Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетическая структура популяции сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения на Южном Урале

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Генетическая структура популяции сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения на Южном Урале"

россиисюя акадыш наук

сибирское отделение институт леса имени в.н.сукачева

Нз правах рукописи

бахгиярова роза ыарсовна

УДК 1630.165:582.475.41:502.55

генетическая структура популяции сосны обыкновенной в условиях пгодшенного загрязнения на кзи урале

Сдзцаалшосгь 03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ дассортацка ыа сапсжаяао учета степени кавдвдата 0нологических наук

Красноярск 1994

Работа выполнена в Ботанической саду-шзститута Уфимского научного центра РАК.

Научные руководители: доктор биологических наук,

профессор Стзрова Н.В. кандидат биологических паук Янбаев Ю.А.

Офзцашгъные ошкжанти:

Вадрдая организация:

доктор биологических наук, профессор Шлятин Л.И. доктор биологических наук Ыопяйло Л.Н.

Институт лоса УрО РАН

Зацпта диссертации состоятся " Ь " ИИ/ИД. 199-1 г. в У У часов па заседании Специализированного совета К ОСЕ .70.01 по присуждению ученой столона кандидата биологических наук ш специальности 03.00.16 - "Экология" в Гшс-титуте леса югапн Е.И.Сукачова СО РАЦ (6600366, г.Красноярск, Академгородок, Институт ласа пн. В.Н.Сукочова).

С диссертацией мозшо ознакошться в библиотека вчстатуто.

Автореферат разослан * -ЛШ-А. 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета,

кандидат биологических наук О.А.Зырянова

ВВЕЕМЕ

Актуальность темы. Промышленное загрязнение для древесных растений является си.чышм стрессов™ фактором, двйстеиэ которого особенно выражено в регионах и большой концентрацией индустриальных объектов, в частности на Ейном и Среднем Урале. Одним из наиболее серьезных последствий разрушения лестых экосистем в результате загрязнения окрупапдеЯ среди мояет быть деградация слокнвшейся в течение длительного времени генетической структуры популяций, что в последующем мотет уменьшить их способность х адаптации в изменяющихся условиях среда. В этой связи получение всесторонней информации о гь петичесхих изменениях в популяциях основных лесообразователеи под воздействием промышленного загрязнения являэтся актуальной задачей.

Цель и задачи исследований. Основная цель исследований - изучение последствий влияния промыпиюиного загрязнения на генетическую структуру популяции сос.ны обыкновенной.

Были поставлены слэдугадае задачи: I) Изучить методом диск-электрофореза генетический контроль ряда ферментных систем сосны обыкновенной; 2) Исследовать уровни генетической изменчивости и дифференциации выборок сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения; 3) Провести сравнительное изучение генетической изменчивости у груш деревьев, сгнес&шшх к различным категориям аизненного состояния по характеристика кроны; 4) Оценить тем:ш мутационного процесса з выборках сосны при яромьшленном загрязнении; 5) Изучить сегрегацию шшелзЗ в усяатаях проьслялеиного загрязнения.

Научная новизна. Впервке для данного тила загрязнения цроведени доследования генетической изменчивости сосна обшсговэнннсй с иримэ-лэпаем больного тлела изофарлэнтных „татсусов. Установлено, что под воздействием промыадэтюго загрязпэкия происходит ксьшдакс изменений генетической структура популяции сосни обыкновенной: наблюдается увеличение числа редких алелэй, повышается частота ьутацнй ц ¡«угацыепо-дебных собитяЗ на гамэтггадскси уровне. Вперше в негэй стране проведен срашатвлышЯ анализ генетической изменчивости у групп деревьев, раакичажщшсся г.о категория;! сязненаого состояния в уг ^виях трогдш-лзшюго загрязнения. Дорзвья лучши. категорй гизноннсго состояния по харахтехглстакэ кропи плела баяьпшЯ уровень генетическая изменчивое». Втарста гш одзем объекте провэдекн комляокеане иссдодовалзя глаяная преаатвшюго загрязнения «¡а генгтичэскутэ структуру подуляцин сосны

обшшовзпной.

Првкппвсквп ценность. Выявление и спасание кзофврлвитвт систем позволяет использовать га. для решения многих теоретических и прикладных задач. Исследование генетических процессов, протекагцих в природных популяциях в условиях загрязняют среда выбросами промышленных предприятия, поможет выработке обаей стратегш сохранения природного разнообразия вадон. Результаты исследований применимы для решения частных ласоводстаенных задэч, например, создания в промышленных регионах устойчивых искусственных лесонасаздений.

АггроОвцкя работа. Материалы диссертации били дологены на научных семинарах Ботанического сада-института УВД РАН (1989-1994), на научней конференции У1Щ РАН "Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов" (1389), на Международной симпозиуме ИЮРО "Лесная генетика, селекция и физиология древесных растений" (Воронеж, 1989), на Цэадунвродном еккпозиумэ "Лесная гонэткка: охрана, воспроизводство и рациональное использование генетических ресурсов" (Уфа, 1991). не IV Всесоюзной конференция "Зкологпчоскпг генетика растения, хивотпых, человека" (Кгсашев, 1991), на IV Кевдувародаозд конгрессе Евросейско-Срвдазекношрского отделения МЛБС "Роль ботади-чоскнх садов в современном урбанизированном шро" (Тбилиси, 1991).

