Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Модификационная изменчивость макрогаметофитогенеза табака, индуцированная температурой

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Модификационная изменчивость макрогаметофитогенеза табака, индуцированная температурой"

№ о 3 Г-

АКАДИМИЯ нш российской федерации ботанический институт им. в. л.к01!лр0в,\

На правах рукописи

ЛОБАНОВА Лку\мила Петрслша

ьЮДИ^ИКАЦИОННАЯ ¡ШКНЧИЬОСТЪ ¡.1ДКР0ГАмЬЯ ОХ'И'1 Си 1£||ЬЗА 1 АБАКА, ПИ^' ц!1Р0БА1ШАЯ 1 Ш1ЕРА1 У РОЙ

03.00.05 - ботаника

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Отделе генетики и цитологии Ботанического сада Саратовского государственного университета им, К.Г. ЧерншеЕСКого

Паучник (.уюлгол,;! 1 б'.ь: доктр оиологи^ескик наук

Ь.С.Тырнов

(¿{.»»(иильшк ышинеп/и: док-.»р (»дологических наук

'I .Б.Батигаш док'1 ир Оисж.гических наук И.Н.Орлоьй

Нодутлл пргйн^мь'ЦПг: Л.'-скойс.КИЙ государствен™«* униьерсг.ч от

¿умл-ь диссертации с.>сь

1) ' /У " Ч11СОГ) 11=1 :>ПС;;!!.МиШ СПеЦ,Ш./'ИЗИрОШШШ1Г^ Г.мнеМ! К iiu2.4c.UI но ааиите дпссерч&ции на соискание учсшП сгинет: кандидата оио/к.гичьских наук при Ботииичоскоп иппппую им. В.-1«, Н'ошрош; Гл11 и>'. апресу:

ГУ/ЗР.в, Санкт-Ьг^'ербург, ул. ирсф.Кождо, • :>ил ¿'ч?1Ы о

V

С диесорганиой мол.Н'> 1>зи:1Ь'(,,\;п1 ься и бпО/'иЮ',еко £итани'<еиксга института им, Ь.Д, Номир^ьа ГАН.

Литоре;;ер.": ¡из^сшш ..,..1... _______п г.

^ ЧЙШЙ сиК|к51и]Ь

снешаииэирньаиниги \\0 IЛ О.С.адин*'

. ■ г, „ ...

-. 0БЩАЯ ХАРЖТЕШСШКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Важнейшим элементом системы размножения покрытосеменных растений является макрогаметофит, в котором происходят процессы оплодотворения, эмбрио- к эндоспермогеназа." От структурно-функциональной организации макрогаметофита зависит осуществление этих событий и судьба .следящего. поколения. Поэтом? проблема изменчивости макрогаметофита тесно, связана с вопроса«./ тертильности и генетической конституции потомства.

Особый интерес представляет возможность индукции структурЕо-функциопзльных изменений макрогаметофита, являющихся предпосылками таких явлениЛ, как гаплоидия, полиплоидия, диплоидный апомпк-. сис, имеющих ваяное прикладное значение.

Второ:: аспект проблемы изменчивости генеративных структур состоят в использовании информации о феяотипических вариациях, вызванных экологическими факторами, в систематике и филогении.

В целом яе данные о хэрактеро изменчивости макрогаметофита по. зволят конкретизировать понятие "модификационная изменчивость*1 применительно к эмбриологическим признакам и тем самым.способствовать развитию генетического направления в эмбриологии растений.

Одним из паратипических факторов, удобных для экспериментального исследования.а этом направлении, является температура. Она является важным компонентом естественной средн и влияет на все ' физико-химические процессы жизнедеятельности клеток-и ах функциональную активность. . • . .

Литературные данные о влиянии температуры на формирование макрогаметофита нечадгочисленны и не дают полного, представления о конкретных цитологических процессах, осуществляшшхгш под влиянием термических воздействий (Поддубная-Аряольди и дЬ., 1934; ■ Бпп.«, 1955; Не1пк1У1з1;, Сгагх, 1964,1*965; ЙпувЬе, 1987; ка - Ки1огуок;а, 1988). Не. изучена зависимость конечной О'фУЯ-туря макрогаметофита от стадии его развития в момент теадёрат^.-^ ■ ного воздействия. Пренде всего это связано с методическими труд-ностяш, поскольку маироспорогенез а макрогаметофитогенез является цепью последовательно связанных событий, знличаиаих стадии материнской клетки макроспор (ИКМ), спорогенеза, гаметогеыеза, зрелого зародышевого мешка (ЗМ), каадая из которых обладает разной чувствительностью и свои« диапазоном изменчивости.

Цель и задача исследования. Основная цель настоящей работы заключалась б исследовании влияния температуры на .-лорТюлогичес-коз проявление процесса. макрогпметофятогенеза тт^оо-^Ела ъаъесигг..

3 задачи экспериментальной работы входило:

1. Разработать методические подходы, позЕОляшие подвергать температурному воздействии отдельные стадии от материнской клетки иакрослср до зрелого зародышевого медка.

2. Определить диапазон оптимальных и критических то-лператур с максимально выраженным модкфщкруыздм соуекто:.!. .

