Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование цитогенетической изменчивости сосны обыкновенной в природных популяциях Южного Урала

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Исследование цитогенетической изменчивости сосны обыкновенной в природных популяциях Южного Урала"

АКАДЕМИЯ НАУК ШАРУСИ ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ

На правах рукописи

КАЛАШНИК Надежда Александровна

УДК 575.17:576.316:582.475.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ОНТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СОСНЫ 0Б1ЖН0ВЕНН0Й В ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ ЮЕНОГС УРАЛА

■ Специальность 03.00.15 - генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск 1992 г.

Работа выполнена в Ботаническом саду-институте Башкирского научного центра Уральского отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Старова Н.В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Гончаренко Г.Г. кандидат биологических наук Дмитриева С.А.

Ведущее учреждение: Институт леса и древесины

им. В.Н.Сукачева СО РАН

сацнта диссертации состоится 9 нюня 1992 г. в чаоов на заседании специализированного совета К 0C6.02.0I по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.ОС.15 - генетика в Институте генетики и цитологии АН Беларуси по адресу:

220734, г.Минск, ул. ¿.Скорини, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я.Коласа АН Беларуси. 1

Автореферат разослан " ?■" мая 1952 г. Учений секретарь специализированного

совета, к.б.н. Е.В.Лобанок

Институт генетики и цитологии АН Беларуси, 1992 г.

¿ВЕдЕНИЕ

Актуальность темы. Под влиянием интенсивного лесопользования и антропогенного воздействия генетические ресурсы лесов Урала постоянно истощаются. Снижение генетического потенциала природных популяции лесных древесных растений может привести к потере их продуктивности и устойчивости. Сохранение и улучшение генофонда лесных древесных растении в настоящее время возможно лишь на основе использования знаний о генетической структуре природных популяции, механизмах воспроизводства генетической изменчивости и закономерностях микроэволкцчонных процессов в них. Популяционно-генетический подход с использованием в комплексе различных современных методов исследования, в том числе цитогенетических, представляет собой качественно новый этап изучения главных лесообразуюцих пород, являющийся теоретической основой для сохранения генетически ценных природных популяций и создания высокопродуктивных насаздении в будущем.

Цель и задачи исследований. Основной целью исследований является изучение цитогенетической изменчивости природных популяций сосны обыкновенной с разним уровнем дивергенции и степенью панмиксии, произрастающих в контрастных экологических условиях и различных природно-климатических зонах мшого Урала.

В задачи исследований входит: 1. Определение уровня изменчивости природных популяций сосны

обыкновенной на основе изучения структуры их кариотипов. '¿. Изучение популяционного полиморфизма активности ядрышкового

организатора хромосом. 3. Анализ спонтанного мутационного процесса на основе изучения хромосомных аберраций на разных стадиях митотического цикла.

- ч - '

Изучение популяционной цитогенетической изменчивости в связи с эволюционным преобразованием структуры кариотипа.

Научная новизна. Впервые проведено цитогенетическое исследование природных популяций сосни обыкновенной Южного Урала. Детально изучена структура кариотипов популяций с разным уровнем дивергенции. Показана зависимость изменчивости цитогенети-ческих признаков от условии произрастания, происхождения и формирования популяций. Установлено, что популяционный полиморфизм и активность ядрышкового организатора хромосом сосны обыкновенной имеет связь с адаптивностью популяций к условиям среды обитания. Горные популяции, произрастающие в экстремальных условиях существования, несмотря на небольшие объемы, характеризуются больпюй изменчивостью кариотипических признаков, что свидетельствует об устойчивости и пластичности их генетической структуры. Полученные данные явились подтверждением имеющейся схемы исторического расселения сосны обыкновенной в исследуемом регионе.

Практическая ценность. Полученные данные по цктогенетичес-коя изменчивости могут быть использованы для выделения генетически ценных природных популяций и резерватов. Возможно применение предложенных методов исследований для оценки и отбора природных популяций с различным уровнем генетической изменчивости в лвбом регионе. Полученные результаты используются при составлении комплексных программ генетического улучшения сосны обыкновенной Южного Урала и являются материалом для дальнейшего изучения, а также прогнозирования мккроэволиционных процессов, протекающих в природных популяциях.

