Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфо-функциональные аспекты развития генеративных структур хлебных злаков

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Морфо-функциональные аспекты развития генеративных структур хлебных злаков"

ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕЛ1ИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК имени В. И. ЛЕНИНА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАСТЕНИЕВОДСТВА имени Н. И. ВАВИЛОВА

На правах рукописи

БЛАНКОВСКАЯ Тамара Филипповна

МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕРАТИВНЫХ СТРУКТУР ХЛЕБНЫХ ЗЛАКОВ

Специальность: 03.00.05 — Ботаника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

Работа выполнена в Одесском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. И. И. Мечникова.

Официальные оппоненты: доктор биологических паук, профессор Банникова В. П., доктор биологических наук, профессор Орел Л. И.; доктор сельскохозяйственных наук, профессор Абрамова 3. В.

Ведущее учреждение — Институт ботаники АН УССР.

Защита диссертации состоится ¿Л^Ч '992 г.

в час. на заседании Специализированного совета Д 020.18.01 при

Всесоюзном ордена Ленина и ордена Дружбы народов научно-исследовательском институте растениеводства им. Н. И. Вавилова по адресу: 190000, Санкт-Петербург, ул. Герцена, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства им. Н. И. Вавилова.

Автореферат

1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, профессор

Л. В. Сазонова

¡Г.? ..Г-.: -

, .овдая хлракткрпстмм рлкуш

Актуальность тем». Работа посвящена исследогпнию развития ^иосзщуаек11х 11 женских генеративных структур, а тают щтлюсса оилсдо-. творения, ендоспермо- и эмбриогенеза у хчебних злаков. с.то вызвано тем, что несмотря на бол шов количество работ по эмбриологии злаков (Александров, Александрова, 1936-1954; Яковлев, 1039-1950; Модилевский и др., 1958; Батитана, 1359-1937; Чеботарь, 1.960, 1972; Челак, 1958-1988; Романов, 1070; Орат, 1972; Чеботарь и др., 1987 и др.), все еще остается ряд вопросов, ответ на которые имеет значение как для теоретической биологии, так и для сельскохозяйственной и селекцаонно-генетическоЯ практика при решении ключевой проблемы народного хозяйства - увеличения производства зерна.

В процессе создания новых сортов часто используется отдаленная гибридизация (Шита, 1960; Вавилов, 1966 б; Габбасов, 1968 а, <5; Зарубайло и др., 1973; Кириченко и др., 1ЭЬ0 и др.).

Успешному применению этого метода способствуют цатоэмбриоло-гические исследования (Худяк, 1963; Канделаки, 1969; Хведшич, 1972; Батыгина, 1974; Банникова, 1975; Ивановская, 1376; Поддуб-ная-Аряольди, 1976; Орлова, 1990 и др.), показавшие наличие как общих закономерностей, так и своеобразие аном&тай в разных комбинациях скрещивания; отсюда - необходимость изучения конкретных комбинаций, особенно реципрокных скрещиваний твердой и мягкой пшеницы и скрещивания этих видов с роиью, которые чаще других используются при создании новых форм пшеницы и тритикале.

Перед ученши стоит вопрос о новых нетрадиционных подходах, которые позволили бы определить потенциальные возмолшости расти- ■ тельного организма, ускорить селекционный процесс.

Селекционеры ддут от эмбриологов данных о ритме формирования генеративных структур, их зрелости к моменту опшения, случаях аномального развития и стерильности, периодах, наиболее чувствительных к действию различных факторов и т.п. При этом требуется оперативность доя получения большой информации при малых затратах времени и средств (Литвак, 1984).

Для выявления закономерностей развития генеративных структур большое значение имеют количественные показатели. Одним из методов, позволяющих определить такие показатели в процессе развития клетки, является цитометрическоо исследование. Идею определения отношения объема ядра к объему цитоплазмы клетки впервые высказал в начале нашего века немецкий зоолог Р.Гертвиг, .а в середине" векя

немецкий исследователь О-.Еухер предложил определять ядерно-яд-ршковое отношение как показатель функциональной активности клеток.

В.II.Банникова и др. (1985), предпринявшие попытку связать морфологические и цитохимические особенности клеток пальцевого зерна и зародшевого мешка с интенсивностью метаболизма, отмечают, что трудности в &том вопросе связаны с недостаточной изученностью структуры пыльцевых зерен и, особенно, зародышевых мешков на разных стадиях их развития, с различиями структуры у функционально одинаковых клеток разных видов. Что касается хлебных злаков, то для них такие исследования только начаты. Познание же морфо-функциоиальных особенностей генеративных структур актуально, оно необходимо для создания теории индивидуального развития и разработки практических приемов для сельскохозяйственного производства.

Цель и задачи исследования. Цель исследования - выявить особенности развития и функционирования генеративных структур у отдаленных гибридов пшеницы, уамфидиплоидов и мутантов в сравнении с.исходнши видами и вцделить признаки, характеризующие нормальное и патологическое течение этих процессов.

В связи с намеченной целью были поставлены следующие задачи:

1) выявить морфологические особенности пыльцевых зерен, зародышевых мешков, зародышей и эндоспермов у гибридов и амфидиплоидов в сравнении с исходными формами;

2) с помощью цитохимических методик изучить распределение в количество основных конституционных и запасных веществ в процессе развития генеративных; структур злаков;

3) определить положение нзовлектрических точек компонентов клеток генеративных структур;

4) определить объемы клеток, их ядер и ядршек,'величину ядерно-датоплазматического и ядерно-ядрышкового отношений, цро-следать их динамику в процессе развития пыльцы, зародшевого мешка и зиготы.

