Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение закономерностей экспериментальной полиплоидии у сорго

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Изучение закономерностей экспериментальной полиплоидии у сорго"

Г;"'

г>

л

Кэ rcpsaas рукспжз

ЦВЕТОВА íiapjflta Иосифовна

12УЧШЕЕ ЗА1ШОМЕР5ЮСТЕЙ ЗКСПЕР5В!ШГА1ЬЕО:1 ШШДШШКН У СОРГО

(специальность: 03. (».15 - Гекжзш)

АВТОРЕФЕРАТ дкссертадии на соискаине учёной степекй кандидата бкологическна; наун

Санкт-Петербург, 1937

Работа выполнена в лаборатории экспериментальной Сиашизд Поволжского филиала Всероссийского НИИ сорго и в лаборатории клеточной инженерии Поволжского НКн животноводства и биотехнологии.

Научшгй руководитель: кандидат сельскохозяйственных

каук А.Г. Ишш

Офшяальвые оппоненты: доктор биологических наук

профессор В. Г. Смирнов доктор сельскохозяйственных каук, член-корреспондент РАСХН В.Н. .'¿алянсгаскии

Неяуеая организация: Саратовская государственная

сагАск02озяксгзе1!ная академия им. Н.К. Вавилова

Защиту диссертации состоится ЛкШШ^ г.

в " 1Ц " часов на заседании диссертацион)4ого совета К 020.18.01 по ярнсуядешвс диссертащюнной степени кшцрщата наук во Всероссийском научно-исследовательском институте растежиеводствз.им. Н. й. Вавилова во адресу: 163000, г. Саянт-Иетербург, ул. Большая íioрсная, 44

С диссертацией кошэ ознакомться в библиотеке Всероссийского института растениеводства

Автореферат разослан "_{_ ±_" uxvpfH 1шг г

- MU?,

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйст-

веииик наук В.А.Корнеев

-3-

СЕЗДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

¿¡ггуаль кость теш. Внимание многих генетиков и селекционеров привлекает искусственная полиплоидизация растений, которая заняла свое место в ряду других селекционных приёмов и наилучшие результата даёт з сочетании с ними (Mac Key, 1S87; Routl. 19Q2; Тита-ренко. 1994). Кроне того, удвоение числа хромосом яляетсп необходима этапом в у.оде работ по получении гомозиготных линий на ос-нозе гаплоидов, а татае при получении фертильчнх эмфидиплоидов после отдаленных скргпашаний. В силу общности приёмов раЛоты и закономерностей процессов, искусственная полиплоидизация оказывается теснегёяим образом связана с работами такого рода.

Исследования по искусственной полиплоидизация растений не ограничивается ражзми седекщш, но связаны и с решением теоретических вопросов, таких как строение меристемы и дифференциация растения в ходе онтогенеза, изменения экспрессии генов в новой генетической среде и т.д. Изменения уровня плоидности отражаются на системах размножения растений, проявлениях апомиксиса и поли-энбрионии. В культуре тканей одним из механизмов сомгклональной изменчивости является изменение уровней плоидности. В связи с этим. исследование закономерностей искусственной полиплоидизация и изменчивости индуцированных аутотетраплоидов не теряет своей актуальности в настоящее время.

Дели и задачи исследования. -Основная цель настоящей работы заключалась в исследовании морфо-генетических закономерностей искусственной полишгоидизации сорго и возможностей получения спонтанных полиплоидов. В задачи экспериментальной работы входило:

1. Сравнить эффективность разных способов искусственной по-, липлоидизаши..

2. Оценить воз.матлос^и подшгмбрионии как метода получения гаплоидов и полиплоидов сорго. •

3. Уточнить критерии, используемые при оценке эффективности полиплоидизируюдего воздействия.

4. Провести цитогенетачесгшй анализ потомства колхплакированных растений.

5. Изучить изменчивость ряда иорфогенеткческнх признаков у тетраплоадов сорго.

Научная новизна работы. В России впервые получены аутотетрап-лоиды сорго, причём, с использованием закиси азота впервые в мире. Изучены их неюторые хозяйственно-ценные признак;!. Впервые

охарактеркзэват пыльца сорго в условиях Среднего Поволжья и установлено, что-при оценке плоидносги пределы изменчивости пыльцевых зёрен по размеру - показатель более информативный, чем средне- арифметическое значение. Показана и . практически реализована юзмснность использования дачных о стерильных пыльцевых зёрнах для оценки пощяшоидизирувдего воздействия на стерильную лнккв. Получены данные по полнзморконив у сорго и впервые исследовано влияние искусственной полкллоидизашш ка проявление элементов апоммксиса и лолизмбрионии у сорго.

Научно-практическая значимость работ». Предложены ысдь-фика-ции истодов полиплоидизацни, которые позволяв? интенсифицировать работу по псштлоздизацш сорго, а такие других видов растений. По!сазанн возможности пслизмбрионии как метода получения гаплоидов и полиплоидов у сорго. Индуцированные тетраплоиды обладает рядоа характеристик, которые позволят использовать их как материал для селекши, а также для теоретических исследований.

