Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гормональная регуляция роста и развития высокорослой и мутантной карликовой линии хлопчатника

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Гормональная регуляция роста и развития высокорослой и мутантной карликовой линии хлопчатника"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи УДК 581.143

ХАИТОВА Зулфия Раджабовна

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РОСТА И РАЗВИТИЯ ВЫСОКОРОСЛОЙ И МУТАНТНОЙ КАРЛИКОВОЙ ЛИНИИ ХЛОПЧАТНИКА (СОЗБУРШМ НШБитиМ Ь.)

(03.00.12 — физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1991

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР.

Научные руководители—доктор биологических наук, профессор В. И. Кефгли, кандидат биологических наук, с. н. с. 3. Л. Миляева, кандидат биологических наук, доцент М. Ф. Абзалов.

Официальные оппоненты—доктор биологических наук, профессор Н. П. КораблеЕа, кандидат биологических наук И. П. Ермаков.

Ведущее учреждение — Главный Ботанический сад АН СССР.

Защита состоится « !д» КуО^?]^......1991 г.

в «(3 » часов на заседании специализированного совета по присуждению ученой степени кандидата биологических наук К.002.45.01 при Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР по адресу: Москва, 127276, Ботаническая ул., 35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР.

Автореферат разослан « . 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета — канд. биол. наук

Л. И. Сергеева

' ОйДАЯ МРАкТКРИШКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время' одной ко основных проблем селекции хлопчатника является получение низкорослых и карликовых сортов с компактным кустом и дружным созреванием коробочек. Использование сортов с названными характеристиками позволит повысить загущенность посевов, эффективнее использовать машинную уборку и сократить сроки сбора урожая.

Однако группа карликовых сортов хлопчатника пока еще малочисленна. Прежде всего, ото объясняется сложностью их получения. Кроме того, не хратает систематизированных данных по генетике.морфологии, физиологии и биохимии карликовости. До сих пор не ясен вопрос о гормональной регуляции формирования карликовости. Определение содержания гормонов у различных типов генетических карликов не дало однозначных результатов. У карликовых форм ряда видов растений С Gerard etal., 1972; Riscb, 1976; Hota, Israelatman 1978; Наджимов,1983) было обнаружено меньшее содержание гибберел-линов, чем у высокорослых. В то же время, были выявлены низкорослые растения, характеризующиеся более высоким содержанием гибберел-линов или не отличающиеся по его содержанию от высокорослых форм ( Suge, Uurakami, 1968; Команова, Прилюк,1980; Stoddart, 1984). У карликовых растений табака и гороха отмечено повышенное содержание АБК (Ложникова и др. ,1987; Коф,1991), между, высокорослой и карликовой формами сои различий в содержании этого гормона не наблюдалось ( Койа et al., 1989). Особый интерес представляют работы, в которых проведено сопоставление содержания гормонов с генетической характеристикой различных типов карликов. Так, было установлено, что генетические различия между высокорослыми и карликовыми мутантными формами кукурузы и риса основываются на различии в синтезе одного или нескольких гормонов ( Phianey, 1985;

КиговосЫ,1984) •

В связи с изложенным, изучение гормональной регуляции роста 'и развития генетически охарактеризованных карликовой ¡л высокорослой линий хлопчатника имеет не только теоретическое значение, но несомненно актуально для селекции карликовых сортов.

Цель и за,дачи исследования. Целью работы было изучение особенностей гормональной регуляции роста и развития растений Двух

инбредных линий хлопчатника: высокорослой и моногенной мутантной й

карликово В работе были поставлены следующие задачи:

- дать сравнительную характеристику роста и развития растений высокорослой и карликовой линий;

- выявить особенности заложения и дифференциации верхушечных и боковых почек главного стебля растений высокорослой и карликовой линий;

- определить уровень эндогенных фитогормонов (гиббереллинов,ауксинов, цитокининов, абсцизовой кислотй) на отдельных фазах онтогенеза растений высокорослой и карликовой линий.

Научная новизна. Впервые было выявлено, что карликовые растения линии Л-501 характеризуются более высокими темпами прорастания семян, вегетативного роста, более ранним переходом к фазам бутонизации-, цветения и плодоношения по сравнению с растениями высокорослой линии Л-463. При сопоставлении содержания фитогормонов с особенностями роста и развития данных линий, обнаружен более высокий уровень гиббереллинов и цитокининов и верхушках . стеблей карликовых растений на всех изученных фазах онтогенеза. Ёйявлено низкое содержание ИУК и АБК в период остановки роста, б фазу цветения. Показано, что остановка роста стебля у карликов связана с формированием фасциации и ингибированием образова-

.ния новых междоузлий, что сопровождается многократным увеличением содержания цитокининов в верхушках. Проведенная экзогенная обработка зеатином растений высокорослой линии позволила экспериментально вызвать формирование фасциации, т.е. смоделировать торможение роста стебля растений высокорослой линии Л-463. Кроме того, установлено, что образование фасциации основано на индукции и последующей дифференциации разнопорядковых меристем в апикальной почке.