Новизна и теоретическое значение результатов. Впервые изучено:

• - развитие, цитохимические и цитофкзиологические особенности зародыша и эндосперма в зерновках, полученных от рещшрокного скрещивания твердой и мягкой пшеницы и от скрещивания этих видов с рожью, в сравнении с родительскими формами;

- развитие, цитохимические и цито^изпологические особенное-

ти Пильняка, пшьпы и зародышевого метка у пяти поколений гибридов от реципрокного скрещивания твердой и мягкой пшеницы и от скрещивания мягкой пшеницы с рожь» в сравнении с родительскими формами;

- динамика запасных веществ в процессе развития пыльника хлебных злаков;

- динамика объема клетки, ядра, ядршка, величины ядерно-цитоплазмагаческого и ядерно-ядршкового отношений в процессе развития питьцевых зерен, а также объема ядер, ядрниек и нелишни ядерно-ядркшкового отношения в клетках развивающегося зародышевого мешка у разнохромосомных видов пшеницы, у ржи, тритикале, пшенично-ржаного и межвидовых гибридов пшеницы;

- динамика объема клетки, ядра, ядрышка, величины ядерно-цитоплазматического и ядерно-ядрискового отношений в процессе созревания негибридной и гибридной зиготы.

Обнаружено новое явление - наличие липидных включений в ядре вегетативной клетки и клеток алейронового слоя эндосперма в период их активного функционирования.

Выделены признаки, в том числе и количественные, характеризующие нормальное или патологическое развитие пыльцевого зерна, зародшевого мешка, зародша и эндосперма, а на их основе - некоторые критические периоды в развитии генеративных структур злаков.

Выявленные закономерности развития пыльцевого зерна, зародшевого мешка, зиготы, зародила и эндосперма в норме и при отдаленной гибридизации углубляют представления об индивидуальном развитии злаков и имеют значение для создания теории онтогенеза.

Данные по оплодотворению, эмбрио- и эндоспермогенезу при отдаленных скрещиваниях, а также по развитию генеративных структур у отдаленных гибридов позволяют уточнить и дополнить некоторые существенные моменты этих процессов в норме.

Практическое значение работы. На основе выявленных законо- ■ мерностей разработаны способы определения жизнеспособности пыльцы и зародышевого мешка, на которые получены авторские свидетельства. Эти способы используются для ранней диагностики стерильности гибридов и мутантов в ВИРе и ВСШ, Свердловском сельскохозяйственном институте.

Разработанный метод прижизненного определения этапа развития зародышевого мешка может быть использован при подготовке материала для световой и электронной микроскопии, при разработке

технологий производства-сельскохозяйственной продукции.

Метод определения иежъядерних отношений в зародшевом мешке мо:;:ет быть 'использован в селекционно!: работе с тритикале.

Ъиделешшо признаки ыюиальыого развития пыльцы, зародыше--вого мешка, зародша и звдссперка, а также характеристики функционального состояния клеток зародызевого ыеика, составленные на основе цитохимических и цитометрическмх исследований, могут быть и с пользован и в селекшонно-генетических работах с применением отдаленной гибридизации и мутагенеза.

Анализ полученных результатов и литературных данных позволил выдвинуть для защити следующее положения, имеюиде теорети-. ческое значение:

1. Развитие пыльцевого зерна, зародышевого мешка, зародыша и Бндослерма злаков дискретно. У гибридов и мутантов развитие этих структур останавливается на одном из критических периодов.

2. В процессе'развития пыльцевого зерна, зародышевого мешка и зиготы злаков закономерно изменяется объем клетки, ядра, ядрышка, величина ядерно-цитоплазматического и ядерно-ядршпсово-го отношений.

3. В нормально развивающихся пыльцевых зернах и зародышевых мешках имеется определенное соотношение цитометрических показателей; при патологии оно изменяется.

4. Клетки зародшевого мешка злаков полифункциональны; от- ■ дзлыше функции приурочены определенным этапам развития зародышевого мешка.

5. Нормальная дифференциация зародыша возможна только при наличии андосперма, развивающегося без значительных нарушений.

6. Интенсивность реакции на РНК, положение изоэлектрцческих точек компонентов клетки и их соотношение, место и время отложения запасных веществ или их отсутствие могут служить диагностическими показателями нормального или патологического развития генеративных структур злаков.

..Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании по отдаленной гибридизации растений и животных (Москва, 1868), на Всесоюзных симпозиумах ' и конференциях по эмбриологии растений (Киев., 1968; Кишинев, . 1971; Москва, 1973; Ялта, 1960; Ташкент, 1982; Симферополь, 1983; Телави, 1984; Кишинев, 1987), на П, Ш, ЗУ и У съездах генетиков и селекционеров Украины (Киев, 1971, 1981; Одесса, 3976; Уыань, 1986), на П и У Всесоюзных съездах БОГиС им. Ы.И.Вавило-

ва (Москва, 1972; 1967), на У и УШ съездах Украинского ботанического общества (Ужгород, 1972; Ивано-Франковск, 1987), на УП и УШ съездах Всесоюзного Ботанического общества (Донецк, 1983; . Алма-Ата, 1988), на Ш Всесоюзной конференции по экологической генетике растений (Кипяшев, 1987), на Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные и функциональные механизмы онтогенеза" (Харьков, 1987), на Всесоюзной научной конференции "Онтогенетика высших растений" (Кишинев, 1989), на Международном симпозиуме "Ьмбрио-логия и семенная репродукция" (Ленинград, 1990), на Всесоюзном совещании "Генетика развития" (Ташкент, 1990), на заседании научного семинара отдела морфологии и анатомии растений Ботанического института им. В.Л.Комарова АН СССР.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 38 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, анализа литературных данных, описания материала и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения (4 подраздела), заключения, выводов и списка использованной литературы (652 наименования). Работа изложена на 284 страницах машинописного текста, включая 26 цифровых таблиц и 49 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Анализ литературных данных

В этом разделе рассмотрены и обсуждены литературные данные, касающиеся развития и строения пыльника, пыльцы, семяпочки, зародышевого мешка, зародша и эндосперма злаков.