Апробация, работы. Материал« по теме диссертации были доложены па республиканской конференции:"Роль молодых ученых и спе-

цкалкстов в ускорении научио-тбхничзского прсгссссь в се.г-ьско-хозяЛствен:.0!1 производство" (.Уфа, 19С6); км I Вогсокз::ои созе-чаш-И'.' по карпслст:;;; расп-::;■:"! {кикс::, па рег,".о;.::л£.ксЛ

конференции:н"ооледозакия по генетике к селокциа растмлГ. ка Урале" (Челябгкск, ISC7); кч П Всесоюзное. созидании по карпологии растений С-1овоо«бкрс:-:, 1>С>5); ьа йеаздкирод;.ом c:':..no3iiy;:e IIDiPO "Лесная генетика, селгкция i:: физиология древесных растений" (Воронеж, КС3); ка Международно:.: симпозиуме "Лесная генетика: охрана, воспроизводство и рациональное использование генетических ресурсов" ("фа, I95I); на S со?.ыцак::к по кариологии растений (Санкт-Петербург, 1992).

Публикации. Основные результата диссертации изложены з II печатных работах, k работы находятся в печати.

Структура п обгек работы, /.иссертация со сток? г.з введения, трех глаз (I - обзор литературу, П - район, объекты и методы исследования, !.'.' - результаты к обсуждение), еыводов, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 175 страницах каЕипспиского текста и включает 17 таблиц, 26 рисунков, 6С микрофотографий. В списке литература 272 работы, из них' 122 иностранных авторов.

ГЛАВА I. СБЗСР ЛИТЕРАТУРЫ

Анализируются литературные данные по генетической изменчивости лесных древесных растений, доказывается чрезвычайная важность популяционно-гекетичссккх исследований, являющихся научной основой мероприятий по сохранению генофонда. Рассматриваются вопросы цитогенетического изучения сосновых: родовая специфичность каркоткпов, их изменчивость в природных популяциях, особенности дифференциальной окраски хромосом, а также предполагаемые пути эволюции карьоткг.оз.

ГЛАЗА 2. РА^ОН, СЬ'ьЕКТи И МЕТСЛи ЙССЛЕДОЙАШЛ ¿.1. ларактсристика района исследований

Исследования проводились на киком Урале, территория которого по характеру рельефа подразделена на три основные части: западную, равнинно-возвииенную Шредуралье); центральную, горную (высокогорные массивы 1кного Урала) и восточную, возвышенно-холмистую (Зауралье), примыкающую к Сибирское платформе. Вытянутые с севера на юг горные хребты Урала создаст резкие различия в климатических условиях между Еаыкирским Предуральем, находящимся под влиянием теплых и насыщенных влагой атлантических воздушных масс, и районами Зауралья, подвергающимися воздействию более холодного климата Сибири. Горные районы Южного Урала также отличаютсл суровыми климатическими условиями (низкими температурами и большим количеством осадков).

В пределах изучаемой территории исторически выделяют две категории сосновых лесов (Попов, 1960):

1. Сосновые леса центральной части Южного Урала, юго-запада и

северо-востока Предуралья, которые согласно флористическим,

>

палеогеографическим и геоботаническим данным образовались к концу неогена;

2. Сосновые равнинные леса северо-запада Предуралья, являющиеся более молодыми, становление которых происходило в конце плейстоцена или голоцене.

Эти категории лесов также предположительно различаются по путям миграции на К-мши Урал: горние сосняки - через Казахский мелкосопочиик, равнинные - с севера вдоль западных отрогов Уральского хребта.

2.2. Объекты исследования

Для цитогенетического изучения било отобрано шесть пробных площадей сосни обыкновенной в различных природно-климатических зонах и экологических условиях произрастания (рис.1). представляющих Башкирское Ьауралье (.Учалинская), западное Предуралье (Еаранокая), северо-западное Предуралье (Дюртюлинская), центральную часть гор Южного Урала (Авалякская, Кремельская), южную часть горного Урала (Зилаирская).

Доказательство принадлежности этих пробных площадей к отдельным популяциям получено при изучении их генетической структуры при помощи изо$р-"ентних маркеров (Янбаев, 1959).

2.3. Методы исследования

Сбор растительного материала осуществляли ь осенне-зимний период, йишки с семенами собирали с 30 модельных деревьев, отобранных методом случайной выборки и по таксационным показателям, близким к средним по насаждению. Расстояния между деревьями определяли в 10-15 м, размеры пробных площадей составили 0,25-1.9 га.