Практическая значимость. Настоящая работа направлена на развитие теоретических представлений о гормональной регуляции формирования карликовости у растений. Выявленные морфологические, анатомические и гормональные особенности карликовой линии Л-501 позволят более эффективно использовать эту линию в селекционно-генетической практике при выведении низкорослых и карликовых сортов хлопчатника. Установленный факт об определяющей роли цитэки-нинов в формировании карликовости у линии Л-501 указывает на возможность использования синтетических аналогов этого гормона для получения низкорослых и карликовых форм.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на расширенном семинаре биолого-почвенного факультета Ташкентского Государственного Университета (Ташкент,1987), на заседании Круглого стола "Фитогормоны и геном растений" (Москва,1989), на расширенном семинаре лаборатории природных и синтетических регуляторов роста растений ИФР АН СССР (Москва,1989), на Всесоюзном совещании по проблемам генетики, развития (Ташкент,1990).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано б работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части,

обсуждения результатов, заключения, выводов, списка цитируемой литературы (26.0 источников, из которых УГ^ца иностранных языках). Работа изложена на /■?■? страницам машинописного текста, .содержит 5 таблиц, 23 рисунка^

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ йССЛЕДОВАШ

Объектом исследования послужили растения двух инбредных линий хлопчатника йодаур!ит 1игви-Ьша Ь., полученные из одного сорта в проблемной лаборатории частной генетики хлопчатника Ташкент ского Гос.Университета М.Ф.Абзаловцм и Г.Н.Фатхуллаевой. .Линия Л-463 вццелена путем самоопыления и отбора из сорта Акстафа 43. Мутантная линия Л-501 получена путем самоопыления и отбора из потомства спонтанного мутанта, выявленного среди сортовой популяции сорта Акстафа 43.

Линия Л-463 - высокорослая, высота стебля 92-14,4 см, форма листовой пластинки - пальчатодольчатая. Линия Л-501 - карликовая, высота стебля 55,5-9,5 см, листовая пластинка - цельная. Листовая пластинка карликовой линии характеризуется меньшей площадью, более крупными устьицами и эпидермальными клетками, большей толщиной мезофилла, обусловленной более крупными размерами клеток его составляющими (табл.1).

Ранее проведенный генетический анализ показал, что мутация у растений карликовой линии - моногенная.(Абзалов, фатхуллаева, 1979). Результаты цитологического анализа микроспорогенеза, полученные в нашей работе, выявили,.что мутантная карликовая линия Л-501 характеризуется нормальной бивалентной конъюгацией хромосом на стадии ыетафазы I мейоза и высоким мейотическим индексом (37,34/5) 4 что также указывает на точковую природу мутации у этой линии. Основное фенотипическое проявление мутантного гена

-М-

Таблица I

Анатомические признаки структуры листовой пластинки

Объект исследо- Площадь лис товой пластинки , кв.см - Число эпидермальных клеток на кв.мм Толщина мезофилла, ■ мкм

вания верхняя эпидерма нижняя эпидерма

Линия Л-463 125,7+6,8 278,1+12,2 301,5+9,2 475+2 7,1

Линия Л-501 45,7+3,2 171,1 ¿10,3 205,7+11,9 577,5+28,7

In1 ( integri. leaf), представленного у карликовой линии в доминантном гомозиготном состоянии ( In^Ia1) - это развитие цельной формы листовой пластинки. Признак карликовости является феногипи-ческим проявлением плейотропии мутантного гена In1 (Абэалов, 1981). У растений высокорослой линии форма листа пальчатодольча-тая, ген In1 представлен в рецессивном гомозиготном состоянии, ( in1!!!1). •

Наблюдения за ростом и развитием. Растения выращивали на экспериментальном участке проблемной лаборатории частной генетики хлопчатника ТашГУ. Начиная со дня появления всходов в различные сроки проводили промеры высоты главного стебля, подсчет числа междоузлий,, отмечали бутонизацию и цветение. Параллельно проводили наблюдение за ветвлением стебля.