2. Материал и методика исследований

Объектами исследования послужили растения 9 видов пшеницы: Triticura boeoticum Boise. , Т. попососсшл L. , Т. а1соссит(ЗоЬгвпк) Schuebl, T. polonicum L., T. tlmopheevll (Zhuk.) Zhuk., T. turgl-, dum-L. , T. durum Deaf. , T. eestivura L._, T. mnchs De Kepr. et Mensbde, ржи Seonle ccrenle L. , овса Avenn entlvs L., аллопо- . липлоидов - гексаплоидных и октоплоидных тритикале и т. fungi- _ cidvmi Zhuk. Кроме того, растения пяти поколений созданных нами гибридов от решпрокного скрещивания твердой и мягкой пшеницы и от скрещивания мягкой пшеницы с рожью. Всего, включая подвиды, разновидности, сорта, гибриды,- более 90 форм.

Семена для посева на опытном участке кафедры получали из ВИР и ВСГИ. Часть материала для фиксации брали на посевах ВСГИ.

Пыльники и пыльцу исследовали как в прижизненном состоя-

1ши, так и в фиксированном (на постоянных препаратах). Завязи изучали только на постоянных препаратах.

Средой для прижизненного исследования пыльцы служили 5-10$ (в зависимости от ¡этапа развития пыльника) водный раствор сахарозы.

Разновозрастные пыльники и завязи фиксировали по Навашину, Карнуа, Левитскому, Чиаччио, Кахидзе, Pero, Буэну. •

Для изучения процесса оплодотворения, развития зародыша и эндосперма завязи фиксировали темпорадьно через 20, 40, 60.мин; 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 часа; 2, 3, 5, 7, 9, II, 15, 20, 25, 30 суток после искусственного опыления предварительно кастрированных колосьев.

Для фиксации завязей в течение первых суток колосья кастрировали, опыляли и доращивали в лаборатории (Царевский, 1982), для остальных сроков фиксации и для получения зрелых семян для посева - на опытном' участке кафедры генетики и молекулярной биологии ОГУ и на посевах ВСГИ.

Всего прокастрировано и опылено около 5 тысяч колосьев. Зафиксированный материал доводили до парафина по общепринятой методике (Рсскин, Левинсон, 1957; Прозина, 1960; Иаушева, 1974).

Срезы пыльников толщиной 8 мкм и завязей толщиной 15-30 мкм (в зависимоти от фазы развития) готовили на санном шкротоме. Препараты окрашивали с применением цитохимических реакций:

- на суммарные белки - окраска бромфеноловым синим по Мэзиа (Паламарчук и Веселова, 1965);

- на нуклеиновые кислоты -.окраска по йельгену,. а также метиловым зеленш - пиронином по Тревану и Шарокку;

- на липиды - окраска Суданом черным Б по Мак-Манусу или нильским голубым; для контроля использовали органические раствори- . тели, экстрагирующие липиды (Джапаридзе, 1954; Дженсен, 1965);

- на полисахариды - ШИК - реакция по Шабадашу (Роскин, Левин-сон, 1957).

■ Применяли также разработанные нами (Кланковская, Белова, 1971, 1972) методики одновременного обнаружения нескольких веществ в клетке.

Изоэлектрическую точку компонентов клетки определяли, окрашивая препараты смесью кислого фуксина иметилеиовой сини в растворах с разнили значениями рН (Спект.сров, 1957; Чельцова, . 1972).

Изготовлено более 15 тысяч постоянных препаратов и более 2 тысяч временных.

Микроскопические препараты изучали под светооптическим микроскопом ЫБ1-3; для микрофотографирования использовали гоу.али 1,7х, Зх л 5х, фотонасадку с фотоаппаратом "Зоркий 4".

Наряду с цитохимическими, проводили цитометрические исследования пыльцы и зародышевого мешка. Диаметры клеток, ядер и ядрышек измеряли при объективе 40х с помощь») винтового окуляр-ыикро-метра !>'0В-1-15х. Повторносгь измерений на кавдом этапе развития пыльцы (микроспоры в тетраде,'свободные невакуолизировашше и вакуоли зированные, двуклеточные пыльцевые зерна без крахмала) - 2530-ти кратная; для ядер и ядрышек клеток молодого, зрелого и старого (через 5, 7 и 10 суток после начала цветения) зародышевого мешка - 15-20-ти кратная.

Объем (мкм3) клетки, ядра и ядрышка вычисляли по формуле для шара или эллипсоида. При, наличии нескольких ядрышек, их объемы суммировали. Объем вегетативной клетки определяли как разницу между объемом пыльцевого зерна и генеративной клетки.

При сравнении цитометрических данных для форм, различающихся генотишчески или по условиям развития, предваритально определяли для мужского геметсфита "межклеточное отношение" (отношение полученных данных к микроспоре, условно принятой за 100), а для заро-дыаевого мешка - "межъядерное отношение" (отношение полученных данных к ядру яйцеклетки).

Проводили оценку разности выборочных средних (Плохинский, 1980).

При вычислении объемов, определении отношений и статистической обработке - результатов использовали электронно-счетные машины: "Электроника БЗ 02й,- "Электроника БЗ-19М" и "Искра-1122".

В качестве критериев при оценке функциональной активности клеток использовали интенсивность цитохимических реакций и объем клетки, ее ядра и ядршка, а также отношение меаду ними (ядерно-цитоплазматическое - ЯЦО и ядерно-ядрышковов - ЯЯО).

При этом исходили из того, что размер ядер зависит не только от их плоидности, но и от функционального состояния клетки (Вер-мель, 1940; Хесин, 1967; Алов и др., 1969; Машкин, Назарова, 1976; Назарова, 1977), от периода клеточного никла (Герасименко, Горю-нова; 1974). •

Учитывая сложную функциональную зависимость между размером ядршка, величиной ЯйО и метаболической активностью клетки (Брод-

ский, 1965; Ыохамед Абдел-Монем Якут Фарат, 1978), мы принимали во внимание тип ядршка (Челидзе, Зацепина, 1988).

