Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ГИБРИДИЗАЦИЯ HORDEUM VULGARE L. С ДИКОРАСТУЩИМИ ВИДАМИ ЯЧМЕНЯ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ IN VITRO ВИДОВ И МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "ГИБРИДИЗАЦИЯ HORDEUM VULGARE L. С ДИКОРАСТУЩИМИ ВИДАМИ ЯЧМЕНЯ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ IN VITRO ВИДОВ И МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ"

<л-ъш з

На правах рукописи

ЧЕРНОВ Владимир Евгеньевич

ГИБРИДИЗАЦИЯ Нотйеит уы1%аге Ь. С ДИКОРАСТУЩИМИ ВИДАМИ . . ЯЧМЕНЯ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ Ш ИТПО ВИДОВ И МЕЖВИДОВЫХ

ГИБРИДОВ

Специальность'. 03.00.15- генетика

Автореферат диссертации ва соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санк^Петербург 2004

Работа выполнена в лаборатории биотехнологии Государственного научного центра Российской Федерации Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства имени Н.И.Вавилова Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН)

' Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор Суриков Игорь Михайлович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Ригнн Борис Викторович; кандидат биологических наук Бузовкнна Ирина Сергеевна

Ведущее учреждение: Институт цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск

Защита состоится 27 февраля 2004 в 10 часов иа заседании диссертационного совета Д 006.041.01 при Государственном научном центре РФ Всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства им. Н И.Вавилова по адресу: 190000, Россия, г.Саюа^Петербург, ул. Большая Морская, 44.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Всероссийского . .. исследовательского института растениеводства им. Н.И.Вавилова

Автореферат разослан 20 января 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор Л ЭАХовчгр^

Общая характеристика работы.

Актуальность темы; Ячмень Hordeum vulgare как зерновая культура широко распространен во многих географических зонах. Дикорастущие виды рода Hordeum произрастают на территории Евразии, Южной и Северной Америки, Северной Африки в зонах с экстремальными ночвеино-климатическими условиями. Виды рода несут ряд признаков приспособления к экстремальным факторам среды обитания, таким как высокая засоленность почвы, засуха, низкие отрицательные температуры. Дикорастущие виды могут содержать до 22 % белка и до 3 % лизина в запасных белках зерновок (Ahokas, 1982). Среди дикорастущих видов встречаются формы, устойчивые к мучнистой росе (Sega!, Dorr , 1987; Fukuyama, Ilcta. Takeda, 1986), к пыльной головне {Кобыл я некий, 1963) н различным вилам тли (Merkle, Webster, Morgan, 1987; Weibul], 1987).

В настоящее время генетический потенциал дикорастущих видов ячменя использован в селекции в незначительной степени. Это связано с недостаточной изученностью частных механизмов межвидовой несовместимости и возможностей ее преодоления при гибридизации внутри рода Hordeum. Комплексное изучение механизмов несовместимости культурного ячменя с дикорастущими видами Hordeum различного геномного состава, представляющих все секции рода: Hordeum, Arrisotepisi Critesion, Stenosiachys необходимо для разработки методических подходов к использованию генофонда дикорастущих видов в селскшн ячменя.

Использование методов культивирования in vitro тканей и клеток необходимо в таких программах как для получения, так и для дальнейшего размножения полученных гибридных форм. Культурный ячмень широко используется в экспериментах по культивированию in vitro тканей и органов, для него разработаны системы культивирования, изучены особенности регенерации. Виды дикорастущего ячменя используются в подобных экспериментах ограниченно. Работ, в которых изучается культура тканей дикорастущих видов, не много, невелико количество изученных видов (Исаева, Перщнна, Шумный, 1983; Breiman, 1985; Ortonl 980, Rotem-Abarbanell, Breinum, 1989).

Цель и задачи исследовании Цель этой работы - изучение совместимости культурного ячменя Hordeum vulgare С дикорастущими видами; создание и размножение гибридных форм с использованием методов in vitro. В связи с этим, в задачи работы входило:

Изучить особенности прогамной совместимости культурного ячменя Hordeum vulgare L. с днкорастущими видами рода Hordeum

2. Изучить особенности постгамной несовместимости видов рода Hordeum и оцепить эффективность получения гибридных растений с использованием эмбриокудьтуры;

3. Изучить каллусогенную и регенерационную способность родительских видов и их гибридов при культивировании in -vitro;

4. Изучить стабильность числа хромосом в соматических И спорогенных тканях межвидовых гибридов культурного ячменя с дикорастущими вилами;

5. Изучить изменчивость числа хромосом в регенерационном потомстве экспериментальных растений различного геномного_с., участием Н.ртосегит. ■ —

Научная новязия. Впервые проведено изучение совместимости дикорастущих ВИДОВ ячменя с ячменем культурным в прогамноЯ стадии. Показано, ЧТО рост пыльцевых трубок в большинстве изученных комбинаций протекает нормально. В рецнпрокных скрещиваниях H.vuigare с H.pusillvm обнаружена блокировка роста пыльцевых трубок. В процессе работы впервые изучены причины летальности зародышей н проростков в рецнпрокных скрещиваниях культурного ячмене с H.murinum (4х, 6х),

Впервые изучены особенное™ культивирования in vitro дикорастущих видов ячменя H.pubiflorum, H.procerum, H.lechïery, H.arizonicvm, H.depressum (4x), H.secalinum, H.parodii (6x), H.intercedens, HJlexuosum, H.muticum. У представителей рода Hordeum выявлено 3 типа регенерации: единичная, множественная, множественная с некрозом каллусов Установлено доминирование высокой регенераинонной способности дикорастущих видов при культивировании in vitro межвидовых гибридов с Hrulgare.

Сравнительное цитогенетнческое изучение гибридов культурного ячменя с дикорастущими видами H.procerum, H.jubatum, H.lechïery, H.arizonicwn, H.depression (4x), H.parodii (6x) и гаплоидов ряда видов; H.vuigare, H.depressum, H.procerum позволило сделать заключение, что нестабильность числа хромосом в споро ген ной ткани пыльников гибридов обусловлена взаимодействием генома H.vuigare с чужеродными геномами этих видов.

Сравнительное изучение различных комбинаций скрещиваний культурного ячменя С видами различных секций рода Hordeum показало, что несовместимость геномов культурного ячменя и дикорастущих видов, проявляющаяся на постгамных стадиях развития; в эмбриогенезе н в дальнейшем онтогенезе гибридных растений, характерна для всех комбинаций межвидовых скрещиваний. У гибридов разного геномного состава несовместимость проявляется на разных этапах онтогенеза, начиная с раннего эмбриогенеза до развития споро ген ной ткани пыльников.

Практическая » теоретическая значимость работы. Сведения О совместимости геномов культурного ячменя с геномами дикорастущих видов в эмбриогенезе и последующих этапах онтогенеза межвидовых гибридов расширяют представления об особенностях взаимодействия геномов Я, vulgare с геномами видов различных секций рода Hordeum, а так же позволяют прогнозировать эффективность межвидовых скрещиваний в различных комбинациях.

Выделенные в работе образцы видов Hordeum с высокой регенераинонной способностью в культуре in vitro, сохраняющейся при длительном культивировании каллусов, могут быть использованы в биотехнологических программах как доноры высокой регенераинонной способности.