Микроскопические исследования. Для изучения морфогенетиче-ских процессов в апикальных стеблевых меристемах использовали верхушечные почки, собранные в определенные сроки: 1,10,15,25,30, 35,40,45 день со дня появления всходов. Для приготовления постоянных препаратов верхушечные почки фиксировали в смеси Карнуа,обезвоживали й заключали в парафин. Срезы толщиной 7-9 мк получали на ротационном микротоме ( Reihert, Австрия) и окрашивали гематокси-

линои по йрлиху. Было просмотрено более 50 срезов из 8-10 почек каждого варианта. Постоянные препараты изучали с помощью микроскопа "Ergaval" ( Carl Zeiss, f'A?). Для получения схематических рисунков пользовались окулярами 7х, Юх, 1Ьх и объективами хЗ,хЮ, х20. Рисунки сделаны с помощью рисовального аппарата РА-7, микрофотографии на установке - tóf-matic (ГДР) при увеличении 7x10.

Определение активности эндогенных Дотогормонов проводили на четырех фазах развития: прорастания семян, вегетативного роста, бутонизации, цветения- Семена для анализа фитогормонов замачивали в течение 24 часов в водопроводной воде, затем проращивали во влажной фильтровальной бумаге при t - 25°С. Для анализа фитогормонов были использованы ткани проросших семян и апикального участка главного стебля длиной 3-10 см, включающие стеблевые апексы и молодые листья.

Биологическую активность гиббередлинов определяли с помощью теста, основанного на удлинении гипокотйлей салата Lactuca sativa сорта Берлинский под действием гиббереллина { Prankland, Wareing,1960; .Агнистгкова,1966).

Биологическую активность цитокининов определяли с помощь» •геста, основанного на стимуляции образования пигмента бета-цианина проростками ширицы Amarantus caudatue под действием цитокининов в присутствии L-тирозина ( Biddingtoa, 1973; Мазин и др., 1976).

Биологическую активность ауксинов и абсцизовой кислоты определили с помощью теста, основанного на удлинении отрезков коле-оптилей пшеницы Tri tiо um vulgare сорта Альбидум 43 (Власов и SP-,1979).

Активность гиббередлинов, цитокининов и ауксинов выражали соответственно в эквивалентах ГКд, БАЛ и ИУК, соотнося их с дан-

-É- "

ными концентрационных кривых.

Для идентификации к количественного определения абсиизовой кислоты с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖО эфирную фракцию этанольного экстракта подвергали предварительной очистке на бумаге Ленинградская средняя (система растворителей - иэопропанол:аммиак:вода - 10:1:1) и затем на пластинках с тонким слоем силикагеля - Silufoi-254 (ЧССР) (система растворителей - хлороформ:метанол:вода - 70:12:0,5). Элюат зоны хроматограммы с ftf, соответствующей стандарту АБК, упаривали досуха в токе инертного газа. Сухой остаток, растворенный в метаноле, использовали для анализа на жидкостном хроматографе Ultrarae ISK 545 ЕАВ (Швеция), колонка Ultrarac prepaked Colman Li Chrosorb Яр - 8,4x250 мм, рабочий раствор - ацетонитрил: вода: уксусная кислота - 55:44:1. Скорость штока 1,5 мл/мин (Дейл.Ма-цек,1978; Энгельгардт,1988; Creelman, Zeevaart, 1987; Филимонова М.В.,1988).

Экзогенная обработка эеатином (200 мг/л) проводилась ка 25 проростках (на стадии 5 и 7 настоящих листьев) высокорослой линии Л-463 путем шестикратного нанесения по 20 капель раствора на апикальную почку стебля в течении 3-х часов. Контрольные растения в те же сроки обрабатывали водой. Дважды, через 30 и 45 дней со дня последней обработки, измеряли высоту растений и визуально оценивали состояние верхушки стебля на образование фасциации.

Данные всех экспериментов обрабатывали с помощью методов математической статистики (Урбах,1963; Доспехов,1988). Различия считали достоверными при уровне значимости Р=0,9$,

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Особенности роста и развития. Прорастание семян, развитие йервого настоящего листа, формирование и развитие последующих

осевых листьев и междоузлий главного стебля карликовой линии происходит ускоренными 'темпами по сравнению с высокорослой пинией, что определяет большую высоту растений карликовой линии в течение фаз вегетативного роста и бутонизации (рис.1А,В). С наступлением фазы цветения у этой линии рост за счет формирования новых междоузлий прекращается (рис.1Б,В). В то же время растения высокорослой линии продолжают расти, в силу чего к концу вегетации они имеют значительно большую высоту по сравнению с карликовой линией. Било выявлено, что растения карликовой линии переходят к бутонизации, цветению и плодоношению раньше чем растения высокорослой линии (рис.1,В),