Подученные характеристики пыльцы могут быть использована при теоретических исследованиях, к для оценки экспериментальных воздействий ка растения. • Данные о характеристиках стерильной пыльцы после обработки полигаюидчзируоцлм агентом- могут служить для оценки зффеетквкости воздействия при работе с различные стерильными лннн5:>.ь-:.

АдроСадик работы. Результаты работы докладывались ка IX Всесаэзноы совещании по эмбриологам растений (Кканнёв. 1986); V съезде ВОГИС (ЬЬсква, 1987) ; Всесоюзной совещании "Химический мутагенез в ненаследственная активация в сельском хозяйстве (Москва. 1989); Мездународком симпозиуме "Апомиксис у растений" (Саратов, 1934); I съезде. В0ГКС( Саратов,1994); Всероссийском симпозиуме " Проблемы репродуктивной биологии" (Перш, 1996).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, ессти глав, выводов, практических рекомендаций, приложений и списка литературы. Текст изложен на 116 машинописных страницах, иллюстрирован 21 таблицам и 19 рисунками. Список литературы содержал 206 источников, из которых 121 - на иностранных язшах.

-5-

основноЕ содержание работы

Материал и методы исследования

В качестве объектов исследования использовались следующие сорта н лиши сорго: Желтозёрное 10 л (S. subglabrescens Sctae-inf. et Aschers); Вилар 01, Волжское 2*, Скороспелое 89* (S. caffrorum (Retz.) Beauv.; Хегарн 25, Хегари 241 (S.caudatira Stapf.); Красноплбнчатая K-16/1E *. Суданка к-20/201* (S.sudanen-se (Piper.) Stapf.); Негритянское кре>лово-бурое к-3366/2*' (S.nigricans (I?uiz et Pavcn.) Sncwd.); Кинельское 3* (S.saccUaratw) var. foraosvsa (Snowd.) Doron. et Ivanjuk. ); полуфертилькая линия AC-1, полученная в результате культивирования In vitro шлодых метёлок полностью стерильного растения из F2 гибрида AI Саратовское 3 л С 752 (S. nigricans var. feterita); (Эльгсоюш, Ишин,1991).

* В дальнейшем данное сорта будут обозначены ¡сак 3 10, В 2, С 89, К 16/1Е, КЗ, С 20/201, Н ЗЗбС/2.

Потомство одного растения считали семьёй. После искусственного опыления или поздекстьия колхицином, закисью азота, и т.д. семьёй считали потомство одной метелки.

Выявление близнсирвих проростков проводили, когда высота ко-, леоптале достигала 3 - 4 см.

Определение числа хроыосо^ проводили в корневых меристемах, фиксированию! в ацетозлкоголе (1:3) после предобработки в насыщенном растворе монобромнафгалинз в течение .3,5 часов. Кончики ¡сореяг.сов окрашивали 17. яцетсгематоксилинсм (Жшии, Цветова, 1989).

Коляшдтирование ьеру.уаечных меристем проростков проводили, погружая их з 0,05-0,2* растворы колхицина па 12,16, 18 и 24 часа. Сорт 1 10, отличавшийся по резхфм на колхгаинирование от других сортов, обрабатывали также в течение 4-8 час. Корни с раствором не соприкасались. После обработки лрэрсстгсн промывали в проточной воде 30 мхи и выкладывали в кюветы с алазеной фильтровальной бумагой. Через несколько дней выжившие проростки высаживали в-поле. У выпивших растений брали на анализ пыльцу по мере зацветания верхней, средией часта и всей ыетёлки и определяли со-юрзЕакле крупных пыльцевых зёрен (КПЗ) на временных препаратах.

окраденных йодистым калкеы.

Обработка растений вачксью азота проводилась по описанному методу '( Subraisnanyan and Kasha, 1S75) после кастрации ijv искус-твенного опыления, либо после самоопыления. В последнем случае на метелке оставляли только цветки, открывшиеся в день эксперимента.

Математическую обработку материала осуществляли с использованием известных рекомендаций ( Рокицкий, 1S64; Седловский к др, 1982; Зайцев, 1984).

Исследование пыльцы у сортообразцов сорго

В практике полипловдизации растений для оценки эффективности воздействия широко приуенется анализ пыльца обработанных растений, так как диплоидные пыльцевые зёрна (ПЗ), образовавшиеся в тетраплоидном секторе соцветия, имеют больЕий диаметр по сравнению с гаплоиднши. Значительные расхождения в оцепке диаметра ГО сорго у различных авторов (Hair, 1S61; Beug, 1953; Иванякович, 1S68; Архкпенко и др., 1989 и др.) обусловили необходимость исследования пыльцы сорго в условиях конкретных экспериментов.