Обращали внимание также на форму ядра, так как увеличение поверхности за счет лопастей и инвагинаций оболочки обусловливает ■ усиление обмена между ядром'и цитоплазмой (Матиенко, 1969; Збар-ский, Кузьмина, 1970; Кордом и др., 1980).

3. Результаты исследования и их обсуждение

3.1. Развитие пыльцы

Проведено изучение развития пыльцы у пяти поколений пшенич-но-ржаних гибридов, гибридов, полученных от реципрокного скрещи-. вшшя твердой и мягкой пшениц, в сравнеии с родительскими формами, а также у мужски стерильных аналогов твердой и мягкой пшеницы.

Развитие и строение пыльника и пыльцы у родительских с[орм не отличались от описанных в литературе (Медилевский и др., 1958; Бейл1с-Вирова, 1962; Романов, 1966, 1968, 1970; Челак, 1969, 1973; Батыгина, 1974, 1987; Мошкович, Чеботарь, 1976; Чеботарь и др., 1987 и др.).

В .мейоэе и шкроспорогенезе .у Рд- шенячно-ржаных гибридов наблюдались нарушения, описанные рядом исследователей (Авдулов, 1937, Бакар, 1948; Шкуренко, 1960, 1962 и др.).

Особое внимание уделили развитию микроспор у гибридов, так как етот вопрос мало изучен.

У первого поколения ншенично-ржаных гибридов большая часть микроспор дегенерировала. Лишь в некоторых происходило деление' ядра, но цитокинез отсутствовал. Поверхность микроспор бугристая, часто шесто одной формировалось лесколько пор. .

У межвидовых гибридов прекращает развитие лишь часть микроспор.. Пыльцевые зерна останавливаются в развитии как на дву-, так и на трехклеточной стадии; есть также и нормально'развитая пыльца. В пределах одного пыльника встречаются пыльцевые зерна-на-разных стадиях развития и пустые, что свидетельствует о том, что дегенерация наступает не одновременно и проходит с разной скоростью. Во втором и третьем поколениях гибридов меньше аномально развивающихся микроспор 'и пыльцевых зерен, а в четвертом-пятом' о1ш встречаются редко.

У мужски стерильного аналога.озимой твердой пшеницы Новсми-чуринка микроспоры, как правило, дегенерируют. Наиболее родним из выявленных признаков аномального развития.микроспор у гибридов и. форм с ЦМС является неправильная вакуолизация, по-видимому, авто-

литические процессы, связанные с появлением центральной вакуоли, нарушены. Б результате не происходит поляризация микроспоры, в случае ее деления дифференцирующий митоз заменяется обычным.

Лишь некоторые из микроспор стерильного аналога твердой пше-• ницы превращаются в двуклеточные пыльцевые зерна, но на этом развитие прекращается, крахмал в них не образуется.

У мужски стерильного аналога озимой мягкой пшеницы Одесская 51 отмирает лишь незначительное количество микроопор. В вегетативной клетке многих двуклеточных и всех трехклеточннх пыльцевых зерен содержится крахмал, как у фертильных форм.

Реакции на суммарные белки и нуклеиновые кислоты в дегенерирующих микроспорах и пыльце выражены слабее, чем в нормально развивающихся. Наблюдалась экструзия части хроматина из ядра микроспор и пыльцевых зерен в цитоплазму.

В отмирающей двуклеточной пыльце гибридов не образуется крахмал.

В отличие от нормально развивающихся вакуолизированных микроспор в дегенерирующих появляются липидные включения в цитоплазме. Двуклеточная пыльца гибридов разнообразна по наличию и локализации липидных включений. Часть пыльцы не содержит их, в некоторых пыльцевых зернах липиды находились в вакуоле, что характерно для такой же пыльцы исходных форм. В других пыльцевых зернах липидные включения были или в цитоплазме, или в вегетативном ядре, или в вакуоле и генеративном ядре, или в цитоплазме, вегетативном и генеративном ядрах.

В молодой трехклеточной пыльце изученных злаков липидные включения появляются в вегетативном ядре, что, по-видимому, связано с реорганизацией структуры его хроматина, которая происходит, в период спермиогенеза и доказана микрофлюориметрическим методом по изменению доступности ДНК для акридинового оранжевого (Шулаев, 1987). Наличие липидных включений в генеративном ядре и ядрах спермиев у отдаленных гибридов и форм с ЦМС свидетельствует об аномальном развитии и, очевидно, вызвано взаимодействием чужеродных цитоплазмы и ядра.

Учитывая то, что развитие пыльцы происходит при взаимодействии с тканями стенки пыльника (Резникова, 1984) и недостаточную изученность распределения и динамики запасных веществ в развивающемся пыльнике злаков - имеются главным образом электронномикро-скопические данные (Чеботарь, 1972; steer,. 1977; Кириченко, 1983, 1985), мы провели цитохимические исследования динамики крахмала и

лигшдов а метках разных тканей пилышка, начиная со времени образования спорогенной ткани и кончая периодом созрева1шя трех-клсточноЙ пшщи.

Крахмал обнаружен в эпидерма, фиброзном слое и связнике. Количество ого в процессе развития пыльника постепенно уменьшается в эпидерме и связнике он исчезает в период, предшествующий . образованию пыльцы, в фиброзном слое имеется на протяжении всего развития пыльника.

Лишдные включения обнаружены в фиброзном слое, тапетуме и связнике, причем в фиброзном слое и связнике на некоторых этапах, развития пыдышка присутствуют и крахмал, и липиды, но липиды появляются и исчезают позже, чем крахмал.

В тапетуме обнаружены только липиды, их появление совпадает во времени с исчезновением крахмала в эпидерме. Расхождение наших данных, полученных с помощью цитохимических методик, с результатами электронномикроскошческих исследований ( згеег', 1977; Кириченко, 1983, 1985) можно объяснить тем, что на современном этапе электронномикроскош1ческой техники нельзя с достоверностью судить о химической природе наблюдаемых структур, не применив ферментативной обработки срезов. Этот вопрос уже обсуждался в литературе (Огородникова, 1980).