3. Исследовать влияние критических температур на спороге:'зз, образование материнской клетка зародышевого мазка, гаметогзнез а дифференцированный зародышевый «есок табака при разных условиях воздействия.

4. Проверить возможность индукции изменении структуры макро-гааето^пта ]з других объектов.

Научная новизна работы. Пяедаегвн иетод культуры завязей ¿г. "Иго для экспериментальних исследований закономерность:: развития макрсгаметсфита, который перспективен для получения колпчост-зонной и качественной характеристики какроспорогекеза и макрога-метс^итогенеза и изучения ах в дакзмзке, а такае для сценки сте-гзея и -характера' влияния исследуемого фактора на эти процессы. Установлен диапазон оптимальных и экстремальных температур для формирования какрогаметофита. Впервые показана высокая изменчивость процессов гааетоа'птогензза в. диапазоне температур +5... +4р°С и специфическое действие низких и высоких температур на споро- и гистогенез. Выявлено три пороговых температурных значения, обуславливавших резкие качественные изменения структуры 5.«: 13, 21, 40°С. Показано, что специфическая реакция гаметофита на температурные условия зависит от стадии его развития з момент воздействия температурным фактором. Установлено, что низкие температуры, мало изменяя спорогенез, подавляв? исторические деления, яз ругают полярность и цитокинез в гакетогекезе, что приводит а ^ВРМйреванию анокглыцгх с числом ядер менее восьми. Зы-ят-лено, нто зисекде температуры подавляют I и П деление ¡.¡енсза, ццгекилзз з споро- и гамэтогенгзе, ко стимулируют ядерные деления з гаметогенезе, следствием исгет быть гвдукцая би-, три- и тстргсдорЕЧйокпх и нередуцировэнных 2И, а тааге копоспсричеоних и ¡^Тоербнглрозаяккх 31Л с число;.; ядер бедьзе восьми.

При действии зиоокоХ твкяературн na вое гталы от отадаа 2ДСД до зрелого c..i дополнительные ядерные дсленпл г гаметеггкезе осуществляется ре::-:о. Впервые показана бозмоке-хоть получения таких направленных медптнкашн! структуры Г.:,., пак 2L: с яйцзклетколодобными епкергпдэмя и досслнителыкгш клетками а яИцевси аппарате. Показано, что установленные in vitro закономерности изменчивости структура 3.« табака не зависят 'от условий зкеперпуекта а проявляются г сходных температурах условиях in vivo, in situ, а тгглге у ДРУГИХ ИССЛеДОВаЛНКХ ЕНДОВ семейства Solanaceac.

Научно-практическая эпичность работы. В хода жсследозашгг предложена модельная система культуры завязей iu vitro для изучения механизмов развития макрогаметофпта и управления этим развитием при экспериментальном' воздействии. Такой экспериментальны*': подход позволяет проводить дискретное воздействие на отдельные отапы и стадии ила весь процесс формирования Ш, что дает возможность изучать макроспорогенез и макрогаметофитогенез в динамике, определять критические периоды в развитии макрогаметофита и модифицировать условия для каждого периода развития ыакрогамето!ита.

Выявленные модификации мадроспорогенезз и макрогзметофитогепс-за, индуцированиие температурными. условиями, выракашиеся в сле-* пифических изменениях спорогенеза, формирования материнских гле--' ток 3..Í, пзмстогенеза позволяет направленно" воздействовать па <фор-мируыдиеся 3!¿ с целью получения различных модификаций З.л, з тс:,: числе и с дополнительными яйцеклетками для дальне^сго их использования в репскии ряда 'теоретических я прикладных проблем генетики и селекции. Установленная изменчивость макрогамотсфитз з зависимости от температуря окрулакоеЛ среды ьюязт бить полезна грл решении ряда'проблем iuitoо?.¡бриологии, з частности, с-^орпогенстики и экологической эмбриологии. Полученные результат:! могут &.ть попользованы а научно-исследовательских лабораториях и сел-ных станциях, изучающих проблемы полового рзз:.;псг.ен::я сокрытоеt-менных растении.

-на згстнту вг.чпсятоя слелук'г;;^ оспс:':;;;-. гу

1. Возмоглссть истода культуры завязс.2 in vitro как способа

исследования процессов кадросяорегекеза и aosporartcrcv нтогопеза. i

2. Язисяепзе детерминированного пути разлитая зародгггсйего ветка а его структур:; путем температурного гоз^г?.ст-;Нл па мекро-спорсгенез и изнрогаметофитогекез.

3. Закономерности кодификационной изменчивости спорогепеза, ' формирования материнской клетки зародил eue го мешка, гаметог'енеза л зре-ioro зародьшевого мешка, индуцированные температурой.

Апробация работа. Основные положеная диссертация-били представлены на ЗУ Вгесопзной^конференции по культуре клеток. и биотехнологии (Кишинев, 1963); Международном симпозиуме по культуре тканей и клеток культивируемых, растений (Чехословакия,Оло:-.;оуц,1984) ; Всесоюзном симпозиуме "Мо^юфункциокальные аспекты развития женских генеративных структур семенных "растении"- (Телави, 1264); ЗУ ¡Левдународасм конгрессе до культуре ткаиеЛ к клеток растенпй(США, Миннесота, I98&); Республиканской конференции по гаметной и зиготной селекции* (Кшшнев, Ï986); YH Московском совещании пл филогении растений (Москва, 1986) '; IX Всесоюзное совещании по эмбриологии растений (Кишинев, .1986); Всесоюзной совещании по цветению, опылений и семенной проективности растений (Пермь, 1987) ; 'Лелд^у народной конференции по биологии культивируемых клеток в биотехнологии (Новосибирск, 1987); XI Международном симпозиуме ,..по эмбриологии и семенному размножению (Ленинград, 1990).