Средние значения диаметров ИЗ в разные годы для всех изученных сортов статистически достоверно различались. Однако отмечено, что диаметра абсолютного большинства ЯЗ у изученных форм серго (АС - 1, В 2, Е 10, К 3, К 16/1Е, Н 3305^2), укладывается в пределы от 37,5 до 54,2 икы независимо от того, б каком году или в какой момент цветения был взят образец пыльцы. Частота тг.е ПЗ данного диаметра в разны? годы тт.ет значительно различаться, и статистически значимые различия в средних значениях получаются, очевидно, вследствие неравенства частот отдельных вариант в различных выборках. IB, диаметр которых превышает 54,2 ыкм ("крупные ькЕъцевые зёрна" ели КПЗ) , встречается у диллоидов довольно редко к, па-видимому, содержат нередуцированное число хромосом.

Реакция растений сорго па кпдхнцинирование

Ври введении кодхкцша б растение через корни иди в стебель путём инъекций наблюдались различные ыорфофизиапогические изменения, но, тетрапловды получаны не были. Наилучше результаты дала обработка верхушечных меристем проростков 0,1 и 0,2% растворами

-т-

колхмцмна з течение 18-24 часоэ у всез сортов, кроме Л 10, у которого проростки вшмвалл лишь при воздействии а течение 4-8 чассз.

После обработки верхушечнид меристем у части проростков появлялись типичные утолщения в зоне конуса нарастания и через некоторое арсмя развивались г.ороттао и :г;;ро;'.;:о листья (группа с;'_;ь-(О изменённых проростков). У К 16/1Е, Н"3366/2, К 3 и АС-1 вшги-:5аемость была много вше в группе проростков, слабо изметшшзся после обработки, у С 20/201, напротив, в этой группе выжило всего 12,3 7. проростков. У Я 10 груипч по выживаемости достоверно различались.

Во время цвете ига С ¡¿ли вызелени химерные особи, в пыльце ко-торга имелись диплоидлие ПЗ. Показано, что в потомстве метелок, у которых з пыльце содер-алооь менее 15% крупных (диплоидныз) ЯЗ (КПЗ), встречаемость тетраплоидов чрезвычайно кмзка. либо о;.гп отсутствуют совсем. Поэтому для удобстза изложения содержание в пыльце свыше 152 КТО обозначили как "высокое содержание КПЗ".

В пильце, собранно»! с разных побегов у кустящихся форм либо ь разные момента цветения одвси метелки, содерганив диплоидных 1!3. а такде фертидькость пыльцы чаще всего статистически достоверно различались (табл.1).

М<;;-,лу содержанием з пыльце КПЗ ч частотой тетраплоидов в потомстве метёлки выявлена поло.жительиая корреляция (г=0,65; достоверно при Р<0.01). Но иногдз ме.чду. этими показателями наблюдалось расхождение. 3 дальнейшем было показано, что диаметры гаплоидных и диплоидных ПЗ совпадает в диапазоне 50 - 54 мим, что, по-видимому. аокет бить источником сжбск при оценке плоидности ПЗ.

Установлено, что морфологические изменения, возникачахе у растешет, далеко иэ веет да отранадт эффективность воздействия. Так, у К 16/1Е растения, раввявкиеся из сильно изменённых проростков, содержали в металлах 1,58-82,72 КПЗ, а рзззлшкгеся из слабс изменённых - 6.8-74,Аналогичное явление наблюдалось и у С 20/201 и Н 3263/2.

В потомстве некоторых растении, развившихся из слабо изменённых проростков, содержалось значительное количество тетраплоидов. Как и в работах других авторов (Ушакова, 1934, Юдин, Хватова, 1985 и др.1, не стали индикатором успешной.полиплондизаики и мор-фо-^изиологические кзнененич колющмнированныг растений, проявившиеся во время вегетации. Несмотря на возможность ошибок при анализе пыльцы, наличие КПЗ является сакьм лучшим критерием при

Тгбл5ща 1

Фертильность к содержание крупных пыльцевых зёрен в пияьце колхищшированного растения N 89 (К 16/1Е )

" К растения, метелку Цветущая часть метелки Фертилъ-ность, 7. Содерглние крупных пыльцевых зерен среди фертильних пыльцевых зёрен,%

89 - 1 1/3 66,7 сг 46,1 а

2/3 94,5 б 52,4 б

вся 95,0 85,4 б 73,7 57,4 в

- 2 2/3 65,0 сХ 38,5 с*

вся 90,0 77,5 б 47,8 43.1 ь

- 3 1/3 65,7 в 75,0 б

2/3 78,5 б С<"> о а

вся • 48.0 64.1 а 8§ Ьг ^ Го б

- 5 -1/3 30,0 а 43.3 ъ.

вся 40,5 а Во, 2 б

35,2 64,2

* Значения, обозначенные разными буквами, существенно различается на уровне значимости р < 0,05

оценке эффективности действия полиплоидизируюцего агента.