Публикация. По мг.ториала'4 исслэдовпкиЗ опубликовано 8 печатных работ, 2 находятся в печатп.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, се-иа глав (1-обзор литературы, 2-район, объект и метода исследований, 3-7-результата и обсуждение), выводов, списка литература к пралма-шя. Работа шлоеэнэ па 173 страницах мапинописного текста, шшзча-от Зв таблиц и 7 рисунков. В списке литература 248 работ, яз ш 159 иностранных авторов. В ирвлаЕаши - 29 таблиц на 72 страница!..

1. ГЕНЕтаЧЕСККЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЕШЦЕИ СРШ ДК ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИИ (Обзор литература)

Анализируются литературные данные по кзучешоз генетических нз-ыэнэние у лесных древесных в результате загрязнения окрукавдей среда. Ресалатркваатся различные аспекты этой проблемы, сдалаа вывод о необходимости предотврагцашш обедавшая генофонда популяций с цольв сохранения их еожонюстой для адаптации в вззааняецахся условиях среда, повызоп2Я устоЗчшгсти £ продуктивности создевашша лэсош-

сидений. В обзоре обсуядаэтся рэзультатн работ, выполненных з основном с приманепиэн изоформятннх генетических маркеров.

2. РЖИ, ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Характеризуется географическое пологе низ. ре ль эф, юзоаатичас-кзв, почвенные у отопил в районе исследований.

Объектам исследования является насаждения соснн обыкновенной (Р1пнз зуlvestria 1.}, распологеннне в западноЯ (Сатккнский лесхоз) п северо-западной (Кшятымскга лесхоз) частях Челябинской области. Били залога пи 3 постоянные пробные плоэдда. Деэ из них (Ста и Крб I), находящиеся в непосредственной близости от преталаленных источников загрязнения среди, использовались для изучения влияния прошжлегаюго загрязнения среда на гэветэтвскуп структуру популяции. Пробная площадь КрО 2, отдаленная от проишлэннях предприятий, взята hrjc п ка-чэсте9 контроля.

Насаздапия для закладка проСннх площадей подбирались тагам с(У-разом, чтобы OCEOHH4Q лессводстванные (а первую очередь возраст) и еочеоеео-клшатхгсаспшо услоапя существенно не отличались.

Пробная площадь Ста находится на расстоянии 3 км от комбината "Магнезит" (г.Сатка) в условиях локального загрязнения магнезитовой шльн. Осноепим кокпонэптоц шла них шОросоз является окись магния (i'gO). В значительно цэньшам количества в выбросах комбината присутствует сернистой шпидрзд (S02), о:шсь углерода (С02), окисли азота (ПО ). сероводород (HgS), Фторастиэ соединения. Плопдадь, на которой пзблвда/лся то или щше сншггокн повреждения дровостоев, составляет 53 тас.гп. На пробной площади отобрано 150 модельных деревьев.

Пробная площадь Крб I залом на на расстоянии 2,5 юл от медеплавильного комбината (г.Карабгнз). Основным компонентом а газонах выбросах комбината является S02 и нэОольаой процонт миаьяковис-тнх, сниецошх п селеновых ссоданэшс!. Поврвадвннно промыалект/м загрязнением дрэвостсп распаяспэтш.ла плокуада 5 тнс.га. ОгоОршю 165 до репьев.

Пробная площадь Крб 2, взятая ниш а качестве копграгя, находится кэяду пробплл! плогядгал С та к Kpd I в пасаядвнач боа «идиадх признаков поврэзденля деревьев. Отобрано S5 ¡.»делило; дврвзьоа.

Материалам исследований послужили с бори семян и ветвей с хвоей и зимними почками (последние использовались для определения генотипов сильно угнетенных неплодоносящих деревьев). Использовались индивидуальные (с отдельных деревьов) сборы I990-1992 гг.

В качества молэкулярно-генегичестшх маркеров использовали изо-ферменты аспзртатанинотрансфераза (ААТ, 2.6.1.1). диафорвзы (DIA, 1.6.4.3), глутаматдегидрогеназы (GDH, 1.4.1.2), формиатдегидрогеназы (FDH, 1.2.1.2), 6-фосфоглхжонатдегидрогеназн (6-PGD, 1.1.1.44), кислой фосфетазц (АРН, 3.1.3.2), шикиыатдегидрогеназы (SKDH, 1.1.1.25), лейцинвминопептидазы (LAP, 3.4.11.1), аланинаминопептидазы (AAP, 3.4.11.2), малатдегидрогеназн (KDH, 1.1.1.37), супероксидцисмутазы (SOD, 1.15.1.1), глицерат-2-дегидрогеназы (G-2-Ш, 1.1.1.29), фума-разы (ПИ, 4.2.1.2).

Разделение иза£ермантов проводили методом днск-влектрофорвза в вертикальных пластинах 7,5%-ного полиакриламидного геля с pH разделяющего геля S.9 (Davis, 1964; Ornstein, 1964) в трис-глпциновом влектродном буфере с pH 8,3.

Гистохимическое выявление зон ферментативной активности после электрофореза проводили по стандартным методикам с некоторыми нодп-Смкациямл (Shaw, Prasad, I9TO; Корочкин и др., 1977; Левитес, 1986; Гончареюсо, Падутов, I9S8).