Итак, ткани стенки пыльника злаков, как и других растений, служат.резервуаром запасного крахмала, используемого в процессе микроспоро- и гаметогенеза и, главным образом, при образовании ' _ крахмала, который я'^ляется осноенш запасным веществом пыльцевых зерен злаков. Липиднье же включения в цитоплазме и ядре пыльцевых зерен злаков появляются в связи с развитием этих структур и изменением их функционального состояния.

Результаты проведенного исследования показывают ошибочность предположения о том, что у злаков, в отличие от других растений, в тапетуме накапливается крахмал (Резникова, 1904). Учитывая время появления лшщдов в цитоплазме клеток тапетума злаков, небольшое количество и кратковременность существования у большинства изученных форм и сортов,' можно заключить, что у злаков липиды ' являются не запасным питательным веществом, а результатом начавшейся деструкции цитоплазмы клеток тапетума.

Цитометрический аспект развития пыльника и пыльцы покрытосеменных растений мало отражен в литературе (Главацкая, 1967; Циуиошч, 1970; Петрович, 1976; Челак, Жигэу, 1976; Зуева, 1977;

Резникова, 1984; Грати и др., 1986; Круглена, 1967).

Сравнительное иитометрическое изучение развития микроспор и пыльцевых зерен у хлебных злаков и их гибридов проведено нами впервые. Установлено, что у видов полиплоидного ряда пшеницы в период развития микроспор, в вегетативной и генеративной клетках "молодой двуклеточной пыльцы объем ядра не коррелирует с побором хромосом. На этих этапах развития пыльцы объем ядер, очевидно, отражает функциональное состояние клеток и интенсивность метаболических процессов. В ходе нормального развития пыльцевого зерна наиболее высокими темпами изменяется объем клетки, несколько меньшими - ядршка и наименьшими - ядра. Так, вегетативная клетка двуядерного пыльцевого зерна без крахмала больше невакуолиэи-рованной микроспоры в среднем в 13 раз, ее ядршгко - в 8,5, а ядро - в 4 раза. Генеративная же клетка наполовину меньше микроспоры, ее ядро такое же, а ядрнлко - втрое больше, чем у микроспоры. Неравномерное изменение объема клетки, ядра и ядрышка приводит к изменению величины ядерно-цитоплазматического и ядерно-яд-ршкового отношений, которые более точно, чем сами объекты, характеризуют физиологическое и функциональное состояние клетки.

Очевидно, ?аконоыерное уменьшение объема цитоплазмы в ходе развития мужских половых клеток является способом инактивации и компяктизации их ядер.

Характерной чертой аномальных вакуолиэированных микроспор гибридов является высокое значение ШО, связанное, по-видимому, с депрессией ядрышкового организатора; ядрышки не достигают размера, характерного для этого периода.

Величина ЯЯО в вакуолизированной микроспоре является критерием при оценке возможности ее дальнейшего развития. На основе выявленной закономерности разработан способ определения жизнеспособности пыльцы, защищенный авторским свидетельством.

Окрашивая препараты основным и кислым красителями при разных значениях рН, проследили изменения положения изоэлектрических точек (ИЭТ) цитоплазмы, ядра и ядрышка в клетках развивающегося пыльника у мягкой и твердой пшеницы и гибрида между ними.

По положению ИЭТ компонентов клеток пыльника во время микро-спорогенеза межвидовой гибрид пшеницы не отличался от родительских форм. ИсТ ядер невакуализированных'микроспор гибрида и родительских форм находилась при рН менее 2,2, не отличаясь от положения ИсТ ядер спорогенной ткани и микроспороывтов; ИЭТ цитоплазмы сдвинута в менее кислую зону.

В иериод развития микроспор меняется положение ИЭТ в клетках стенки Пильняка: рН ИЭТ ядер клеток эпидермиса и фиброзного слоя становится' вше, чем рН ИЭТ цитоплазмы. В клетках выстила-uEjero слоя ИЭТ ядер остается без изменения (при рН менее 2,2).

В вакуолизированных микроспорах пшеницы ИЭТ ядер резко смещена в зону более высоких значений рН. Соотношение значений рН ИЭТ цитоплазмы и ядрышка становится характерным, душ Делящихся клеток (Чельцова, 1962, 1963, 1972).

У гибридных растений часть микроспор не отличалась по положению ИЭТ от микроспор родительских форм, у других наблюдалась иэоалектричность, т.е. рН ИЭТ всех частей клетки был одинаков; встречались также микроспоры, у которых изоолектричны были ядро и цитоплазма, а ИЭТ ядрышка сдвинута в зону меньших значений рН.

рН ИЭТ обоих ядер двуклеточных пыльцевых зерен родительских форм более 4,2, а цитоплазмы - 3,6-3,8, причем цитоплазма неоднородна по положению ИЗТ.

Лишь небольшое количество двуклеточной.пыльцы Fj сходно по положению ИЭТ с такой же пыльцой родительских форм. Большая часть рыльцы отличается более низким значением рН ИЭТ ядрышек обоих ядер, что, по-видимому, связано с накоплением в них Р1Ж. Имеются также пыльцевые зерна, у которых оба ядра и цитоплазма почти изоалектричны.

В трехклеточной пыльце пшеницы рН ИЭТ цитоплазмы и ядрышка вегетативной клетки близко к 3,6-3,8, а ядра - около 4,6, рН ИЭ'Г спершев менее 2,2.

В зрелых пыльниках Sj гибрида лишь небольшая часть пыльцы была нормально развита и не отличалась по положению ИЭТ от трехклеточной пыльцы родительских форм. У некоторых'пыльцевых зерен ИЭТ спермиев находилась при рН больше 4,2. Пустые пыльцевые'зерна составляли 25%. Остальное- микроспоры и двуклеточная пыльца, все части которых изоалектричны.