Аиробяпня работы. Результаты работы представлены на Всесоюзной научной конференции по сельскохозяйственной биотехнологии, Целиноград, 1991; на Международном симпозиуме «Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant Improvement», Австрия, Тюдьн, 1997; на научной сессии Северо-Западного научного центра РАСХН «Научные проблемы создания новых сортов сельскохозяйственных кулыур, адаптированных к современным условиям производства и переработки», Санкт-Петербург, 1998; на Международной конференции «Проблемы интродукции растений и отдаленной гибридизации», ГБС, Москва. 1998; .на X Международной конференции по эмбриологии растений «From Gametes to Embryos», Словакия, Hитра,

2001, на XI Международной конференции по эмбриологии растений «Plant reproduction; From Mendel to Molecular Biology», Чехия, Брно, 2003.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 23 работы.

Объем м структура работы. Работа изложена на 187 страницах и состоит из введения, обзора литературы, 2-х глав экспериментальной части, включающих 26 таблиц и I рисунок, заключения, выводов, списка литературы из 302 наименований, приложения из 13 рисунков н ) 4 таблиц.

Материал я методы исследований

В экспериментах была использована коллекция дикорастущих видов, включающая 77 образцов 24 видов различного геномного состава, представляющих все секции рода Hordeum: Виды секции Hordeum^ И.vulgare ssp. spontaneum Koch. (2x) (I)*, H.vulgare ssp. agrioerithon Aberg. (2x) (I), H.bidbosum L. (2x, 4x ) (I, 11), H.murinum L. ssp, g1auctmt{Steud.) Tzvelev (2x) (Y), H.murinum L. subsp.Ieporinum (Link) Arcángel i (4x, бх) (YY, YYY), H.murinum L. subsp. hrasdanicum Gandil,(6x) (YYY); виды секции Anisolepis\ JLpusitium Nutt. (2x) (H), H.intercedens Nevski (2x) (H). H.flexvozum Steud (2x) (H), H.mvticum Presl. (2x) (H), Rehílense Roem. & SchulL(2x) (H), H.cordobense Bothm.et at, (2x) (H), H.stenostachys Goodr, (2x) (H), виды секции Critesion: H.pubißorum Hooker F. (2x) (Л), Hjubatum L. (4x) (HH ), .H.arizonicum Covas & Stebbim (6x) (HH??>; Hprocerum Nevski (6x) (HH7?), HJecfûery Nevski (6x) (HH??); виды секции Stenostachys: И. mari пит Hods. (2х) (X), H.marimtm Huds, (4x) (XX), H.secalmum Schreb. (4x) (H?7), H.roshevitzii Bowden (4x) (H*"H?), H.brachiarttherum Nevski subsp. cahfornicum (Covas & Stebbins) Bothm. (2x) (H*"), H.erectifoViwn Bothmer et al. (2x) (HH), H.parodii Covas (6x) (HH'H?), H.palagonicum (2x) (H). Культурный ячмень H.vulgare L. (I) был представлен 8 сортов культурного ячменя, 3 из которых: Betzes, Bonus и Roland хорошо скрещиваются с пшеницей.

Гибридные н гаплоидные растения различного геномного состава, использование в экспериментах по мнкроклонированию н в цитогенетических исследованиях, получены в процессе экспериментов по отдаленной гибридизации

Культивирование родительских видов и скрещивания проводили в летний период 1989-1998 гг. в условиях опытного поля ВИР н физиологической площадки лаборатории биотехнологии, г. Пушкин.

Для получения гибридных и гаплоидных растений 15-16 -дневные зародыши проращн'вапи в эмбриокулыуре с использованием питательной среды Р8 (Лукьянюк, Игнатова, 1983).

Для изучения особенностей каллусогенеза у видов рода Hordeum и выбора оптимальной среды для микрохлонированкя гибридов использовали среды B5L (Seguin-Swartz, Kott, Kasha et all., 1984), Мурасиге-Скуга (MS) (Murashige, Skoog, 1962), N6 (Chu, Wang, Sun, 1975), содержащие 2,4 - Д в концентрации 2 мг./л. Для регенерации растений из каллусов использовали среду N6 с добавлением кинетина в концентрации 1 мгУл. В качестве экепдантов для индукции каллусогенеза использовали незрелые зародыши, зрелые зерновки и молодые соцветия (до мейоза). Микроклонирование гибридов осуществляли индукцией регенерации из каллусов,

. гнойный СОСТАВ вндя

полученных из молодых соцветий с использованием среды N6 с 2 мг./л. 2,4 -Д для каллусообразования и N6 с I мг./л кииетина для регенерации.

Для анализа роста пыльцевых трубок пестики, зафиксированные через 10 и 30 минут после опыления, окрашивали хлопчатобумажным синим (Вишнякова, г.). Рост пыльцевых трубок наблюдали в люминесцентный микроскоп Ломам И*1 при возбуждении флюоресценции стенок пыльцевых трубок УФ-светом,

Анализ цитогенетических нарушений в эмбриогенезе при гибридизации Н.vulgare С тетраплондными и гекеаллоидными образцами H.murinum проводили на временных ш (егорсеиновых препаратах.

Стабильность хромосомного состава в спорогенной ткани пыльников у гибридов Fl изучали на стадии М1 мейоза. Цитологические исследования числа хромосом в спорогенных и соматических тканях проводили общепринятыми методами на временных ацеторсеиновых препаратах.

Результаты исследований 1. Гябрншзация Н. vulgare с дикорасту щими видам* Horämnt,

В период с 1987 по 1998 гг. было проведено 244 комбинации скрещиваний. Результаты гибридизации представлены в табл. 1. Прогамная стадия при скрещивании Н.vulgare с дикорастущими визам» различных секции протекала нормально в большинстве исследованных гибридных комбинаций. Пыльцевые трубки в тканях пестика развиваются беспрепятственно, дорастают до завязи н входят в зародышевый мешок. Блокировку роста пыльцевых трубок наблюдали только в реципрокных комбинациях H.pusillum Н1906 х H.vulgare.

При изучении особенностей постгамной несовместимости показано, что в скрещиваниях H.vulgare с дикорастущими видами секции Hordeum завязмваемоегь зерновок значительно варьирует в зависимости от комбинации, но во всех комбинациях скрещиваний в пределах этой секции наблюдали развитие дифференцированных зародышей., за исключением скрещиваний культурного ячменя с диплоидными образцами H.murinum.

При скрещивании H.vulgare с видами секции Anisolepis , включающей только диплоидные виды, частота завязываемости варьировала в зависимости от образца. Для комбинаций скрещиваний культурного ячменя с видами этой секции выявлены рсципрокные различия: при использовании дикорастущего ячменя в качестве материнской формы частота завязываемости зерновок всегда выше. В большинстве комбинаций в гибридных зерновках развивались недифференцированные глобулярные зародыши, или зародыши отсутствовали. При использовании в скрещиваниях некоторых образцов H.chiknse и H.muticum наблюдали развитие мелких дифференцированных зародышей, не способных к прорастанию в эмбриокультуре (табл. 2).

При скрещивании полиплоидных видов секции Critesion: H.jubaium (4х), Я lechlery (бх), H.procemm (бх), H.arizonicum (бх) с //.vulgare частота завязываемости зерновок варьировала в зависимости от комбинации и года проведения скрещиваний, и не превышала в наших экспериментах 50%, В реципрокных комбинациях скрещиваний достоверных различий по этому показателю не наблюдали.

Таблица 1.

Скрещиваемость культурного ячменя Н.уи^аге с образцами дикорастущих видов рода

ИотЛеит _

Исподзо Исполь- Число Завю&посъ Зерновок с зэролыш&мп. %

гано дико- зовано комбм* зерном*.