Цитогеиетические исследования сосны обыкновенной проводили на ьеристематической ткани кончиков корешков проросших семян. Для кариологического анализа использовали методику приготовления давленых препаратов, модифицированную применительно к хвойным породам (.Правдин и др., 1972). Морфологию хромосом изучали на увеличенных микрофотографиях (обцее увеличение х2500). Исследовали 5С-2С0 метаданных пластинок из каждой популяции с учетом представительства всех модельных деревьев пробных площадей. Определяли абсолютную и относительную длину хромосом, цен-

УШ>СГ"»и О«"»"»

АССР

Т»т«рсм* 1 2

ют У "

Рис.1. Схема расположения пробных площадей: Ш - Шаранская; Д - Дюртюлинская; У - Учалинская; А - Авалякская; И - Иремельокая; 5 - Зилаирская.

Орвиеургсим оСл«ет.

1 - Насаждения с преобладанием сосны; 2 - насаждения с участием сосны; 3 - островные боры сосни; 4 - южная граница зоны с обедненным составом реликтовой флоры (Попов, 1980).

1

тромерный индекс, локализацию вторичных перетяжек и общую длину диплоидного набора.

Для характеристики и идентификации хромосом использовали метод построения поликвриограмм Шавулсоне, Иорданский, 1971). Отбор метафазных пластинок производили по суммарной' длине хромосомных наборов в узких интервалах спирализации хромосом. По-ликариограммы строились по значениям относительной длины хромосом и их центромерного индекса.

Определение различных показателей ндрдаковой активности проводили на основе исследований НО клеток и:? каждой популяции-

Экраску ядрышек проводили по методике Раттенсари (1951), ядер-ко-ядрышковые отношения определяли по весу их проекции на бумагу (Дуброва и др., 1979). ¿ля определении активности генов рРНК препараты готовили по методике Ьлкма (1976). Степень естественного мутационного процесса, протекающего в популяциях, определяли методами ана^азного и мета^азкого анализа хромосомных нарушений (Паушева, IS6l<).

В процессе цитогенетического исследования объектов использовали микроскопы МЬИ-6, ЖМАМ-'» (со счетчиком, регистрирующим интенсивность светового потока) и рисовальный аппарат РА—4.

Обработка полученных данных проведена с использованием ЭВМ типа Apple П-е, персонального компьютера марки IBM PC/AT, по современным статистическим методам, применяемым в популяционнол генетике.

ГЛАВА 3. ЦИТОГЕНБШЕСКАй ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОШ ОБЫКНОВЕННО;'!

В ПРИРОДНЫХ ПОПУЛ.-даХ иПОГО УРАЛА 3.1. Кариотипическая структура популяций

В результате исследований установлено, что кариотип сосны обыкновенной стабилен по числу хромосом (2п = 24). Метафазные хромосомы имеют крупные размеры (9-20 мкм), хорошо окрашиваются и четко выражены по форме. Согласно классификации корфометри-ческих типов хромосом по Левану (19с2)), 1-Х пары хромосом исследуемого объекта являются метацентрическнми, XI-ХП - субмета-центрическими. Использованный метод поликариограммного анализа позволил идентифицировать лишь 1, X, л1, ХП пары хромосом. В группе, хромосом П-IX идентификация невозможна ввиду близости значений их относительной длины и центромерного индекса (использование статистических методов позволило выделить, весьма

- 1С -

условно, и IX пару хромосом). По расположению точек на полика-риограммах- можно констатировать, что хромосомы дюртюлинской популяции Солее четко дифференцированы на группы, чем хромосомы других популяций.

Детальное изучение исследуемых популяций позволило выявить индивидуальные особенности их кариотипов. Для каждой популяции составлены систематизированные каркотипы и идиограммы. Установлено, что каркотипы популяций различаются по суммарной длине диплоидного набора хромосом и их мор^ометрическим параметрам, а также, по числу вторичных перетяжек в кариотипе, частоте их встречаемости и локализации на хромосомных плечах.

Исследуемые популяции сосны обыкновенной отличается по уровню внутри- и кежлопуляциоиной изменчивости их кариотипичео-кнх показателей. Так, суммарная длина диплоидного набора хромосом внутри каждой популяции варьирует в значительной степени (табл.1). Наибольшая степень изменчивости этого кариотипическо-го показателя у Ирекельской популяции (коэффициент вариации -

- 16,89 £), произрастающей в горных условиях; наименьшая - у равнинной Дюртюлинской (9,00 %), а также Учалинской (8,21 %) популяций.