Следует отметить, что в нашем материале, как и в работах других авторов (Юдин, 1964; Стрельчук, 1967; Корябик, 1983 и др.) при обработке растений на ранних стадиях развития были получены полностью полиплоидные соцветия. Это противоречит концепции, согласно которой в шшеоплоидных растениях происходит внутрисомати-ческая селекция, в результате чего восстанавливается исходная шюидность (Панина, 1965; Neir.ec. 1955; ькапйпаГпзп, 1967;

Давоян и др.. 1972). Напротив, в литературе отмечены случаи увеличения тетраплоидпого сектора в ходе онтогенеза (Шаханов, Ушакова. 1984; Рап еЬ а!.. 1991).

Очезадно, да.ч!ше об уменьшении относительного содерлл:::п клетск зысаей ллондкости в ходе онтогенеза растения, справедливы для различных зон меристеыи, но не для инициальных клеток, число ¡сстсрых 5 заоодьшач семян колеблется от алией до вссьыл. (Таоасен-ко, 1580; Левченко, Грнких, 1581) ¡5 несколько возрастает в сли-калыгой меристеме проростка. В случае, если действие полиплелди-зяруг-цего вещества затрагивает все или бодыганство ияялиззыгш клетск, полштлезиныи сектор оказывается равным всей или большей части спорогяянсй зоны. Успех воздействия, по-видимому, определяется только тем, проникнет ли полиплоидизируюшш агент к верху-'лечнс'л' адексу растения, и будет ли длительность воздействия достаточной для того, чтобы полиллсидизировались инициальные клеткл конуса наоастания.

Ти-г^? сбоазсм. зео работу по обсаботке растений, я выявлению тетоаплолдоз з потомстзе можно представить в виде следуюдей последовательности пооцедур: (1) обработка верхусечкых меристем проростков 0,2 X растзорс-ы кпдхишна; (2) ярсьивка прссюстков водой з течение 0,5-1 часа; (3) дорапиззние растекий, независимо от выраженности уорфзлога'л'гск:« и физиологических изменений, дозяиети з ре°ульта^е осработш!; (4) двух- или трехкратный анализ пыльцу с каждого соцветия каждого из обсаботанныч растений во время цветения; (5) отбор соцветии, содержащих свыше 15.CZ КПЗ среди фертидь-них ИЗ; (о) цитологический анализ потомства отобранных соцветий.

Псляплоидизашн полустерилькой линии АС-1

Линия АС-1 обладает частично восстановленной музскси <5ер-тчдьчсстьй, л наличие в пыльце некоторого количества фертильных КЗ давало надеггду на воемо^ность использования для оценки эффективности воздействия такого критерия, как разиер гшдыхеных зерен.

Содеряатае фертильных 33 у этой линии изменчиво в большой степени. В 1693 г. анализ пыльны у 71 растения показал, что в разных метёлках одного растения, как и з разных ярусах едней метелки, содержалось от 0 до 56.СХ фертлльтяах ПЗ. Интересной особенностью линии АС-1 является наличие в пыльце заметного количества КПЗ с до 10,27. фертильных и до 30,02 стерильных КПЗ), тпгда как у других сортов их частота не превышает доли процента.

В отличие от других образцов, у линии АС-1 при оценке з<$фек-

тивноетв. обработок колхицином стерильные КШ учитывали наряду, с фзртильными. "В" результате обработки колхицином содержание фер-тильных КПЗ в пыльце некоторых метёлок возросло до 48,0" и стерильных - до 55,0%. В потомстве четырёх метёлок линии АС-1 (17,0-65,01 стерильных КЫЗ по отношению ко всем проанализированным ПЗ) среди 26 проростков цитологически выявлен один тетраплоид.

В результате опыления метёлок колхицинированных растений АС-1 с высоким содержанием КГБ пыльцой тетраплоидов Н 3865/2 получено 5 гибридных тетраплоидных растений, что указывало на наличие диплоидных яйцеклеток. Таким образом, опыление диплоидной пыльцой, позволило выявить полиплоидные генотипы, несыотря на их низкую частоту.

Четыре растения семьи АС-1-30 имели от 26,0% до 62,01 КТО среди фертияьных ГО. Это позволило выявить 14 тетраплоидных растений в потомстве от самоолшения метелок.

Таким-образом, анализ стерильных ГО можно использовать для оценки эффективности псшишюидизирувщего воздействия. Очевидно, размер ГО определяется процессада, происходящими на стадиях развития. предшествующих тем, на которых происходит стерилизация.

Еолиплоидизация сорго закись» азота

После воздействия заклсьо азота, в некоторых метёлках наряда' с нормальными выполненными отмечены очень ыелкие зерновки, а тачке оеззарсдыпезые зерновки, имеющие нормальный размер. Последние, по-видимому, образовались вследствие дегенерации яйцевого аппарата, выявленной в обработанном материале (Ларина, Цветова, 1986).