Цзбликадик. По материалам диссертации опубликовано 13 работ.

Отруктурэ и объем диссертации. Диссертация состоит из введения;'- семи"глав, выводов и приложения. Обзор литературы, представ-• лен б первой главе. Экспериментальная часть состоит из пяти'глав. Обсуждение результатов вкяееено в отдельную главу. Работа изложена на 207 страницах машинописного текста "и вк&ючает 32 таблицы,■ 39. таблиц иллюстраций и II таблиц микрофотографий. Список литературы содержат 203 наименования на русском и иностранных языках.

4 у

ОСЯОШШ СОДЕШЕЙ РАБОШ Материал и методы исследования

В качестве основного объекта использовалась гомозиготная линяя, îîicotiana tabacun ET-6, в норме характеризуидаяся стабильным проявлением генеративных процессов. При разработке модельной системы культуры завязей использовались сорта табака Дюбек-566, Кму.уаыий,- Юислс5шй, Трапезонд. Отдслыше эксперименты по темпе-' ратуркому воздействию проведены на растениях сорта табака Гавана Коннектикут 2379 в задах Capaicua annuua я Pétunia hybrida.

При "исперичеЕтллыщх исследованиях мзерсслорогснеза а мякро-гх:стсIатогеяеза прг:!епяхся метод аульгурь завязей 1п гиго. Оп» гзкзльнля сзгзтсльяся среда для '|оркасоаанил агакрогаметофяга опрзлелека э результате сравнительного исследования и содзрзаяа 1Л кеялелгршлгэ малросолеп к глилрссслк по Мурасиге а С кугу, ^•ТС мг/л сагл-Г'ОЗк, 7-1С^ мг/л агар-агара, т мг/л г е -хелага. 1С С -лг/л йезо-ллезата, т?ит:-минц В2, 3», г? ц С,1 иг/л ИУК. Гй '„•=. срсзи сослэ добавления псе:: пагркдпентон разнялся' ¿,В.

Контрольные и джорние растения дяя культура завязей вкреплва-ллсъ нз экспериментальном участке. Выбор завязей нз ц?2яс£ етадял развития проводили, ориентируясь на размер бутона. Зсзязе, изолированные на стадиях спзрсгенеза, одноядерного л зрелого £ГЛ, стерплазсзслаоь дазцндом з течение 7-10 минут и помечались з срс-йпрлу с питательной средой. Зкспланты выразивались з полней темноте, з термокамерах, з которых поддергивалась з тзчелнз нео-;:ольких суток постоянная температура: 10, 13, 25, 25, 53, 25, 37, 4С°С.

Оп^лзнлв семяпочек, содеркааах зрелые ЗГ.{, а условиях 1а осуществлялось 'путем нанесения пыльцы из стерильных пальников непосредственно Н2 С5МЯП0ЧЛИ.

Исследования температуркой реакции макрогакетейита з уелозлял 1п проводились з термокамере па срезаяпых соцветия:: л полых

растениях (37сС), на растениях, произраставших з оранаереа (35-4С°С), з растения::, лветуиих а поле накануне зааорозкеа (7,Э°С).

¿ллсацля завязей проводилась апетоалкоголем (1:3).

Для идентификации стадий развитая, анатомического 2 иорфс:лет-рлчесисгп исследования сешшсчеа а исследования слорогсяеза применялось просветление семяпочек по методу Герра ( Негг,1971 ). ■ Для приготовления препаратов зрелых ЗМ использовалась методика ферментативной (яитазпой) аацерацзп тканей сеыяпочез до ялйтсч- ' ной суспензии (Еиалеева, Тыркоз, Хохлов,, 1571). БМ слрахпззлпсь адетслараазои л изучались на зромонянх лросэратах з капле гллпе-рина.

Исследование препаратов проводили па макрос копз "З-з-и?;--« (Австрия), ^лкрофстографлрсвали препараты с помесьа £стс насади а.

(Асстрия). Рлсунпя изготавливали с пемо^г-э рпсопгльно-го аппарата РЛ-4.

. - о —

Разработка модельной системы. для аззчешш влияния тсглдературц на развитие зародышевых ¡лейкоз

Строение зрелого Ш одредзаяется всем предшестзушим раз штаба от 13SA до момента клзгочеоё дпейеренциацни. ¡¡о этой? для исслс-дозаппя цогфогеаетшеского аффекта температуры ассбгода методически:'! прием, позволлпдий осуществлять хинтролздасмое »:сздс2ет-зие на отдельные стадии, несколько стадий пли весь sncuscc разпп-тия EU и проводить анализ такого воздействия. Показано, что для этих целей мегдо использовать культуру in vitro изелирозаня/л завязей.

