Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменчивость растений в связи со старением семян

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Изменчивость растений в связи со старением семян"

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЗАДОРОЖНА Ольга Анатоліївна

УДК 633.11:631.53.01

МІНЛИВІСТЬ РОСЛИН У ЗВ'ЯЗКУ ІЗ СТАРІННЯМ НАСІННЯ

03.00.15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Харків - 1997

Робота виконана в Інституті рослинництва ім. В.Я. Юр’ева, УААН

Науковий керівник: кандидат біологічних наук,

БОГУСЛАВСЬКИЙ Роман Львович,

Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр’ева НЦГРРУ, завідуючий лабораторією Інтродукції та збереження генофонду

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор

ЧЕКАЛІН Микола Михайлович,

керівник селекційної групи агрофірми «Насіння»

кандидат сільськогосподарських наук, професор ПРОСКУРНІН Микола Васильович,

Харківський державний аграрний університет ім. В.В. Докучає-ва, професор, завідуючий кафедрою генетики, селекції і насінництва

Провідна установа:

Інститут агроекології і біотехнології УААН (м. Київ).

Захист дисертації відбудеться " 29 " жовтня 1997 р. о /Н годині на засіданні спеціалізованої Вченої Ради К 02.02.18 Харківського державного університету за адресою: 310077, Харків, м. Свободи, 4, аудиторія 3-15.

З дисертацією можна ознайомитися в Центральній науковій бібліотеці ХДУ.

Автореферат розісланий " 29 " вересня 1997 р.

Вчений секретар спеціалізованої Ради, /

кандидат біологічних наук НЕКРАСОВА А.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Зараз у всьому світі приділяється велика увага збереженню біологічного різноманіття культурних рослин та споріднених їм диких видів. Без використання цього численого генофонду як вихідного матеріалу неможливо успішне вирішення завдань сучасної селекції. Одним із важливих етапів на цьому шляху є створення колекцій та збереження їх ex situ - у генбанках. Відомо, що довготривале зберігання насіння негативно впливає на його життєздатність, що призводить до втрати частини генофонду, який зберігається. Процеси, що відбуваються під час тривалого зберігаиня насіння ("старіння насіння" - Робертс, 1978; цей термін використовується далі в тексті) впливають також на стан спадкової основи, сприяють накопиченню мутацій (Навашин,1930; Орлова,1968).

Явище спонтанного мутагенезу під час збереження насіння вивчається, починаючи з 30-х років цього сторіччя, однак, його механізми вивчені недостатньо. Не відпрацьовані короткострокові моделі негативних процесів, що відбуваються під час зберігання насіння, а також можливості їх компенсації. Недостатньо вивчені цитогенетичні та фенотипові аспекти мінливості після тривалого зберігання насіння у рослин першої після збереження та наступної генерації, зокрема, у важливішої сільськогосподарської культури - пшениці. Дослідження цито-генетичних та фенотипових наслідків старіння насіння має не тільки теоретичне, а й науково-практичне значення у зв’язку з необхідністю прогнозування впливу довгострокового збереження насіння на генетичну структуру колекційних зразків.

З’вязок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана згідно з тематичним планом науково-дос-лід-них робіт Національного центру генетичних ресурсів рослин України, в межах Науково-технічної програми ’’Генетичні ресурси рослин” розділу 5.01.05.01 - Вивчення закономірностей довготривалого збереження насіння генетичних ресурсів рослин з метою створення Національного сховища насіння генофонду.

Мета і задачі дослідження.

Метою цієї роботи було з’ясувати цитогенетичні та фенотипові аспекти мінливості рослин різних видів пшениці після старіння насіння.

Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:

1.Вивчити б плив природного старіння насіння пшениці м'якої та твердої на кількість хромосомних порушень у мітозі та мейозі, на фенотипові ознаки рослин;

2. Вивчити цитогенетичні та фенотипові наслідки природного старіння насіння у рослин наступної генерації;

3. З'ясувати можливість компенсаторної дії окремих речовин на негативні процеси, що відбуваються під час тривалого зберігання насіння;

4. Провести ранжування зразків - представників різних видів пшениці за чутливістю до процесів, що відбуваються під час тривалого зберігання насіння.

Наукова новизна одержаних результатів.

Новими є дані про різну чутливість до старіння насіння пшениці м’якої та твердої. Вперше для пшениці встановлена можливість часткової компенсації негативних процесів, що відбуваються під час збереження насіння, шляхом обробки його окремими речовинами. Вперше виявлені порушення мейозу у зв’язку з старінням насіння у представників різних видів пшениці, причому виявлені видові особливості характеру порушень. Шляхом використання короткострокової моделі старіння насіння - "штучне старіння" - вперше встановлена різна чутливість насіння представників шести видів пшениці до зберігання.

Практичне значення одержаних результатів.