Итак, признаками патологического развития являются: для микроспор^ нарушение поляризации клетки, появление липидных включений в цитоплазме, .высокое значение ЯЯО в вакуолизированной микроспоре; для двуклеточной пыльцы - нарушение дифференциации клеток,' дополнительные митозы, подавление синтеза крахмала в цитоплазме вегетативной клетки, появление липидных включений в ядре генеративной клетки; для трехклеточной - высокое значение.рН ИЭТ ядер спермиев, наличие в них липидных включений, не произошедший выброс ядрылка.

Признакам! аномалии на либом огане развития пыяыш являются пониженная интенсивность реакция на белки и нуклеиновые кислоты, изоолектричность компонентов клетки. Такие микроспоры и пыльцевые зерна морфологически не отличается от нормальных.

3.2. Развитие зародышевого мешка

Развитие и строение завязи и зародышевого мешка у исследованных сортов мягкой и твердой гшеншш, ржи, тритикале, а также у дикой и культурной однозернянки, полбы, у пшеницы полоникум, тургидум, [..аха и грибобойной не отличались существенно от описанных в литературе для других видов и сортов гашмцы, ржи и тритикале (Зуева, 1971, 1973; Батыгина, 1974; Абрамова, Тихенко, 1982; Симинел,' Кильчевская, 1984 и др.).

Не останавливаясь на этих данных, коснемся лишь вопросов о количестве антипод и структуре синергид.

У разных форм и сортов количество антипод в зрелом зародышевом мешке варьирует в широтах пределах, в среднем составляя от 9 до 40. Судя по количеству антипод, они претерпевают разное число митозов, наибольшее - у высокоурожайного сорта Лап. Поскольку в большинстве случаев количество антипод в зародышевом мешке не кратно 3, не все антиподы делятся одинаковое число раз. В некоторых зародышевых мешках стерильного аналога мягкой пшеницы, растений гексаплоидного тритикале, выращенных из очень щуплых семян, и октоплоидного тритикале АД 119 антиподы вообще не делились.

Количество антипод варьирует- в зависимости от положения цветка в колоске и колоска в кслосе.

Так как антиподы играют важную роль в транспорте и синтезе веществ (Александров, Александрова, 1952; Ивановская, 1973; Шма-раев, 1988), их количество не может не сказаться на нормальном развитии зародшевого мешка. Так, у анеуплоидных растений пшенич-но-ржаных амфидишгоидов, у которых деление антипод подавлено, зародышевые мешки дегенерируют (Зуева, 1973). В связи с изложенным, деление антипод нужно отнести к одному из критических периодов в развитии зародышевого мешка злаков.

.В большинстве зрелых зародышевых мешков пшеницы тургидум и маха ядра и ядрышки в обеих синергидах не обнаруживались. У других исследованных нами видов пшеницы такое наблюдалось редко; чаще ядра одной или обеих синергид были деформированы, сжаты.

У растений первых трех поколений гибридов, полученных от

рецинрокных скрещиваний мягкой и твердой пшеницы, зародышевые мешки формировались нормально, но дальнейшее развитие и созревание их шло с нарушением. Некоторые из них были меньшего размера и с иными, чем у родительских форм, расположением антипод, что, по-видимому, является следствием нарушения ростовых процессов в семяпочке.

У растеши! первого поколения от скрещивания мягкой пшеницы о рожью развитие большинства зародышевых мешков прекращается на одно- или двухъядерной стадии. Полость, образовавшаяся после раз^-рушения зародышевого мешка, вначале заполнена массой, содержащей большое количество липидоп, а в дальнейшем зарастает нуцеллярной тканью; на ее месте остается своеобразный рубец. В каждом последующем поколении пшенично-ржаных гибридов уменьшается количество аномальных зародышевых мешков.

Цитохимические исследования показали, что в сформированном зародышевом мешке злаков ядра всех клеток дают реакцию на ДНК. При созревании зародшевого мешка интенсивность реакции Фельгена и окраски метиловым зеленым в ядрах всех клеток, кроме синергид, изменяется: в антиподах она увеличивается, в яйцеклетке - сильно уменьшается, а в центральной клетке почти исчезает.

Белки, РЕК, полисахариды и липиды в яйцеклетке и, центральной клетке на протяжении всего развития зародышевого мешка локализуются, главный образом, в части цитоплазмы, окружающей 'ядра. Этс совпадает с результатами, полученными для представителей других семейств (Банникова,и др., 1985).

Цитометрические исследования показали, что при нормальном развитии зародышевого мешка.у разных видов и сортов злаков ядра антипод увеличиваются в 3-10 раз. Величина ЯЯО на протяжении всего развития остается небольшой, что свидетельствует о высокой активности белоксинтезирующей системы, об атом же свидетельствуют и цитохимические данные. Перечисленные признаки, а также отсутствие включений запасных веществ характеризуют антиподы как передаточные клетки. .

По-видимому, такую же функцию в сформированном зародышевом мешке выполняют и синергиды, ядра которых в отот период по объему мало отличаются от ядер антипод, цитохимические реакции и величина ЯЯО у них также сходные.

Но в процессе созревания зародышевого мешка объем ядер синергид почти не увеличивается или даже уменьшается, величина .ЯЯО резко возрастает, цитоплазма обеих синергид заполняется липидны-

ми глобулами. 5ти изменения связали с созреванием эародстевого мешка, подготовкой его к оплодотворению; в зародышевых мешках, остающихся в ювенильном состоянии перед цветением растения, они не происходят. Так, в большинстве зяродшевых мешков пшеннчно-' ржаных гибридов перед цветением величина ЯШ в синергидях остается низкой, а липидные глобулы в их цитоплазме не образуются; ' такие зародшевые мешки стсрильны; количество завязавшихся зерновок соответствует количеству нормально развитых зародышевых мешков.