В результате проведенной ецэяп о питательных сред оптимальней признана среда (см. "¡Латеркал и методика"), на которой процессы споро- и гаметойатогепзза по тейпа:,! и иор£о лога? бс::о:*7 дроязлеяаа максимально полно совладали с таковыми ir, vivo. .Установлено, что процент дегенерирукиих семяпочек к уровень аномалш: з структура зрелых 2Ы зависит от возраста завяз;-;:! в момент изоляции. Так, при посадка на стадиях ЯК.1, мейоза, одзелгеряого Z2, 4-о-яде'рлого 3:i стадии зрелого 3ii достаг.тли соответственно СС, SO, S3 я 97% генеративных структур. Ссотзътствензо среда зрелых 2.".: нормальное строение имели 78, fcu, S7, ICC'Z. Аномалии но псех вариантах были представлены уменьшенным числом элементов и кару-аениеа цитокинеза. 'Этот фон следует учитывать при опенке индуцированной изменчивости.

) При изоляция завязей на стадии одноядерного С:.; его развитие in vitro осусествляется почтя нормально. Опыление семяпочек показало возмогность оплодотворения ЗМ сформировавшихся in vitro. Таким образом выявлено., что in vitro на оптимальной среде и при постоянных условиях культивирования (25°С, темнота) незначительно изкепязтея процесса сяорогенеза л формирования материнских клеток ЗМ, не заменяется гаметогенез и функциональность сформа-розаздихся ЗЫ,'сохраняется неизменной структура зрелых 2ii и оти результаты воспроизводятся у разных сортос табака. Все это позволяет говорить о возможности использования данной методики для исследования закономерностей процессов макроспоре- и гакетогеяе-за.

Злшшс температуры на шкг'огэкето^атогенез табака

огтдцалг-нсг п оксгтчшльвнх температур. Оптимально:: температурой для развития какроггаетофгта является температуре, лрп кгл-ороИ осуясстзляются тяличнаг процессы развитая от 152£

до зрелого -2Н. К экстремальным относятся температуры, вызывашие необратимые изменения спорогенеза и гзметогс- . неза и прпводялие резким качествпнным изменениям в строении

Определение оптимальной и экстремальных температур для кенских генеративных структур проводилось в результате изучения действия температур (т5, 10, 12, 25, 28, 33, 35, 37, 40, 45°С) на гпиегсггае?., вкличаший в норме митотичес ких деле пля, цитокинез и специфическую дцфферзнцгацтэ клеток Зй!. Оцен:« температурного. кТфэкта проводилась на основе подсчета остаго количества аномальных ЗМ. Исходя ис полученных даншл:, оптимальной ?е>!ли-ратурой для формирования- ыакрогааетс£ята табака явлкс.зя температурь 25°С, поскольку при данном значении иаблвдаетсд ипшжалы.'а;: изменчивость структуры 3:,; (Рис.1), Кривые на рпс.1 лопзз2г.а!Г,-' что переломной тзипературамя в зврлачекш: колгчоствз ешиАзяъл!":

были температуры 13 и 31°2. Следовательно, температур:; пиле 13°С е вше 31°- могут рассматриваться как эпс?рз'л&<2>п2в -v.-1 кого процесса. «акгамзльяая вирахскпость спс^пческп;; ноблвдялчеь при температурах 10 и 37°С, когохяе к б:;-/, пагллг-г.о-вагш дая подробного изучения темаергтурпо- рс^пция стыдил гепсках генеративных структур.

экст^цт?.та-пер-тур кч гуцзтвациаяа. При -сГ-

! ¡С

Г/-: Г"

О ,

5 50 «К Ч"

Ьг

Г-1

. /¡7

Рис.1.

/

/

/

/ / I /

~Т - .

10 /3 /Р £5 5} 34 37 ч? Тсъпрратурх, "с

Зависимость изменений в структуре

3«; от температурных условий.

_ аномальные ЗМ

__!__3:г с нарушенной дифференциацией клеток яйцевого аппарата •

- В -

стеки температуры 37°С только на Ж» существенных отличив в спс-рогонезе по сравнению с контролем не зарегистрировано (тасл.1). Действие на семяпочки, yse аристуяавпае к меЛозу, характеризуется более упреки:.' спектром' нарупении. ¡Максимальное влияние висозл*: температур на .макросдорсгензз зарегистрировано при воздействии весь. ход'спорогенеза от LsKLÍ до тетрады. Большинство отклонении

Вариации макроепорсгенеза табака ir. vitro при разных температурь

"СГ

стви6

! го.л !¿ ^ i 'i i

¡ЧИСЛО j

;аналп-; , í^...-,,,,. ! i *

t ' 4

г

выпадиhiiñ :.íüi:OTI

TíTT/Г ^CJI ,С!ЧГ "

ViAi'oi

J\

мелзг 25 402 67,2 0 f ^ . 21,6 4,2 1,0

37 109 70,6 4,6 17,4 9 С 4,С

Í.H'wl 10 135 76,4 2,3 16,2 o o ? ° с ¿

MBiiOÓ 37 75 ■ €5,3 .17,4 2,7 12,0 1,3 1,3

.меГ:оз 10 22 63,0 3,0 12,0 2,0

Jtíuii 37' /' q 1 6,5 18,2 F, ¿ -1 ~ 5,8 5,5 4,0 5,5

10 : 'L- 74,5 18,2 3,7 3,6

явилось результаточ полного или частичного подавления образования клеточных стенок при формировании тетрад. При нарушении цитокинеза преобладала ,4-ядернае ценоспоры, а така-в значительно возросло 1:сл£чество иакюспор с двумя к тремя ядрами. Увеличенное во всех вариантах (в том числе я контрольном) число тетрад без перегорэд-y.¿ иежду ипадя.чпляряыиа спорами явление довольно обычное и к изменению типичногс развития ЗМ из халазалшоН макроспоры не приводит.