Особенности развития апикальных и боковых почек главного стебля. Апикальные почки однодневных проростков двух изучаемых линий хлопчатника имели типичное для почек проростков строение (рис.2 а,б). У Ю-15 дневных растений апикальная почка характеризовалась более крупными размерами и имела 4-5 листовых примордия, в пазухах которых были расположены меристематические бугорки - зачатки боковых почек стебля (рис.2 в,г). Исследования показали,что у многих.растений переход к цветению сопровождается потерей апикального доминирования и ускорением заложения боковых почек (Бер-нье и -др.,1985). Проведенное сравнительное изучение продольных срезов апикальных почек у изучаемых линий выявило., что переход к'репродуктивному развитию характеризуется ускоренной дифференци-' ацией в акропетальном направлении зачатков боковых почек, которые •й конце концов достигают пазухи последнего листового примордия. По мере роста и развития растений в пазухах четвертого, пятого и выше осевых листьев формируются симподиальные ветви, на которых в дальнейшем развиваются многочисленные бутоны.

У растений карликовой линии Л-501 снятие апикального домини-

в

1С

44 53

дни ог появления всходов

Рис.1.Высота стебля (А)»образование междоузлий стебля (Б), прохождение фаз онтогенеза (В) мутантной карликовой линии Л-501 (И ,1) и высокорослой линии Л-463 (О ,2) хлопчатника: а-вегетативный рост; б-фаза бутонизации; в-цветения; г-плодо-ношения

Г.У:'//>,41 *

а б в г

рования, ускоренная дифференциация меристематических бугорков, являющихся зачатками боковых симлодиальных побегов, отмечались раньше - в конце первого месяца вегетации, тогда как у растений высокорослой линии Л-463 это происходило лишь в начале второго месяца вегетации. Сравнение продольных срезов апикальной почки 20-25 дневных растений свидетельствует о том, что степень дифференциации меристематических бугорков зачатков боковых почек у кар-

Рис.2.Схемы продольных срезов апикальных почек у хлопчатника линии Л-463 (а,в,д) и линии Л-501 (б,г,к): а,б - 10-15 дневного растения;

д,ж - 20-25 днекного растения

Л ж

ликовой линии гораздо более продвинута, чем у высокорослой (рис.

2 д,ж). Растения карликовой линии переходили к бутонизации на

10-12 дней раньше, чем высокорослой линии.

Образование [Медиации у растений карликовой линии Л-501. У растений карликовой лйнии с переходом к цветению своеобразное изменение ветвления приводило к образованию фасциации, рост в высоту прекращался. (Классическое определение фасциации - деформация побегов растений, происходящее в результате мощного разрастания оргйнов и ткйней (Данилова, 1Э61). Микроскопические исследования • стеблеви< апикальных меристем позволили построить общую схему образования фасциации у растений линии Л-501 (рис.3). У карликовой линии в фазу бутонизации происходило изменение порядка и скорости дифференциации пазушных меристем апикальной почки. Недифференцированные меристематические бугорки апикальной почки, являющиеся . зачатками будущих боковых симподиальных побегов главного стебля, образовывают меристемы второго порядка, а затем меристемы третье' 1С-

го и более высоких порядков. Заложение этих меристем происходит ускоренными темпами. На рисунке 4 (б) представлены контуры продольного среза апикального участка главного стебля на начальных этапах образования фасциации в фазу ранней бутонизации, п то время, когда сформированные разнопорядковые меристемы резко различаются по степени дифференциации. В фазу массовой бутонизации видно, что сформировавшиеся почки мало отличаются друг от друга по степени дифференциации (рис.4 г,д). По мере развития

Г 2

Рис.3. Схематическое изображение продольных срезов апикальной почки на разных этапах образования фасциации у карликовой линии Л-501 хлопчатника:

1 - перед началом образования фасциации;

2 - в момент образования меристем второго порядка;

3 - в момент образования меристем третьего порядка;

4 - в момент образования меристем более высокого порядка

разнопорядковые меристемы дифференцируются в отдельные почки,которые в свою очередь развиваются в симподиальные побеги. В результате заложения множества почек на верхушке стебля и отсутствия образования новых междоузлий главный стебель в верхней части постепенно становится ребристым, расширяется, разветвляется на побеги - образуется фасциация. У цветущих растений высокорослой линии изменений в структуре ветвления не наблюдается.

