустые
I г Я а Sulispils 9.00 ±0.96 2,38 i 033 0,37 ± 0.07 4,35 ± 0,57 1,90 10.30
2 Tamara 27,63 ±2,74 3,58 10,46 1,49 ± 0,25 20,60 ±2,18 1.85 ±031
3 ГБС-116 1-1.34 i 1.85 1.9 ±0,38 0,28 ± 0.09 10,97 ±1.63 1,09 ±0,21
4 1~БС-202 17,52 ± 2,52 2.1B ± 0,37 0.02 ± 0.02 14,69 ±2,23 0,62 ±0,10
5 Пыдубшкаа сланная 4,19 ±0,76 0,43 ±0,10 0 338 ±0.64 0,38 ± 0.08
6 Arcta 4.03 ± 0,45 0.91 ±0,15 0,09 ± 0.04 2.06 ±0,30 0,98 ±0.17
7 Vimri 11 13,81 ± 1.18 3,97 ±0,42 1,61 ±0,28 6,77 ± 0.68 1.44 ±0.14
8 SKp, arenaria 7.35 ± 0,76 2.02 ±0.20 0,37 ± 0,07 3,06 ± Ü.33 1,96 ±0,39
9 Сверяло иска* 69,74 ± 2.65 14,90 ± 0,94 2,32 ± 0,28 51,62 ± 1,89 0.90 ±0,12
!0 Jasper 8.32 ± 0,67 1,80 ± 0,23 0,71 ±0.11 4,85 ±0,41 0.95 ± 0,37
11 ssp. rubra 65,93 ± 3,07 11,33 ± 0,90 1,00 ±0,19 53,25 ± 2,49 037 ± 0,08
12 Barereen 33.60 ±2.65 4,61 ±0,34 0.74 ± 0,13 27,87 ±2,37 0.96 ±0,16
13 Franklin 39,21 ± 3,69 5,24 ± 0,62 1.30 ±0,23 31,85 ±3,16 1,34 ±0,22
14 Киевлянка 23,48 ±2.97 4.17 ±0.67 0.74 ±0,16 16,25 ±2,30 230 ± 0.45
15 ¡IpSlflVKiW 48.34 ±4,34 7.91 ± 0.94 2,03 ± 0,37 37.24 ± 3,63 1,17 ± 0,17
16 frida II,45± 1.24 2.58 ±0.25 1.92 ± 0,37 6,9810,84 0,00 ± 0.00
17 F pratensis 2!.94з:Д,00 1,57 ±0,32 0.92 ±0.14 8,65 ± 1.05 10,78 ± 2,0}
18 F aruiwhrtaena 4.42x0.3! 0.24 ±0,07 0,07 ± 0.02 3,56 ±0,29 0,53 t 0,11
нем дефектности, то есть растений с частотой аномалий выше 11,7%, отмечено практически у всех сорто- и видообразцов. Самыми «высокодефектными» оказались сорт Свердловская и выборка из естественной популяции Татищевского района F. rubra. Усредненные показатели дефектности пыльцы для каждого сорта и вида, представленные в табл. 1, могут служить их популяционными характеристиками.
Для исследования состояния женской генеративной сферы были выбраны растения популяций F. pratensis, F. arunolinacea и шести сорто- и видообразцов F. rubra, контрастных по признаку качества пыльцы. Из 1675 выделенных и исследованных зародышевых мешков около половины (836 ЗМ) оказались зрелыми, дифференцированными. Но лишь около одной трети из них (270 ЗМ) имели типичное строение, соответствующее Polygonum-THny.
Таблица 2. Доля растений с высокой степенью дефектности пыльцы в исследованных сорто- и видообразцах Festuca rubra, F.pratensis и F. arunolinacea
№ Сорто rmnv.is !ШЯ Исследовано Hi id« с СДГТ более 11,7%
или йндоопрюсц рясте! гн ií, шт шт. %
1 SaJaspils 2(1 А 20,а
2 Тал 26 16 61,5
3 ГБС-П6 30 9 30,0
4 ГЪС-202 29 9 31,0
5 Вылубелк&а сланная 30 1 3,3
6 Arela 29 9 31,0
7 ? Vrtorv 11 30 И 36,7
8 -о е Ii' Sfp. arenari.i 30 5 16.7
9 Свердловская 30 29 96,7
10 Jasper 30 5 16,7
11 ssp. rubra 26 24 92,3
12 liargreen 30 25 833
13 Franklin 26 16 61,5
N Кпевдхшга 27 16 59,2
15 Ирбитская 26 22 84,6
16 Frida 30 10 33,3
17 F. pratensis 30 19 633
18 F. arunot macea 30 0 0
Небольшой процент у четырех сортообразцов F. rubra (Tamara - 1,6, Salaspils - 0,8; Ирбитская - 6,5; Свердловская - 8.4%), а также у F. arunolinacea (4,0%) и F. pratensis (7,4%) составляли зародышевые мешки с признаками дегенерации или полностью дегенерирующие. Несколько выше доля дегенерирующих зародышевых мешков отмечена у образца F. rubra сорта Areta (18,0%) и у видообразца ssp. rubra из естественной популяции Татищевского района (11,4%) (см. табл. 3).