Наруаекдя кариокинеза под действием высокой температуры представлены полным мг частичным подавлением мейотического деления,-что приводит к образовании трех, двух или только одной макроспора, Ь последнее случае ¡¿КМ непосредственно преврааается в мате-ялстг? 3.',!. Отсутствие при высокой температуре иикрекле-ток и м^кролдор в сиорадах свидетельствует зли о незначительных

кариокинеза, связанных с отставанием я выбросом хроуо-С0'.5, клк о полной отсутствии таковых.

ДеГюгипе те-пературц 1С°С на uelics в целой способствовало енп-jj ¡ачеатва и количества отклонений в спорогеяезе. Ео, таг: как

— Э -

продолжительнсе воздействие низких т&каератур на меЕоз,' как „ара-вило, вызывает заисгкенсе и останов::;? в развитии, то это козе? привести к стерильности.

Ьлляппс окстрсунлък'-'х температур на с>о дарование материкскии то к Зл. ¡Лаксакзльпая азмеячивость при формарезаниа материнских клеток 31.: наблюдалась при действии температуры 37°0 на ста- . дли .'31.1 и мейоза (табл.2). 3 зток варианте менее 50.« ЗЦ формиру-етсл из халазалькой споры нормально развитой тетрады макроспор. Существенное увеличение количества 2-, 3- и 4-ядерных материнских клеток 3:«1 свидетельствует, что возможность развития в этом варианте би-, три- и тетрзспорнческих ЗИ, залеченная з слорсте-незе, сохраняется и на более позднем этапе. Непосредственное превращение УЫ з одноядерный ЗЛ, формирование* материнских клеток 3;,1 из .клеток даадг или триады демонстрирует возмелноеть Формирования нередугированных ЗГЛ при высокой температуре. Одновременное формирование двух, трех и четырех материнских' клеток 314 в одной семяпочке предполагает возможность развития в семяпочке более одного 3^.

Таблица 2

Вариации формирования материнских клеток ЗМ табака яри разных температурах

/ 1

Боздей-} п ¡Число ; Фсриировзнне материнских клетоп 3^, %

ствае ¡Т С ;анали-|-!--; <-1-,-;---

на ; ;зирон.; хала-{.табой ¿2-3-*,"4-х ;2-4- ; (дклды.'тг:;?— стадии ; ;семяз. ¡задь-;дру- ¡макро-мак-;ядер. ¡'33!, ;ды ; г ¡ной ¡гои {спор ¡ро- ¡цеЕо-; | |

; ! ¡СПОрЫ|СПСри| ¡СаОРтСПОРЫ; ;

__ _

мейоз 25 185 95,В 3,1- 2,1

ГШ! 37 216 82,0 1,4 5,5 4,1

.'¿ЕЙ 10 151 Э£,5 3,1

мейсз 37 440 82,0 1.1 2,6 5,5 т с 2,3

мейоз 10 1161 97,0 С,7 1,5 С,0 ' о

мейоз 37 30 э 43,5 5,0 7,0 10,5 10,0 6,9 5,0 -г1

При низкой температуре увеличения изменений ири ¿оригрозании иэтеринсглх клеток ЗУ не замечено.

Влияние г-кдтг^'-дгчгг, темнернт^о я? га«зго*г.п--3. Известно, что повышение температуры .иохег призодить к заделе аоиоспсрпи Ся- г

- 1С -

• тетраслерлей {Лг.1и,1355; Sokolowsfca-Kulcsyelcb, 1953), увелячи-ггз'ь gemsEggg фриарованав «ногоядернкх тппов(Selaqvist, Graz:., 1?Í4, 1965).

2apеглогаащэганлое в зааях опытах возрастание слсрлчлосгс 3»'. яра дсйссгда ъысоксй температура ка мейоз .и цатерпнекне клетки S¿ табака не лрлводлт i: ¿ор.\"ирсзанлЕ многоядеряих Si. Б этих ва-спгнтах среди аномальных доминирует 3¿5 с числом яд,ер менее восьми, что снидетельзгъует о снлгхнип митстической активности ядер в гаметогенезс в результате действия высокой ^ашератури на преда е— ствулдпе стадии. В эти:: вариантах laisse кз реализуется заложенная при й'охглрсвь-шг 'aaaeiiZncEZZ клеток 3;,! тенденция к развитию в et— аялочге Зодее одного Зй. Только одна, необязательно халазальная иакрослора, достигает стадии зрелого 3L£. ^