Величина ЯЯО в центральной клетке невысокая на протяжении всего развития зародшевого мешка, а в яйцеклетке зрелого заро-дциевого мешка она несколько возрастает, что свидетельствует о снижении активности белоксинтезирующей системы. В цитоплазме обеих женских клеток имеются запасные вещества - крахмал и липи-дн.

Таким образом, характеристика функционального состояния клеток зародшевого мешка, составленная на основании проведенных нами цитохимических и цптометрических исследований, совпадает с таковой, составленной на основании данных электронной микроскопии (Кгенти, 1984; Банникова и др., 1985; Шмараеп, 1988; Плющ, 1990 и др.). Но поскольку светооптические исследования менее трудоемки и не требуют дорогостоящего и труднодоступного оборудования, они предпочтительнее в лабораториях, обслуживающих селекционный процесс и работы по созданию прогрессивных технологий производства сельскохозяйственной продукции;"величина ЯЯО с учетом размеров ядер и ядрышек может быть использована для характеристики функционального состояния клеток зародшевого мешка.

Особое состояние хроматина ядер женских клеток зародшевого мешка, до сих пор остающееся загадкой, можно объяснить, исходя из положения, что кроме запасания метаболитов, создания системы энергообеспечения для синтетических процессов после оплодотворения и др., эти клетки выполняют функцию, направленную на декондепсашш и активацию ядер спермиев. Морфология хроматина ядер яйцеклетки и центральной клетки отражает свойства их цитоплазмы, связанные с выполнением этой функции. Таким образом, клетки зародышевого мешка полифункциональны.

Поскольку размеры ядер и ядрышек, а также величина ЯЯО, отражающие функциональную активность клеток, меняются в ходе развития зародышевого мешка, важно, чтобы при' сравнении разных форм

они исследовались на одном и том же этапе развитии. Как известно, зародышевый мешок недоступен для непосредственного наблюдения и определить прижизненно нужный этап можно только по сопряженности его развития и развития другой структуры, доступной для непосредственного наблюдения.

Мы использовали сопряженность между развитием женского и мужского гаметофитов. Проведенное нами изучение синхронности прохождения этапов развития пыльцевого зерна а зародышевого мешка в одном и том же цветке у растений разных видов и сортов хлебных злаков, выращенных в разные годы, позволило установить, что микроспоре соответствует ядерный (ценоцитнцй) этап развития зародышевого мешка, двуклеточному пыльцевому зерну без крахмала -этап формирования клеток в зародышевом мешке, а двуклеточному с крахмалом и трехклеточному пыльцевым зернам - этап созревания зародышевого мешка. Таким образом, определив на временном препарате этап развития пальцевого зерна, можно достоверно судить об этапе развития зародышевого мешка в этом же цветке.

Этот способ может быть использован также при фиксации материала -для световой и электронной микроскопии, в биотехнологии, селекционно-генетических и других работах, в которых нужно прижизненно знать этап развития зародышевого мешка. Эффективность способа заключается в повышении точности работ и исследований, в экономии времени и средств на их проведение.

Установлено, что размеры ядер клеток зародышевого мешка варьируют у разных видов и сортов злаков, а также в зависимости от условий выращивания в разные годы. Б сбязи с этим при сравнительных. исследованиях определялось межъядерное отношение - процентное отношение среднего объема ядер клеток зародышевого мешка к объему ядра яйцеклетки. Оказалось, что это соотношение различно в разные периоды развития зародышевого мешка: в сформирог ■ ванном - отношение объемов ядер клеток (яйцеклетка : синергида : центральная клетка : антипода) составляет у пшеницы - 1,0 : 0,6 : 1,8 : 0,7; у ржи - 1,0 : 0,6 : 1,6 : 0,9; у- гексаплоидного тритикале - 1,0 : 0,5 * 2,0 : 1,2; в зрелом - соответственно -1,0 : 0,3 : 2,5 : 2,0; 1,0 : 0,3 : 3,2 : 2,3; 1,0 : 0,3 : 3,7' : 2,8. Как видим, у тритикале это соотношение отличается от такового у пшеницы и ржи. Возможно, втот дисбаланс является одной из причин негативных явлений, происходящих в эндосперме тритикале.

У пшенично-ржаных гибридов соотношение объемов ядер клеток зародышевого мешка перед цветением растений почти не отли-

чалось от такового в сформированном зародышевом мешке. Средний ■■объем ядер антипод в нем бия меньше объема ядра яйцеклетки, так 4как не произошла политенизацня хромосом. На основе этой закономерности нами разработан способ определения жизнеспособности за-родшевого мешка у хлебних злаков, защищенный авторским свидетельством. Политенизацию хромосом необходимо признать критическим событием в развитии зародышевого мешка хлебных-злаков.

У разнохромосомиых видов пшеницы параллелизм между объемом ядра и числом хромосом наблюдается только в яйцеклетке. У тритикале такой параллелизм наблюдается не всегда; у' некоторых гекса-плоидных сортов тритикале ядро яйцеклетки крупнее, чем у окто-пловдшх.

Обнаружено, что у форм пшеницы с ЦМС объем ядер яйцеклетки и центральной клетки зародышевого мешка меньше, чем у мужски фертшшшх аналогов.

При старении зародышевого мешка объем ядер и ядрышек, данге ■ через 5-10 суток после начала цветения, продолжает увеличиваться, особенно сильно в антиподах и несколько меньше в центральной .клетке; ядра синергид подвергаются деструкции, причем-у одних сортов раньше, у других позже; изменяется содержание и локализация ряда веществ, в частности, уменьшается количество крахмала • в цитоплазме центральной клетки и увеличивается количество липи-дов в цитоплазме синергид, появляются'липидные включение в цитоплазме антипод. В сформированном и зрелом зародышевых мешках глобулы ли1шдов в цитоплазме антипод отсутствуют.

Интенсивность реакции на ДНК в ядрах не изменяется. В по, лярных ядрах старых зародышевых мешков появляются ядршкоподоб-ные структуры, дашдае реакцию на белки, но не содержащие РНК.