Результати дослідження цитогенетичшіх та фенотипових наслідків старіння насіння пшениці поглиблюють сучасні уявлення про вплив даного фактору на життєздатність та спадковий апарат рослин.

Встановлені особливості цитогенетичних порушень мейозу у представників різних видів пшениці доповнюють сучасні дані про специфіку процесу мейозу у пшениці.

Виявлені умови, які частково компенсують старіння насіння, можуть бути використані для покращення характеристик насіння після тривалого зберігання.

з

Емпіричні дані, отримані шляхом використання короткострокової моделі старіння насіння, дозволяють прогнозувати збереження життєздатності насінням різних форм, що необхідно під час зберігання генофонду.

Особистий внесок здобувача.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що нею безпосередньо виконані підготовка та проведення досліджень, аналіз експериментальних дапих, підготовка матеріалів до публікації, сформульовані основні положення та висновки роботи.

Апробація результатів дисертації.

Матеріали дисертації були представлені па міжнародних науково-практичних конференціях молодих вчешіх "Шляхи раціонального використання земельних ресурсів України" (Чабани,1995), "Наслідки наукових пошуків молодих вчених-аграрників в умовах реформування АПК" (Чабани, 1996). Матеріали дисертації були докладені та обговорені на Науковій конференції студентів та аспірантів Харківського аграрного університету ім. Докучаева іноземними мовамп (Харків,1994); на конференціях молодих вчених біологічного факультету ХДУ та НДІ біології (Харків,1995;1996); на науково-теоретичній конференції "Современные проблемы растениеводства и селекции" (Санкт-Петербург,1996); на конференції молодих вчених та спеціалістів "Актуальные вопросы ботаники и экологии" (Харьков,1996); на міжнародному симпозіумі "Методологические основы формирования, ведения и использования коллекций генетических ресурсов растений" (Харьков, 1996); на міжнародній конференції "Молекулярно-генетические маркеры растений" (Ялта, 1996)

Публікації.

Результати дисертації опубліковано у п’яти статтях у наукових журналах, та тезах чотирьох конференцій та одного симпозіуму.

Структура та обсяг роботи.

Дисертація включає вступ, 5 глав, висновки, практичні рекомендації, список літератури, та додатки. Текст дисертації викладений на 152 сторінках надрукованого тексту, має 22

таблиці, 19 малюнків, 18 мікрофотографій, крім того 16 додатків. Список використаних літературних джерел містить 201 найменування, з яких 70 іноземних.

МАТЕРІАЛ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ.

Об’єктом для дослідження впливу природного старіння було насіння пшениці м’якої та твердої різних років репродукції з колекції Національного центру генетичних ресурсів рослин України. Пшениця м'яка була представлена сортом Кутулукська (IR-4396) - насіння репродукцій 1985, 1987 и 1992 років, та сортом Цілинна 20 (IR-3235) насіння репродукцій 1986, 1990, 1994 років. Пшениця тверда представлена сортом IR-7115 (СІЛА)- насіння 1986, 1992, 1994 років репродукції, та сортом Світлана (IR-7314) - насіння 1989, 1991, 1994 років репродук-ції. Насіння окремого сорту двох ранніх репродукцій умовно вважалось "старим" (дослід). Контролем було насіння самої свіжої репродукції відповідного сорту. До початку експерименту (1994 р. для сорту Кутулукська та 1995 р. для інших сортів) насіння зберігалось у негерметичній тарі (паперові пакети знаходились у жерстяних коробках) у приміщенні без опалювання. При цьому насіння піддавалось дії як добових, так і сезонних змін температури та вологості повітря.

Для часткової компенсації негативного виливу процесів, що відбуваються під час зберігання насіння, використовували речовини з раніш встановленими антимутагенними властивостями -розчин аргініну концентрації 2x10 4 мг/мл та 50%-ний розчин екстракту з паростків озимої пшениці, приготований за методом Г.Ф. Наумова (1982).

Матеріалом у модельному досліді "штучне старіння" було насіння диплоїдного виду (2п=2х=14) культурної однозернянки (Triticum monococcum L.); тетраплоїдних видів (2п=4х=28) пшениці Тимофєєва (T.timopheevii (Zhuk.) Zhuk.), культурної двозернянки (T.dicoccum (Schrank) Schuebl.), пшениці твердої (Т.durum Desf.), представленої сортами IR-7115 (США) и Світлана (IR-7314); гексаплоїдяих видів (2п=6х=42): спельти

(T.spelta L.), пшениці м'якої (T.aestivum L.), представленої сортами Кутулукська (IR-4396) и Цілинна 20 (IR-3235). Штучне старіння проводилось за методом Б.С.Ліхачова (1978): Насіння витримувалось у герметичній скляній тарі при температурі 37°С на протязі 20 діб. Використані режими відповідають початковим

етапам природного старіння. Насіння, що піддавалось штучному старінню позначається як дослідне. Контролем було насіння цієї ж партії відповідних колекційних зразків, що не піддавалось штучному старінню.