Для обозначения ферментов пата использована обвдпрзнятая номенклатура (Prakash et al., 1969). Аллозиыные локусы нумеровались в порядке уыекьпекия электрофоретнческой тодннености контролируемых jas зон активности. Аллели обозначались строчными латинскими буквамз. Наиболее быстрому из них присваивали букву а, следующему - букву Ъ н т.д. Нуль-аллелп обозначали null.

Генетический контроль фврлзптов изучали катодом анализа сегрега-1Л?и аллелей б эндоспермах семян, взятых отдельно от кандого дерева (ConKle, Alans, 19Т7). По каздоку типу гетарозигот по отдельным ло-кусам аналгсзировзли не каше 40 аллелей. Отклонения от ожидаемого состкосенкя 1:1 оценивалась по стзддартногф критерии х2. Генотип материнского дерева определяли пэ менее, чем по. 12 бндоспаркам.

Классн^ккащш деревьев по категориям (группам) гкзшшэтго состояния по характеристике кроны проводили по шкало, прадлоЕонной Алексеевны (IS89). Во избеганко субьактшшости сравнение уровня их генетической шшнчквос-го прождали только лея доровьов 2 (условно обозаа-

чонншс "устойчивые") п 4 ("чувствительные") категорий. Для изучения генетического разнообразия груш деревьев разных категорий кизквнно-го состояния был также использован метод попарного отбора деревьев, прэдлсаанный Грэгораусом (Cregcrlua, t989>.

Соответствие вабладаемых раслредалений гьаотипов окадаомым ера равновесии Хардя-ВсЯпберга по яаидочу локусу проверялось по стандартному х2- критзрп» а модифицированному для полиаллальных локуссв и иалах сгидаемнх численнсстей (03) G- критерии (Визотовский, 1991).

Сря анализе уровня генетической изменчивости использовались отсядартныэ иатоды а показатели, применяемые в популяционно-генети-чаашх исследованиях: частота аллэлей; огидасьшл (Н ) и наблвдеоыая (Нд) готерозиготаоста; индекс фиксации (коэффициент инбридинга) Райта (?); число гезстшов (4с); число генотипов, встречащихся с частотой не и&ше 1% (К,^); число аллелей (а); число аллелей, встреча-гщихся с частотой ко менее 13 (я1^); среднее число аллелей на локуо (А); среднее число аллелей на локус, вычисленное по аллелям, встре-чагацшея с частотой на менее 15 (А^); доля полиморфных локусов ш S5S- (P95g) и 99%-во:лу ¡iggg) критериям. При сраигении г-ззоитяческо-гс состава в трех выборках яопуляцип сосин обыкновенной использовала показатель сходства Л (2ивотовсетЗ, IS79). Сходство генотипического состава прн поаарнол срсвпоЕВН трех .табором, а такта при сравнении устойчивых и чувствительных к проиешэкшцу загрязкашео дзр^вььв ара групповом и шпьрлс-у отборах оценивалось с пометь® показателя сходства г со ÄmOTOBCicc;jy Л.А. (1979). Магшборочная гетерох-анчость часто? аллелей и гэпотшов оценивалась по кратерил хг. ¿.чзлиз под-раздаяэнпсстН EäöcpoK нрсбодалсл по относительным езличшьм ьнутри-пенуляцигазой (Пд/Н^,) п цегаюпуяяциошюй (GSJ) состатшсгада. генетической пзыанчиэтсяГ ('fiel, 19ТЗ: Chalci*abcrty, 1974). Длл mime стопной оцэади с то панн гонэтаческоЗ дкМаренцдяцпи гнборок игаюлъпевнн* гатптаао рассэсяняя (Б} по Каи У. (Sei, 19^2). Для оцени шут-ртпонулявдодного разнообразия buöooc:-« ксполгаоаош шкчзото.та л (ерэда&о число корф) п Ь(долд рздшх иорф)(2ивотозпкг'Д,Т980).

Для сравнительного язучзкзя частей путангтах вариантов жзофар-ионтоз е еокб проыиялэннсго аегряакеная а а контроле г. качество ис-лэкулярао-генй.глчоскЕХ мархероа Еспсльзопали изэферяьнтк ДА*, СШ и РШ. ПрткпоЗ БоакшшоЕаная «утаптша зьрдатггоз изофор^ичоп шпут Снть цутыдаа а вадтррвдетрошше рокжйгнацйя (ьлтухзъ а др., !!*33ь

Статистическую обработку данных провели с помощью таблиц Квстенбауыа и Баумана (Kaatenbaum, Вошпап, 1970).

Кроме выявления нутзционноподобных вариантов белка, нами одновременно по dtoj кв ферментным системам у гетерозиготных деревьев подсчитавалось соотношение гамет, несущих разные аллельныо варианты, и фиксировались случаи отклонения сегрегации аллелей у гетерозиготных

деревьев от ожидаемого соотношения 1:1. Достоверность отклонения

2

оценивалась с помощью критерия х.