Серии обработок, проведенные а) после кастрации и искусственного опыления метёлок и б) при свободном цветении метёлок показали, что при искусственном опылении завязываемость семян была значительно снижена: в контроле не превышала 55,0Х, в обработаных метелках составляла 0-54,02 . При обработке свободно цветуоих метёлок вавязываемость ¡зерновок у разных сортов составляла 53,0-83,02.

Установлено, что при одноразовой опылении кастрировании;; цветков процессы оплодотворения и ранние птапы эмбриогенеза проходят в равных цветках неодновременно. Через 24 часа б некоторых цветках, наблюдаются начальные стадии оплодотворения, тогда как в Других тает Сыть многоядерный эндосперм с 4х-клеточныа варрдьгаем

(Ларзша, Цветова, 1986). Очевидно, что если синхронизация процессов оплодотворения за счет искусственного опыления не достигается, то кастрация и опыление - кзлшзни и рациональнее становится обрабатывать свободно цветущие метёлки.

253 проростка в потомстве обработанных закисью азота метёлок были проанализированы цитологически. У К 16/1Е и 3 10 выявлены 1 и 6 тетраллоидов соответственно, индуцированные обработкой самоо-пылёкнкх метёлок под давлением в 5-7 атм в течение 17-24 часов.

У некоторых диплоидных проростков в корневых меристемах отмечено 5-77. ыиогоядерных и тетраплоадиш клеток, а такие клетки с неправильным расхождением хромосом в анафазе. Возможно, тагаю аначалии в работе ьштотического аппарата возникли в результате обработки вакисыо азота; они аналогичны тем случачм, которые наблюдались нами после воздействия колхицина (см. ниже).

Кследование полюкбрчонии у диплоидных и тетрашюкдпых аналогов сорго с точго! зрения выявления гетероилоэдных . и апсилпстичЕых растений

По отношения к числу проросших зерновок частота встречаемос-тч шогозародызеБНХ зерновок составляет у Гаоляна 272 - 0,332., у С 89 - 0,202., у Вилар 01 - 0,101., у Хегари 25 - 0,142с, Хегари 241 - 0,282*, у С 20/201 - 0,182*, у 21 10 - 0,43%», у Н 3356/2 -1,242. У К 16/1Е не выявлено ни одной двойни. У тетраплокдкых аналогов К 16/1Е, Л 10 и Н 3366/2 Еыязлены двойки с частотой 0,072., 0,46 и 0,39 соответственно.' Частота растений, в метёлках которых образуются мкогозародшпевые зерновки у 2 10 и Н 3366/2 составила 20,4 и 34,5 2, а у теграплоидньи аналогов - 8,6 и 3,52.

Эмбриологическое исследование показало, что у тетраллоидов сильнее выражена тенденция к формированию дополнительных зароды-севых иешков и стругстур, кмекздк характер элементов апониксиса, то есть потенций к развикзо полизибрионсв.

Большинство выявленных полизмбрионов развились иг зерновок с двумя зародыаами и только у Я 3366/2 были выявлены три тройни. У Гаоляна 272, Вилара 01, Хегари 241, 2 10 и С 89 выявлены гаплоиды. У Н 3366/2 в составе тройни выявлен один тетраплоид, В тет-раплоидном де материале не выявлено ни одного близнецов ого растения с числом хромосом, отклонякщшся от 4п.

В потомстзе некоторых метёлок обнаружено два или три полиэы-

Сриона, различатсдася по ?,<орфодогак и цитогенетичгской структуре. Очевидно, у одного и тоз'о же растения шогоззродызеЕые зерновки когут возникать различными путями.

Tama; образом, у сорго, для которого до настоящего времени не разработаны эффеюивние угтоды получения гаплоидов, многозаро-дш-евке зерновки могут служить источником их получения, но практически не могут быть использованы для получения полиплоидов.

Б наетолцее время отсутствуют критерии, с поыощыэ которая Сыне бы определить происхождение дополнительного проростка. Некоторые подходы обозначаются в связи с выявлением зародышей, зани-у,гшм в оерноЕК.э необычное пододение. Обычно проростки располагались параллельно друг другу. Но в диплоидном и тетрапдоидном материале выявлены двс-йни, у которых проростки были повернуты под углом 90° или 180° по отнсаениз друг к другу. 8 двух случаях отмечены проростки, прои?.рсста«цае из средней части зерновки. Поскольку сексуальный ззродуховый меасге находится обычно в семяпочке на постояидам месте, а половой зпродмн занижает определенное положение в зародоаеьом мешке (Баютина, 1S87), то, очевидно, правильно предположение (Tan et al., 1932; Yuan, et al., 1992) , что зародкет, эгшыьщяе аномальное полодекае в зерновке гаеот апо-мжтипног происхождение. И, следовательно, мм, по-видимому, наб-лрдзли аасмикпгшыг • растении, Бозюасзке га счёт апоархеспории. выявленной у сорго рядом авторов (Rao and Maravana. 1368; Нагла et al., 1870; Er,aleeva et al.,1994).

