Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экспериментальные изменения проявлений инбредной депрессии, гетерозиса, а также эндо- и экзогамии у некоторых сельскохозяйственных растений

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальные изменения проявлений инбредной депрессии, гетерозиса, а также эндо- и экзогамии у некоторых сельскохозяйственных растений"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ХАРЬКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.И.ГОРЬКОГО

На правах рукописи

ЧЕПЕЛЬ Любовь Максимовна

УДК: 575.222.70:575.167:581.163:57.043

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЯВЛЕНИЙ ИНБРЕДНОЙ ДЕПРЕССИИ, ГЕТЕРОЗИСА, А ТАКЖЕ ЭНДО- И ЭКЗОГАМИИ У НЕКОТОРЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

03.00.15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Харьков - 1990

Работа выполнена в Харьковском ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов государственном университете им.А.М.Горького

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор

В.Г.Шахбазов.Харьковский государственный университет им. А.М.Горького

Официальные оппоненты - Академик ВАСХНИЛ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Б.П.Гурьей. Укр.ШИ растениеводства, селекции и генетики им. В.Я.Юрьева

-Старший научный сотрудник, доктор биологических наук Клименко В.В. Институт зоологии и физиологии АН Молд. ССР.

Ведущая организация - Харьковский сельскохозяйственный институт им. В.В.Докучаева

Защита состоится 1990 г. в 15 час. 15 мин.

на заседании специализированного совета К 068.31.04 в Харьковском государственном университете им. А.М.Горького по адресу: 310077, г.Харьков, пл.Дзержинского, 4, аудитория 3-15.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Харьковского университета.

Автореферат разослан

Учений секретарь

В.А.Малеев

ОЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Вадное практическое значение в селекции таких генетических явлений как гетерозис, инбредная депрессия и автостерильность обусловливает актуальность их экспериментального изучения.

При изучении эффекта гетерозиса влияние внешних физических факторов рте детально исследовали на ряде объектов, однако многие вопросы все еще остаются недостаточно изученными.

Изменения проявлений инбредной депрессии под влиянием физических факторов на родительское поколение пока мало изучены, хотя этот вопрос является важным и в теоретическом,и в практическом плане.

Свойство автостерильности у растений, как известно, имеет широ-' кое распространение и предохраняет перекрестноопыляемке растения от самоопыления и инбредной депрессии. Возможность снижать автостерильность влиянием внешних физических факторов такие мало изучена, и этот вопрос представляется важным в селекции, так как при устранении автостерильности появляется возможность закрепления полезных признаков путем самоопыления.

Не менее важным является вопрос о возможности искусственного перевода растений самоопылителей к перекрестному опылению.

Изучению этих вопросов на модельных объектах и на некоторых с.-х. растениях посвящена данная работа. Из числа физических факторов основное внимание уделялось температуре,-постоянному магнитному полю (ПМШ, электромагнитным полям СВЧ-диапазона (ЗМП).

Цель и задачи работы. Целью работы было выяснение теоретической возможности влиять на проявления инбредной депрессии, гетерозиса, эндо - и экзогамии растений физическими факторами: высокой экстремальной температурой, ПМП и ЭМП СВЧ-диапазона, а также разработка практических рекомендаций по снижению автостерильности некоторых с.х. растений посредством влияния этих физических факторов. Из этой общей цели вытекают следующие конкретные задачи исследования:

- выяснение особенностей реакции на действие внешних физических факторов инбредных и гибридных организмов, модельных объектов и некоторых с.-х. растений,самоопылителей и перекрестников;

- выяснение на модельных объектах возможности снижения инбред-

ной депрессии путем влияния физическими факторами на особи родительского поколения;

. - выяснение возможности снижения автостерильности у некоторых с.-х.растений путем влияния физическими факторами на мужские и женские генеративные органы цветка;

- выяснение возможности под влиянием физических факторов перехода некоторых растений от самоопыления к перекрестному опылению;

- разработка рекомендаций о возможности повышения автофертиль-ности у перекрестноопыляемых растений и получения перекрестного опыления у самоопылителей;

- использование разработанного метода в создании ценных в селекционном отношении форм фасоли.

Научная новизна. Установлены различия в реакции инбредных и гибридных организмов, модельных объектов на действие высокой температуры и ШП.

Ка модельных объектах и на с.-х.растениях установлена возможность и разработана методика снижения инбредной депрессии и автостерильности путем дифференцировки родительских форм под влиянием внешних физических факторов.