3. ГЕН2ТИЧНШШ КОНТРОЛЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ФЕРМЕНТНЫХ СИСТЕМ

При изучении генетического контроля нзофериентов сосны обыкновенной существенных отличий по сравнению с ранее опубликованными данными (Klnloch et al., 1986; Гончарекко и др., 1993; Янбавв и др., 1993) на выявлено; различия были обнаружены по представленности редких аллелей. Анализ сегрегации аллелей в гетерозиготных локусах показал, что использованная система электрофореза удовлетворительно выявляет изоферленты 27 локусов, в том числе по ферментам: ЛАТ (3), Dia

(2). GDH (*1), ПШ (1), 6-PGD (1), АГН (1), SKDH (1), LÄP (2), AAP

(3). HDH (3), SQD (4), G-2-Ш (2), ?Ш (1), НАБРН-Ш (2). Генетический контроль AAP и NADPH-Ш у сосны обыкновенной описывается впервые.

АЛАН1СШЛ1ЮПЕПТШЦЗА. Изоферкента А4Р выявляется в виде четырох зон активности, причем зона AAP-4 полностьа совпадает по фенотипам кзофор.иптов с локусом Ьар-2. Возможно, субстрат аланянагдшопептндаа! кеспевдфпески выявляет Езофэрленты лейцинамивопеотцдазы. Поэтому у AAP ми учитывали 3 локуса: Аар-1, Адр-2 и Аар-3. В локусе Аар-1 выявлено 2 аллеля, в локусах Аар-2 и Аар-3 - по 4 аллеля. У гетерозиготных то локусам AAP деревьев отклонения в сегрегации аллелей та отличались достоьерно от оквдаекого соотнованая 1:1.

НАДда-ДЕГИЛРОГЕКАЗА. При разделении кзоферентов из сухнх эндоспермов в 1-е лях выявлено 3 зош активности этого фермента. Наиболее подвившая инвариантная зона NADPH-dh-1 проявлялась слабо. В внсоко-полиморфнон локусе NADFH-dh-2 у гетерозиготных деревьев наблздалась сегрегация по 4 аллелям с близхиш частотами встречаемости. Нарушений б сегрегации вами нэ выявлено. В блкз1э2 к катоду зова rlÜjpH-dh-3

выявлена изменчивость, одяако доказательств генетической обусловленности полиморфизма привести пе удалось ввиду слабого к непостоянного окрашивания этой зоны. Для анализа генетической изменчивости выборок изоферментн НАДЩ-дегидрогенагы не применялись.

4. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СОСНЫ ОШКЮВЕННОИ В ИССЛЕДОВАНШХ ВЫБОРКАХ

4.1. Уровни генетической изменчивости сосны обыкновенной

Анализ соответствия наблюдаемых распределений гепотипоз онидае-шм в целом свидетельствует об отсутствии существенных отклонений от равновесия Харди-ВаЯнберга.

Уровень генетической изменчивости выборок сказался довольно ш-сокка <табл. I) и был близок к значениям, полученным ранее другими Есследозателямг для большинства хвойных н ввдов рода Pinna в частности (Hanrict et ol., 1931; Крутовскнй и др., 1988)

Таблица I

Уровни генегнччскоа изменчивости выборок сосны обыкновенной по 25 пзофармэнтннм локусвм

Выборка Н К К155 а a1ii А Р0,95 Ъ0.9Э Но F

Ста 150 79 68 СС 50 2,40 2,00 0,44 0,56 0,162 0,15У 0,019

Крб I 165 99 77 69 54 2,76 2,16 0,44 0,60 0,166 0,124 0,253

Крб 2 95 82 77 59 54 2.36 2,16 0,48 0,56 0,152 0,121 0,204

В сред- 2,51^2,11- 0,45- 0,57t 0,160^0,135- 0,159

нем 0,07 0,08 0,04 0,03 0,007 0,006

Приазчаш». Ii - число кзучэнных деревьев.

По стои&кн сшпшрф^зка иетольаопьшшо для геттэтеского анализа 25 локусоз распределилась слздупцм образов: Aat-2 (8 аллвхэЛ), Аз.г-3 (7), Ftlb-I к S-pgrl-1 (6), Aph а 1яр-2 (5). В докусах Aat-1, fisp-2, Аар-3 ziuaixoiw по 4 аллодля, п локусах Dia-1, Glh-1, Slidh- i, Тло-t, Kdh-3 - но 3 аллодя. Срэда IS гомиморфшх локусоа только для двух (Алр-1, Udii-1) Сала установлена дзадлзльиоя система. В двух .и>чус<л

(Аы1-2, РсШ-1) обнаружены нуль-аллели. Остальные локусы (01а-2, И(Ш-2, 5си1-1, 5о1-2, Бой-З, 5о<1-4, С-2-чШ-1, 0-2-<111-2, Рш-1) в исследованных выборках оказались моноыорфнымк, хотя у некоторых ез нкх для сосны обыкновенной из других регионов отмечен полиморфизм (Корешков и др., 1991; Гончаренко и др., 1993; Янбаев и др., 1993).

Значение наблюдаемой гетерозкготности на пробной площади Стк выае, чей па пробной площади Крб I н в контроле (0,159 против против 0,124 и 0,121, соответственно). Возыоено, различие вызвано тем, что на пробной площади Стк стресс от промышленного загрязнения выражен сильнее.