Подальше вивчення у варіантах з природним та штучним старінням та відповідного контролю проводилось у лабораторних та польових дослідах. У лабораторних умовах визначались енергія проростання, лабораторна схожість насіння, підраховувалась кількість клітин з хромосомними абераціями у масових мітозах на стадії пізніх апафаз та ранніх телофаз. Фіксація корінців проводилась у фіксаторі Кларка, забарвлення - за стандартною методикою по Фельгену (Паушева, 1988). Насіння дослідних та контрольних варіантів висівалось у полі, рослини вирощувались згідно агротехнічних рекомендацій для даної зони. Фіксація колосків та забарвлення пиляків проводились за вищевказаними стандартними методиками. Порушення в мехіозі вивчались на стадіях анафази І, анафази II, тетрад. У фазі повної стиглості рослин оцінювались фенотипові показники: висота рослини, довжина верхнього міжвузля, довжина колосу, кількість колосків у колосі.

Для обробки результатів застосовувались мегодп варіаційної статистики. Використовувались параметричний критерій Стью-дента (у випадках, коли розподіл величин був близьким до нормального), або рантовий и-критерий Уілксона (Манна-Уінті), що використовується незалежно від розподілу сукупностей, з яких взяті порівнювані вибірки.

Насіння в дослідних та контрольних варіантах, а також рослини з них позначалися як генерація А1; насіння та рослини наступної після старіння генерації - А2. Після репродукування до наступного польового сезону дослідне та контрольне насіння зберігалось у лабораторних умовах.

РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Мінливість рослин пшениці у зв'язку з природним старінням насіння.

Результати оцінки життєздатності насіння пшениці м'якої та твердої після природного старіння у порівнянні з контолем наведені свідчать про те, що "старе” насіння пшениці м’якої та твердої характеризувалось зниженням енергії проростання та

схожості у порівнянні з контрольним насінням. В залежності від варіанту чи року репродукції це зниження могло досягати 3040%, в той час як схожість контрольного насіння знаходилась на рівні приблизно 90%. При вивченні кількості порушень у мітозах у "старого" насіння пшениці м'якої та твердої спостерігали більшу, ніж у контролі, кількість клітин с

хромосомними абераціями, що відповідає даним літератури [Робертс, 1978]. Доля аберантних клітин не перевищувала 7% (табл.1). З наведених результатів видно, що у пшениці м'якої

Таблиця 1

Кількість хромосомних аберацій у проростках з насіння пшениці м’якої і твердої різних років репродукції

Рік реп- ро- ДУК- ції на- сін- ня Загальна кіль- кість хромо- сомних абера- ційно Кількість паростків 3 абераціями, % Кількість хромосомних аберацій у паростках 3 абераціями, % Рік реп- ро- дук- ції на- сін- ня Загальна кількість хромосомних аберацій, % Кількість паростків 3 абераціями, % Кількість хромосомних аберацій у паростках 3 абераціями, %

ТгШсит аезИтт ТгШсит йигит

Кутулукська т-7115

1985 5,2 ± 1,1 68,8 7,6 ± 0,8 1986 1,7 ± 0,4 83,3 2,2 ± 0,4

1987 6,2 ± 1,2 60,0 10,4 ±1,4 1992 0,8 ± 0,2 47,1 1,7 ± 0,2

1992 1,7 ± 0,5 40,0 4,0 ± 0,9 1994 0,3 ± 0,2 16,7 2,0 ± 0,7

Цілинна 20 Світлана

1986 5,3 ± 0,9 85,7 6,2 ± 0,9 1989 0,3 ± 0,2 16,7 2,0 ± 0,5

1990 0,8 ± 0,3 36,8 2,3 і 0,4 1991 0,7 ± 0,2 38,9 1,7 ± 0,2

1994 © сл 1 г о Іо 23,5 1,9 ± 0,3 1994 0,1 =ь ОД 5,9 1,2 ± 1,2

кількість аберацій в мітозах у старого насіння перевищує контроль у більшій мірі ніж у пшениці твердої. Отже, насіння досліджених сортів пшениці м'якої мало більшу чутливість до

тривалого зберігання. Серед аберацій переважали одиничні мости та одиничні фрагменти.