Существенную долю у растений F. rubra двух сортов (Ирбитская -26,9, Свердловская - 23,8%) и у видообразца ssp. rubra из Татищевского района (19,5%) составили зародышевые мешки с признаками, которые косвенно указывают на возможность апомиксиса. Более низкий процент подобных зародышевых мешков выявлен у растений видообразца F. pratensis (9,2%). В мегагаметофите таких растений отмечались различные отклонения от типичного строения: наличие двух яйцеклеток, двуядерной яйцеклетки, яйцеклетки с двумя и более ядрышками в ядре или нарушение поляризации зародышевого мешка на ранних стадиях развития.
Таблица 3. Состояние мегагаметофита у растений исследованных сорто- и видообразцов Festuca rubra, F. pratensis и F. arunolinacea
Доля у сорю- или видообразца, %
F. rubra
Состойние IM Í4 Ч 8 о н Í4 й я íA: 3 В < 1 Я в у Ё о В. 3 В и № 1 9 и 2 и. И 1 "5 с i
Зрелые 51,3 66,4 «9,0 65 J 59,0 72.5 28.1 4.0
Типичного строения 16.3 13,6 4.0 28.8 21,1 38.1 10.2 -
Де re нерирутошне 1,6 0,8 IR.U 11,4 6,5 8,4 7,4 4.0
к Р* Яйцеклетка с двумя и более илрмш -г - - 4.2 9Д 9.5 2.8 -
Яйцеклетка с двумя к более ядрышками 13.9 27 2 32.7 133 13,4 13,2 6,5 -
£ О X аг Яйцеклетка заговдюдобная 9,0 12,0 30,3 1,6 3,1 1.1 - -
i С двумя яйцеклетками - - - 1,6 - - -
1 С тремя и более полярными млрамн 2,4 2,-1 0,8 1.6 2.3 - 0,3 -
i Проэмбрио 4.9 8,8 2,4 - - - 0,3 -
а ^ г = Эгщоспсрма - 1,6 - • - - -
О Обета структур ЗД - 0,8 - - - 0,6 -
ж Дни ЗМ а ] семязачатке - - 0.4 3,8 1,1 - -
с, U = V} Иншналь + зрелый ЗМ - - 3,8 1,9 1.1 0,3 -
s i Инициал]. + мегаспора * • - 8,1 1.! 2,1 0,3
< Иннцналь + мс| аеиоры - - - - - 0,6 0,3
У растений трёх сортов F. rubra были отмечены мегагаметофиты с развитием проэмбрио (Tamara - 4,9; Salaspils - 8,8; Areta - 2,4%), эндосперма (Salaspils - 1,6%) или обеих структур (Tamara - 3,2; Areta - 0,8%) без оплодотворения (см. табл. 3).
Семязачатки с развитием апоспорических инициалей отмечены у растений F. rubra сортов Ирбитская (13,8%) и Свердловская (3,1%), у ви-дообразца ssp. rubra из естественной популяции Татищевского района (4,2%), а также у F. pratensis (3,1%) и F. arunolinacea (1,3%). При этом наблюдали: а) одновременное развитие двух зародышевых мешков, один из которых имел эуспорическую, а второй - апоспорическую природу; б) на-
личие апоспорической инициальной клетки в присутствии материнской клетки мегаспор, тетрады мегаспор, одно-, дву- или четырёхядерного зародышевого мешка эуспорической природы; в) наличие апоспорических инициальных клеток в присутствии зрелых, дифференцированных зародышевых мешков.
Таким образом, из 8 исследованных в отношении состояния женской генеративной сферы сорто- и видообразцов трёх видов Festuca наибольшую склонность к гаметофитному апомиксису проявляют растения F. rubra сортов Ирбитская, Salaspils и Tamara, более слабую - растения /•'. rubra сортов Свердловская, Salaspils, Areta, популяции F. rubra ssp. rubra из Ta-тищевского района, F. pratensis и F. arunolinacea. В целом у исследованных сорто- и видообразцов наблюдается корреляция между степенью дефектности пыльцы и склонностью к гаметофитному апомиксису.