Особгй гктерос представляют результаты, полученные при действии вксолол температуры на этап формирования от одноядерного до зрелого (см. рис.1). Анализ зрелых. ЗМ показал, чте при низких 2 ем,поратуй а л количество аномальных 3I¿ возрастает- до 6-11#„ При лоьыпску.п -rev,л ера-туры до 2¡j, 33, 35 , 37 , 40°С излет ество аномалий увенчивается сс.сгтэететаоняо до 7, 14, 17, 60 и 86%. При высекай теглтературе йормируэтея многочпелешше Ш (до 53%) с различии;/ чгелги р&лолнггзгьшх• ядер, что свидетельствует о возможности индукции дополнительны:-: синхронных к асинхронных митозов ¿.а поЕодгтпс'й 'стадии развитая SM. Синхронные митотичеокиз, деления приводи г. нояЕланкло 15-32-ядерных: 3¡¿ к .более характерны для температуры 4Сс'С. При темп еря ту pax 33, .35 а 37°С за счет- асинхронного деления ядер в большом числе появляются 3¡¿ с числом ядер t, IG, II, 12, 13, 14,- 15, 17 и т.д. Появлению тагах 32 способствовало тагл.-а амлтотическое деление кдер, вездамюе при высоких температурах. йаксаиалыюе число зарегистрированных в Sí ядер Р-авглалссь ií.

¿.(¡.'сталь низкой температуры на гаметегенез, напротив, приводит :: подавлен*.« млтотнчвеких делений ядер, что слугит причиной покв-дкпгл Егоагльчвх Sí с число»: ядер иенее зосьми.

йаг, HKsras tcz е высокие температуры часто подавитг цитоки-цу; в Зй. Те-Лхтег-атуру вероятно, иелно рассиатдавать как

с:->: ¿гс рада критическую дда тдатоганетлчесглх процессов. Снижение и.; г,атурл ка (до 37 °С) приводит л. последу se el клеточной

обрезоваЕЕПссл ьзногоядерных иеноааим* 31Í. Обра-

зупциесл в этом случае дополнительные клеточные элементы 22 но глсххТологпа часто o:ttz с типичными для макрогаметофита, что позволяет говорить о наличии з таких 3;.1 дополнительных яЯцсндотоп, с::::ерг::д, антипод и полярных ядер.

3I.I типичного строения, гаметогенсз которых проходил в разных температ'.'рнлх условиях, так;;:е характеризуются пахли рядом специфических изменений. Во всех высокотемпературных вариантах сред", типичных нозыиен процент З'Л с синергидоподобпымн яйц-зглст:с-!ла. Максимальное их количество зарегистрировано при 4С°С (33£>.

СтаСпльпой специфической реакцией гаметогенеза на действие читкой т.-.мпературц является формирование 331 с яйцгклеткоиодобакми сипвргидами (до 5,3-). Неслилнпе нолярных ядер как при низкой, так и при высокой температуре, вероятно, имело разную причину. 3 первом случае оно езегло бить вызнано замедлением всех процессов развития 33, а во втором - к:кимп~то иными цитофнзиологнческимп причинам:!, неясными в настоящее время.

Зсследованиз злпягдя температурных условий ча развитие 3LI выявило такие и другие особенности.

1. Смена з течение суток окстремадьнс-аысокоп температуры нормальной (37/25п0) приводит к менее выраженному цорфогенс-тп-ческсму эффекту се влияния на гаметогенез. Узе при резким з действия 13 часов высокой и 12 часов нормальной температурами проис- -ходит снидскпе обшего количества аномальных ЗМ п три раза. Действие на гаметогенез переменных низко-нормальных температур (5/25°С) вообще не приводит к появлению аномальных ЗМ.

2. Количественная и качественная.характеристика 3;Л зависит от продолжитольнссти терыозоздеиствия. Б варианте действия постоянной температурой 37°С на гаметогенез в течение I, 2, 3, 4 и 5 суток увеличивается не только количество аномальных ЗМ (с 15,5$ до 56,5,?), но изменяется и спектральное соотнояение типов- аномальных З.М. Чем продолжительнее'срок термов о здейотвия. тем' боль- • ше 3;.1 с число« ядер более восьми.

3. При действии температуры. 37°С на стадии от Й13Л до зрелого

происходит озимированне аффектов действия высокой температуры

на споро- и гаметогенез. При этом изменения з спсрогзнезе, .являясь х^зрвоочередными и, 'вероятно, более сильными, определяют преимущественное развитие ЗМ с числом ядер менее восьми (БС£). Формирование :кр, с!а с числом ядер более восьми, вероятно, является

следствием стимуляции митотических дглеай з ::оде .

Действие зкст стальных т^/пеоатур на еге.;т:;е 5;,: не прзшда? к существенным изменениям их структурной оргаякзацЕа. Некоторое морфологические язаэненая возмсгнц з ¡¿цсвоа ад пар-те (пзявлекдг .синергидоподобных яйцеклеток). HoBiceszs теиссрчдтурц --■zzrzzzyj-ет также слияашк;яолярнш: лдар. Количественна* пр::зко;:;1 3..1 :: его клеток ыаксиузльнк яри зигоюй тшпгратуре " ы::п::-.!2льн1- /покой, Изменения ядерно-плазыенпы:: стновенлй л^зкл^то:-:, епкергад 'и антапед от температурных :/слее:и: не сазисят. *

Изменчивость макрсгамего;::та у o&cktos

"ис.2. Соотношение-сипов аномальных S;¡S при дсйстеее зксокой (А) з низкой (Б) температур ка гаметогенез п высокой температуры от отадди МКш до зрелого 3.4 (В)

! j число ядер менее о l\\N число ядер белее 8

I изолированные завязи, 2 - срезанные соцветия в растительной камере, 3 - растения а растительной кашре, 4 -растения з пеле, 3 - растения в opa.-izepee..