! Характеристика индуцировании* тетрап-тсидов

Высота растс-чия. у к 16/1Е, 310 , Н 3366/2 высота тетрапдои-дое была статистически достоверно меньше по сравнения с диплоидным аналогом, а у С 20/201. в течение трёх дет не отличалась достоверно от гзк0е0й у контрольных дипдоидов.

Характеристики метёлки. У тетравлоидов сушествует тенденция к уменьшении длины метёлки. У тетраплоидов суданской травы плотность штелки (отношение числа веточек I порядка к длине метелки) имеет тенденция к увеличению. За счёт изменения длины, плотности метелки, длины веточек второго порядка, числа колосков на веточке у тетраллондов суданской травы возникают различные формы метелки,

не отмеченные нами в диплоидном материале. "Форма метёлки" -признак, арче других демонстрирующий воэрастнгкцую изменчивость у тетрашгоид:шх суданок по сравнению с исходным дишюидним материалом. У тетраплоидных растений хоросо заметно татае увеличение размеров колосковых чешуи и, часто, изменение их (£орцы.

Сроки цветения. Начало цветения отмечали у растений в день, когда на главной метелке раскрывались первые цветки. Количество растений, зацветавших в определенный день, было вырзкено в процентах от общего числа изученных растений. Начало цветения наступает- у диплоидов и теграплоидов практически одновременно. Разрыв между датами начала цветения отдельных растений может составлять в разные годи от 14 до £0 дней. В першэ дни зацветают единичные растения, В дальнейшие дни число зацветаюяих растений нарастает, достигая максимума почти одновременно у диплоидов и тетраплоадов.

Завязываеыостд семян. Завязываемость семян у тетраплоадов резко снижена по сравнения с диплоидными аналога».«!. У К 16/1Е в разные годы завязиваеиость семян составляла 83,6-93,3%. от числа цветков, а у тетраплоидного аналога 33.5-66,ОХ. У 5 10 -79,6-86,47. И 20,5-40,3 Z ; у Н 3366/2 - 80.9-84.3 и 7,3-47.0% соответственно. В течение нескольких лет диплоидные и тетрачлоидньге растения цвели практически одновременно, т.е. в одних и тех же условиях среды. Однако у тетраплондов отмечено ке только обцее снижение семенной продуктивности, но и намного большее варьирование этого признака. У тетраплондов суданки К 16/1Е в 1988 и 1991 г.г. обнаружена сильная отрицательная (г- - 0.9) корреляция озер-нённости с суммарной влажностью воздуха в период цветения метёлки, У дкплоидов в 1988 г. связь отсутствовала (г «= - 0.12), а в 1991 г. наблюдалась теснач положительная корреляция (г « 0.87). Не обнаружено корреляции мезду оьерн&нностыо с одной стороны и суммой температур и количеством осадков с другой стороны. Полученные данные о существенных различиях в озернбнности, везшгкам-дих у тетраплоадов в результате изменения условий среды, позволяют сделать предположение о меньшей физиологической ' стабильности аутотетраллоидов сорго по сравнению с диплоидами, что отрицательно сказывается на семенной продуктивности растений.

Полегаемость. Тетраплоидкые аналоги Н 3366/2, К 16/1Е и С 20/201 обладали большой устойчивостью к полеганию.

У всех исследованных сортосбразцов отмечено одинаковое направление изменений, возникших у аутотетраплоидов по сравнению с диплоидами: снижение высоты растения, уменьшение длины метёлки, снижение озернённости, увеличение коэффициента вырьирования по все« исследование признакам. При этом необходимо подчеркнуть, что тетраплоиды К 10 были индуцированы закисью азота, а у других форм - с псмодью колхицина. Таким образом, не обнаружено прек.!у-цесгв у аутотетраплоидов, полученных с помеси» закиси азота.

ПОЛИТАПЛОИД НЕГРИТЯНСКОГО СОРГО И СПОНТАННАЯ СМЕНА УРОЕНЕЙ пжвдности В ЕГО ГОТОСТБЕ

. Из пятого поколения тетраплоидсв (Сь) в 1991 году было выделено полигаялоидное растение НТ 12. 8 его потомстве было изучено 147 растений. Среди них в период цветения по морфологии выделено 8 тетраплондов, а также 2 растения, у которых., разные псбеги по морфологическим признакам были диплоидными, либо тетраплоидными. На рис. 1 приведено схематическое изображение расположения метелок разной плоидкости на одном из таких химерных растений НСТ 41, у которого отличались по плоидкости не только различные побеги кущения. но и некоторые боковые метёлки второго порядка отличались по плоидности от несуцего их побега первого порядка.

Рис.1. Схема расположения побегов разной плоидности у у химерного растения HCT 41.

Анализ пыльны подтвердил плоядкость бсдаглнства нетёлок, определённую по мор£елог:г-юскт!м признакам. Но у растения НСГГ 8 метёлки 2, 3 и 7 содержали смесь нормальных и крупных ИЗ (табл.2).