Выяснена возможность изменения способа оплодотворения у самоопылителя - фасоли посредством влияния физических факторов на семена.

Обнаружено' влияние ШП на электрокинетические свойства (ЭКС) клеточных ядер растений.

Теоретическая значимость. Проведенное исследование углубляет теоретические представления о возможностях премутационной дифферен-цировки гамет с целью снижения инбредной депрзссии и автосгериль-ности, что является новым аспектом в изучении соотношения между мутационной и модификационной изменчивостью. Полученные результаты представляют интерес для изучения природа инбредной депрессии и гетерозиса.

. Снижение инбредной депрессии под влиянием ШП на модельных объектах указывает на существенную в теоретическом отношении возможность влияния магнитного поля (МП) на генетические свойства организмов, связанные с количественной наследственностью и, в частности, с лтзнеспособностью.

Установлена возможность влиять на процесс опыления и оплодотво-

рения с.-х. растений внешними'физическими факторами.

Практическая значимость. Разработанные методы физических воздействий на самоопылителей и перекрестников могут найти практическое применение в селекции с целью снижения инбредной депрессии и изменения автостерильности и автофертильности у некоторых с.-х. растений.

Применение разработанного метода позволило получить формы с.-х. растений, ценные в селекционном отношении. Созданный на этой основе новый сорт фасоли проходит Государственное сортоиспытание.

Полученные данные и сформулированные теоретические обобщения используются при чтении спецкурсов "Генетические основы селекции растений" и "Частная генетика с.-х. культур".

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены Х1У Международном конгрессе по генетике (Москва,1978), 1У Международном биофизическом конгрессе (Москва,1972), П и 1У съездах ВОГиС ■ им. Н.И.Вавилова (Москва,1972; Кишинев,1982), П-У съездах УОГиС им. Н.И.Вавилова (Киев,1972,1976; Одесса,1981; Умань,1986), I Всесоюзном съезде биофизиков (Москва,1982), семи Всесоюзных совещаниях и симпозиумах по влиянию магнитных полей на биологические объекты (Москва,1966,1969,1972; Белгород,1973;Кишинев,1968; Баку,1972; йрунзе, 1974), УП Всесоюзном симпозиуме по структуре и функции клеточного ядра и на Всесоюзном установочном совещании по биоэлектрическим свойствам клеточного ядра и состоянию организма (Харьков, 1980,1989).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ.

Объем работы. Диссертация изложена на 170 стр.машинописного текста, включая рисунки. Она состоит из введения,обзора литературы, 6-и глав собственных исследований,заключения, выводов, рекоменда- ; ций.Библиография содержит 355 наименований. В работу включены 13 рис., 27 таблиц и приложение из II таблиц.

Объекты и методы исследования.В качестве модельного объекта использовали линии и гибриды titosophiCa mefaflogasiez Mg , а также некоторые лабораторные животные и растения: линии и гибриды тутовогб и дубового шелкопрядов, из числа растений семена и проростки линий, сортов и гибридов кукурузы, огурцов, ржи» луна, фасоли. Исходный семенной материал частично был получен из ин-та растениеводства, селекции и генетики им.В.Я.Юрьева, ин-та овощеводства и бахчевод-

ства (Мерефа), частично получен автором на опытном поле биологической станции Харьковского университета, в ин-те растениеводства, селекции и генетик» и на опытном поле учхоза "I Мая" Харьковского ин-те. механизации и электрификации сельского хозяйства.

Методики лабораторного культивирования модельных объектов,лабораторного и полевого проращивания растений и влияния различных физических факторов били общепринятыми и модифицировались в зависимости от целей исследования. При сравнительном изучении теплоустойчивости (ТУ) инбредных и гибридных организмов была применена методика тсрмо-теста (Иахбпэов,Попель,19б4; Иахбаэов,1974). При работе с дрозофилой и шелкопрядами наряду с использованием общепринятых методик били применены подходы и методы .разработанные на кафедре и в отделе генетики. Репродуктивную способность у дрозофилы оценивали по количеству потомков на стадии куколки, у шелкопрядов - по % оплодотворенной грены и выходу гуссниц. В работе применен метод термоактивации грены тутового шелкопряда с целью использования партеноклонов (Астауров,1962).

Жизнеспособность пыльцы лука и ржи определяли по методу П.И.Диакону (Паушева.1974).

В опытах по снятию автостерильности на сортах лука и ржи ис- , пользовали высокую температуру, ГОШ и ЗМП СВЧ-диапазона.Напряженность МП измеряли датчиком Холла.