Среднее значение этого параметра наибольшее у Учалинской популяции (365,25 - 3,66 мкм), произрастающей в суровых условиях Зауралья, а наименьшее - у Дюртюлинской популяции (298,55 -

- 3,64 мкм), расположенной в северо-западном Предуралье, отличающимся более мягким климатом. Наблюдаемое увеличение этого кариотипического показателя в популяциях, произрастающих в экстремальных условиях, согласуется о данными ранее проведенных исследований (Кириченко, 1977, 1964).

Корфометрические характеристики хромосом и групп хромосом

Название популяции

Таблица 1.

Основные кариотипические показатели

исследуемых популяций сосны обыкновенной

Суммарная длина |Кол>-во втор-х

_ диплоидного набо£а_х£Омосом _ ; перотлжек в интерв.варь-:$р.значение :коз*.р-т •- !5аЕИотипе _ _ идования,мкм:^ошибка,_мкм¿вариации:постIхеп ост-х

Иремельская 266,5-462,7 363,72^11,39 16,69 6 10

Авалякская ¿56,5-422,I 328,85-3,22 11,03 7 6

Шаранская ¿41,3-523,0 374,52-5,63 13,И 7 7

Дрртвлинская ¿51,3-353,6 296,55-3,64 9.СО 5 5

Учалинская 340,1-466.1 385,25-3,66 . 8,21 4 7

Зилаирская 234,4-465,9 327.27t2.S6 13,СО 3 5

(абсолютная длина, относительная длина, центромерный индекс), полученные путем статистической обработки данных всех исследованных мета^азных пластинок, показывают существенные различия между популяциями по воем указанным параметрам (табл.2). Степень изменчивости этих мор^ометрических параметров внутри популяций также различна, что наглядно показывают коэффициенты их вариации.

Наибольшая степень изменчивости ыорфоиетрических параметров хромосом наблюдается у популяций, произрастающих в горных условиях и имеющих малые размеры. Значительно меньшая степень изменчивости этих параметров у равнинных, панмиктических популяций.

Сравнение популяций, проведенное по морфометрическим параметрам хромосом с использованием параметрического критерия различия Стьюдента, доказывает наличие значительной степени меяпо-

Таблица 2.

Морфомотрическая характеристика хромосом сосны обыкновенной исследуемых популяций

Номер ¡Абсолютная длина, Относительная : Центромерный

хромо- мкм длина, % : индекс, %

сом ; м - 1с. М 1 1С- 1 М ? |С.

I 2:3 4 : 5 : 6 : 7

Иремельская популяция

I 16,76 - С,37 13,55 5,07 ^ 0,(.6 10,26 45,53 t с,62 6,59

П-УШ 14,62 - С,10 1С,54 4,42 - С,С1 5,20 46,03 - 0,12 4,08

IX 13,07 1 0,20 9,72 3,55 - 0.02 3,60 46,07 ^ 0,26 3,41

X 12,17 - 0,18 9,45 3,69 * О.о4 6,50 46,43 - 0,41 5,62

XI II,37 - 0,16 10,11 3,45 - 0,04 7,67 42,30 И 0,53 7,9и ХП 9,70 ^ и,19 12,37 2,94 ^ 0,04 5,52 43,71 1 0.49 7,05

Авалякская популяция

I 16,60 1 с.15 6,01 4,99 - и,03 5,01 46,31 ^ 0.15 2,75

П-УШ 14,77 1 0,06 9,00 4,43 ^ о,01 6,55 47,43 - 0,11 5,29.

IX 13,44 1 0,13 6,63 4,03 - 0,03 6,95 -47,67 ^ С,26 4,60

X 11,95 - 0,11 6,37 3,58 0,03 7,54 46,09^ 0,26 4,93

XI 11,14 1 0,11 6,53 3,34 1 о,03 6,69 42,16 - 0,27 5,76 ХП 9,47 1 0,11 10,03 2,63 ^ 0,03 6,63 42,15 ^ 0,25 5,31

Наранокая популяция

I 19,92 1 С Д9 6,56 5,16 ± 0,03 5.41 47,01 ± 0,22 4,06

П-УШ 17,31 i 0,07 6.95 4,49 * 0,о1 6,46 47,56 1 0.09 4,37

IX 14.67 6,34 3,67 * 0,03 5,94 46,92 - 0,26 5,26

X 13,39 1 0,16 10,23 3,51 1 0,03 7,98 45,45 1 0.34 6.51

XI 12.36 ± 0.14 9,94 3,23 1 О.оЗ 7.12 41,60 - 0,39 6.10 ХП 10,64 I 0,17 14,26 2,76 ^ с,лл 13,04 43,29 ^ ч.39 7.57

Продолжение табл.2.