Для характеристики інтенсивності мутагенезу у насінні - як природного, так і індукованого - звичайно застосовується показник "кількість хромосомних аберацій”, при цьому мається на увазі загальна кількість хромосмних аберацій. Однак, цей показник є результуючим двох показників: 1)долі (%) аберантних клітин в одному паростку; 2)загальної кількості вивчених паростків. Останнє включає в себе кількість паростків, що несуть аберації, та ті, що не несуть їх. Ми проаналізували кожний з цих показаників. З'ясувалось, що у більш "старого" насіння спостерігається більша кількість паростків з абераціями (табл.1). Причому, цей показник не завжди відповідає показникам життєздатності. Підрахунок долі аберантних клітин тільки серед паростків, шо їх мають, показав (табл.1), що у пшениці м'якої цей показник у більш "старого" насіння достовірно вищий, ніж у свіжого. У пшениці твердої доля аберантних клітин у паростках, що їх мають, для "старого” та контрольного насіння не відрізняється. Отже, реакція на зберігання у насіння пшениці м'якої та твердої різна. У "старого" насіння пшениці м’якої загальна кількість хромосомних аберацій збільшується як за рахунок збільшення мутабільності окремих насінин, що проявляється у збільшенні долі аберантних клітин у паростках, що їх мають, так і за рахунок збільшення кількості насінин, у яких виникають аберації (збільшення кількості паростків з абераціями). У пшениці твердої збільшення загальної кількості аберацій відбувається тільки за рахунок збільшення кількості насінин, у яких вони виникають. Можливо, цим і пояснюється менша кількість аберацій у паростках із старого насіння пшениці твердої у порівнянні з м'якою.

Для прогнозу змінень у наступних генераціях рослин генофонду необхідно дослідити пошкоджуючий ефект тривалого зберігання насіння, індукуючий порушення, і в генеративних клітинах рослин. Результати вивчення порушень в мейозі у рослин після тривалого зберігання насіння свідчать про наявність тенденції до збільшення загальної кількості порушень у материнських клітинах мікроспор (МКМ) рослин із "старого" насіння. Це збільшення в анафазі І складало 2-7%. Серед порушень у МКМ на стадії анафази І (АІ) зустрічались мости, відсталі хромосоми. З відношення мости/відсталі хромосоми

видно, що у рослин з "старого" насіння пшениці обох видів в АІ спостерігалась більша, ніж у рослпн з свіжого насіння, кількість мостів.

В анафазі II у рослин із"старого" насіння пшениці м'якої спостерігалась тенденція до збільшення кількості МКМ з пору-, шеннями. У сорту Цілинна 20 це збільшення було достовірним і складало більше, ніж 8%. Основним типом аномалій на стадії АІІ були: асинхронні ділення та відсталі хромосоми. Однак, спостерігались і власне хромосомні аберації - фрагменти і мости. Сума усіх відношень "потенційні мікроядра"/асинхронні ділення для пшениці м'якої склала 4,52, а для твердої 11,38. Отже, серед аномалій мейозу пшениці м'якої більш значне місце займають асинхронні ділення, тобто порушення функціонування веретена.

На стадії тетрад у рослин із "старого" насіння пшениці м'якої спостерігається деяке збільшення аномалій, яке проявлялось лише у вигляді тріад і не перевищувало 1%. У пшениці твердої на цій стадії серед аномалій спостерігали тріади, "тетради з невірною орієнтацією", тетради з мікроядрами.

Природне старіння насіння вплинуло на деякі вивчені фенотипові ознаки у пшениці твердої та м'якої. Воно викликало пригнічення рослин із "старого" насіння у сортів Цілинна 20 та ІК-7115, що виявилось у зменшенні таких показників як висота рослин, довжина верхнього міжвузля, довжина колосу, кількість колосків у колосі. Природне старіння істотно не вплинуло на фенотипові ознаки сорту Кутулукська.

Для визначення впливу старіння насіння на зміни у структурі зразка генофонду важливо, чи проявляються наслідки старіння насіння у слідуючих генераціях рослин.

Проведені досліди показали, що життєздатність насіння у дослідних та контрольних варіантах у наступній після старіння генерації (А2) Достовірно не відрізнялась.

У паростків з дослідного ("старого") насіння наступної після старіння генерації (А2) не спостерігалось достовірного підвищення обсягу загальної кількості аберацій у мітозах у порівнянні з контрольним насінням (А2); більш того, іноді спостерігалась тенденція до зниження рівня хромосомних аберацій у варіанті найстарішого насіння. Так у паростків А2 з насіння 1986 року сорту Цілинна 20 кількість аберацій склала

0,4%, а у паростків з контрольного насіння - 0,6%. У сорту Ш-

7115 кількість аберацій у паростках А2 з насіння 1986 року та контрольних відповідно склала 0,4% та 0,8%. Можливо, одержані нами результати поясняються частковою елімінацією груп насінин, що мали підвищений рівень хромосомних порушень.

При вивченні порушень в мейозі у дослідних рослин слідуючої після старіння генерації (А2) - сортів Цілинна 20 (T.aestivum), IR-7115, Світлана (T.durum) в анафазі І спостерігали тенденцію до підвищення рівня хромосомних аберацій у порівнянні з А2 контрольних рослин.