Истодгческае прагма температурного воздейстаая <iá vivo, i- sltv} па развитие Sal лакал ЕГ-о показала, что мсдафнЕируяпай ллТе:;г температур в поле, отранзерез и растительной :;а;.;эре аналэ-

гичен полученному ir. vitro при изоляции завязей. Качество цаблв>-дазшахся при этоу аномалии зависит от температурного значения и стадии развития, генеративной структуры з момент воздействия (Рис. 2). Различи мехду этими вариантами носят в основном количественный характер и уровень аномалий повышается в ряду: цатгое растение - срезанное соцветие - изолированная завязь.

'Сходными качественными изменениями структуры макрогаметофита на соотзетствушие температурные воздействия характеризуется растения табака сорта Гавана Коннектикут 2379, перца и петуции.Индивидуальные особенности генотипа проявляются в основном в количественной выраженности аномалии.

Заключение

В результате проведенного исследования вскрыт потенциал кодификационной изменчивости генеративных структур, проявляешься ял . разных этапах развития I спорад, материнских клеток 3IJ, зрелого гаметофита. Раскрытию модификационного спектра способствовало использование системы in vi-tro. Установлено, что при одних и тех же значениях экстремальных температур изменчивость декскид

- генеративных структур п изолированных завязях оказывается значительно выше, чем в завязях in vivo. В частности, рри воздействии температуры 37°С на гаметогенез уровень аномальных 3!¿ ir vitro составил-56,4%, ín vivo - 15,7%. По-видимому, изоляция

- завязей лишает макрогаметофитогенез защитных возмоглостоГ., реализуемых лишь в условиях целого растения, в результате чего этот процесс становится менее устойчивым я внешнему влиянию и максимально полей реализуется потенциал модификационной изменчивости.

Морфологические вариации генеративных структур обусловлены либо недоразвитием, либо нарушениями (ошибками) одного ?лп нескольких цитологических процессов, предусмотренных программой развития гааетоОита типа Polysomia. В частности полиморфизм спорад язляется следствием выпадения цитокинеза, кариокинеза, пито- и кариокинеза. Вариации яра формировании катсриггскнх кл— ток ell обусловлены, во-первых, парусенеями пред:ествуллего развития спорад, во-вторых, реализацией возможности резрасталил не яианеЯ клетки спорад, а либоЭ другой или одновременно дзух-чссы-гсх. Все разнообразие зарегистрированных кодификации raaerojsrca

могет быть интерпретировано как результат сбоев в реализации одного или нескольких элементарных событий гмлетойцтогенезз: мдтотп ческах делений, поляризация, цитокинеза, дафврекцарованного рос-,та клеток.

¡.юдашкацпонпая изменчивость 31.1 псо'Лспа га'эасия совпадает до ^-еаотипаческоау проявлению с гепотапаческой у кого егдз леева, 1575, 1985, 1587 а,б) н изменчивостью 3;Л друг:::: задов, относящихся к резным таксонам. £та данные указывает на сусестЕОва-ш:е обзах закономерностей и единых цитологических механизмов, лс-Есллх а осксне развития 31,1 покрытоееиешшх.

Выводы

)

1. Иреддсг.ен метод культуры завязей 1и -татго для экспериментальных исследований закономерностей развитая макрогометофата, который перспективен для получения яоличеютасиноЗ и качественной хпраитеркстяки отдельных этапов ьсакрссдорогонеза и макрегамето-октегенеза г. язучепая ах г, динамике, а так:-:;е для оценка степени и характер»'"' влияния впеппгх 'Т.акторов пу эти этапы.

2. Развитие макрогаметофнта табака возмогло в температурном диапазоне -*5„, .+40°С. Оптимальной является температура +25°С. В диапазоне экстремальных температур наблюдается высокая изменчивость процессов макрогзметойитогениза. Низкие и высокие температуры оказывает специфическое действие на процессы снорогснсза, форыяровг£(2я материнской клетки 3..!, гаыстогснсза. Выявлено три пороговых температурных значения, обуславливавших резкие'качест-вьюше изменения'структуры Зй: 13, 31, 40°С.

3.' Спецкй.-ческая реа::цяя накрогаието^ита на температурите условия зав::опт от стадии генеративной структуры в момент воздействия. Дейстаас гноской температуры на и мейоз характеризуется угнете.^еи иатотияеекой активности в гаыстогенезе. Действие на га.изтогенсз проявляется в увеличении числа митозов.

4. -такие температура, мало изменяя спорогенез, подавляет маге тач со кле дол спил, иарупают полярность л пптокг.нез в г?;:.:стогс-гклн:, -:то приаодгт к «Тсрмкроваяию аномальных З.Й с числом ядер :.:снее воск'л.,В типичного строения зозмоию ^ор.-.'.::ревап"е я?-::.е:<;'е1;г.с.подсб1Г;:-: сипгргид.. . -

5. Г>:хокае температуры садавляюх I и П дглишо -иейоза, елто-

кинез.в споро- и гакетогскезь, по стимуллруют ядерные дзлекпя в гаметсгепозс, следе: шса чего является индукшта б::-, три- и тетра-сдорических л иереду^провшшнх 31.1, а тате глопосяо ршееких цеко-ттитлых г.. д."/'" ерелцирозеншх К!, с числом ядер более вое ими. Большинство 2.1 типичного строения хар.ктордзу::яся спнергэдсподобжги яйцеклетками л нее лил: л: см по.тярнпх ядер.