I 1___ 2 • 3 : 4 ! 5 ; 6 ; 7

Дюртюлинская популяция

I 14,90 + 0,17 6,72 4,96 - 0,03 4,22 47,95 + 0,16 2,65

П-УШ 13,30 0,ь5 Ь,и5 4,35 ± и,01 4,60 46,05 + 0,06 3,47

IX 11,92 + 0,13 6,14 3,97 ± 0,02 4,53 46,27 + 0,15 2,34

X 11,14 + 0,14 9,67 3,67 ^ 0,03 6,81 46,16 + 0,21 3,49

XI 10,17 0,11 6,06 3,39 - 0,02 5,60 42,34 + 0,25 4,49

хп 9,03 + 0,11 9,19 3,00 ^ 0,03 7,33 41,57 + 0,21 3,95

Учалинская популяция

I 18,63 0,14 6,17 5,05 ± 0,03 5,15 47,46 + ь,27 4,47

П-УШ 16,34 0,01 5,68 4,42 ^ 0,01 5,20 47,95 + 0,08 3,55

IX 14,69 0,09 4,70 3,96 - 3,52 47,02 + 0,22 3,81

X 13,26 ♦ 0,10 6,16 3,60 * 0,03 6,39 47,34 0,19 3,32

XI 12,70 + 0,13 7,72 3,43 ^ 0,03 7,00 41,70 + 0,31 6,00

хп 11,04 + 0,11 7,68 2,99 i 0,03 7,02 42,40 > 0,27 5,40

Зилаирская популяция

I 15,67 + 0,07 4,66 4,95 - 0,02 4,24 47,34 + 0,16 3,93

П-УШ 14,21 + 0,03 4,99 4,43 * 0,01 4,97 46,29 0,06 3,27

IX 12,66 + 0,С6 4,43 4,02 - 0,01 3,46 47,56 0,17 3,36

X 11,60 + 0,С6 5,34 3,63 £ ь,02 5,79 чб,61 + 0,20 4,56

XI 10,95 + 0,07 6,48 3,42 1 0,02 6,43 41,79 t 0,27 6,46

хп 9,54 + 0,06 6,50. 2,98 - 1.,02 6,38 42,62 + 0,22 5,14

П!1м1!Пп А111111П11 а & 111111911111 |1!1|||||111

I 1 - «Ц и £ »1 у £ ■ Л " В! 3 1 »' Ш

'шии

1111 в в IМ 8 В в

НИ

В11

I Л -У» Е I й I ¡Г - б Й I В Й

В 8 в

I

811

|1|

1Ш8В1НН

Рис.^. Идиограммы сосны обыкновенном СИ - Кромельская, А - Ава-

I

лякская, Ш - Саранская, Д -.Дюртюлинская, У - Учалинская, 3 - Зилаирская популяции). Постоянные вторичные перетяжки обозначены пробелами, непостоянные - пунктирной линией.

пуляционной изменчивости по отдельным парам и группам хромосом.

Идиограммы кариотипов исследуемых популяций Срио.2) обнаруживают как сходство, так и различие между ними. Кроме различий по длине отдельных хромосом и хромосомных наборов, в целом, наблюдается изменчивость по числу вторичных перетяжек Скак постоянных, так и непостоянных) на кариотип. Так, в кприотипо

Иремельской популяции постоянных вторичных перетяжек - 8, Ава-лнкской, Саранской - по 7, Люртюлинской - 5, Учалинской -Зилаирской - 3, т.е. большее число вторичных перетяжек наблюдается в кариотнпах популяций, произрастающих в экстремальных условиях горной изоляции.

Показатели расстояний Махаланобиса и евклидовых расстояний, полученные на основе различного числа кариотипичеоких признаков ' исследуемых популяций, явились свидетельством значительной дивергенции их кариотипов. Кроме того, дендрограммы, построенные на основе показателей расстояний Махаланобиса и евклидовых расстояний по 6-ти кариотипическим признакам (относительная длина выделяемых в кариотипе групп хромосом), показывают, что исследуемые популяции могут быть подразделены на группы (рис.3).