4.2. Анализ степени подразделенное те исследованных выборок

Для всех изученных локусов сосны обыкновенной наиболее распространенные аллоли (с частотой более 0,01) являются общими для трех выборок. Различия в аллалъном составе касаются в основном менее частых аллелей.

Показатель сходства генопшического состава выборок Е- 0,954. Достоверная квЕШборочная гетерогенность аллельннх частот наблюдалась для 12 аллелей из 68.

Относительное сходство в частотах наиболее обеих аллелей позволяет предположить отсутствие серьезной генетической даЗферанцпацаа кевду выборками. Анализ шдразделанностн выборок сосни обыкновенной показал, что внутркшборочная составлялся равна Ш.35 и иэгвыбороч-ная - 1,7«. Наиболышй вклад в формирование кегвыборочной дифференциации вносит локус Аар-1. по остальные локусеы иехашборочвад гетерогенность выражена слабо: 3,3 - 3,85 (Ьар—1, Ш1ьЗ), 2,0 - 1,83 (б-рсЛ-1, Ма-1), 1,2 - 1.8% (Ааг-1, Ааг-2. ШЬ-1, АрП-1), 0-0,45 (¿ар-З, Аар-2. Ьар-2, 31аШ-1, Р(Ш-1, СкШ-1, Ааг-З). При попарной анализе выборок какл отмечено, что пара Сук-контроль п КрЗ I-коатроль насколько белее даХфэрзнцирована, нежели пара Стк-КрЗ I, причем наибольший вклад в формирование кзгшборочноа даЕфореицшцш вносит локус Азр-1 16,72).

Величины генетического расстояния иазду шборкзгсЕ ©л: и Крб I, Стк и Крб 2 равны 0,003 е находятся в продолах разлпчгй иэзду ряда распалогвшвша популяцдеа, а иэцду выборкам Крб I Е КрЗ 2 - 0,005, находится в продолах кзЕЕ^скзрочпих различая для едкой популяции.

4.3. Ыэяшбороч^е различия сосны обыкновенной по встречаемости редких аллелей и генотипов

Своеобразна выборок выявляется при рассмотрении редких аллелей (с частотой ^0,01). В выборках Стк и КрО I в условиях промышленного загрязнения доля редких аллелей а редких генотипов значительно виге, чем в контроле (табл. 2). Всего редких аллелей в выборке Стк обнаругяво 10, что составляет 16,67* от общего числа аллелей, в выборке Крб 1-15 (21,743), а в контроле - люшь 5 (8,47»). В

Таблица 2

Представленность редких аллелей в Еыборках сосны обыкновенной

Еыборка Крб 2

н п/п Локус Выборка Стк I Выборка Крб I (контроль)

аллель частота аллель1частота аллелЫ частота

1. Ш-1 Ь 0,010 0 а 0,005

2. ш-г а 0,003 ГШ11 0,005 0

й 0,007 в 0,003 0

в 0,007 0 0

3. ш-з Г 0,007 с 0,006 а 0,005

е 0,007 в 0,006 0

4. 01а-1 0 а 0,009 0

5. 0 с 0,006 0

РЙЬ-1 Ш11 0,003 а 0,009 0 0,005

а 0,007 0 ъ е 0,003 0,009 0 0

7. б-рдй-1 0 0 с € 0,006 0,003 0 0

8. Ьар-1 с 0,006 П 0,003 0

9. Ьар-2 с 0,007 0 о 0,010

10. Аар-1 0 0 а 0,005

11. Аар-2 0 0 а <1 0,009 0,009 0 0

12. ¿лр—3 0 а 0,009 0

в

- встрзчагЕягэся с частотой ^0,01.

Eifloрш Ora выявлено JI редких генотипов (13,322 от общего числа го-нотишв), в выборке Крб 1 - 22 (22,22% от общего числа генотипов), а о контрольной выборке - только 5 (6,10S). При отнесении к редким алло леП и генотипов с частотой < 0,05 ш отметили, что эта ошсопоыар-

ность в основном сохраняется. При попарном сравнении выборок Ста и. Крб I о контролем при помощи критерия жг различия по представлению ста редких аллелей и редких генотипов статистически достоверны. В усло-шшх прошаленного загрязнения редкие генотшы прздставош в основное гетерозиготными особями (G3.64X в шборка Стк н 72,735 в выборка Крб I). В контроле отот показатель составляет 20,202.

Наблцдаеиая гетерозиготносгь ш все* деревьям в выборке Стк равна 0,159, у группы деревьев с редкими генотипами - 0,167, а наблздаеиая готерозпготаость у группы деревьев с редкими аляаляма составила 0,188. В выборке Крб X каблвдаэыая гвтероаиготность ш всем я3-равъям - 0,124, для шборкп деревьев с редкими гапотшшда - 0,161, для дорапьев о редкими аллелями - 0,163 (рис. I).

но 0,200

0,100

Стк

Но 0,200

0,100

Крб I

ABO

ABO

Púa. I. Иайпвдааьля гэторозкгогность (Н ) Б гкгбор;сйХ сосш о&дошвэшюй п условиях прог&далэшюго аагрязяошш (Car. а Крб I).

Л - срэдцавиЗорачасо значение В - для группы дзроЕьвв с родкшдз гоиотшаия, С - дгя груяпы ¿.вроишс о

родгакм 6лдэляыл.