Рис.4. Контуры продольных срезов стеблевых апикальных почек у хлопчатника линии Д-463 Са,в) и линии Л-501 (б,г,д): а,б - в фазу ранней бутонизации; а,г,д - в фазу массовой бутонизации

Изменение эндогенного уровня фитогормонов у растений высокорослой. Л-463 и мутантной карликовой Л-501 линий хлопчатника в ходе онтогенеза. Дня выявления особенностей гормональной регуляции роста к развития у.растений 2-х линий хлопчатника было проведено сравнительное изучёййе содержания фитогормонов на отдельных фазах онтогенеза.

Гябберёйлины. У изучаемых линий хлопчатника наблюдалось повышение уровня эндогенных гиббереллинов в ходе онтогенеза, причем у карликовой линии Л-501, этот уровень, на всех исследованных фазах бьш' выше, чем у растений высокорослой линии Л-463 (табл.2, рис.5). Необходимо отметить, что наибольшая разница в содержании Гиббереллинов между линиями наблюдалась в первый месяц вегетации в фазу прорастания семян и активного вегетативного роста, а к концу второго месяца - в фазу репродуктивного развития эта разни- -¿г-

ца была значительно меньшей.

В литературе тлеются данные о повышении содержания гибберел-линов во время прорастания семян, например, у таких растений как лещина ( Hoss, Вгас1ЬзегД971), клен татарский (Далецкая,19Ь0), горох ( Обручева и др.,1985).фасоль (Бабинец, Ситник,I9ö5). Повышение содержания гиббереллинов при переходе к репродуктивному развитию было отмечено у растений табака (Лотшикова и др., 1962; Негрецкий и др.,1985), сосны (Ларионова,1979; Galoch, uichniewicz, 1978), риса ( Zuzuki et al., I9BI). Результаты ряда исследований показали, что высокое содержание гиббереллинов коррелирует с интенсивностью ростовых процессов ( Üaada et al., 1973; Dunberg,. 1976; Van Staden, 1977). В нашей работе выявленные различия в темпах роста и развития и в изменении уровня гиббереллинов у изучаемых линий позволяет сделать следующее заключение: ускоренное прорастание семян, высокие темпы вегетативного роста, более ранний переход к репродуктивному развитию растений карликовой линии коррелируют с более высоким содержанием гиббереллинов в тканях..

Ауксины. Определение содержания ауксинов в тканях апикальной части стеблей изучаемых линий хлопчатника в фазу бутонизации и цветения выявило более высокий уровень ауксинов у карликовой линии по сравнению с высокорослой (табл.2, рис.5). Вместе с тем, если в фазу бутонизации различие в содержании ауксинов между 2 линиями было незначительным, то в фазу цветения оно существенно усиливалось. В этот период наблодалось значительное повышение уровня ауксинов у растений высокорослой линии, рост которых продолжался, в то время как у растений карликовой линии наблюдалось значительное снижение уровня ауксина, что совпадало с прекращением роста главного стебля.

-J3-

Таблица 2

Содержание фитогормонов в верхушках главных побегов линий Л-463 и Л-501 хлопчатника

Объект Время с Фаза развития Число Вещества мкг-г~^ сухой массы

исследования момента прорастания междоузлий с гибберел-линовой активностью в эквиваленте к ГК3 с цитокини-новой активностью в эквиваленте к ЕАП с ауксино-- вой актив- ностью в эквиваленте к ЙУК Ш

Л-463 Л-501 ■ 2С час. Прорастание семян - 0,48+0,13 6,52+0,50 11,64+1,24 15,44+1,77 -

Л-463 : Л-501 28 сут. Вегетативный рост Ранняя бутонизация 2-3 4-5 2,49+0,62 7,19+1,12 12,18+1,29 19,78+2,63 -

Л-463 Л-501 - 49 сут. Ранняя бутонизация Массовая бутонизация 5-6 9-10 4,60+0,14 8,31+1,37 7,17+1,59 18,32+2,27 1,73+0,57. 1,32+0,20

Л-463 62 сут. Начало цветения 11-12 7,70+2,29 41,65+6,37 5,06+2,84 8,24

Л-501 57 сут. .Цветение 13-14 10,98+3,34 100,84+10,21 0,44+0,09 3,31

гиббереллин1' аухсин"

И

felO

0 «1

3 9 «£

1 8

ù 7

а> л §4

<Ь .