В анафазі II мейозу у дослідних рослин А2 спостерігали тенденцію до збільшення порушень у сортів Кутулукська (T.aestivum) та Світлана (T.durum). Так, у дослідних рослин А2 з насіння 1985 р. сорту Кутулукська відмічено 4,9% МКМ з порушеннями, в гой час як у рослин наступної генерації (А2) -нащадків контрольного насіння їх було 1,7%. У рослин А2 в дослідному варіанті (1989) та контрольному варіанті (1994) сорту Світлана спостерігали відповідно 8% та 1,3% клітин з порушеннями. Міжвидових відмін за кількістю порушень у мейозі у рослин T.aestivum та T.durum у другій після збереження генерації, як і в першій, не спостерігалось. Однак, сума відношень "потенційні мікроядра"/асинхронні ділення, яка для пшениці м'якої склала 1, а для твердої - 11,1, свідчить про те, що асинхронне ділення є більш частим типом порушень у пшениці м'якої. Це явище спостерігалось також у генерації А1. Тобто, для пшениці м'якої характерними аномаліями на стадії анафази II е порушення функції веретена.

У дослідних рослин А2 сортів Кутулукська, Цілинна 20 (T.aestivum), IR-7115 (T.durum) кількість тетрад з порушеннями не перевищувала контроля. У рослин А2 з насіння 1989 р. сорту Світлана спостерігали достовірно більшу кількість тетрад з аномаліями - 3,9% проти 0,7% (р<0,05) у контролі. Серед аномалій в стадії тетрад відрізняли тріади, "тетради з невірною орієнтацією" та тетради з мікроядрами. Важливо відзначити, що серед аномалій тетрад у пшениці м’якої обох сортів спостерігали тільки тріади, у твердої - всі три типи аномалій. Тобто, у T.aestivum та T.durum як на стадії тетрад, так і в мейозі, не спостерігали міжвидових відмін за кількістю аномальних тетрад, але зустрічаються відміни за типом аномалій, причому, це явище спостерігається як в А1, так і в А2.

Старіння насіння неоднозначно вплинуло на фенотипові ознаки рослин генерації А2. Так, у рослин А2 з насіння 1985 року сорту Кутулукська спостерігали зменшення довжини верхнього міжвузля рослин у порівнянні з контрольними - 22,7 см (контроль - 25,2 см), одночасно у дослідних рослин кількість колосків у колосі була більша, ніж у контрольних -15,9 (15,3). У рослин А2 сорту Цілинна 20 з насіння 1990 року висота була менше за контроль - 93,4 см (97,4 см). За довжиною верхнього міжвузля рослини А2 цього сорту з насіння 1986 р. Перевищувала контроль - 40,1см (38,8 см). За довжиною колосу та кількістю колосків в колосі дослідні рослини А2 мали більш низькі показники, ніж контрольні.

Рослини А2 сорту Ш-7115 з насіння 1992 року мали нижчі, ніж контрольні, показники висоти - 67,9 см (73,2 см), довжини верхнього міжвузля - 28,6 см (31,1 см) і кількості колосків у колосі 14,9 (15,7). У рослин А2 з насіння сорту Світлана репродукції 1989 р. спостерігали нижчі у порівнянні з контролем показники висоти рослин - 87,0 см (91,0 см) та кількості колосків у колосі 16,3 (16,8). У решти варіантів досліджені фенотипові показники експериментальних та контрольних рослин не відрізнялись. Відміни, що спостерігались за даними ознаками між дослідними та контрольними варіантами, можуть бути пов'язані з порушеннями регуляторних механізмів рослин, викликаними збереженням насіння, або диференцованою внугригруповою продуктивністю рослин першої після збереження генерації (А1).

Підбір умов, компенсуючих негативний вплив природного старіння насіння.

При вивченні впливу аргініну та екстракту з паростків пшениці на життєздатність насіння пшениці після природного старіння не виявлено будь-яких закономірностей, пов’язаних з видом пшениці чи специфікою даного антимутагену, однак, реакція насіння на цей вплив виявилась сортоспецпфічною. Аргінін в основному впливає на рівні тенденцій. Характер цього впливу сортоспецифічний, і в залежності від сорту аргінін може викликати зниження або підвищення життєздатності у невеликій мірі.

Передобробка екстрактом або достовірно не вплинула на життєздатність насіння, або викликала її зниження. Особливо це

зниження проявилось у насіння сорту Кутулукська 1985 p., де схожість експериментального насіння склала 19,3% (контроль -60,4%), 1987 р. -16,7% (контроль 41,3%) та насіння 1989 р. -Світлана 58,2%(75,7%).

Передобробка насіння розчином аргініну та екстрактом з паростків озимої пшениці у більшості випадків або зменшила кількість хромосомних аберацій у перших мітозах, або не змінила її. Це зменшення залежно від року репродукції для пшениці м’якої становило 1-2%, для твердої - 0,2-0,6%. Лише у насіння 1985 р. сорту Кутулукська обробка екстрактом викликала достовірно більшу кількість аберацій (7,1%) у порівнянні з контролем (5,2%), що супроводжувалось зниженням схожості насіння даного зразка.