Родкге генотипы п редкие аллели оказались представлэшшми и основном в гетерозиготном состоянии. Объяснением появления 2 условиях промышленного загрязнения большого числа редких генотипов и редких аллелей когет быть отбор в сторону увеличения наблюдаемой гетерози-готпостп, в том число с возрастанием числа особей с редкими генотипами и (пли) редки.га аллелями.

5. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОМ ИЗМЕНЧИВОСТИ У УСТОЙЧИВЫХ И ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ К ПРОМЫШЛЕННОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ ДЕРЕВЬЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

Выявлено, что в выборках в окрестностях магнезитового и медеплавильного комбинатов по большинству критериев у устойчивых деревьев наблюдается больший уровень генетической изменчивости, чом у чувствительных (табл.3). Установленная закономерность справедлива при делании деревьев па категории казненного состояния с использованием обоих методов: по Алексееву (1889) и при попарном отборе.

Таблица 3

Уровни генетической изменчивости устойчивых и чувствительных к промшленному загрязнению деревьев сосны обыкновенной по 15 полиморфным локусач

Выборка Группы деревьев н А Л1* не Но ?

метод отбора (Алексеев, 1989)

Стк устоЗтаЕые 55 2,31 2,44 0.244 0,237 0,029

чувствительные 40 2,31 2,31 0,233 0,201 0,137

Крб I устойчивые 53 3,31 2,50 0,268 0,211 0,213

чувствительные 54 3,31 2,81 0,260 0,193 0,258

метод попарного отбора (Сге^г1из, 1989)

Стк устойчивые 34 2,44 2,44 0,222 0,247 •43,113

чувствительные 34 2,19 2,19 0,221 0,204 0,(71-7

Крб I устойчивые 32 2,88 2,88 0,265 0,211 0,204

чувствзтельшзэ 32 2,81 2,81 0,256 0,191 0,254

-- 12 -

Средняя ожидаемая гетерозиготпость (Не) в обеих выборках при групповом и попарном методах отбора у устойчивых н чувствительных деревьев практически не отличается (различая составляя* 3-5S). Средаял паблцдаемая гетероаиготность (HQ) всагдз выше у устойчивых деревьев (табл. 3). В выборка Стк при делеша деревьев по матоду В.А.Алексеева у группы устойчивых деревьев Нц на /85 вывз, чем у чувствительных. В Крб I у устойчивых деревьев KQ ua ЭХ больше, чем у чувствагельных. При попарном метода отбора деревьев ь Стк Нд у устойчивых деревьев вше на 21X, чем у чувствительных; в Крб I HQ у устойчивых деревьев выше на 10%.

Достоверная гетерогенность между выборками устойчивых и чувствительных деревьев в Стк при делании де;<эвьев по В.А.Алексееву го частотам алла пей и генотипов выявлена в 2 нз 14 полиморфных локусов. При попарном отборе достоверная гетерогенность аллальных частот обнаружена в одной локуса, частот генотипов - и 4 лскусзх из 14. И Крб I достоверная гетерогенность частот аллелей е генотапоз меаду "устойчивой" и "чувствительной" выборками при делания деревьев со В.А.Алексееву не наблюдалась. при попарной отборе достоверная гетерогенность частот штлалой выявлена в одном, частот генотипов - а 2 га кус ах из 15. Внявл&но, что аллэли null и, соответственно, генотипы о аллелями null наблюдается только у чувства гэлъшх дерэвь-эв.

Отиечыю, что для выборок чувствительных деревьев характерен больший, по сравнения с устойчишни, дефицит гетерозигот. Возможно, в условиях промыалбнно1С загрязнэния у сосны обыкновенной реализуется адантаввое преимущество гетерозигот в силу их оолысай устойчивости и приспособляемости. Преимущество одакх групп особей над другвзла часто обьясшгот их повышенной гетерозиготиостьв. Лэвоыгнн (1978) 0П18ЧЗЭТ3 что пелечиэ дсполштолыигх сзоформ белков у гатърозиго? докышаэт их аколстачвскув пластичность, npacnoccinaasocfb, продук-тшсюсть.

6. ШТАФЮННШ ГКЩСС В ЕЫБОРКАХ СОСШ ОШККОН2НКЭИ

Ыутантннэ варианты кзоферыеьтов, вкявлэнпых еемя с использованием 143оферм8нтов, шано объединит! в тщ осасвньх тила: А. Игмэнояие влайтрофорвтичаской подвахности принта; В. Отсутстыш активности

фермента; С. Появление в гаплоидных тканях двух изофзрлантов, соответствующих обоим "нормальным" аллелям одного локуса. Мутации, приводящие к псчезиовешп) активности изоферментов. были подразделены в два подтипа: - нутантяые варианты неактивных белков, встречающиеся только у отдельных эндоспермов, так называемые нуль-мутации (Гонча-ренко а др., 1991); - изоферменты с отсутствием активности у части эндоспермов деревьев, гетерозиготных по нуль-аллелям.