Популяции Зилаирская, Учалинская и дюртюлинская имеют близкую кариотиличеокую структуру. Высокогорные изолированные популяции - Авалякская и Иремельская - в значительной степени дивергировали друг от друга, но еще в большей степени от группы вышеназванных популяций. Шаранокая популяция обособлена от обеих этих групп, что, несомненно, является свидетельством своеобразия ее кариотипа.

Связи между географическим расстоянием исследуемых популяций и степенью их дивергенции по кариотипическим признакам не обнаружено. Так, разделенные Ежноуральскин горным массивом и находящиеся на расстоянии более 300 км Учалинская и ¿юртюлин-ская популяции имеют близкую генетическую структуру. И наоборот, квриотипы Авалякской и Иремельской популяций, расположенных на сравнительно-небольшом расстоянии (56 км) от Учалиисяой, в значительной степени дивергировали от.'кариотипа последней. Сравнительно больиая дивергенция характерна также для кчриоти-

1,5

10

0.5

<0 40 20 10

ы И А У Д 3

Гп

V И А У Д 3

о

Рвс.З. Дендрограммы исследуемых популяций, построенные на основе расстояний Ма.чаланосиса кслева) и евклидовых расстояний (справа) по 6-ти кариотипическим признакам.

пов Дюртюлинской и Саранской популяций, неадекватная по величине географическому раоотоянию неъду ними.

3.,:. Нопуляционный полиморфизм ядрышкового организатора хромосом

Анализ популяционного полиморфизма ядрышкового организатора хромосом значительно расширил представления о цитогенетичес-кой изменчивости исследуемых популяций. Установлено, что ядрыш-ковые организаторы, как адаптивные элементы, проявляют себя уже на популнционном уровне.

Показатели ядерно-ядрышковых отношений (табл.3) отражают различную степень активности Селоксинтеэиругщей системы у исследуемых популяций и позволягт констатировать, что в популяциях Иремальской и ¡1'аранской процессы метаболизма идут с большей активность«). В популяциях Лвалякской и Учалинской процессы метаболизма - умеренные, а в Дсртюлинокой и Зилаирской протекают с наименьшей активностью.

Активность генов рРНК, выявленная нами по результатам окрашивания азотнокислым серебром активно транскрибирующихся последовательностей рибосомных генов, свидетельствует также о большей интенсивности биосинтетических процессов, протекающих в ИремельскоЯ и ШаранскоЯ популяциях, причем для последней характерна наивысшая изменчивость этого показателя.

Ндрыскообразующая функция большинства обнаруженных у сосны обыкновенной вторичных перстякек подтверждается популяционным анализом числа ядрыиек'в иитер^азном ядре, их максимальное число, в основном, соответствует числу постоянных вторичных перетяжек в карпотипах исследуемых популяций. Среднее значение числа ядрышек на ядро приблизительно одинаковое (около 6) для всех исследуемых популяций.

В целом, для сосна обыкновенной характерно значительное число ялрыиковых организаторов хромосом. В то же время, более высокая степень развития ядрыикообразугщей системы выявлена у популяций, произрастаниях в экстремальных условиях гор и возвышенности, несмотря на высокую степень их изоляции.

3.3. Анализ спонтанного мутационного процесса '

Использование методов ана^аэного и метафаэкого анализа хромосомных наруиений позволило определить уровень и характер

Таблица 3.

Показатели ядрышковой активности

Название Число ядрышек йдерно-ядрышковое .

на клетку отношение Активность генов рРНК

популяции ср.значение ;коэффициент ср»значение Гкоэффициент ср.значение коэффициент

- ошибка с вариации - ошибка : вариации - ошибка ва£иации

йремелъская 5.57 - 0Д9 33.94 5,30 ~ 0.17 32,72 4,21 - ОДЗ 29,71

Авалякскак 5.96 - 0Д6 ¿0,35 6,44 1 0,20 30,73 ' 3,00 - ОДО 34,73

саранская 5,68 г 0,15 26,94 5,45 1 С ,15 28,16 4,10 - 0,23 54,63

¿вртслинская б,13 - 0,16 29.22 6.36 - с.16 21,76 3.03 - 0,12 36,37

Учалинская 5,76 - 0,16 27,23 6,42 - 0Д9 29.66 4,00 ± С ,15 37.65

Зидаирекая 6Д5 - 0Д5 23.95 9.33 ^ 0,43 46.02 . 3,36 - 0,13 41,93

естественного мутационного процесса, протека!щего в исследуемых популяциях.