Гибридная комбинация растущих обркшоь наций % Дифференци- Недифферен-

образцов Н. vulgare рованными цированными

Н. vulgare х H.vuigare - 4 3 59,3 - 90,5 94,7-100 0

Н.vulgare х H.sponusnevm 2 3 3 44,4 - «8,5 87,5 -100 0

И. vulgare х H.bulbfsum (2x1 4 2 6 22.1-88,2 25.0-88.1 0 - 33.3

И.vulgare х И.ЬиПхктт |4х) 2 4 5 26.8-91,3 22,7 - 83,9 0; 24,1

¿¡.vulgare хН,imrinum(2х) 2 2 3 0; 2,4 Ö 0

ff.murirtum ^2х) х И. vulgare 2 9 4 0- 17,5 0 0;4,4

Н, vulgare х K.murtnum (4х) 4 1 4 41,9 - 80, J 32,6-76,8 0

H.murtnum (4х) х И.vulgare 4 3 6 5,1 -49,2 0-35,7 0

И.vulgare xff.munmim (бх) 3 2 4 11,4-73,8 25,0 - 96,2 0

Н. murimim (бх) х Н. vulgare 3 3 7 0-14,6 0-100 0

И. vulgare х H.pust!lum(2х) i ) ] 0 0 0

H.pusillum х Н. vulgare 1 0-21,4 0 0-50,0

Н.vulgare xH.muticum(2x) 2 3 4 0-26,8 0 0; 67,6

H nuiticbni(2x) х 11.vulgare 2 3 4 0-96,5 0; 16,9* 0-50,0

H.vulgarc x U.ßtxuosum (2x> 2 1 2 0; 4,4 0 0; 100

H.^Jexuösum{2x) x ulgare 2 1 2 11,2-19,0 0 14,3-50,0

Ii.vulgare x H.chiknse(2x) 1 3 3 16,5 0 0

H.chilensei2x) x H. vulgare 1 2 2 52,1; 59,2 0; 27,4* 0; 6,6

ff. vulgare x H. sienomachys{2\) 1 2 2 6; 4,5 0 0; 25.0

H.sienosiachyQx) x H.vulgare 1 2 2 4,3; 22.6 0 0

H. vulgare x H.pubißorum(2x\ I 2 2 0 0 0

H.pubifionoH&x) x H.vulgare 1 1 1 25,9;33,3 0;45,5* 0

ff. vulgare x H.jubatum( 4x) 2 2 3 11,1-42,9 25,0 - 100 0; 57,5

Hjubatuni(4x) x Я. vulgare 2 I 2 7.1-25,0 66,7-1 ЕЮ 0

H.vulgare x Н.ргосетщбх) 2 9 10 0 -29,1 26,3 - 100 0; 30,8

H.procerum(_&\) x II. vulgare 2 1 2 10,0-45,3 37,5 - 100 0

II. vulgare x HJecMery(6м) 1 2 2 8,7 - 47,6 75,0 - 100 0

H. lecklery (бх) * H.tulgare I 3 3 22J - 30,8 71.4-81,0 0

H.vulgare x I l.anzonicum (6x) 1 3 3 0-6,3 85,7-100 0

H. arizoniamribx) x H. vulgare 1 1 1 26,7 100 0

H.vvlgare x H.marinum{2x) 2 \ 2 7,8; 23,1 0; 6,8* 0

H.martnum (2x) X H.vulgare г 1 2 13,S; 21,5 0; 23,1 0; 20,0

H. vulgare x H.marinum (4x) s 1 5 30,3-78,3 0-35,7 0-25,5

H.marimimi4x)* И .vulgare 5 2 7 4,1-56,3 28,9-100 0-7,1

H.vulgare x H.erectifolhtm (2x) 1 1 1 2,6 0 0

H.erectifoUum я H.vulgare 1 1 1 9,9 0 10,0

U. vulgare x H.patagonicum (2x) 2 1 2 4,5 - 24,7 78.3; 100* 0

H.paiagonicum (2x> x И. vulgare 3 1 3 0-30,3 0-14.8' 0-11,1

H. vulgare x H.calißimicum (2x) 2 2 4 3,7-31,5 0-8,7* 0; 11,8

H. callfnrmcum fix) x H.vulgare 2 1 2 20,1; 39,4 27,3; 52,6* 0

H.vulgare x H. dcpr*ssum(4x) ] 1 1 10,3 93,8 0

H. ikpresium (4х/ x И. vulgare 2 ) 2 7,8-31,6 15,8 -S0.3 0

ff. vulgare x H.parodiiifsx) 1 1 1 15,3 82,6 0

H.paroM (6x) x И. vulgare 1 I 1 15,2 45.5 0

* • мелкие слабодифференцированные зародыши

Таблица 2.

Результаты межвидовой гибридизации Hordevm vulgare с дикорастущими видами ячменя

Гибридная комбинация Число Число Падуч е- Характеристика полученгак

комби- зароди- но про- растений

наций шей ростков

Н. vulgare х N. bulbosum (2п= 14) 4 18 5 гаплоиды Н. уи!%аге

H.vulgare х H.btäbosum (2п=28) 2 21 14 триллоидные гибриды

H.murinum (2n=14) х H.vulgare 2 9 0 -

H.vulgare x H.murinum (2n=28) 30 718 474 летальность проростков

H.murinum (2n=28) x H.vulgare 34 410 87 летальность проростков

H.vulgare x H.murinum (2n=42) 11 346 230 гибриды; летальность

проростков

H..mwmum (2n=42) x H.vulgare 13 73 32 гибриды; детальность

проростков

H.mulicum (2n=14) x И .vulgare jb 8 0 •

H.flexuosum (2n=14) x H.vulgare 1 2 0 -

H.chitense (2n=14) x #.vulgare 1 10 0 -

H.pvkiflorum (2n= 14) x //, vulgare 1 1 0

H.jubaium (2п-28) x H.vulgare 2 4 4 гибриды (п=21)

H.vulgare x H.jvbatvm (2n=28) 3 16 11 гибриды (п=21)

H.procerum {211=42) x ¡¡.vulgare 2 49 30 Эу- и анеупл. Гибриды (п=2б-

28Х галл. Н.ргосегит (лг21)

H.vulgare x H.procerum (2n=42) 5 82 48 Эу- и анеуплошшые гибриды

(п=26,27Д8)

H.vulgare x H.lechlery (2n=42) 1 15 10 Эупломдные гибриды (п=28)

НксЫегу(2г^2) x H.vulgare 2 26 9 Эу- и анеуплоидиые гибриды

¡¡.vulgare x H, ariionicum (2n=42) 2 6 4 Эуллоидные гибриды (о=28)

H.anzonicum 2n=42) x Ii.vulgare 2 12 9 Эуплоидные гибриды (п=28)

H.marinum (2п"= 14) x H.vulgare 3 И 1 гаплоид М. таг ¡пит (п=7)

H.vulgare x H.marmvm (2re=28) 5 29 0 -

N. marimm (2n=2 $)xf{. vulgare 7 76 40 гаплоиды Н.тагтит (п=14)

H.erectifolivm (2n=-14) x H.vulgare 1 1 0 -

H.patagonicum (2n=14) x ¡{.vulgare 1 9 2 летальные проростки

H.vulgare x H.patagonicum (2n=l4) 1 2 0

H.cahforrticvm (2n=14) x H.vulgare 2 13 0 -

H.vulgare x H.californicwn (2n=14) 2 2 0 -

H.depressum (2n=28) x H.vulgare 2 20 11 гибриды (п=21 ^гаплоид

НМергеюит (п=14)

H.vulgare x H.depressum (2n=28) 1 4 2 гибриды (п=21)

H.parodii (2п=42) x H.vulgare 1 9 5 гибриды (п=28)

H.vulgare x H.parodii (2n=42) 1 5 3 гибриды (п=28)

В зерновках развивались преимущественно дифференцированные гибридные зародыши, прорастающие в эмбрнокулыуре. При скрещивании культурного ячменя с диплоидным видом этой секции — Н.риЬ^огит — наблюдается низкая частота завязываемости и реципрокные различия по этому показателю. Зародыши иедифференцированы> не прорастают в змбриокультурс (табл. 1,2).