Для оценки успешного оплодотворения при влиянии ГМП использовали кратковременную культуру гинецея лука. О результатах опыления и оплодотворения судили по степени разрастания завязи, весу развивающихся семян, а также по интенсивности потребления кислорода по методике, разработанной В.Г.Шахбазовым (1964).

В связи с изучением механизмов ТУ и влияния ПМП на инбредные и гибридные организмы была применена методика внутриклеточного микроэлектрофореза клеточных ядер.разработанная В.Г.Шахбазовым и Г.С.Ло-бынцевой (1972).

Результаты статистически обработаны на МК БЗ-34 по стандартным программам. Для сценки разницы сравниваемых величин использовали критерий Стьюдента.

Результаты исследований

Генетические различия в реакции инбредных и гибридных организмов на действие ПМП и высокой экстремальной температуры. Биологичес-

кие эффекты ПМП за последние года изучались разносторонне. Анализ этих работ позволяет установить, что наблюдаемые эффекты МП находятся в зависимости от напряженности (Н), структуры поля и длительности воздействия, физиологического состояния и пространственного расположения объектов в МП.

Среди магнитобиологических исследований относительно мало работ, направленных на выяснение связи влияния ПМП с генетическими эффектами, и полученные результаты противоречивы. Возможно это объясняется отсутствием сведений о магнитоустойчивости организмов разных генотипов и в разных состояниях.

Ранее нами обнаружено влияние 1.3 на развитие проростков растений, плодовитость и жизнеспособность дрозофилы, а также различия в реакции инбредных и гетерозисных форм (Шахбазов,Котенко,Чепель,19б6; Шахбазов, Чепель,Жилина, 1968). Это позволило продолжить исследования на большом числе с.-х. культур, дрозофиле, шелкопрядах с учетом их генотипа, физиологического состояния, стадии онтогенеза.

Влияние МП (Н=4.5 кэ) на плодовитость и жизнеспособность линий и гибридов "ЯгозорАг^а теес7Г7о<?ж{<г? А/е Исследовали инбредные линии дрозофилы различного географического происхождения и разных поколений инбридинга (Ленинградская, Л- 60-112; Богодуховская, Б- 60130; Мерефянскал, М- 72-105; Домодедовская-32 и Домодедовская-18, Д-32 и Д-18 -66-128 поколений инбридинга; Горький, Г -66-105; Ха^ь-ковская-51, X - 67-102) в сравнении с межлинейными гибридами. В МП помещали имаго (2 суток) или личинки-предкукодки-куколки до выхода имаго (7 суток). Эффект влияния МП учитывали по показателям плодовитости и % вышедших имаго (рис.1). Анализ полученных результатов свиде~! тельствует о том, что реакция на действие МП у линий и гибридов дрозофилы неодинакова и зависит от стадии развития. Наиболее чувстви- -тельной к влиянию МП оказались стадии личинка-предкуколка-куколка. Получены достоверные различия между контролем и опытом у линий по плодовитости и выходу имаго и у гибридов - по выходу имаго. Гибриды на влияние МП реагировали меньше.

Влияние ПМП (Н=4,5 кз) на всхожесть семян и рост проростков инбредных и гибридных растений.Эффекты влияния МП на растения ранее детально исследовали в связи с напряженностью МП, структурой,длительностью влияния,зависимостью интенсивности роста от пространственного расположения объекта в МП.ориентационнмми эффектами,магнитотропизмом и установили, что МП является физиологическим раздражителем (Крылов,

ПО

£ 100

90

60

п_

I 12

1

Рис Л. Влияние ПМП (4,5 кэ) на плодовитость и жизнеспособность линий и гибридов дрозофилы.

Влияние МП: 1-иа стадии имаго; П-на стадии личинки и куколки. Л - линии, Б - гибриды; I - плодовитость, 2 - выход имаго.

Тараканова, 1960; Новицкий, 1966-1968; Стрекова, 1967). В 1930 г. Савостин П.В., а позднее Питтман У.И. высказали предположение о значении наследственных: признаков для проявления магнитотропической реакции, однако специальные исследования роли генетических различий и, в частности, эффекта гетерозиса в реакции на ШН ранее не проводились. В данной работе при Н=4,5 кэ статистически значимые различия между контролем и опытом установлены для сортов и гибридов лука.фасоли, огурцов. В разных опытах отмечет стимуляция под влиянием ПМП всхожести до 14% (Р*99,9) и стимуляция прироста до 46$ (Р>69,9). Наиболее значительные различия отмечены в реакции линии, сорта и гете-розисного гибрида кукурузы: прирост в МП по отношению к контролю составил 126, 149 и 95$ соответственно (Р>99,9). Таким образом стимуляция отмечена у линии и сорта, но не у гибрида.