Ана^азным методом (.табл.наибольшее число хромосомных аберраций обнаружено у Саранской (11,66 %), Зилаирской умеренное у Авалякской и Дюртюлинской (.5,26 £) и наи-

меньшее у Учалинской (3,57 >■) популяций, ларактер мутаций различен: одиночные и парные урагменты, хромосомные и хроматидные мосты, отставшие хромосомы, кольца. Имеют место также нарушения функций веретена деления, сопровождающиеся формированием трех-полюсных и многополссных анафаз.

3 результате мета^.азного анализа установлено, что для сосны обыкновенной является нехарактерным изменение уровня плоид-ности, число хромосом на мета.^азную пластинку 2п = 24, встречаются единичные случаи анеуплоидии для отдельных меристекатичес-ких клеток (2п = 23, 2п = 25).

Детальное и сравнительное изучение кариотипов исследуемых популяций позволило предположить наличие большего числа инверсий и транслокаций у хромосом сосны обыкновенной Иремельской, Авалякской и Саранской популяций. В кариотипах Саранской и Учалинской популяций имеют место дупликации хромосомного материала. Концевые делеции, проявляющиеся в образовании кольцевых хромосом, обнаружены у сосны обыкновенной ¡Саранской, Дюртюлин-ской, Зилаирской и Иремельской популяций.

В исследуемых популяциях имеют место многочисленные случаи структурных перестроек с образованием дицентрических хромосом. Отмечен уникальный случай наличия добавочных хромосом (В-хромо-сом) у проростков из Учалинской и Шаранской популяций.

Более высокий уровень естественного мутационного процесса, в основном, характерен для популяций из экстремальных условий

Таблица 4.

Результаты исследования хромосомных мутаций у сосны обыкновенной анафазным методом

ЧИСЛО

Аберрации, %

Название популяции : Деля-: :иихся : :клеток: Клеток с _абе£рациями_ абс.: в % Аберраций абс.': в % Хромосомные и хро ьатидные мосты фрагменты Кольца Отставшие хромосомы Прочие

Саранская 1003 115 11,47 119 11.66 7,3В 2,09 0,10 1.69 0.4С

Ьклаирская 1051 100 9,51 106 10,09 6.57 1.52 - 1.52 0.46

Авалякская 846 57 6,72 60 7,ое 1.53 3,78 i .47 L.59 0,71

Дюртслинская К44 52 со сл яг 55 5,26 1,ез ■ 1.62 0.19 0.65 0,77

Учалинская 1009 34 3,37 36 3,57 .0.59 1.20 _ I.C9 0,69

г\1

I

существования. Выявленные особенности хромосомных нарушений, безусловно, имеет влияние на формирование генетической изменчивости и структуры исследуемых популяций.

ВЫВОДЫ

1. Для шести исследованных природных популяций сосны обыкновенной, произрастающих в контрастных экологических условиях и различных природно-климатических зонах Южного Урала, характерен высокий уровень изменчивости цитогенотических признаков. Наблюдаются различия структуры кариотипов, активности ядрышкового организатора хромосом, степени спонтанного мутационного процесса.

2. Наибольший уровень цитогенетической изменчивости характерен для популяция, произрастающих в экстремальных условиях, даже при их изоляции. Большие панмиктические популяции, напротив, имеют меньшую изменчивость цитогенетических признаков.

3. Популяции сосны обыкновенной исследуемого региона по структуре кариотипа могут быть дифференцированы на группы. Равнинные панмиктические популяции северо-западного Предуралья, а также популяции Зауралья и Зилаирокого плато имеют близкую кариотипическув структуру. Высокогорные изолированные популяции в значительной степени дивергировали друг от друга, но еще в большей степени от группы панмиктических популяций. Обособлена Шаранская популяция Ьелобеевской возвышенности, отличающаяся своеобразным кариотипом.

Для популяций, произрастающих в экстремальных экологических условиях и изоляции (горные популяции), характерна больная активность ядрышкового организатора хромосом (большее число вторичных перетяжек на каркотип,'низкие показатели ядерно-

-ядрышловых отношений, большая степень активности генов рРНК), что обеспечивает процессы адаптивных изменении организмов в данных популяциях.

5. Для горных популяций характерен также высоким уровень естественного мутационного процесса. Видимо, хромосомные мутации (инверсии, транслокации, делеции, дупликации) являются одним из источников генетической изменчивости, которая обеспечивает пластичность и устойчивость этих популяций.