При межвидовой гибридизации культурного ячменя с видами секции 5(епояккЬуз развитие зародышей также зависит от уровня шюндностн дикорастущего вида, участвующего в скрещиваниях. Отсутствие зародышей или их слабая дифференциация наблюдается в результате скрещиваний культурного ячменя с диплоидными образцами этой секции, в скрещиваниях с тетра- и гексаплокдными образцами число дифференцированных зародышей выше. Данные о жизнеспособности гибридных зародышей в эмбриокультуре и полученных растений в разных геномных комбинациях приведены в табл. 2. В результате прорастания зародышей от скрещивания Н.тм^аге с диплоидным луковичным ячменем, получены гаплоиды культурного ячменя, С тетраплоидным цнтотипом луковичного ячменя -трнплоидные гибриды, В скрещиваниях культурного ячменя с диплоидным Н.типпит развивались недифференцированные зародыши, которые не прорастали в эмбриокультуре. В гибридных комбинациях с тетраплоидными образцами Н.типпит^ несмотря на нормальную дифференцировку, прорастала лишь часть зародышей, а все проростки погибали на стадии первого листа.

Для установления причин летальности был проведен цнтогенетнческий анализ гибридных зародышей 11-13-дневного возраста. Для восьмидневных зародышей от реципрокных скрещиваний Н.типпит^4х) с Н.т^аге характерна высокая митотическая активность, нарушения делений не наблюдалось, все зародыши были гибридными с 21 хромосомой. Нарушения в клетках зародышей (микроядра, слипание хромосом, хромосомы, не связанные с веретеном деления) наблюдаются на 11 сутки после опыления, К 13 дню количество микроядер значительно увеличивается, падает число делящихся клеток. Отмечены 17-20 - хромосомные гипоплоидные клетки. Возможно, эти нарушения и вызывают летальность зародышей и проростков. При скрещивании культурного ячменя с гексапяоидными образцами И.типпизп асе вычлененные зародыши хорошо дифференцированы, отмечено развитие эндосперма. Клетки 11-13 - дневных зародышей имеют хромосом, тенденции к элиминации хромосом на этой стадии не выявлено, микроядра в клетках отсутствуют, ткани зародыш обладают высокой митотаческой активностью. Зародыши прорастали в эмбриокультуре, у большинства проростков отмечены аномалии морфогенеза. Среди нормальных проростков были как летальные, так и единичные жизнеспособные растения. Анализ числа хромосом в корешках погибающих проростков выявил тенденцию к элиминации хромосом: наряду с 28-хромосомными клетками обнаружены гипоплоидные 23-27 - хромосомные клетки. Возможно, процесс элиминации хромосом, начинающийся в период прорастания зародышей приводит к летальности проростков.

В гибридных комбинациях Н,\*и^аге с полиплоидными видами секции СгИезюп зародыши развивались в гибридные растения. В результате скрещиваний Н.т^аге с И.ргосегит и ЩесНкгу наряду с эуплоидными 28-хромосомными растениями встречаются гипоплоидные формы. Это связано С элиминацией некоторых хромосом в эмбриогенезе. Гибриды этих комбинаций имеют многолетний образ жизни. При культивировании в течение нескольких лет число хромосом у гибридов, как эуплоидных, так и анеуплоилных, не изменялось.

В скрещиваниях культурного ячменя с И.ргосегит было получено одно гаплоидное растение, то есть при определенных условиях в эмбриогенезе может происходить полная элиминация генома культурного ячменя.

Виды секции Stenostachys при гибридизации с культурным ячменем дают широкий спектр вариантов развития гибридных зародышей зависящий от вида и уровня плоидности. В этой секции наблюдается тенденция повышения степени дифференцирован ностн зародышей при повышении уровня плондностн дикорастущего вида. Результатом гибридизации с использованием различных цитотипов H.marinum являются только гаплоиды дикорастущего ячменя. H.marinum{4\) в этих скрещиваниях используется в качестве материнского родителя, поэтому можно предположить различные механизмы их происхождения: 1) элиминация хромосом культурного ячменя в эмбриогенезе (тип «bu!bosum»y, 2) ¡гаплоидный партеногенез (развитие зародыша без оплодотворения) или гемигамия (развитие зародыша из зиготы, в которой не происходит слияния половых ядер). Как показано в ряде цнтоэмбрнологических исследовании, в этой комбинации, наблюдается элиминация хромосом культурного ячменя. Этот процесс начинается ранних стадиях эмбриогенеза и протекает быстро (с 3 по 8 день после опыления) (Солнцева, Пендинен, 1999; Solntseva, Pendinen, Chernov, 1997). Таким образом, при скрещивании H.marinum с H.vulgare несовместимость геномов этих видов проявляется на лостгамной стадии в эмбриогенезе и не зависит от генотипов родительских форм.

При скрещивании диплоидных видов H.erectifolîum, H.caïifornicum и H.patagonicum с H.vulgare жизнеспособных растений не получено. В скрещиваниях с использованием полиплоидных видов: Н.depressant (4х) и H.parodii (бх) в опыленных колосьях развиваются зерновки с дифференцированными зародышами, прорастающими в эмбриокультурс в гибридные растения. Кроме того, в скрещиваниях с H.depressmt получен 1 гаплоид дикорастущего вида.

Таким образом, наблюдается тенденция увеличения результативности скрещиваний при повышении уровня плоидности дикорастущего родителя. Результаты гибридизации: получение эу- и анеуплоидных гибридов, а так же гаплоидов, летальность проростков определяются геномным составом видов, используемых в скрещиваниях.

2. Культура in vitro и мнкроразмножение родительских видов н межвидовых

гибридов

2.1 Каллу стелет у видов рода Hordeum

Для эффективного использования метода ми кроклонирования in vitro и прогнозирования его результатов изучалась эффективность каллусогенеза, интенсивность роста каллусной ткани у различных видов Hordeum из различного типа эксплантов. Изучена эффективность индукции каллуса и интенсивность роста каллусной ткани при эксплантации незрелых зародышей на среды разного минерального состава. Выявлена значительная гетерогенность рода Hordeum по признакам эффективности каллусогенеза и интенсивности роста каллусов на средах разного состава. Интенсивность роста каллусов у разных видов зависела от минерального состава среды. Интегральная характеристика роста каллусов видов, относящихся к разным секциям рода Hordeum представлена на рисунке I,

Представленная диаграмма показывает, что дня секции Hordeum более интенсивный рост наблюдается на средах MS н B5L, менее интенсивный — на среде

N6. У видов других секций: СпШюп, Б1епо51аскуз на среде N6

наблюдается более интенсивный рост каллусов, чем на других средах. Возможно, это связано с различной чувствительностью видов к соотношению форм азота в питательных средах и с различным типом роста каллусов. Для каллусов большинства изученных образцов видов секции Ног&ит, вероятно, прирост биомассы происходит в значительной степени за счет роста отдельных клеток, что подтверждается формированием наружных областей каллусов крупными клетками. Для многих ячменей других секций рода характерно развитие каллусов за счет интенсивных клеточных делений, что подтверждается наличием у каллусов этих видов большого числа меристематических зон.