Влияние МП на ТУ биологических объектов. Изучались биологические последствия одновременного влияния ПМП и высоких температур на организмы, различные в генетическом отношении.Объектами служили грена и гусеницы тутового и дубового шелкопрядов,а также семена кукурузы, фасоли.Прогревы при сублетальных температурах проводились в относительно однородных полях постоянных магнитов при Н в разньгс вариантах от-

0,6 до 7,0 кэ.Контрольные варианты прогревались вне МП.Критические уровни температур для каждой группы объектов устанавливались предварительно. Во всех вариантах опыта отмечено значительное влияние ЛМП на ТУ, которое проявилось в изменении % прорастания и прироста, а для шелкопрядов - в % оживления грены и выживания гусениц по сравнению с прогревом вне МП. Однако в зависимости от Н МП эффекты оказались различными: у растений в МП до I кэ наблюдалось снижение ТУ, а МП от 4,5 до 7,0 кэ вызывали значительное повышение. В среднем при обработке сухих семян МП 4,5 кэ увеличивало ТУ сорта до 178,7, линии - до 210,0 и гетероэисного гибрида - до 111,3$, при обработке набухших семян в МП также отмечено увеличение прироста (на 12-15%). Для грены и гусениц шелкопрядов в МП от 0,2 до 0,6 кэ отмечено повышение ТУ на 10 и 13$ соответственно. Существенные различия в изменениях ТУ,обнаруженные нами при влиянии относительно слабых и сильных МП,согласуются с данными других авторов о влиянии МП на показатели энергетического обмена, на сверхслабую хемилюминесценцию (Доскоч и др.,1969; Тарусов и др.,1970; Травкин и др.,1970, Новицкий,1983).Полученные результаты позволяют предположить, что и для растений, и для животных могут быть подобраны режимы влияния МП,дающие возможность существенно повышать ТУ организмов.

Изменения проявлений инбредной депрессии под влиянием МП у дрозофилы и зелкопрядоп.Линии дрозофилы инбридировались на протяжении 60-140 поколений. Показателями инбредной депрессии служили снижение плодовитости и жизнеспособности. Тутовый шелкопряд был представлен линиями, происходящими от разных пород и инбридарованными нами на протяжении 12-14 поколений.Результаты опытов с тутовым шелкопрядом учитывали по плодовитости имаго и по % гусениц, вышедших из яиц.Имаго и личинки дрозофилы и куколки тутового шелкопряда помещали в МП.г Скрещивания имаго проводили, по схеме: КхК, КхМП, МПхК, МПхМП (К -самка или самец из контрольного варианта; МП - самка или самец из "магнитного" варианта. Данные, приведенные в табл.1 по результатам влияния МП на стадии личинки и куколки дрозофилы, указывают на то, что плодовитость межлинейных гибридов ^ значимо не изменяется, в то же время плодовитость высокоинбредиых линий значительно повышается. В варианте опыта МПхМП повышеью плодовитости составило 12%, а в варианте КхМП и МПхК соответственно 29 и 38Й. Эти данные согласуются с результатами, полученными на растениях.Меньшая реакция гетерозис-ных гибридов на влияние ГМП, по-видимому, является характерным прояв-

леннем гетерозиса. А в отношении инбредных линий МП явилось фактором, дифференцирующим их геномы, что проявилось в снижении инбред-ной депрессии по показателю плодовитости в тех вариантах опыта, в которых влиянию МП подвергалась одна из родительских форм. При содержании в МП самок увеличение плодовитости оказалось более значительным.