S з

к «о

fiI

> 6 § 5

О)

£ 4

rnca о SE и .0

к I

£

абсцизовая кислота

s 7 о ' о в) ß 2 °

ЦКТОКИНИН" 102

85

К* 2

с-X

» т

IL

&

о OS

s

"К

о

§ 40

44

£40 36

è 32

1 -22

5 18

g 14 ffi

£ ю

со

è в

2 4

7

Рис.5. Содержание гиббереллинов, ауксинов, цитокининов АБК (в мкг/г сух.массы в эквиваленте ГК^, ИУК, АЕК, БАЛ - соответственно) в тканях верхушек стеблей растений хлопчатника (фаза цветения): О - высокорослой линии Л-463; gj - карликовой линии Л-501

Абсцизовая кислота. Определение содержания АБК у изучаемых линий прёдставляло интерес в связи с выяснением роли этого гормона в.процессе торможения роста стебля у цветущих растений карликовой линии Л-501. В литературе имеются данные о высоком содержании АБК у карликовых форм табака и гороха (Ложникова и др., 1967; Коф,1991). Кроме того, экзогенное введение АБК приводило к ингибированию ростового процесса. Например, обработка АБК полностью подавляла рост побегов у_ Acer rubrum ( Perry, Helmersp 1973), v яблонь ( Hobltaille, Carlson, 1971), рост побегов и распускание почек у Salix viminalis (Кефели,1965; Sauadera et al., 1974).

- A?'"

Наши исследования показали, что в период торможения роста стебля содержание АВК в тканях апикальной части стеблей растений карликовой линии было в 2,5 раза меньше, чем у активно растущих растений высокорослой линии (табл.2,рис.5,б). Полученные результаты свидетельствуют о том, что торможение роста стебля растений карликовой линии Л-501 не связано с высоким содержанием АЕК. Эти данные согласуются с результатами, полученными в серии исследований, проведенных на горохе. У карликового и высокорослого гороха существенных различий в содержании АБК не было обнаружено (Ваг-

пев, 1972; Н±ее1пв, Вопле8,1974: ОогП1пс,1973)

АБК

Б * В

¿А.

АВК

II н|щ

8 Ч О

8 Ч &

Рис.6. Жидкостная хроматография: А-стан-дартного образца АБК; Б-АЕК из тканей верхушек стеблей растений линии Л-463; В -АБК' из тканей верхушек стеблей растений карликовой линии Л-501 (ВЭЖХ,хроматограф иЗЛгарас ТБК 545» Швеция)

Ч О Время, мин

Дитокинины. Анализ эндогенных цитокининов выявил общее для изучаемых линий повышение уровня этих веществ в ходе онтогенеза. На всех исследованных фазах у карликовой линии уровень цитокининов был выше, чем у высокорослой линии.

Ускоренному прорастанию семян карликовой линии соответствовало большее содержание цитокининов по сравнению с таковым у высокорослой линии. В литературе есть указания на то, что цитокини-ны активно участвуют в процессах прорастания семян, поскольку при достижении определенной пороговой концентрации подавляют действие

веществ,задерживающих этот процесс (Brown, Van Staden, 1973; Позднова, Капронова,1981; Khan, 1982). Этот факт позволяет допустить, что более высоким темпам прорастания семян карликовой линии способствовал, в определенной степени, более высокий уровень цитокининов в тканях. Было выявлено, что более ранние сроки перехода к репродуктивному развитию растений карликовой линии, коррелируют с более высоким уровнем цитокининов. При этом, между изучаемыми линиями наибольшее различие в уровне цитокининов наблюдалось именно в фазу цветения: в этот период содержание цитокининов у карликовой линии было в 2 раза больше, чем у высокорослой линии. В литературе также имеются данные о возрастании содержания цитокининов при переходе к цветению, например Perilla ( Beever, iVoolhouae, 1973), фасоли ( Heide et al., 1982). Кроме того косвенным свидетельством участия цитокининов в процессах связанных с переходом к цветению, служат результаты работ, где у растений многократной обработкой боковых почек цитокининами удалось вызвать их ускоренную дифференциацию и последующее формирование репродуктивных органов ( Тгаа Thanh Van,1965; Iabell, Morgan, 1982).

Таким образом, было обнаружено, что растения высокорослой Л-463 и карликовой Л-501 линий хлопчатника отличаются особенностями роста и развития, а также изменением содержания изученных гормонов в ходе онтогенеза.