6. Цитогенетические исследования подтверждают и уточняют данные палеогеографических, геоботанических и геоморфологических исследований о происхождении и расселении сосны обыкновеннол на К-кном Урале. Дивергенция популяций сосны в этом регионе, установленная при изучении их генетической структуры по ферментным маркерам, также подтверждается нашими исследованиями. Дендрогракмы, построенные по ферментным маркерам (генетическое расстояние Нея) и по показателям различия кариотипов (обобщенное расстояние Кахаланобиса и евклидово расстояние), очень близки.

7. Проведенные исследования позволили установить влияние факторов среды обитания на кариотип сосны обыкновенной и выявить некоторые механизмы его структурного преобразования, что, несомненно, расширяет представления о кикроэволеционных процессах, протекающих в природных популяциях.

Ь. Результаты исследований могут быть использованы в лесосе-менном районировании Башкирии, они учтены при составлении комплексных программ генетического улучшения хвойных пород Г.жного Урала и создании генетически ценных и устойчивых ле-'сосеменных плантаций и насаждений, генетическая изменчивость которых должна быть адекватной генофонду природных популяций.

По теме диссертации опубликованы следукцие работы:

1. Путени/ин В.П., !иглинцева H.A., Янбаев Ь.А. Полиморфизм популяций сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева в связи с их адаптивность« в условиях Башкирии //Экологические аспекты гомеостаза в биогеоценозе.- У^а: БФАН СССР, I96C.- С.99-1С9.

2. чиглинцева H.A. Изучение кариотипа сосны обыкновенной в Башкирии //Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса в сельско-хозяиственном производстве.- У ¡¿а, 1966.- С.47, 46.

3. Чиглинцева H.A. Кариологическое изучение сосны обыкновенной в Башкирии //У съезд Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им.Н.И.Вавилова.- Т.4, Ч.4.- Генетика и селекция' растений: Тез.докл.- М., 1967.- С.¿65-266.

4. Чиглинцева H.A. Особенности кариотипа популяций сосны обыкновенной разных природно-климатических условий Башкирии //Исследования по генетике и селекции растений ка Урале.

- Свердловск: УрО АН СССР, 1967.- С.146-147.

5. Каласник H.A., Преснухина Л.П. Характеристика кариотипов популяций сосны обыкновенной Банкирской АССР //П Совещание по кариологии растений: Тез.докл.- Новосибирск, 1969.

- С.34-35.

о. лалослглк H.A., Преснухина Л.П. Характеристика кариотипов ^ockü oCi.KH02°!i!-:cii т-'сксторих популяций Гаскирии //Лесная "•»ьетяка, сгдсктя « иксологяя древесных растений: латориа-

.-.и "-'ехдутродксго сг^позяу.-а СЗссснел. 1959}.- к., 1?с?.

7. Kalas iiuik H.A., PrcsnuiciiinQ. ij.P. Kcii*yulü£icti.l ch&r^xct cri sties of natural populations oi Pinus sylvestris L.// fiole of Botanic Gardens in Uodera Urbanized Viorld: Proc. 1Y Inter. Conf. burop. - wedit. Div. of the Inter. Assoc. of Bot. Gar.( Ibi-lisi,1991). - Tbilisi. - 1991. - P.53.

8. Калашник H.A., Преснухина Jl,П., Лихонос Т.А. Изменчивость каркотппа сосны обыкновенной в естественных популяциях Южного Урала //Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов: Тез.докл. 2-ой Всесоюзн.науч.-тех. конф.- Ч.2.- M.,' 1991. — C.I4I-I42.

9. Калапнкк H.A., Преснухина Л.П. Популяционная изменчивость кариотипа сосны обыкновенной в Башкирии //Цитология и генетика.- Т.25, № 3.- 1991.- С.12-16.

10. Калашник H.A., Преснухика Л.П., Лихонос Т.А. Цитогенетическая изменчивость сосны обыкновенной в природных популяциях Южного Урала //Экологическая генетика растений, животных, человека: Тез,докл. 1У Всесоюзн.науч.конф.- Кишинев, Шткинца, 1991.

- С.463.

11. Калашник H.A., Преснухина Л.П., Лихонос Т.А. Популяционно-ци-тогенетические исследования сосны обыкновенной на Южном Урале //Третье совещание по кариологии растений. Тез.докл.

- Санкт-Петербург, 1992.- С.25.