Генотипы : Плодовитость, % по отношению к контролю

1 К х МП Тр а/ I . Г , /о . МП х Н |Р,5б : мп х мп

Линии 129,5 99,9 138,0 99,9 112,3 99,0

Гибриды 90,2 29,9 93,5 89,9 102,8 27,5

Сделана попытка выяснить критический период в развитии особей ро-

дительского поколения, на который МП оказывает влияние,определяющее жизнеспособность особой следующего поколения.В качестве метода выяснения такого периода избрали фракционирование яиц по срокам откладки, позволяйте определить на какие этапы гаметогенеза личинок и куколок наиболее значительно влияет МП.Заметное влияние МП отмечено на ранние стадии гаметогенеза. Выход имаго в вариантах Kxt.UI и МПхК для линии.Л'больше на 7-9/5 (Р-99,0 и Р=99,8), а для линии,М - на 719$ £Р=99,6 и Р=99,9) соответственно. Обнаружено также повышение ТУ имаго и самок,и самцов. Показано, что, вызванное влиянием МП снижение инбредной депрессии, определяется в случае овогенеза на более ранних стадиях развития, а в случае сперматогенеза - на более поздних. При изучении влияния МП на грену тутового шелкопряда обнаружены различия в реакции линий и гибридов на действие МП. Выход гусениц из яиц в МП превыи'.п показатели контроля для линий па 8,4доя гибридов - на 4,С;-.'). В следующей серии отпор исследовали влияние МП на выход гусениц ис яиц, формировавшихся в МП. За 10 дней до вылета имаго в МП помечали куколок тутового шелкопряда. Массовый вылет имаго проходил в вечерние часы.Спаривания по схеме (КхК, КхМП, МПхК и МГЫ.Ш) проводили в утрешшо часы следующего дня. Каждые 3 часа в течение суток проводили сбор грени н получили таким образом б порций. Данные этих опытов показывают, что шкода гусениц в контроле и опыте в порциях грены по часам сткладги гчнчимо различается.Повмжен-ная жизнеспособность гусениц из последних порций грены объяснима тем, Что в этом случае МП влияло на р.-чпт« более чуцстп'лтслькые ста-

дли гаметогенеза (рис:2)

160

140

1,120

! 100

60

I 2 3 4 5 6

-Ей

МП х К

МП

Рис.2. Выход гусениц из грены высокоинбредных линий тутового

шелкопряда (5/12) после влияния ПМП на куколок (10 сут.). 1-6 - порции грены по часам откладки, * - различия между контролем и опытом достоверны.

В качестве одного из проявлений отличий яиц инбредных шелкопрядов от гибридных по реакции на влияние высокой температуры и МП Ш=1,9кэ) рассматривали их способность к партеногенетическому развитию. Влиянию МП п течение 6 час подвергали грену сразу после извлечения из овариол,перед температурной активацией и после термоактивации. В первом случае % вышедших гусениц по отношению к контролю у линий составил 83,5, а у гибридов - 96,1, во втором случае наблюдалось повышение выхода гусениц на 26% у линий, а у гибридов - на уровне контроля. В третьем варианте показатели линий не отличаются от контроля, а у гибридов отмечено повышение выхода на 14%, Полученные результаты свидетельствуют о некоторых биофизических различиях ооцитов шелкопрядов, связанных с их гомо- или гетерозиготным состоянием.

Диффоренцировка гамет у экзогамных растений при влиянии физических факторов с целью снижения самонесовместимости* Вопрос об управлении автосторильностыо растений связан с дифференцировкой гамет и жизнеспособностью зиготы. Основным генетическим механизмом, контролнру-

з

4

К X МЛ

1

ющим перекрестное опыление у перекрестноопыляемых (ПО) растений, является самонесовместимость, которая проявляется в торможении прорастания пыльцевпс зерен на рыльце и уменьшении скорости роста пыльцевых трубок в тканях пестика.Имеются данные о том, что реакция самонесовместимости может быть модифицирована физиологическими и химическими факторами. В данной работе вопрос о снятии автостерильности изучали на сортах лука и ржи, у которых при самоопылении (под изоляторами) завязывалось в среднем не более 1,5-3,0% жизнеспособных семян. В качестве физических факторов использовали МП , высокую температуру и . ЭМП СЗЧ-даапазона.Эксперименты проводили в лабораторных и полевых условиях.Влиянию этих факторов подвергали части цветков соцветий лука и пыльцу ржи, которые использовались затем в схеме опылений.Показателями биологических последствий физических воздействий для лука были % завязавшихся коробочек и % реально полученных семян, для ржи-% завязавшихся зерновок. Изменение автофертильности у растений лука и ржи при влиянии МП, высокой температуры и ЭМП СВЧ-диапазона представлено в табл.2 и 3. Во всех опытных вариантах по сравнению с контролем получено статистически значимое увеличение % завязавшихся семян лука и зерновок ржи.

Таблица 2.