Влияние зеатина на образование фасциации у высокорослой линии хлопчатника Л-463. У цветущих растений карликовой линии индукция и последующая дифференциация разнопорядковых меристем в апикальной почке и ингибированке образования новых междоузлий приводит к формированию фасциации верхушки стебля.Исследования пока-'зали, что у Capparis spinoaa (Сафразбекян,1990) Fragaria sp (Äugest ö&i Jimgni ckel,1983)» Phaseolus vulgaris (Anders on et al•t

1982) при продолжительном субкультивировании на средах, содержащих высокие дозы цитокининов, образуются фасциации.

Тот факт, что у исследуемой в работе карликовой линии JI-50I хлопчатника в фазу бутонизации и цветения содержание цитокининов в тканях апикальной части стеблей было значительно больше, чем у . растений высокорослой линии, позволяет допустить, что формирование фасциации связано с высоким содержанием этого гормона. При этом необходимо отметить, что у карликовой линии больший уровень цитокининов, в основном, определялся цитокининами зоны хромато-граммы с af 0,7-0,8, соответствующей зеатину.

Для проверки вывода об определяющей роли цитокининов в образовании фасциацк.1 была проведена обработка эеатином растений высокорослой линии Л-463. Среди обработанных растений были выделены низкорослые экземпляры, у которых на верхушке главного стебля образовалась фасциация. Морфологическое описание таких фасциаций не обнаружило каких-либо отличий от фасциации, характерной для карликовой линии Л-501.

В целом, было выявлено, что растения высокорослой Л-463 и карликовой Л-501 линий различаются морфологическими, анатомическими и гормональными особенностями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Были изучены две инбредные линии хлопчатника Goasypium hir-eutum 1» Линия Л-463 - высокорослая, линия Л-501 - мутантная карликовая. Генетический анализ, а также цитологический анализ микроспоро генез а показали, что мутация у растений карликовой линии Л-501 - моногенная, мутантный ген In1 ( Integri leaf). Основное фенотипическое выражение мутантного гена Га1 - это цельная форма листовой пластинки (Абзалов, Фатхуллаева,1979). Сравнение анатоыи-

ческих признаков листовых пластинок изученных линий показало укрупнение клеток верхней и'нижней эпидерм, уменьшение площади.увеличение толщины мезофилла у карликовой линии.

В работе выявлен ряд особенностей, характеризующих высокорослую Л-463 и карликовую Л-501 линии хлопчатника на отдельных фазах онтогенеза, проявляющихся в ростовых и формообразовательных процессах. Эти особенности носят как общий характер для растений обеих линий, так и имеют некоторые отличия, присущие каедой из них. Вследствии того, что у карликовой линии прорастание семян, формирование проростка и последующее образование междоузлий в течение первых двух месяцев вегетации происходили более высокими темпами по сравнению с высокорослой линией, они имели и значительно большую высоту главного стебля в течение всего зтого периода. С наступлением фазы цветения рост за счет формирования новых междоузлий прекращается. В то же время, растения высокорослой линии продолжают расти и к концу вегетации они имеют значительно большую высоту по сравнению с растениями карликовой линии. Ускоренным темпам прорастания семян и вегетативного роста карликовой линии соответствовало и более высокое содержание гиббереллинов и цитоки-нинов.

Сопоставление временного хода морфологических изменений в . стеблевых почках растений изучаемых линий показало, что снятие апикального доминирования, ускоренная дифференциация зачатков боковых симподиальных побегов предшествовало переходу к репродуктивной фазе развития. У карликовой линии проявление признаков перехода к репродуктивному развитию и сам переход наблюдались в более ранние сроки, что коррелировало с большим содержанием гиббереллинов и цитокининов по сравнении с высокорослой линией. Остановка

роста стебля цветущих растений мутантной карликовой линии связана с Фасциацией верхуыки, основанной на индукции из недифферекци-рованннх меристекатических бугорков апикальной почки разнопорядковых меристем и ингибирозачии образования новых междоузлий. Сравнительное изучение гормонального статуса цветущих растений изучаемых линий выявило, что у растений мутантной карликовой линии в период остановки роста в высоту большее содержание гибберелли-нов и цитокининов и меньшее - ауксинов и абсцизовой кислоты по сравнен™ с таковым у продолжающих расти растений высокорослой линии. Полученные данные свидетельствуют о том, что остановка роста стебля не связана с недостатком гиббереллинов ( ЬосЬагд et аХ., 1976), а также, не определяется высоким содержанием абсцизовой кислоты (Кефели,1965; НаппеХоге, 1973). У карликовой линии была установлена положительная корреляция между повышенным содержанием цитокининов и индукцией морфогенетических процессов. в апикальной почке, определяющих образование фасциации. Проведенная нами обработка зеатином позволила экспериментально индуциро- . вать образование фасциации у высокорослой линии. Наряду с литературными данными, результаты обработки послужили подтверждением вывода об определяющей роли цитокининов в процессах образования фасциации.