Ми проаналізували кожну з складових показника "кількість хромосомних аберацій". В паростках з насіння пшениці м’якої, обробленого даними речовинами, зменшення загальної кількості хромосомних аберацій було обумовлено в основному меншого кількістю паростків з абераціями.

Моделювання процесу старіння насіння.

В умовах модельного досліду "штучне старіння” достовірно зменшилась життєздатність у насіння T.timopheevii, де вона склала 68,8% (контроль-100%), у T.dicoccum -81,0% (контроль-93,7%), збільшилась у обох сортів T.durum приблизно на 5%. Життєздатність насіння інших видів залишилась без істотних змін, і знаходилась на рівні 90-95%.

У насіння більшості вивчених видів після "штучного старіння" виявилась тенденція до збільшення кількості хромосомних порушень (табл.2). Звичайно прийнято вважати, що збільшення кількості хромосомних аберацій відповідає значній втраті насінням життєздатності. Важливо відзначити, що у T.timopheevii, не дивлячись на значне зменшення схожості, дослідне та контрольне насіння практично не відрізняється за кількістю хромосомних аберацій. Це може свідчити про те, що у даного виду втрачувало життєздатність насіння, що має порушення, тобто відбувався відбір проти аберантних паростків, або насінини гинуть раніше, ніж виникають хромосомні порушення.

Під час аналізу складових показника "кількість хромосомних аберацій" встановлено, що у більшості випадків штучне старіння викликало збільшення кількості паростків з абера-

ціямп, в середньому на 10-15%, тобто тенденція до збільшення загальної кількості аберацій реалізується в основному за рахунок збільшення вказаного показника. Особливо це збільшення виявилось у Т.сіигит та Т.сіісоссит, де досягало 30% .

Таблиця 2

Вплив "штучного старіння" насіння різних видів пшениці на кількість хромосомних аберацій у мітозах.

Плоїд- ність 2п= Вид Сорт Варіант Кількість хромосомних аберацій, %

2х=14 Т.топососсит 1 0,9 ± 0,5

2 1,0 ± 0,3

4х=28 Т.сіісоссит 1 0,2 ± 0,1

2 0,7 ± 0,2

4х=28 Т.МторЬееуіі 1 0,8 ± 0,4

2 0,7 ± 0,3

4х=28 Т.сіигит Ш-7115 1 0,3 ± 0,2

2 1,0 ± 0,3

Світлана 1 0,1 ± 0,1

2 0,8 ± 0,3

6х=42 Т.вреНа 1 0,2 ± ОД

2 0,5 ± 0,3

6х=42 Т.аеєііуит Кутулукська 1 0,6 ± 0,3

2 1,4 ± 0,4

Цілинна 20 1 0,5 ± 0,2

2 1,2 ± 0,4

1 - без штучного старіння (контроль),

2 - після штучного старіння

"Штучне старіння" істотно не вплинуло на кількість порушень мейозу у рослин пшениці різних видів. В анафазі І середній рівень аберацій в дослідних та контрольних варіантах складав 12%. В анафазі II середній рівень порушень міг різко відрізнятися у різних видів. Так у Т.ііторЬееуіі він склав 16 ± 5%, у Т.БреІЇа - 8 ± 4%. У інших видів він коливався в межах 2-6%.

Кількість тетрад о аномаліями у рослин усіх видів не перевищувала 4%. Серед аномалій тетрад відрізняли тріади, тетради

з невірною орієнтацією та тетради з мікроядрами. Важливо відзначити, що, як і в дослідженнях впливу природного старіння на порушення в мейозі, серед аномалій на стадії тетрад T.aestivum спостерігали тільки тріади, у T.spelta - тріади та тетради з мікроядрами. У тетраплоїдних видів крім тріад зустрічались тетради з мікроядрами та "тетради з невірною орієнтацією".

При вивченні фенотппових ознак рослин встановлено пригнічуючий вплив "штучного старіння" для T.timopheevii та T.spelta, що виявляється в достовірному зниженні висоти рослин відповідно на 14,4 см та 4,5 см.У T.dicoccum у дослідному варіанті спостерігалось збільшення висоти рослин (на 5,3 см). Подібна різниця в дослідних та контрольних варіантах, певно, пов’язана з порушенням фізіологічних механізмів росту рослин, викликаних негативними процессами, що відбуваються під час "штучного старіння” насіння. Не можна виключити, однак, і дію відбору проти більш чутливого до старіння насіння, про що можна судити по зменшенню показників схожості дослідного насіння у порівнянні з контрольним. "Штучне старіння" при використаних режимах не вплинуло на вивчені морфометричні показники фенотипових ознак у T.monococcum, T.dicoccum, T.aestivum.