Изменение автофертильности у лука при влиянии ПМП на пыльцу

МП, з

Обследовано завязав- '.% реально по-; р о> цветков ;шихся коро-:лученных се- * г»/3 ;бочек ;мян, X—

Контроль 14529 (самоопыление искусственное ,МПЗ~0, 4э

1900 з 9016

3500 о 6670

4500 о • 7327

7,6 2,93±0,13

22,10 5,40±0,23 99,9

21,14 5,35±0,27 99,9

27,50 б,77±0,29 99,9

В следующей серии опытов влиянию МП подвергали кратковременную Культуру завязи и пыльников лука, после чего проводили опыление по схеме: КхК, КхМП, МПхК, МГЫ.Ш. Культивирование завязей проводили в течение 10-15 дней, (^результатах опыления судили по степени разрастания завязи, весу развивающихся семян. Результаты опытов показали, что ПМП стимулирует семяобрпзование во всех опытных вариантах. При обработке в МП пыльников вес семян с одного цветка или снижается не-

значительно или равен весу семян в контроле, тогда как при обработке в МП завязей он увеличивается в среднем на 28д>, а при обработке • в МП и завязи и пыльников - на 39,8$ (Р=95,7 и Р=99,9). Как показывают эти результаты, МП меньше влияет на пыльцевые зерна в пыльниках и значительно больше - на завязь. Вместе с тем э полевых опытах,когда обрабатывались в МП части'соцветия, влияние поля на мужской гаме-тофит было существенным и заметно повышало завязываемость семян при самоопылении. По-видимому, МП влияет на определенные стадии спороге-неза и гаметогекеза, а также на взаимодействие спорофита с другими' тканями цветка.

Таблица 3.

Изменение автофертильности у ржи сорта Московская карликовая

при влиянии на пыльцу физических факторов '

Варианты опыта ^ Обследовано:! 'цветков % завязавшихся зерновок ; 7 Р. %

Контроль (искусственное самоопыление) 1976 3,69 ± 0,42

ПМП, 4500 э, I час 1196 9,46 ± 0,85 09,9

ПМП, 4500 э, 20 час 1800 7,25 ± 0,61 99,9

Температура, 43°С, 10 мин 1740 7,80 ± 0,64 99,9

ЭМП СВЧ-диапазона, 50* , 5 мин, Д - 5,6 1292 14,05 ± 0,96 99,у

50, 10 мин, 5,6 1468 7,68 ± 0,69 99,9

Изменение типа цветения фасоли под влиянием физических факторов. Фасоль, как известно, является представителем эндогамных культур,но ряд авторов указывает, что с измененном условий окружающей среды (температуры, влажности) у нее может происходить и перекрестное опыление, достигая в южных районах около 5%, а в средней полосе нашей страны - 1,2% (Декапрелевич, 1957; Фриденталь, 1965). Повышение % открытого цветения приводит к повышению гетерогенности популяции и ограничению гомозиготности. Представляло интерес, используя экзогенные факторы среды, изменить тип цветения фасоли.3 качестве физических факторов среды, используемых наш для обработки семян с целью изменения типа цветения, были температура (+2°С 3 суток; +57°С 20 минут), ЗМП СВЧ-диапаэона 2-х режимов, у-облучение (1000 и 5000 р).

Проведено четыре серии опытов. В первой серии опытов семена фасоли после 6 час замачивания 3 суток находились при +2°С, во второй -сухие семена подвергались влиянию высокой температуры (+57°С) в течение 20 мин, в третьей - на сухие семена влияли ЭМП СВЧ-диапазона двух режимов (Д-5,6 мм, ¡\- 22,4 мм) и в четвертой - проведено облучение семян фасоли в дозах 1000 и 5000 р. Каждому опытному варианту ' соответствовал контроль. В полевых условиях в течение всего онтогенеза проводили фенологический и морфометрический учет. В период цветения было проанализировано свыше 4 тыс. цветков с целью учета открытого цветения. Установлено, что низкая положительная температура, высокая температура и ^-облучение повышают % открытого цветения в 2,1, 3,9 и 2,3 раза (Р>99',9. Наиболее эффективным оказалось влияние на семена высокой температуры, что следует учитывать в селекции.

Заключение. Все изложенные выше исследования объединены общей целью: выяснить генетические различия в реакции инбредиых и гибридных организмов на влияние ПМП, низкой положительной и высокой температуры и ряда других физических факторов для дополнения представления о проявлениях инбредной депрессии и гетерозиса.

Из первой задачи вытекает вторая: применяя физические влияния на родительское поколение'повлиять на проявления инбредной депрессии, а также на проявления эндо - и экзогамии у с.-х. растений, что представляло интерес не только в теоретическом плане, но имеет и практик ческое значение в селекции. Для выполнения этих задач потребовались опыты на модельных объектах сочетать с опытами на с.-х. растениях.