С. При дсЛстздх згаокоЗ температуры па стадии от 1211 до зрелого SJ зоз:ло7лость дололдптелышх ядерных делений в гаметегенезе з.чачдт гльпе едлгхнз. 2 стсг/1 случае наблюдается сгеознне мцтети-> чес но:'! активности и формированию ЗМ с числом ядер менее восьми.

7. Установленные in vitro законсмерлости проявляются у табака в сходных температурных условиях in vivo,, in situ, а так:.:з у других исследованных видов семейства зо1аласеае. Оглпч.пя носят количественный характер.

с. Полученные данные указызапт на то, что ыакрогаыстефитоге-нсз подвертел модлфлкацленне:: лз:.:е;:чл?остп. Влияние э::олог:иос-:::::■: факторов следует учитыгать при диагностике систем размножения, при. использовании эмбриологических признаков в систематике ■л таксономии. Направление дзиензпая мзкрогаметофита могут найти нрпмененяе для резекяя некоторых научных и прикладных проблем апо-мпкенез, полиплоид::::, галлоидии, гаметион селекцлй и других.

Список работ, опубликованных по теме-диссертации

1. Зналеева Н.Х.,- Лобанова Л .П. Оценка возможности развития макрогаметофита в культура завязей табака // Культура клеток и биотехнология: Тез.дом. TJ Зсеоовзк.конф.- Кипинев,1э33.-С.143.

2. Jinaleeva Л. Ch., Lobanova Ъ.Р. The study of initial cultivation stases of unfertilised ovaries of ICicotiana tabacuni // Abstracts of International syraposiun Plant Tissue and Cell Culture Aplication to Crop Improvement. - Olomouc, 1984.

3. Икалеева H.X., Лобанова Л.П. Влияние условии цветения па магрогамстогзнез табака // ыор1;о-фу:л:циона,1ь.чые аспекты развития целоких генеративных структур семекшх растений: Материал!; Всс-ссюзн, сщпсз.. - Телазп, 1984. - C.2I.

4. Еналееза Н.Х., Лобанова Л.П. Оценка возможности развития макрогзмстофпта в культуре завязей табака // Куль-тура клеток растении и биотехнология. - .'..осква, 1366. - C.IS2-I35.

5. Еналеева Н.Х., Лобанова Л.П., Тцрнов B.C. Изучение зародышевых мешков реституционных диплоидов табакз, порченных из андро-клинных гаплоидов в культуре тканей // Апомиксис и цитоэмбриология растений. - Саратов, IS87. - Вып.6. - С.62-74.

6. Еналеева Н.Х., Тырнов B.C., Лобанова Л.П. Проблема использования эмбриологических признаков в таксономии // Источники информации в Филогенетической систематике растений: ШИП. Секция ботаники. -Москва, ISS6. - С.24-25.

7. Enaleeva Н. Ch., Lobanova L. P. Macrogametogenesis in ia,"la-ted отагу culture of Hicotiana tabacuir. under different temperatures // Abstracts of ,VT International congress of plant tissue and cell culture. - Minnesota, 1986. - P. 165.

8. Лобанова Л.П., Еналеева- Н.Х. Влияние температуры на макро-спорогеяез табака //. Гаметогеяез, оплодотворение и эмбриогенез растений, папоротников и мхов: Тез. докл. IX Бсесоюзн. совеа. по эмбриологии растений. - Кишинев, 1367. - С.154-158.

3. Еналеева Н.Х., Лобанова Л.П. Морфологические особенности семяпочек и зародышевых мешков табака в культуре изолированных завязей //Апомиксис и цитоэмбриология растений-. - Саратов, 1987. -Выл.7. - С.III.

10. Еналеева ИД., Лобанова Л.П. Индукция структурных изменений макрогааетофита*табака температурой // Гаметная и зиготная селекция растений: ¿"Материалы Республиканской конф. - Кишинев, IS87.-С.154-158. • \ . ■

11. Лобанова Л'Л., Еналеева Н.Х. Влияние повышенной температуры на развитие зародышевых- иешкоа табака // Проблемы размножения цветковых: Тез. докл.- по цветению, опылению и семенной продуктивности растений. - Пермь,-. I9S7. --С.38.

12. Лобанов Л-Л., Еналеева,Н.Х. Влияние состава питательных сред на развитие макрогаметофита в культуре изолированных завязей табака // Биология культивируемых клеток и биотехнология: Тез. докл. Менду;;ар. конф. - Новосибирск, 1988.,- 4.2. - С.202.

13. . Lobanova L.P., Enaleeva И. Ch. Modification variability of tobacco macrogsr.etophyte (MG), induced by temperatures // Embryology and seed reproduction: Abstracts of XI International symposium. -'¿ninsrad, 1990. - P. 93.