Таблица 2

Распределение пыльцевых зёрен з аависхшости от диаметра б различных побегах растений з потомстве патагаплоида H 3365/2

H растения и метёлки Плоид-ность по фенотипу Диаметр пыльцевых вйрен, мкм

37,6 41,7 45.9 50,1 54,2 58,3 62.6 66 8

2-7 2п 4,0 33,0 50,0 6,0 2,0 2,0

8-1 2п 6,0 40,0 48,0 4,0 2,0

8-3 2п 1,0 6,0 31.0 26,0 33,0 2,0 1 0

9-2. 2п 10,0 62,0 24,0 4,0

10-4 2п 12,0 60,0 20,0 8,0

11-4 2п 8,0 40,0 44.0 8,0

1-4 4п 28,0 18,0 42.0 8,0 4 0

8-2 * 4п 18,0 12,0 34,0 28.0 8,0

-4 4п . 13,9 23,3 46,5 11.6 4 6

-1 4п 20,0 40,0 26,0 14,0

-8 4п 24,0 30,0 44.0 -2,0

-9 4п 2,0 30,0 54,0 12.0 4 0

Плсндкость потомства 1. 4, 5, 6, 8 к Эй ыэтёлок совпала с кояднооть». определённой по иорфо&огми или пидьце. У хшервой (по пькьце) метёлки 2 этого ~.е растеши в потсмстзе выявлены только тетраняоиды (табл. 3.). У химерной по яшьце мэт&схн 3 в потомства взопло и акао линь одно диплоидное растение.

Для растения КСТ 41 было показано, что расщепление по числу хромосом иозет наблюдаться и з пого1!стве одной мэтбдки (табл.З). .

В следующем населении случаев расцепления по плоидности по-тсиства, как отдельных растений, та; и отдельных соцветий, обнаружено не было.

Исходное диплоидное растение ИТ 12 могло произойти, вероят-

Таблнца 3

Цитогенетическнй анализ потомства химерных растений

"N растения и ыетёлки Плоидность метелки Число растений в потомстве

по фенотипу по пыльце

2п 4п

8-1 2п 2л 11

- 2 4л химера 6

- 3 2п химера 1

- 4 4П 4л 1

- Б 2п 2п 20

41 1 2п - 4 1

2 4п - б 1

3 4п - 1 8

4 4п - 9

5 2п - 24

нее всего, за счёт партеногенеза нормальной яйцеклетки с редуцированным числом хрокюсом у тетрсгловда С5. Появление в потомстве полигаплоида нескольких тетраплоидов указывет на то, что полипло-идизацич затронула небольшой сектор метелки.

Приведённые данные и разрозненные факты, описанные в литературе (Ыгшталер и чеченева, 1975; Ячевская и др., 1979; Lydia, Rae 1982; Щербак, 1982) , наталкиваат на мысль, что колхицин, использованный в целях полиплоидизации, иногда шкет индуцировать нарушения штозов шого позже мошнта непоспедственного воздействия. Цитогенетические аномалии, которые ми наблюд&та в потомстве растений, обработанных закисью азота на стадии зиготы, относятся, по-видимому, к явлениям того же рода. Вероятно, что колхицин, как и другие шггогенетичбскме вещества, ыохет индуцировать мутации, ведущие к наруаениа веретена деления в потомстве обработанных растений, одним из последствий которых может быть смена уровня алоиднссти. Данный вопрос требует дальнейшего исследования, так

как понимание природы и закономерностей цитогенетической стабиль ности каеет большое значений для поддержания и селекции аутотет раалоадных линий растений.

-17- .

ВЫВОДЫ

1. Сравнение разных методов получения теграллокдов сорго показало, " что самым эффективным является обработка верхунечшгх меристем проростков ОД и 0,2% раствором колэзЕдчиа.

2. Близнецовые пророеггл не могут слум'.тч, источником полиплоидов у исследованных форм сорго, но могут Сыть использованы у ряда сортов для получения гаплоидов.

3. Лс'гироипость процессов оилодогвореикя к первого делс-икя зиготы, имешая место у сорго, делзег кенумиав! кгстрацкю и искусственное опыление при использовании е качестве полиплонгкзиру-юцего агента закиси азота.

4. Кор5,о$кзкологЕЧРские изменения., возилкакгяе у растений в результате обработки пэлиплокдтаирующм агентом, не отряжает адекватно эффективность воздействия на генеративные тигшь Ерше-твеннкм критерием для ветвления подиллокдчзацш гекераткзниг: тканей является наличке круппух пщгьцез'.ш зёрен я пндьпе.

5. У иссле^свангик £срн сорго при культивирован?!« к услэшиг: Саратовской облзегн диаметр абсолютного большинства пишгзвше зёрен укладывается в продолы от 37,6 до 54,2 ккм. Яилыдевиэ зёрна с диаметром вике 54,2 мкм мокко с урерэнггостыз считать диплоидными. Диаметры гаплоидных и гиллоидицх Ш'льцевкх з&рен трансгрессируют в предела от 50,1 до 54,2 мки, что мояет служить источником схибки при определен®! плоидностн пьк&цезш: зёрен.