Изложенные результаты экспериментальных исследований, проведенных на модельных объектах и на с.-х. растениях, позволили выяснить значительные различия инбредных и гибридных организмов в реакции на влияние ПМП и других физических факторов. Более значительная реакция отмечена у инбредов и меньшая - у гибридов. По-видимому, эти различия можно считать характерными биофизическими проявлениями инбредной депрессии и гетерозиса. Механизмы этих различий в реакции на МП пока недостаточно ясны, но важно учитывать феномен этих различий, при котором инбредные формы, имещие более низкий ядерный биоэлектрический потенциал, воспринимают внешнюю энергию МП, а гетерозисные фор- . мы с более высоким энергетическим уровнем на него реагируют значительно меньше.■

Для гегерозисных гибридов в сравнении с инбредами подтверждено

установленное ранее повышение ТУ и показано, что ПМП существенно влияет на ТУ. Для инбредных организмов установлено значительное повышение ТУ под влиянием ПМП.

На модельных объектах показана возможность снижать инбредную депрессию влиянием ПМП на родительские формы.Более значительный эффект наблюдается при влиянии на материнскую форму.

Влиянием ряда физических факторов на эндо- и экзогамные растения показана возможность снижать автофертильность первых и автостерильность вторых, что позволило получить положительные результаты в селекции одного из объектов (фасоли).

Все полученные результаты не удается объяснить с позиций классической генетики. По-видимому, общей причиной наблюдаемых различий в реакции и изменений в процессе оплодотворения является воздействие физических факторов на физические свойства гамет и, в частности, на биоэлектрические свойства клеточных ядер.Проведенные нами опыты в этом направлении дали положительный результат (Чепель.Шахбазов,1980,1982, 1989; Чепель Дкаченко, 1989; Чепель, Шахбазов, Недобой, 1989).Возможно, ПМП и другие физические факторы оказывают также влияние на энергетические уровни в основных молекулярных комплексах.Различия спектра ЭПР инбредных и гибридных форм были нами ранее показаны (Кор-хова, Чепель и др., 1974,1976). Более глубокая теоретическая интерпретация полученных результатов-задача дальнейших исследований. На данном этапе пол-тченные результаты позволили сделать некоторые практические выводы для селекции.

Выводы.

1.Как показали исследования на дрозофиле и шелкопрядах.реакция линий и межлинейных гибридов на влияние постоянного магнитного поля (ПМП) различна. У гибридов под влиянием МП наблюдается незначительное снижение плодовитости, а у линий при тех же режимах-повышение. Инбредная депрессия и гетерозис приводят к разнонаправленной реакции на влияние ПМП.

2.Магнитное поле оказывает существенное влияние на линии,сорта и гибриды с.-х.растений. К влиянию МП более чувствительны, в сравнении с сухими, набухшие семена.Отмечены формы растений с большей и меньшей магниточувствительностью.Более реактивны на влияние МП линии И сорта, менее - межсортовые гибриды.

3.При изучении влияния высокой температуры и ПМП на модельные объ-

акты и семена ряда с.-х. растений установлен новый эффект биологического влияния МП как фактора, повышающего ТУ этих объектов.

4.Изучение влияния ПМП на линии дрозофилы и шелкопрядов показало, что этот фактор вызывает дифференциацию инбредных форм, приво- ■ дящую после скрещивания к снижению инбредной депрессии.Более заметное влияние поля отмечено в тех вариантах, где в МП проходил гамето-генез.

5.ПМП и высокая температура при влиянии на некоторые перекрест-ноопыляемые растения (рожь, лук) вызывают диффсренцировку состояния гамет, достаточную для повышения автофертильности.

6.Для самоопыляемой культуры - фасоли, влияние экстремальных температур приводит к повышению % открытого цветения и получению семян с повышенной жизнеспособностью.

7.Кратковрменные прогревы семян и влияние ПМП и ЭМП СВЧ-диапазо-на можно рекомендовать как факторы, приводящие у самоопылителей к открытому цветению и повышению гетерозиготности, а у перекрестников - к снижению автостерильности.

С использованием этого приема получен новый сорт и ряд перспективных форм фасоли универсального назначения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Чепель Л.М..Шахбазов В.Г.Влияние ПМП на проявление гетерозиса и инбредной депрессии у дрозофилы //Биологическая наука в ун-тах и педагогических ин-тах Украины за 50 лет:Матер.межвуз.Респ.конф..Харьков .1968.-С.374-376.