Установлено, что частота мутантных вариантов белка в выборках Стк и Крб I достоверно больше, чем в контроле (табл. 4). В пересчете па один локус при объединении всех типов мутаций и мутациеподобных событий между выборками Стк п Крб I нет существенных различий (р* 5,20 х Ю"3 и р= 5,00 х Ю-3, соответственно). В то яе время эти выборки отличается по составу изучаемых показателей: в насаждении в районе медеплавильного комбината (выборка Крб I) обнаружено меньше деревьев, гетерозиготных по пуль-оллелв и больше куль-мутаций и дупликаций. В контроле частота мутаций составила лишь р= 1,Б х Ю-4.

Таблица 4

Частота мутаций п мутационноподобных событий в 3 выборках сосны обыкновенной

Обьем выборки Частота р. ю-3

Выборка (число эп- На один

доспвргав) А В1 В2 С Всего локус

Стк 3353 1,80 0,60 22,00 1,20 26,00 5,20***

Крб I 9363 2,00 2,60 2,00 19.00 25,00 5,00"*

Крб 2 (коатр.) 5131 0,19 0 0 0,58 0.78 0,16

Итого 18447 « « > * * *

Прккечаниэ. А, В1, В2, С - тташ нутационноподобных вариантов белка: А - измэнепиэ злоктрофоротичоской подвижности фораента, 1Ц-пулысутоция, В, - пуль-аллэль, С - появление в гаплоидных тканях

двух нзофэр.шптов, соответствующих обок,1 "норлалышм" аллелям одного локуса.

***) - достоверность различий с контроле« на 0,15-ио:л уровне значимости.

Воатшю, темп спонтанного нутационного процесса в популяциях сосш обыкновенной характеризуется порядков Ю-4, что согласуется с результатами других авторов (Алтухов и др., 1933; Духарев, Правдип, IS33).

Обнаруженные нами мутантша варианты аллелей в гаметах вливаются в генофонд популяции, а на элншошрувтся, как иошо было бы отдать на основе теоретических представлений о вредности подавлящего большинства кутаций. Нами било установлено, что в условиях прокиалон-ного загрязнения образование мутаций наблвдается и в постзиготическсй стадии. Все типы выявленных материнских иутантных аллелей обнаруживаются в зародышах, причац иногда в гоыозиготпоы состоянии (например, гомозигота null/null).

Таким образом, в условиях промышленного загрязнения увеличивается встречаемость вновь возникших нутаций и ыутацпеподобных событий, в такса наблвдаотся больаая продставлешюсть деревьев с унаследоваяшкз мутациями. Повышение частоты обычно редко встречавцкхся мутаптпых аллелей может Сыть одном из фагсторсв швызэеея генетического разнообразия, расширения диапазона возиошостой для остоствзнного отбора в условиях усиления антропогенного воздействия па лоснна экосистема.

7. НАРУШЕНИЕ СЕГРЕГАЦИИ АЛЛЕЛЕЙ ГЕТЕРОЗИГОПЫХ ЛОКУСОВ У СОСШ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ПРОШПИЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Нами была проанализирована сегрегация 6347 аллелей ДАТ, GDH и РШ. В выборке Сто из 64 гетерозигот, у которых било изучено сегрегационное соотношение, достоверные отклонения обнаружены у 7, что составляет 10,9%. В выборке Крб I из 153 готерозигот достоверна отклонение выявлено у 16, кт 10,5%. В контроле из 82 гетерозигот только 4 обнаружит достоверное отклонение от ОЕНдаеглго расцепления 1:1, то есть частота нзруаоний сагрэгациа аллелей составив лиас 4.9Х. Цраш-шашю частот встречаемости дэревьев с нарусенизн сагрзгацаи анальных вариантов по суша локусов масду насаждениями. испитивощдан высокуи техногенную нагрузку, и контрольной популяцией статистически достоверны. Различия so uazsy выборками Стг. и Крб I но частотен встречаемости дарэвыэз с нарушением сегрегации пляэлеа по всой совокупности лохусов статически шэ аиачкхы.Наибольшие отулокопич от ожидаемого со-опюоэния 1:1 при сэгр&гации аляолзЗ aaxn выявлены для деревьев, го-

терозиготшх по пуль-аллолям. Из 37В исследованных па серэгоциопнсо отношение алло.таП лзпзь 61 (16,12) производил?, изофэрлэнт с отсутствием активности (отклонения достоверна на O.IVhcm уроше значимости). Среди изученных пяти локусоз в основном (в 22 из 26 случаев достовор-пого отклонения от ожидаемого соотношения 1:1) наблпдался двфшпт гамет с аллеляш!, для которых в популяция! отмечены низкзга частоты.

Таким образом, в условиях прошшлешгаго загрязнения резко увеличивается частота ппруиэшй} сегроганки аллелей, что ногат изменить генетг.чэскун структуру поело духцего поколения сосен обыкновенной.

шволи

1. Изучай генетический контроль 14 ферментных систем сосгш обыкновенной: ЛАТ, DU. СИ, FDH. &-PGD, AFI!, SKDH, UP. AAP. !Л)Н, SOD, G-2-K1, НИ, IIAEFH-DH. Показало, что ояи контролируются 27 лскуср.«я, 17 из KOTcpix полтазргот. ^еяэтичосклй контроль AAP z ÜADHi-Ш

у соспн обыкновенной ясслэдоввв впервые.