Таким образом, карликовая линия Л-501 от высокорослой Л-463 отличалась ускоренным ростом и развитием, образованием фасциации верхушки главного стебля и остановкой роста в высоту. Катодой из этих особенностей соответствовал определенный уровень фито-гормонов. Выше было отмечено, что различие генотипов изучаемых линий определяется функционированием одного гена 1а1. Следовательно, мутантный ген 1л1 обладает плейотропным эффектом, проявляющимся как на морфологическом, анатомическом, так и на физиологи' -20-

ческом и биохимическом уровнях.

ВЫВОДЫ

1. Сравнительное исследование двух инбредных линий хлопчатника высокорослой Л-463 и карликовой Л-501, выявило ряд различий ростовых и формообразовательных процессов в ходе онтогенеза.

2. Показано, что растения карликовой линии Л-501 характеризуются более высокими темпами прорастания семян, вегетативного роста, более ранним переходом к фазам бутонизации, цветения и плодоношения по сравнению с растениями высокорослой линии Л-463. ■

3. Обнаружены существенные различия в изменении содержания фитогормонов в тканях апикальной части стеблей растений карликовой и высокорослой линий в ходе онтогенеза. Ускоренные темпы прорастания семян, вегетативного роста, более ранний переход к репродуктивному развитию растений карликовой линии коррелируют с более высоким содержанием гиббереллинов и цитокининов.

4. У цветущих растений карликовой линии Л-501 в период остановки роста стебля обнаружен значительно более низкий уровень ИУК и АЩ по сравнению с таковым у продолжающих расти в высоту растений высокорослой линии Л-463.

5. Установлено, что остановка роста стебля и формирование фасциации у цветущих растений карликовой линии Л-501 основана на индукции и последующей дифференциации разнопорядковых меристем из меристематических бугорков апикальной почки и ингибировании образования новых междоузлия. .

6. Выявленное у растений карликовой линии Л-501 в период образования фасциации существенное возрастание уровня цитокининов

в тканях апикальной части, а также, непосредственная стимуляция образования фасциации у высокорослой линии Л-463 под влиянием об-

работки зеатином, свидетельствуют об определяющей роли цитокини-нов в формировании фасциации у этой линии.

7. Особенности роста и развития, а также морфологические, анатомические и гормональные особенности моногенной мутантной карликовой линии Л-501 хлопчатника, выявленные путем сравнения с высокорослой линией Л-463, отражают плейотропный эффект функционирования мутантного гена In1 (Integri leaf).

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Абэалов М.Ф., Фатхуллаева Г.Н., Хаитова З.Р., Наджимов

У.К. О значении плейотропии в изучении вопросов генетики // Материалы III Всесооного совещания "Генетика популяции", 1985, Саратов. С.56-7.

2. Абзалов М.Ф., Хаитова З.Р., Фатхуллаева Г.Н. О спектре плейотропии мутантного гена In1, контролирующего цельнокрайнюю форму листовой пластинки // "Генетика и селекция растений". Тезисы докладов У съезда Всесоюзного общества генетиков и селекционеров. 1987. Москва. г.1У, 4.1.с. 4-5.

3. Миляева Э.Л., Хаитова 3.Р., Кефели В.И., Абзалов М.Ф. Особенности роста и развития растений и дифференциация почек у мутанта хлопчатника // Физиология растений. 1988, Т.35. В.2.С. 218-25.

4. Хаитова З.Р.,"Миляева ЭЛ., Кефели В.И., Абзалов М.Ф. Гормональная регуляция роста.и'развития у мутантной карликовой линии хлопчатника // "Регуляторы роста и развития растений". Материалы II Всесоюзной конференции по регуляторам роста и развития растений. Киев: Наукова думка, 1969. С.306.

5. Хаитова З.Р., Миляева Э.Л., Кефели В.И., Абзалов М.Ф. Гормональная регуляция роста и развития двух мутантных линий

хлопчатника // Физиология растений. 1369. Т.36. № 6. С.1ПО-Г7.

б. Хаитова З.Р., Абзалов М.Ф. Плейотропное действие мутант-ного гена 1л1, контролирующего цельнокрайнюю форму листовой пластинки в ходе онтогенеза хлопчатника // Генетика развития растений и животных. Тезисы докладов II Всесоюзного совещания "Генетика развития". 1990. Ташкент. С.178-79.

-2.3 -