2. Шахбазов В.Г..Чепель Л.М. Влияние ПМП на теплоустойчивость гибридных и инбредных организмов //2-е Всесоюзн.совещ. по изучению влияния ПМП на биообъекты:Тез.докл.4.1, ,1969,- С.254-256.

3. Шахбазов В.Г.,Чепель Л.М.,Котенко О.В. ПМП как фактор, повышающий теплоустойчивость некоторых растений и животных //Устойчивость неэкстремальным температурам и температурные адаптации.Харьков,1971.

4. Чепель Л.М..Шахбазов В.Г. .Медведева С.Д.Зм1ни прояву гетерозису та 1нбредно1 депресП п1д впливом ПМП //Питання генетики,селекцП I гетерозису тв.арин: Друга Респ.конф.,Ки1в, 1971. - С.51-54.

5. Чепель Л.М..Шахбазов В.Г. Снижение инбредной депрессии действием магнитного поля //2-й съезд Всес.об-ва генетиков и селекционе-,ров им. Н.И.Вавилова.М. ,1972.-ЧЛУ.-Вып.З.-С.215.

6. ЧепельЛ.М..Ткаченко Н.Ф..Шахбазов В.Г. Использование магнитного поля как фактора, влияющего на избирательное оплодотворение //2-й съезд генетиков и селекционеров Украины:Тез.докл.К.,1976.-4.1.-0,139,

7.-Спектры ЭПР семян некоторых растений /Корхова Е.Д.. Чепель Л.М. Николов 0.Т..Комарь И.Н. .Шахбазов В.Г.//Биофизика,1974.-Т.19. - Вып. 2.- С.308-313.

8. Спектры ЭПР грены тутового шелкопряда /Корхова Е.Д., Чепель Л., Николов О.Т., Комарь И.Н..Шахбазов В.Г.//Биофизика, I976.-T.2I.-

,ВшЛ,- СЛО^-112,

9. Чепель Л.М..Шахбазов В.Г., Ткаченко Н.Ф. Применение ПИ как-фактора, дифференцирующего гаметы и снижающего инбредную депрессию и автостерильность у растений //Тр.Х1У Междун.конгресса по генети-. ке:Тез.докл.,М. 1978;- С.105.

10. Чепель Л.М; Температурный партеногенез линий и гибридов тутового шелкопряда при влиянии ШП //Вестник ХГУ,1980.-№ 195.-С.51-53.

II.Чепель Л.М.Изменение терморезистентности и плодовитости дрозофилы в зависимости от влияния МП на разные фазы гаметогенеза самок и самцов родительского поколения//4-и съезд Всесоюзн.об-ва генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова:Тез.докл. .Кишинев,1981.-С.261-263.

12. Чепель Л.М..Шахбазов В.Г. Влияние ПМП на электрокинетические свойства клеточных ядер растений//1-й Всес.съезд биофизиков:Теэ.докладов. -М. ,1982.- С.95.

13. Чепель Л.М.,Шахбазов В.Г. Снижение автостерильности лука действием ПМП//Цитолого-эмбриологич.и генетико-биохимич.основы опыления и оплодотворения растений:Тез.докл., К.. 1982.- C.I98-200.

14. Шахбазов В.Г., Чепель Л.М., Морозова Г.В. Влияние ПМЛ на репарацию теплового повреждения семян//Механизмы онтогенеза,эволюции < и гетерозиса.X.. 1982. - »226.- С.34-36.

15. чепель Л.М. Изучение•генетических различий и неспецифической устойчивости у с.-х.растений методом термотестирования//5-й съезд генетиков и селекционеров Украины:Тез.докл., К., 1986.-Ч.2.-С.56.

16. Чепель Л.М., Шахбазов В.Г..Деревянко В.П.,Соя C.B. Изучение проявлений гетерозиса у рад при разных типах опыления и действия ^я^а физических^акторов//Гетероэис: теория и практика : Тез. до кл.,Х.,

17. Чепель Л.М., Ткаченко H.8. Влияние МП на электрокинетические свойства клеточных ядер лука//Биоэлектрические св-ва клеточного ядра и состояние организма:Тез.докл.,Х., 1989.-G. 13-14.

18. Чепель Л.М., Шахбазов В.Г. Изучение разных генотипов фасоли Методами термотеста и микроэлектрофореза клеточных ядер и ядрышек //Онтогенетика высших растений:Тез.докл., Кишинев, 1989.- С.74-75.