Рис. 1. Влияние состава питательных сред на интенсивность роста каллусов видов разных секций рола Hordeum

На среде N6 формируются каллусы с большим числом меристематических зон, чем на средах B5L н MS, что характерно как для дикорастущих видов, так и для культурного ячменя. В связи с этим, среда N6 выбрана как оптимальная для индукции каллусогенеза и культивирования in vitro всех видов рода Hordeum и межвидовых гибридов.

2.2 Регеиерацяояиая способность видов и межвидовых гибридов.

Характеристика регенерации растений из каллусов необходима для прогнозирования возможностей микроразмноженкя. Проведена сравнительная оценка эффективности и типа регенерации растений из каллусов, полученных из незрелых зародышей ячменя на средах разного состава после пересадки на органогенную среду.

Каллусы видов секции Hordeum обладали более низкой эффективностью регенерации по сравнению с каллусами видов секций Critesion, Stenostachys н ряда видов секции Anisolepis. полное отсутствие регенерации на органогенной среде и некроз каллусов отмечен у некоторых образцов H.murinum и H.spontanevm из секции

НоЫеит и у Н.ризШит (секция Лпкокри). Наиболее высокую эффективность регенерации при использовании трех типов эксплантов: молодых соцветий, зрелых зерновок и незрелых зародышей, обнаружена у образцов видов Н.}иЬа1ит и Нргосегит (секция СгИе$юп) (табл. 3).

Обобщая результаты изучения особенностей регенерации в каллусах разных вцдов ячменя из различных типов эксплантов, для представителей рода Ног&ит можно выделить три типа регенерации: 1) единичную, встречающуюся чаще всего у видов секции НоЫеит; 2) можественную, наблюдаемую у видов ЩиЬаГит Нргосегит, НЛесЫегу, НмиЛсшп, Н^ехиотт: 3) множественную с некрозом каллусов, характерную для образцов НМерге$5ит{4х) и Н.сЬПете.

Таблица 3,

Регенерация растений видов НоЫеит в каллусах, полученных из разных типов

эксплантов.

Образец Тин экс- Число Каллусов Эффектив- Тип регенерации

планта каллу- с регене- ность реге-

сов рацией нерации, %

H.vulgare Roland СОЦВ.* 40 0 0 -

зар.** 30 5 16,7 единничная

зерн.** 40 10 25,0 едишшчная

H.murinum СОЦВ. 18 4 22,2 единничная

И-0П8916(4х) зар. 49 1 2,1 едншюткая

зерн. 30 9 30,0 единничная

K/lexuosum Я И16 соцв. 60 12 20,0 множественная

зар. 40 31 77,5 множественная

зерн. ]0 7 70,0 множественная

H.muticum Н958 соцв. 26 3 6.4 множественная

зар. 44 3 6,8 множественная

зерн. 20 13 65,0 множеств, с домин.

одного побега

H.pusiltum И-491050 СОЦВ, 12 0 0 -

зар. 40 0 0 -

зерн. 20 0 0 -

H.jubatum K-l СОЦВ. 138 138 100,0 множественная

зар. 36 14 38,9 множественная

H.procerum соцв. 119 119 100 множественная

И-491049 зар. 22 10 45,5 множественная

зерн. 10 3 30,0 множественная

Н.ксЫегуШШ соцв. 45 26 57,8 множественная

зар. 36 1 2,8 множественная

Н.depression W309 соцв. 157 12 7,6 множественная,

некроз, калл.

зар. 30 7 23,3 множественная,

некроз, калл |

*- соцветия; **- незрелые зародыши; *** - зерновки

Культивирование первичных каллусов на средах, разного минерального состава не влияло на тип регенерации после переноса каллусов на органогенную среду N6, Различия в минеральном составе влияли лишь иа эффективность регенерации. При сравнительной оценке регенерации растений из каллусов, полученных из различных типов эксплантов: незрелых зародышей, молодых соцветий, зрелых зерновок установлено, что тип эксгшанта не влияет на тип регенерации, характерной для образца, но может влиять на эффективность регенерации (табл. 3).

2.3. Мякроклоя яровая я е гибридны* форм

Для микроклонирования гибридов в качестве эксгшантов были использованы молодые до мейоза соцветия.

У всех изученных образцов секции Hordeum, включая Н.vulgare, за исключением одного тетраплоидного образца H.murinum (И-0И8916), регенерация при микроклонировани и отсутствовала. У большинства изученных образцов из секций Anisolepis, Critesion и Siertoslachys при микроклонировании наблюдали регенерацию. Эффективность регенерации варьировала в широких пределах и имела количественные характеристики, различные для разных образцов. Максимальные значения эффективности регенерации наблюдали при микроклонировании образцов H.jubatum и Н.ргосегит (табл. 4).

Микроклонирование гибридов Н.vulgare х H,murinum((ix.) и Н.vulgare х H.bulbosum(4x), как и у родительских форм, было неэффективно: регенерации из каллусов у этих форм, также как и у родительских образцов не обнаружено (табл. 4).

При мнкроклонировании in vitro гибридов культурного ячменя с образцами секции Critesion некоторое снижение эффективности регенерации в каллусах гибридов по сравнению с этим показателем у дикорастущих родителей. При этом, наблюдалась множественный тип регенерации, характерный для дикорастущих родителей.

Для реципрокных гибридов культурного ячменя с H.depressunt{4x) (секция Stenostachys), наблюдали более низкую частоту каллусообразоваиня, по сравнению с дикорастущим родительским образцом, что, вероятно, связано с пониженной жизнеспособностью гибридных соцветий. У гибридов одной из комбинаций регенерация растений из каллусов отсутствовала. В другой - тип регенерации у гибридов соответствовал типу регенерации у дикорастущего родителя (табл. 4),

В целом, при микроклоннрованин in vitro гибридных растений доминировал тип регенерации, характерный для дикорастущего вида: множественная регенерация и множественная регенерация с некрозом ткани каллусов

Значительных феногипнческих отличий регенерантов гибридов от исходных гибридных форм после многократных циклов микроклонирования не отмечено. После длительного пассирования в культуре in vitro удвоения числа хромосом и восстановления фертилыюстм у растений-ре генерантов не наблюдали.

Таблица 4,

Микроразмножение in vitro гибридов культурного ячменя с дикорастущими видами Hordeum.

Вид, образец Число растений Частота каллусооб- разования, % Частота регенерации, % Тип регенерации

Н.vulgare (Bonus, Roland) 22,9; 80,0* 0 -

Гаплоид H.wlgare (Bonus) 1 0 - -

Гаплоид H. vulgare (Roland) 1 0 - -

Я. murmum И-491045 61,54 0 -

Я. v. (Roland) х H.murinum И-491045 1 29,45 0 -

H.bulbosum W4 (4x) 4 20,0-81,0 0 -

# ».(Bonus, Roland) x H.bulbosum W4 (4*) 2 73,6; 86,0 0 -

H.depressum W309 - 100,0 7,64 множ.спонт, некроз кал.

Гаплоид H.depressum W309 1 88,9 4,76 множ,, некроз кал.