В наступній після "штучного старіння" насіння генерації (А2) відмінності по життєздатності насіння між контрольними та дослідними варіантами були за характером такими ж, як і в А1, але ступінь їх виявлення був значно менший. Так, у дослідному варіанті у T.timopheevii схожість була 81,6% (контроль - 85,1%). У Т.durum зберігалась тенденція стимулюючого ефекту у обох сортів - 94,1% (контроль - 90,3%) у сорту IR-7115 та 90,4% (контроль - 89,3%) у сорту Світлана.

Не знайдено різниці між дослідними та контрольними варіантами за кількістю хромосмних аберацій у масових мітозах у паростках після збереження насіння.

"Штучне старіння" насіння не вплинуло на кількість порушень в мейозі у рослин А2 представників шести вивчених видів пшениці. В анафазі І середній рівень порушень не перевищував 1,5%, в анафазі II у більшості варіантів він знаходився у межах

2-4%; у T.timopheevii цей показник склав 11 ± 6%, що значно перевищує середній рівень порушень у цій фазі мейозу у пред-

ставників решти вивчених зразків. Важливо відзначити, що кількісні характеристики мейотичних порушень у вивчених видів пшениці, що спостерігаються у другій після "штучного старіння" генерації (А2), у більшості випадків співпадають з такими у рослин А1. На стадії тетрад кількість аномалій не перевищувала 3%. Видові особливості типів аномалій тетрад, що спостерігались в А2, були аналогічні тим, що були в А1, тобто у T.spelta та T.aestivum в А2 спостерігали тільки тріади, у T.dicoccum, T.timopheevii, Т.durum тріади, тетради з мікрояд-рами та "тетради з невірною орієнтацією”.

У рослин наступної після "штучного старіння" генерації насіння (А2) відзначаються деякі відміни за фенотиповими ознаками лише у частині дослідних варіантів у порівнянні з контрольними. У T.timopheevii у дослідних варіантах спостерігали статистично достовірне зменшення висоти рослин - 89,8 см (контроль - 92,9 см). У T.dicoccum спостерігали підвищення цього показника у порівнянні з контролем на 1,5 см. Можливо, це явище викликано або дією відбору у генерації А1, або впливом епігеному чи умовами формування насіння А2 на рослинах А1. У інших видів не спостерігалось різниці за вивченими фенотиповими ознаками в експериментальних та контрольних варіантах.

ВИСНОВКИ

,1. Процеси, що відбуваються під час довготривалого зберігання насіння пшениці м'якої та твердої, індукували збільшення кількості хромосомних аберацій в мітозах, причому у пшениці м'якої у більшій мірі, ніж у твердої; у ряді варіантів -збільшення кількості порушень у мейозі; зниження морфомет-ричних показників фенотипових ознак.

2. Довготривале зберігання насіння може вплинути на наступну генерацію рослин (А2), що проявилось у збільшенні порушень у мікроспосрогенезі на стадії тетрад.

3. Негативний ефект старіння насіння може бути частково компенсовано застосуванням в момент пророщування окремих речовин - розчину аргініну та екстракту з паростків озимої пшениці.

4. Вплив процесів, що відбуваються під час "штучного старіння" насіння шести видів пшениці у режимі, що відповідає процесам на початкових етапах природного старіння насіння,

проявляється у збільшенні кількості насінин, у яких виникли хромосомні аберації. Наичутливішим по цьому показнику було насіння представників T.durum та T.dicoccum. Вплив процесів, що відбуваються під час "штучного старіння”, на наступні генерації рослин проявляється у зміненій ряду фенотипових показників рослин.

5. На підставі емпіричних даних по схожості та ряду інших показників, що отримані при моделюванні старіння насіння, можна ранжувати види пшениці у порядку зниження чутливості до тривалого зберігання: T.timopheevii, T.dicoccum, T.durum, T.spelta, T.monococcum, T.aestivum.

6. Виявлені типи аномалій тетрад, що зустрічаються у тет-раплоїдних видів пшениці: T.timopheevii, T.dicoccum, T.durum: тетради з мікроядрами та "тетради з невірною орієнтацією".

7. Вивчені представники видів пшениці з більш високим рівнем плоїдності не виявляли підвищеної стійкості до "штучного старіння" насіння у порівнянні з диплоїдним. В одночас з цим, реакція на штучне старіння залежить від генотипу зразка.

Список наукових публікацій по темі дисертаці:

l.Zadorozhna О.А. Chromosome damage in wheat seeds after

3-10 years of natural aging //Annual Wheat Newsletter. Kansas State University.-1996.-42.-p.216-217.

2.3адорожна O.A., Рябчун В.К., Рабинович С.В., Богуслав-ський P.JI. Вплив аргініну на посівні якості та хромосомну стабільність насіння ярої м'якої пшениці залежно від терміну зберігання //Селекція і насінництво. -1996. -вип.77. -с.40-44.