Библиографический список
Куприянов П.Г. Способ приготовления препаратов зародышевых мешков // Бюл. изобр. 1982. A.c. №919636. С. 7-14.
Куприянов П.Г. Диагностика систем семенного размножения в популяциях цветковых растений. Саратов, 1989. 160 с.
Петров Д.Ф. Генетические основы апомиксиса. Новосибирск, 1979. 280 с.
Хохлов С.С. Апомиксис: Классификация и распространение у покрытосеменных растений // Успехи современной генетики. М., 1967. Вып. 1. С. 43-105.
Шишкинская H.A., Юдакова О.И. Репродуктивная биология дикорастущих злаков//Изв. Сарат. ун-та. Сер. Биол. 2001. С. 166-176.
Шишкинская H.A., Юдакова О.И. Новый подход к использованию ант-морфологического метода для диагностики апомиксиса у злаков // Бюл. Бот. сада. Саратов, 2003. Вып. 2. С. 221-228.
Шишкинская H.A., Юдакова О.И., Тырнов B.C. Популяциовная эмбриология и апомиксис у злаков. Саратов, 2004. 148 с.
Grossnikiaus U., Nogler G.A., van Dijk P.J. How to Avoid Sex: The genetic control of gametophytic apomixis // Plant Cell. 2001. Vol. 13. P. 1491-1498.
Herr J.M. A new clearing-squash technique for the study of ovule development in angiosperms //Amer. J. Bot. 1971. Vol. 58. P. 785-790
Kindiger В., Dewald C.L. A system for genetic change in apomictic eastern ga-magrass // Crop Sei. 1996. Vol. 36. P. 250-255.
Mariani A., Roscini C., Basili F. et al. Cytogenetic study of forage grasses and legumes // Legumes for Mediterranean forage crops, pastures and alternative uses = Legumineuses pour cultures fourragères, pâturages et autres usages en region mediterraneenne. Zaragoza: CIHEAM-IAMZ, 2000. P. 79-83.
Savidan Y.H. Les promesses de l'apomixis // ORSTOM Actual. 1995. № 47. P. 2-7.
Savidan Y.H. Transfer of apomixes through wide crosses // The Flowering of Apomixis: From Mechanisms to Genetic Engineering. Mexico, 2001. P. 153-167.
3rd Int. Apomixis Conf. Abstr. Wernigerode, Germany, 22 June - 1 July, 2007. Wernigerode, 2007. 132 p.
Vielle Calzada J.-Ph., Crane Ch.F., Stelly D.M. Apomixis: the asexual revolution// Science. 1996. Vol. 274, № 5291. P. 1322-1323.
УДК 576.316.7
ИССЛЕДОВАНИЕ КАРИОТИПА Iris Pumila L.
Э.А. Муратова, H.A. Калашник
Ботанический сад-институт Уфимского научного центра РАН 450080, Уфа, Полярная, 8 e-mail: [email protected]
Iris pumila L. (Ирис низкий) - короткокорневищный вегетативно малоподвижный травянистый многолетник. В Ботанический сад-институт УНЦ РАН был перенесен из дикой природы Республики Башкортостан и Оренбургской области.
Целью данной работы является проведение кариологических исследований Iris pumila.
Кариологическое исследование этого вида указывает на наличие разнохромосомного диплоидного набора. По некоторым литературным данным, соматическое число хромосом I. pumila равно 36 (Simonet, 1934; Чеботарь и др., 1977). Согласно другому источнику (Числа хромосом..., 1990) у данного вида насчитывается 30 хромосом.
Считается, что основой эволюции дикорастущих видов ириса была аллополиплоидия наряду с анеуполиплоидией и хромосомными перестройками (Матвеева, 1980). Так, например, в результате гибридизации диплоидного вида I. attica (2п=16) с диплоидным же I. pseudopumila (2п=16) возник тетраплоидный вид I. pumila (2п=32), являющийся амфиди-плоидом (Randolph, Mitra, 1959). Такое же число хромосом у исследуемого вида (2п=32) выявлено Kohlein (Kohlein, 1981). Также на результатах ци-тогенетического анализа I. pumila (2n=30, 31+f, 32, 36) хорошо показана роль анеуплоидии и хромосомных перестроек в эволюции различных таксонов Iris (Randolph, Mitra, 1959).