H.v. Rolmdn fl.depressum W309 2 24,6; 35,4 5,9; 22,9 мжж.с домннир. ОДНОГО побега, некроз каля.

H.depressum W309 x H.v. Roland 2 26,0; 92,3 19,2; 27,6

H.depressum И-538814 - 100,0 61,11 множ.спонт, некроз кал.

H.depressum И-538814х H.v. Roland 2 8,8; 10,3 0 -

H.procerum W356 - 71,9 47,57 МНОЖ.СПОНТ

Гаплоид H.procerum W356 1 70,4 36.81 -«- I

H.procerum W356x H.v. Roland U 54,8-96,3 26,7-63,9 1

H. v. Roland x H.procerum W356 3 25,0-66,8 28,6-54,0

H.procerum И-491049 - 95,8 100,0 -« -

H.procerum И-491049 x tf.v. Roland 3 68,1-86,5 24,7-39,7 - « -

H.v. Roland x H.procerum ИД91049 6 32,9-89,4 25,0-36,0 - «-

H. lechler}'HH96 - 79,03 57,78 МНОЖ.С домннир, одного побега.

.H.v. Roland x HlechleryHH96 3 10,3-36.0 16,7-50,0 множ.с домннир. ОДНОГО побега I

H-lubatum K-l - 100,0 100,0 множ.спонт. 1

H.vulgare Roland x H.jubatvm K-l 2 36,4-50,0 0-12,5

H.jubarum K-l x H. vulgare Roland 2 7,4-33,8 4,17 —

H. vulgare Bonus x H.jubatum K-I 2 37,3-81,8 0-18,5 —

lljvbanan IIIS, Ш5 - 93,7^92,5 96,8; 92,5

H.vulgare Roland x Hjubatum 1Ш 1 13,6 11,11

H.vulgare Roland x H.jubatum Ш5 2 86,3; 96,2 0; 10,0 - «-

H.arizonicum >12313 - 42,8 33,3 -« -

H.arizonicumH2313 x H.v. Roland 3 18,0-60,9 7,1-50,0 -«-

Я.v.Roland x H.arizonicum H2313 3 39,2-85,4 16,7-26,7 -

3. Характеристика цнтогенстической стабильности межвидовых гибридов культурного ячменя с дикорастущими видами Hordeum

3.1 Стабильность хромосомного состава в спророгевных тканин имльников

Для изученных гаплоидов Н.vulgare (п=7), Н.шаппит (п=14), H.procerum (п=21), H.depressum (n=I4) характерно стабильное число хромосом в клетках спорогенпой ткани пыльников. Для всех изученных гибридов характерна значительная степень изменчивости числа хромосом в м икроспороцнтах (табл. 5).

У эуплоидных гибридов Н.vulgare х H.mvrmum (6х) характерно преобладание среди мнкроспороцитов анеуплоидных гипоплоидных 21 -27-хромосомных клеток. Гиперплоидных клеток не наблюдали. Количество эуплоидных клеток с числом хромосом, соответствующим числу хромосом в соматических тканях составляет у одного растения 25 %, у другого - 6,7 % от общего числа изученных клеток. У анеуплоиднсго 26-хромосомного гибрида число клеток с числом хромосом, соответствующих соматическому, значительно выше - 63,2%. Среди клеток с набором хромосом, отличным от соматического: встречаются как гипо- 18-20 хромосомные, так и пшерплоидные 27- и 48-хромосомные клетки. Тенденция к элиминации хромосом у этого растения не столь выражена. Возможно, это отличие от эуплоидных гибридов связано с отсутсвием 2-х хромосом, элиминировавших, в эмбриогенезе. Геном этого гипоплоидного гибрида, возможно, более сбалансирован, чем геномы эуплоидных гибридов.

Анализ рецнпрокных эуплоидных гибридов культурного ячменя с образцами четырех видов секции Critesion: H.jubatum, H.procerum, H.arizonicum, HAechlery выявил значительную изменчивость числа хромосом в спорогенной ткани пыльников: среди ансуплоидных клеток встречаются как гипо-, так и гиперплондные клетки (табл. 5). Тенденции к элиминации хромосом у этих форм не отмечено. У анеуплоидных 27- и 26- хромосомных гибридов H.procerum х II.vulgare так же значительная часть мнкроспороцитов имеет число хромосом, отличное от числа хромосом в соматических тканях

Одно из исследованных растений, полученное при скрещивании HAechlery х Н,vulgare, представляло собой 23- хромосомный частичный гибрид. Вероятно, в процессе эмбриогенеза этого гибрида произошла частичная элиминация хромосом культурного ячменя, так как растение по фенотипу сходно с HAechlery. Геном этого гибридного растения имеет полный гаплоидный набор хромосом H.lechlery, и, вероятно, 2 хромосомы культурного ячменя; в мейозе преобладают 23-хромосомные клетки -95,2%. Изменчивость по числу хромосом незначительна. Возможно, более высокий уровень цитогенетической стабильности аисуплоидного растения HAechlery х Н.vulgare связан с отсутствием ряда хромосом культурного ячменя.

Для гибридов культурного ячменя с видами секции Slenostachys: с тетраплоидными образцами H.depressum W309 и И-538814 (2п=28) и с H.parodii Hl260 (2п=42), так же как и для гибридов с видами секций Critesion и Hordeum, характерна изменчивость хромосомного состава мнкроспороцитов (табл. 5)

Таким образом, присутствие в составе генома гибрида набора хромосом культурного ячменя приводит к нестабильности числа хромосом.

Таблица 5,

Изменчивость числа хромосом 8 микроспороцнтах межвидовых гибридов Я. уи!%аге с дикорастущими видами Ногс1еит .

Число Эуплоидных Анеуллоидных клеток

Гибрид расте- клеток гипоплоидныя гиперплоидных

ний число % число % число %

}1. vulgare xH.murinum (6х) (п=28) 2 7 9,7 (6,7; 25,0)* 65 (21-27)«* 90,3 (75,0; 93,3)* 0 0

Н.vulgare х Я murinum (6х) (п=26) 1 12 63.2 3 (24; 20) 15.8 4 (27; 48) 21.1

H.parodii х Н.vulgare (2п=4х=28) 1 16 37.2 24 (22; 27) 55.8 3 (29; 31) 7.0

И, depressum х Н. vulgare (2п=21) 5 86 47.3 (32.3-72,7) 74 (12; 16-20) 40.7 (12,1-42.1) 22 (22; 25) 12.1 (15.2-19.4)

И. vulgare х H.depressum (2п=21) 4 161 50.3 (28.0-66.7) 140 (16-20) 43.9 (28,1-72.0) 19 (22-23) 5.3 (17.4-19.4)

Я vulgare х И. jvbatum (2п-21) 12 538 65.8 (44.1-85.1) 170 (16-20) 20,8 (7.8-53,3) НО (22-26) 13.5 (0-55,9)

Я jubatum х Я vulgare (2п=21> 3 161 50,3 (68.9-40.3) 125 (16-20) 39,1 (28.449,3) 34 (22; 23) 10.6 (2,7-14.0)

Я vulgare х Crilesion (6х: Я arizonicum, Я lechlery, Я ргосегит) (2п=28) 3 172 66,4 (20,0-89,6) 66 (24-27) 25,5 (7,1-78.0) 21 (29-31, 40) 8,1 (2.0-16,0)

Crilesion (бх: Я. lechlery, И. arizonicum,H. ргосегит) х Я vulgare (2п=28) 9 201 43,6 (6,3-82.1) 228 (23-27) 49,5 (10.3; 34.8) 32 (29-32; 35; 42) 6,9 (1,9-52,7)