2. Определен уровень гоиэтпчоскоа изменчивости сосны обшшовеп-пой. В сродном та 25 иаучэшши лоту сом средняя охядаеная готорозн-готяоеть составила 0,160, средняя наблюдаемая геторозиготиость -0,135, сроднее число пллолей пз локус - 2,51, доля пеш&юрфшх локу-сов по 993-пому icparopiiQ - 572.

3. Псказана слабая стапэггь подраздвлшшости выборок по частота?! аллелей гвшнх локусоз, кодкругдзпе форяшта. Установлено, что "3,0" генетической изменчивости относится « злутргашборотаой п 1,7% - к ¡етявяберочшй.

4. При общо а слабой генетической дпМоренцппцил исследованных wacesyioroifl выбортш п зонах, проваленного загрязнения пмоггг достоверно больпуо дали доровьев с рздкпмз аллелями я гвштшим, причем последите находятся прогаяупэстЕбшо в готерозиготпем состоянии.

5. В внборгох сосны обикповошюй в условиях про'дгллошгаго загрязнения распределение дрэвосгоов на группы дорэвьов розлпгнгах категорий газшввого состогшпл сопровогдаотся определенной гонэт.посксй дзяНврепцивцнвй. У группа сильно уптотеиннх деревьев поС^ддоотся епп-пзпаэ урогня ппблвдазщо гвтерозиготаоста па 9-21" в пависгмоста от шОоряв я катода клзссгфжацпл жерэвъов иа татоготг.тл.

6. В условиях аэрогвхногенного стресса происходит увеличение темпов образования мутангных вариантов изофермэнтов более чем на один порядок. Суммарная частота мутаций и адтациеподобних событий на локус при загрязнении составила 5,0 - 5,2 х Ю-3, а в контроле -

1,6 х 10~4.

7. При промышленном загрязнении резко возрастает частота встречаемости деревьев сосны обыкновенной с нарушениями нормальной сегрегации аллелей, что в дальнейшем монет привести к изменению генетической структуры ее потомства. Наибольшие отклонения выявлены для гетерозкгот, несущих мутантный нуль-аллель.

8. Таким образом, промышленное загрязнение, являлцееся сильным стрессовым фактором, приводит к комплексу изменений генетической структуры популяции в сторону увеличения ее генетического разнообразия.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Янбаев Ю.А., Бахтиярова P.M., Салишв P.C. Полиморфизм 6-фэс-фоглюконатдегидрогеказы в популяциях сосны обыкновенной // Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов: Тез: науча. кояф. Ч. 2. - Уфа: БНЦ УрО АН СССР. - 1989. - С. 38.

2. Янбаев Ю.А., Шигашв З.Х., Бахтиярова P.M. .Уровень генетической изменчивости и инбридинг в популяциях соет обыкновенной // Лесная генетика, селекция и физиология древеешх растений: Матер. Мэзвдупар. симпозиума (25-30 сентября IJ89 г., Воронэв}.- М.,1989. - С. II8-

120.

3. Янбаев D.A., Бахтиярова P.M., Шигалов З.Х. Полиморфна?.! ©эрглэата ферыиатдегцдрогеназы в популяции сосны обыкновенной в условиях про-шшлешюго загрязнения // Экологическая гэнатака растений, шбопшх, человека. - Кишинев, Штшшцв, 1Э91. - С. 491-492.

4. Starova U.V., УапЬаат Yu.A., Siilgapov Z.B., BabtJLyarova Я.Ы. The preservation of genstic variability of natural populations of Pinus sylvestris I. as the basla for reproduction oi gene pool // flole oi Egtал!с Gardens in Uodsni Urbanized Korlü: Ргос. IV Inter. Coni. Europ.- M&dit, Dlv. of the Inter. Давос, oi 3ot. Саг. (Tbili-fll, 1991). - 'Iblliai, 1991. - i. 74.

Б. Бахтаяропа P.M.. ffiiößen S.A., Chrsnon З.Х. Гопатетосквя струп-турз популяций сосш сбшгпоЕогшоЯ в условиях прсшизлзппого зпгряз-иопзя // Лесная гоштшга: охрана, воспроизводство и рвцяонаиьшэ но-, шльповашш ГОПОТ5ПЭС1СПХ рэсурсов: Г'атзр. Мовдунар. спш. (Уфэ, 19Э1). - Уфа, 1933. - 0. 103-109.

6. Кагалов S.S., Гломо B.Ä., Школсопэ И.Г., Бахтнярова P.iJ. Го-гатяпоошо псслодсешшп па яэсосотапгаа плолтацаях я а прпродпнх гопуллщшх соспн сбикпопэлноЯ // Тегд яэ. - О- 74-S7.

7. Япбаов D.A., Г'тгаиоя З.Х., Еохтглротз РЛЗ. и др. Исшльзоеошю дтеп-елэитрофороза я колпакрил с я дпоч годэ для устпиоаяэняя гетотл-чоского контроля кзофэр.геитоз соип.оФзшовошоа. ~ Тш.1 т. - 0. II0-I2I,

8. taflosn В.Д., ©iranoa S.X., Тгомрьяпов А.Ш., Бактпяровп P.M. я др. Гоиоттоснэя го-тапчгаостъ популяция хеойшис я екстромальшх уо-ловпях пртфодай срэдц. - Tr^s тэ. - 0. 15-21.

ГП «Принт» Зак .V? Ч? . Тираж -ЮО экз.