3.Задорожная О.А., Рябчун В.К., Богуславский P.JI. Цитогенетический эффект старения семян пшеницы //Цитология и генетика. -1997. -т.31. -N3. -с.49-53.

4.Zadorozhna О.А. Accelerated ageing of seeds from six wheat specieses //Annual Wheat Newsletter. Kansas State University.-1997.-43.-p. 244-245.

5.Задорожная О.А., Рябчун В.К., Чередниченко В.Н., Суворова Е.Ю., Богуславский P.JI. Жизнеспособность семян и цитогенетическая стабильность растений в связи с хранением семян.//Ред. ж. Цитология и генетика.-Киев, 1996.-13с. Деп. в ВИНИТИ 04.03.96 г., N669-B96.

6.Задорожная О.А. Изменение жизнеспособности и частоты хромосомных нарушений хранившихся семян пшеницы разных

лет репродукции //Материалы научн. конф. молодых ученых биологического факультета и научно-исследовательского

института биологии. -Харьков: ХГУ.-1996. -с.21-22.

7.3адорожна О.А. Вплив старіння насіння на хід мейозу у рослин пшениці //Матеріали міжнар. науково-практ. конф.

молодих вчених та спеціалістів. "Наслідки наукових пошуків молодих вчених аграрників в умовах реформування АПК".-ч.1-Чабани.-1996. -с.145.

8.3адорожна О.А. Мейоз у пшениць з різним рівнем плоїд-ності після прискореішого старіння насіння //Тезисы, докл. конф. молодых ученых и специалистов. 5-7 июня 1996 г. "Актуальные вопросы ботаники и экологии" -Харьков.-1996. -с.50.

9.Задорожная О.А. Влияние ускоренного старения на жизнеспособность и цитогенетическую стабильность семян пшеницы разных видов //Материалы Междунар. симп., Институт

растениеводства им.В.Я.Юрьева. 2-4 октября 1996 г. "Методологические основы формирования, ведения и использования коллекций генетических ресурсов растений". -Харьков.-1996. -с.12.

10.Задорожная О.А. Последействие естественного старения семян пшеницы на ход мейоза у растений //Тезисы докл. Междунар. конф. 11-15 ноября 1996 г. Ялта. "Молекулярногенетические маркеры растений”. -Киев:Аграрна Наука.-1996. -с.73-74.

Задорожна О.А. Мінливість рослин у зв'язку із старінням насіння. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15. - генетика, Харківський державний університет, Харків, 1997.

Дисертація присвячена питанням досліджень дії процесів, що відбуваються під час тривалого зберігання насіння і під час їх моделювання - "штучне старіння" на цптогенетнчні та фенотипові показники рослин. Встановлено, що ці процеси індукували збільшення кількості хромосомних аберацій в мітозах, причому у пшениці м'якої в більшій мірі, ніж у твердої; в мейозі; зменшення морфометричних показників фенотипових ознак. На підставі емпіричних даних, що одержані прп моделюванні старіння насіння, ранжували види пшениці у порядку зменшення чутливості до тривалого зберігання, що буде використовуватись під час збереження колекційних зразків у генбанках. .

Ключові слова: хромосомні аберації, мітоз, мейоз, фенотипові ознаки, збереження насіння, пшениця.

Задорожная О.А. Изменчивость растений в связи со старением семян.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15. - генетика, Харьковский государственный университет, Харьков, 1997.

' Диссертация посвящена вопросам действия процессов, протекающих при длительном хранении семян и при их моделировании - "искусственное старение" на цитогенетические и фенотипические показатели растений. Установлено, что эти процессы индуцировали увеличение количества хромосомных аберраций в митозах, причем у пшеницы мягкой в большей степени, чем у твердой; в мейозе; уменьшение морфометрическнх показателей фенотипических признаков. На основании эмпирических данных, полученных при моделировании старения семян, ранжировали виды пшеницы в порядке уменьшения чувствительности к длительному хранению, что будет использоваться при хранении коллекционных образцов в генбанке.

Ключевые слова: хромосомные аберрации, митоз, мейоз, фенотипические признаки, хранение семян, пшеница

Zadorozhna O.A. Plant variability connected with seed aging. -Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 03.00.15 -Genetics; - Kharkiv State University; Kharkiv, 1997.

The dissertation is devoted to desing processes effect, proceeding during long-time seed storage and their modelling -"artificial aging" to cytogenetic and phenotypic plant indexes. It has been ascertained, that these processes have induced increasing of chromosome aberration quantity in mitosis, bread wheat to greater degree, then durum wheat; in meiosis; decreasing of morphometric indexes of phenotypic signs. On the base of empiric date, obtained during seed storage modelling, it has ranged wheat specieses in order of sensitivity decreasing to long storage, that will used during collected seed samples storage in genebanks.

Key words: chromosome aberration, mitosis, meiosis,

phenotypic signs, seed storage, wheat.