Б. Наличие крупни пил&цевк: з&ре.ч в пильцэ колззззкиирозак-¡:!'л растений у стерильной линии свидетельствует о том, что рззме-ри пмльцевиг зёрен определяются на стадиях, яредкесгвуня?« тем, ка которых происходит стерилизация пульпы. Наличие крупник сте-рильнья пшотевах зёрен указывает ка полпплсидизащпо генеративной ткани, как и наличие крупник фертняьних пмлыдевцх зёрен.

7. Направление изменетзй, врзникашрпс по сравнен?;» с исходными диплоидными формами совпадает у аухотетрашюидов, индугрфо-ванише колхицином 55 закисью азота.

8. У изучениях тетраплоиднше форм на эмбриологическом уровне сильнее .чь-паяеим тенденции к апомкксису и полкзкбриошт по сравнении с исходными диплоиднимч аналогами.

9. Воздействие иалкплоидизнрукщ^га веществ может, по-влдммо-му, вызывать нарушения нормального хода митоза или усиливать тенденции к тагам нарушениям з потомстве обработанных растений, по крайней мере, через несколько поколений.

-45-

прАктичаж-Е ршзищддша

Аутотетрэпдоидныэ аналоги различим? форм сорго могут быть использованы для получе»з-ш отдалению; гибридов с тетрапло}$д5!Ш)1 Евда>£и в цолж квтрогрессик в геном культур-Ш£г форм К7. генов. ТажгпI судашк, полученние на основе ауто-тетраллоидов. могут служить материалом для селекции устойчк-ваа к полегаюы, сочностебедьных сортов, обладающие: свойством рекоитдяткосзк.

На основа гутотетраплоидор сорго могут буть создаии коллскш»!, исяользуеыш в теоретических исследованиях, в частности, при изучешз« систем разш.'ожеякя растеикй.

При полиплоидиза!?»! стерильных линий количество крупник пыльцевыз! зёрен может слуетпь кр>ггеркем прл оценке эффективности воздействия так ыз, как и в работе с фертил&нымк формами.

Список работ, ояублинока.ч«ь!Х по геиз- диссертации

1. Ларина Т.В., Цветова fl.Ii. Об аскяхронности процессов оплодотворения при искусственном опылении сорго.// Тез.IX Всес. совещания по эмбриологии раст,- Югаинёв,198б.- С.159.

2. Цветова ii.H., !Ьинн А.Г. Пслиплоидизация сорго колхицином.// Селекция к семеноводство.- 19S7.- 112, С. 15-17.

3. Цветова М. И., Иики А. Г. Изучение пыльцы сорго в связи с получением тетрагтждсв колкицглшроваякем. //Апомиксис и цитоэмб-ркология растений,- Саратов, 1SS9.- Bun.8.- С. S0-1Q1.

4. Цветова М. Н., !!шин А.Г. Характер изменчивости некогоркх мор-фофнзиологических признаков у индуцированных аутотетраплоедов сорго.//Виолох-ическле основы селекции,- Саратов, 1991,- С.4-9.

о. Цветова М. Н., Ншш: А. Г. Исследование полиэмбрионда у сорго с целью получения гаплоидов для практачесной селекции.//Сельскохозяйственная биология.-1SSS. - I) 1.- С. 86-91.

6. Цветова ¡1М., Кш»( А. Г. , Ларин И.Н. Получение экспериментальных полиплоидов сорго.//Результаты селекция полевых культур и иовие методы создания исходного материала.-Саратов, 1SS9. - С. 136-141.

7. Elkonin L.A., Enaleeva H.Kh., Belyaeva E.V..Tsvetova M.I., Ishin A.G. Partially fertile line with apospory obtained froir. tissue culture of male sterile plant of Sorghum (Sorghum bicolor L. i.toench )//Arm als of Bot.- 1935.- V.76, H 3.- P.359-354.

8. Ersaleeva H.Kh., Belyaeva Ji.V., Tsvetova fi.I. Changes in female generative sphere as a consequence of the experimental polyploidy. //Apomixis Uevjsletter.-1994.- if 7.- P.33-36.

9. Tsvetova -M.l. Investigation of polyembryony in Sorghum in connection with induced polyploidy and aporaixis.//Apoaisis Hevrs-letter.- 1994,- N 7.- P. 36-38

10. Tsvetova M.I. Ishin A. G. Large pollen grains in sorghum as an indicator of increased ploidy level due to colchicine treatment. //Sorghum Newsletter. - 1995.-. M 3ft.- p. 77

11. Tsvetova ПЛ., Larin I.N. Use of nitrous oxide for chroKCSome doubling in sorghum.//Intern.Sorghum and Millets Hewslet-ter.-1986.- U 37.- P. 66-67

Общее количество работ - 17.