Н. ргосегит х 11. vulgare (2п=27) 3 146 54.7 (34.8-63.4) 91 (21-26) 34.1 (24.1-52.S) 30 (28-30) 11,23 (0; 12.3)

И. ргосегит х И. vulgare (2п=26) 2 52 26.3 (13.1; 62,3) 101 (5,7,12-25) 51.0 (32,1; 57,9) 45 (27-36; 42;47; 48) 22,7 (29,0; 5.7)

Я lechlery х Я vulgare (2п=23) I 118 9S.2 3 (21; 22) 2.43 3 2.42

Гаплоид И.ргосегит W356 (п=21) 1 47 100 0 0 0 0

Гаплоид If,vulgare (Bonus) (n=7) ] 214 973 2 (6) 0,9 4 (8) 1,8 |

Гаплоид H.depressum (n-14) 1 43 100 0 0 0 0

Гаплоиды H.marinum W117 W436H-0118920 10 541 100,0 0 0 0 0

*- Пределы варьирования частоты (%) эу-, гипо- и гиперплоидных микроспорощгтов между отдельными растениями комбинации

Число хромосом в гип0- и гиперплоидных клетках

Поскольку для межвидовых гибридов с участием Н,vulgare характерна изменчивость числа хромосом в спорогснных тканях пыльников, а для гаплоидов ряда видов ячменя эта особенность не отмечена, можно сделать заключение, что

цитогенетическая нестабильность вызвана особенностями взаимодействия генома I H.vulgare с чужеродными геномами в синтезированных гибридных геномах.

3.2. Изменчивость числа хромосом при мккроряз множен ни эксперментальных форм, получеияых с участием Н.ргосегит.

Для сравнительного изучения изменчивости числа хромосом в рсгсысрационном потомстве при микроразмножении были использованы следующие формы: 1) реципрокные эуплоидные и анеуплоидный гибриды культурного ячменя с Н.ргосегит изменчивые по числу хромосом в материнских клетках пыльны, но имеющие стабильный набор хромосом в соматических тканях, 2) цитогенеггически стабильные растения: ячмеино-пшеничный гибрид Н.ргосегит х T.aestivum, гаплоид Н.ргосегит, а так же родительский образец Н.ргосегит, для которых не отмечено изменчивости числа хромосом ни в соматических, ни в спорогенных тканях.

В регенерапионном потомстве цито генетически стабильных форм: родительского образца Н.ргосегит (2п=42), гаплоида H.procerum(п=21), межродового гибрида Н.ргосегит с Triticum aestivum не наблюдали ренекерантов с числом хромосом, отличным от числа хромосом растений-доноров эксплантов (табл. 6).

Таблица 6,

Изменчивость числа хромосом в регененерацнонном потомстве растений различного геномного состава, полученных с участием Н.ргосегит.

Геномная комбинация Изучено Из них растений с числом хромосом

регене- Исход- Ансупло- Миксо шюидны м

рантов ным идным

H. vulgare Bonus х Н.ргосегит 4 2 0 2

п=4х=28 (25,27,28*£2,26,28*}

H.vulgare Roland х Н.ргосегит 11 6 2 3

п=4х-28 (27) (27Д$*;26,27,28*)

п=27 13 0 9 4

(26Л8) (26,27*Д8;27*,28; 26,27*)

Н.ргосегит W356 х H.vulgare 23 10 4 9

Roland пг4х=28 (27) (26,27»,28;27,28*; 26,28»)

Н.ргосегит W356 х T.aestivum 36 36 0 о

Chinese spring п=бх-42

Гаплоид Н.ргосегит W356 19 19 0 0

п=3х=21

Н.ргосегит W356 2п=42 40 40 0 0

- Число хромосом в модальном классе клеток

Во всех семьях регенерантов реципрокных эушюндных н анеуплоидпого гибридов культурного ячменя с Н.ргосегит наблюдали растения с числом хромосом, отличным от исходного. Среди них встречались как анеуплоидные растения с числом хромосом, отличающихся от исходного, так и миксоплоидные растения со значительной изменчивостью числа хромосом в соматических тканях. У большиства миксоплоидных растений модальный класс составили клетки с числом хромосом растений-доноров эксплантов. Число анеушюндных регенерантов составило 27 % от общего числа изученных регенерантов гибридов этой комбинации, миксоплонды

составляли 48 %. Лишь 25% среди изученных регеиераитов этой группы имели исходное число хромосом в соматических тканях (табл, 6). Патогенетическая нестабильность при микроразмножении in vitro межвидовых гибридов не связана с элиминацией хромосом. В регенерационном потомстве анеуплондного гипоплоцдного гибрида встречались 28-хромоеомиыс растения, которые, вероятно, не являются истино эуплоидными растениями, так как у них исходно отсутствовала какминнмум 1 хромосома.

Таким образом, при микроклонировании гибридов с различной геномной структурой степень цнтогенстической стабильности растений 1фи культивировании in vitro зависит от стабильности генома растений-доноров эксплантов. Изменчивость хромосомного состава растений в регенерационном потомстве является следствием взаимодействия родительских геномов Я. vulgare и Н.ргосегит в синтезированном гибридиом геноме. Стрессовые условия культивирования in vitro усиливают эту нестабильность.

ВЫВОДЫ

Л Межвидовая несовместимость при гибридизации культурного ячменя ff,vulgare L. с дикорастущими видами Hordeum чаще всего проявляются на постгамных стадиях: в эмбриогенезе и последующих этапах онтогенеза растений, проявления процессов несовместимости определяются геномным составом родительских видов

2. Несовместимость геномов культурного ячменя с диплоидными видами Hordeum'. Hmuticum, Н.сhílense, H.flexuosum, Hpusillum и íf.sienostachys H.pubiflorum, H.erectifolium, Hpatagonicum, H.erectifoHum, H.marinum, H. muri пит проявляется в эмбриогенезе и приводит к развитию аномальных по морфологии зародышей, нежизнеспособных в эмбриокультурс.

3. В комбинациях скрещиваний культурного ячменя с полиплоидными видами Hordeum: H,bulbosimt{\x), H.mvrinum(^\, 6х) Hdepressum (4х) и Jiparodn (6х), ¡l.jubatum (4х), H,procerum(бх), H.lechteryißx.)^ If.arizoniciun (6х) Н.depression (4х) и Hparodii (6х) развиваются дифференцированные зародыши, способные к прорастанию в эмбриокультуре,

4. На ранних стадиях эмбриогенеза гибридов Hmarirtum(Ax) х Н.vulgaren) - до 6-8 дня происходит элиминация хромосом культурного ячменя, приводящая к возникновению в потомстве только гаплоидов H.marinum (п=2х=14).

5. Легальность дифференцированных зародышей реципрокных гибридов //,»t«n«<№)(4x} с ILvulgare является следствием несовместимости в период активного роста и дифференциации зародышей: на 10-11 сутки после опыления в делящихся клетках происходят цитогенетические нарушения: слипание хромосом, аномалии расхождения хромосом в анафазе митоза, образования микроядер.

6. Летальность гибридных проростков и растений в стадии кущеният в скрещиваниях Н.vulgare с гексаплоидиымн }1.тиг1пит(6ъ), вызвана цитогенетмчекой нестабильностью, связанной с элиминацией хромосом, приводящей к химерности тканей.

7. Для представителей рода Hordeum характерны вцдоспецнфнчные особенности каллусогснеза и регенерации. Виды секции Hordeum, включая Н. vulgare, характеризуются слабой рс генерационной способностью. Наиболее высокой

регенерацнонн ой способностью обладают представители видов Critesion: H.jubatum, H.procerum при использовании в качестве первичных эксплантов молодых соцветий и незрелых зародышей.

8. V представителей рода Hordeum выявлено три типа регенерации в каллусах: 1) единичная - у видов секции Hordeum, а так же образцов H.cordobeme и H.califomicum; 2) множественная - у видов секции Critesion и у большинства изученных образцов видов секции Stenostachys\ 3) множественная с некрозом каллуса - у образцов H.depressum и H.chiknse.

V межвидовых гибридов И.vulgar г с видами H.procerum, H.jubatum, Н. lechlery, H.arizonicum, H.depressum и H.parodii при микроклонировании in vitro наблюдается доминирование типа регенерации дикорастущего родителя.

10. Взаимодействие генома культурного ячменя с чужеродными геномами дикорастущих видов всех секций: H.murirwm(6x), H.procerum(бх). H.lechlery(6x), H.jubatum(4x), H.arizonicum (6л), H.depressum (Jx), flparodii(6x) в синтезированных формах приводит к цигигенетнческой нестабильности, проявляющейся в изменчивости числа хромосом в споро генной ткани пыльников.

11. Изменчивость числа хромосом в регенерациопном потомстве растений при м н кроклон и ровани и in vitro зависит от цитогенетической стабильности размножаемых генотипов, являющихся донорами эксплантов.

Практические рекомендации

К Сведения о совместимости культурного ячменя с дикорастущими видами могут найти применение в работах по отдаленной гибридизации и шстрогрессии генов устойчивости к биотическим и абиотическим факторам среды в геном культурного ячменя.

2. Выделенные в работе образцы видов и гибридов ячменя с высокой регенерационной способностью могут быть использованы в биотехнологнческнк программах как доноры этого признака.

3, Результаты цитогенетическнх исследований межвидовых гибридов ячменя, могут быть использованы для прогноза цитогенетической стабильности гибридных растений различного геномного состава.

Список основные работ, опубликованных по теме диссертация

1. Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Каллусогенез и регенерация в культуре незрелых зародышей дикорастущих видов рода Hordeum // Научно-технический бюллетень ВНИИР им. Н. ИВавилова. - СПб. -1990, Вып.204, С.20-23

2. Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Особеиности микроразмноження in vitro гибридов H.procerum с H.vulgare U Материалы всесоюзной научной конференции по сельскохозяйственной биотехнологии Целиноград, 1991. С.78-79.

3. Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Скрещиваемость культурного ячменя с некоторыми образцами дикорастущих видов Hordeum И Сб. науч. тр. СЗ НПО Белогорка «Биотехнодогические методы создания исходного материала для

селекции зерновых, картофеля и клевера лугового в Нечерноземной зоне РСФСР» Ленинград, 1991. С.109418.

4, Суриков И.М., Чернов В.Е., Пенлинсн Г,И. Использование дикорастущих видов Hordeum в межвидовых скрещиваниях с культурным ячменем // Проблемы отдаленной гибридизации в семействах злаконых и пасленовых: Сб. научи, трудов по прикл. бот., ген. и сел. -СПб. 1992. Т.148, С. 18-28.

5, Чернов В.Е., Пендинен Г.И. Особенности микроразмножения in vitro межвидовых гибридов ячменя // Проблемы отдаленной гибридизации в семействах злаковых и пасленовых: Сб. научи, трудов по прикл. бот., ген. и сел, -СПб. 1992. Т.148. С. 53-57.

6, Pendinen G., Chernov V. Polyploid nature of Hordeum mannum Huds.(4x) and Honieum depressum Skribn. & Sm.(4xy/ Pioc.XV Botanical Congress. Yokahama, Japan, 1993, p.5I0

7, Чернов B E. Питогеиетические особенности взаимодействия геномов Hordeum jubatum и Hordeum vuIgare у межвидовых реципрокных гибридов // Генетика. 1994 Т.30, Приложение: Материалы съезда ВОГИС, Саратов, 20-25 декабря. С, 176.

8, Пендинен Г.И., Чернов В.Е. Особенности взаимодействия геномов Hordeum depressum (Skribn. & Sm.) Ribd, (4x) с геномами ржи Secale cerea!e{2x) и ячменя Hordeum vulgare L.(2x) в мейозе гибридов Fl// Генетика, 1995, T.31,K®3, с,374-381

Пендинен Г.И,, Чернов В.Е. Характеристика несовместимости Hordeum murinum различной илоидноспи с Hordeum vulgare // Тез, докл. симпозиума «Проблемы репродуктивной биологии растений» Пермь, 1996, С, 153-155.

10. Chernov V.E. Cytogenetics] instability of. interspecific Hordeum hybrids // Proc. Intern. Symp. «Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant Improvement». Tulln,Austria, 1997.P.46,

11. Pendinen G.I., Chernov V.E. Cytogenetic peculiarities of genome interaction in interspecific and intergeneric hybrid in connection with evolutionary origin of parental Hordeum species// Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant Improvement. Ed, by T.Leiley, Wien, Austria, 1998. P. 154-161.

12. Solntseva M.P., Pendinent G.I., Chernov V.E. Haploids in crosses Hordeum таппит{4к}хН.vulgare// Apomixis Newsletter. 1998. N 10 . http:// 192.100.189.39

13. Пендинен Г.И., Чернов В.Е. Цитогенетичсскне особенности межвидовых и межродшыл ! иоридив Hordeum в еннзи с Эволюцией родительских видов // Тез.докл. Международной коифер. «Проблемы интродукции растений и отдаленной гибридизации».ГБС, Москва. 1998. С.400-402

14. Чернов В.Е., Ханина А.С., Пендинен Г.И. Цитогенетическая стабильность регенерацнонного потомства при микроразмножении in vitro гибридов различного геномного состава, полученных с участием Hordeum procerum Nevski.// Тез.докл. Международной конфер. «Проблемы интродукции растений и отдаленной гибридизации». ПБС, Москва. 1998. С.494-495.

15. Pendinen G.I., Chernov V.E. Peculiarities of postgamous incompatibility and embryo development in crosses of Hordeum vulgare L. with H.murinum L, (2x, 4x, 6x) !! Abstracts of Xth International Conference of Plant Embryology «From Gametes to Embryos», Nitra, Slovak Republic, 2001, p.58,

16. Чернов В.Е., Пендинен Г.К, Возможности использования в декоративных целях и особенности михроклонального размножения дикорастущих видов Hordeum Н Научные труды Литовского Института Садоводства и овощеводства и Литовского Сельскохозяйственного университета. Садоводство и овощеводство. 2001. 20{4)2. С. 124-131,

17. Pendinen G., Chernov V. Some peculiarity of postgamous incompatibility during embryogenesis in crosses of H.vulgare with wild Hordeum species // Abstracts of XVI] Internationa] Congress on Sexual Plant Reproduction «Sexual plant Reproduction in Nature and the Laboratory», Lublin, 2002, p. 112.

18. Pendinen G.I., Solntseva M.P., Chernov V.E. Interaction of parents genomes in embryogenesis of different interspecific Hordeum crosses // Plant reproduction: From Mendel to Molecular Biology. IX International Conference on plant "Embryology. Book of Abstracts. September, 1-3.2003. Bmo. Czcch Republic. P.105.