Исследованные сорта пшеницы и ржи различается по направлению изменений положения ИЭТ компонентов разных типов клеток в процессе развития зародышевого мешка. Тритикале отличается от - пшеницы и ржи по положению и соотношению И5Т в клетках сформированного и зрелого зародышевых мешков, кроме центральной клетки, которая по этому показателю близка к ржи.

3.3. Оплодотворение, созревание зиготы

Проведено сравнительное изучение оплодотворения у озимой . твердой пшеницы Парус и озимой мягкой - Безостая I при внутри-сортовом опылении и при скрещивании твердой пшеницы с мягкой и о рожью Харьковская 60. При межвидовом и даже при межродовом скре-

щивашш но обнаружено нарушений на прогвмном этапе оплодотворения.

Сингамия у твердой пшеницы заканчивается раньше, чем у мягкой, а также при скрещивании твердой пшеницы с мягкой или с рожью. Созревание зиготы пшеницы даится 12-14 ч.

К окончанию сингаши объем зиготы твердой пшеницы почти вдвое превысил объем яйцеклетки. На протяжении всего периода созревания зиготы ее объем достоверно выше объема яйцеклетки. Вначале (до 10 ч после опыления) ее объем плавно возрастает, затем - уменьшается и вновь возрастает. Такие же изменёния происходят с'объемом ядра зиготы. В процессе сингамии и созревания зиготы увеличивается Объем ядрышка яйцеклетки. Объем ядршка спермин и суммарный объем ядршек зиготы возрастает (В=0,95 и В=0,999 соответственно) только к концу периода созревания зиготы.

Величина ЯШ в зиготе озимой твердой пшеницы меньше, чем в яйцеклетке. Величина ЯЯО колеблется, она возрастает в сравнении . с яйцеклеткой во время уменьшения объема зиготы и снижается перед ее делением (В=0,95)..

У мягкой пшеницы колебания объема зиготы выражены больше, чем у твердой. К концу сингамии зигота крупнее яйцеклетки (В= 0,99), а через 10 и 16 ч после опыления - меньше (В=0,95 и В=0,999 соответственно). Объем ддра зиготы на протяжении всего периода ее созревания превышал объем ядра яйцеклетки, но достоверными различия были через 8, 14 и 18 ч после опыления.

Объем ядрышка яйцеклетки в зиготе мягкой пшеницы варьировал незначительно и только через 12 ч после опыления достоверно уменьшился; с ядршком спер,гая это произошло через 16 ч после опыления. Перед делением зиготы суммарный объем ее ядрышек увеличился в сравнении с исходным (ВО,999).

В отличие от озимой твердой, у мягкой пшеницы величина ЯЦО в зиготе вше, чем в яйцеклетке. Величина ЯШ не очень варьировала, только через 14 ч после опыления возросла по сравнению с яйцеклеткой (В=0,99).

Объем гибридной зиготы, образовавшейся от скрещивания твердой пшеницы с мягкой, как и у материнской формы, на протяжении всего периода созревания больше, чем объем яйцеклетки. Объем ядра зиготы достигает максимума к 12 ч после опыления, а затем уменьшается.

На изменении объема ядршка яйцеклетки в гибридной зиготе

сказывается влияние генотипа отцовской формы: к 12 ч после опошления оно уменьшается. Величина ЯЯО в этот период возрастает, "как у материнской формы. Величина ЯЦО в гибридной зиготе меньше, чем в яйцеклетке, в этом она не отличается от материнской формы.

Объем зиготы, возникшей от скрещивания тьердой пшеницы с рожью, к концу сингамии превышает объем неоплодотворенной яйцеклетки (В=0.99); в период между 8-ю и 10-ю ч после опыления он еще возрастает (Е=0,99), а затем возвращается к исходному состоянию, а к концу периода созревания резко увеличивается (ВМЗ,99Э).

Ядро и крупное ядрышко зиготы достоверно превышают по объему ядро и ядришко яйцеклетки к 12 ч после опыления (В-0,9Ь) и достигают максимума перед делением зиготы. К 12 ч после опыления объем ядрышка спермия увеличивается (В=0,55), а затем -уменьшается. Суммарный объем ядрышек, колеблясь, возрастает; перед делением зиготы он превышает исходный уровень (В4],99). Величина ЯЯО к концу сингамии уменьшается в сравнении с яйцеклет-

■ кой (В=0,99), а перед делением зиготы - возрастает (Б=0,ЭЕЗ).

Объем клетки, ядра и ядрышка в процессе созревания зиготы .пшеницы колеблется. Кривая, отражающая отношение этих объемов к соответствующему объему яйцеклетки, имеет двуволновой характер.

По продолжительности периодов (около 6 ч) эти колебания можно отнести к эпигенетическим, связанным с работой генетического аппарата (Полевой, 1982), среднечастотнш (Романов, 1989).

Объем клетки ядра и ядршка зиготы изменяется не всегда синхронно и в одинаковой мере. Ето сказывается на величине ЯЦО и ЯЯО. У мягкой пшеницы преобладают темпы изменения объема ядра, а у твердой - цитоплазмы. В гибридных зиготах, как и у материнской формы;'преобладают темпы изменения объема клетки. Характер кривых, особенно при межродовом скрещивании, сильно отличается от контроля (материнская форма).

Неодинаковый характер кривых дая разных видов пшеницы и для

■ гибридов свидетельствует о генетической регуляции биоритмов.

Обращают внимание темпы роста суммарного объема ядрышек зи- . готы, образовавшейся от скреюшапия твердой пшеницы с рожью. Хотя ядрышки яйцеклетки и спермия здесь более крупные, они очень вакуолизированы, с нечеткими контурами, как в зиготе ржи (Маха-нець, 1968); у пшенииы же ядршки и-яйцеклетки, и спермия плотные, имеют четкие контуры.

Сравнительно большой объем ядрышек зиготы, образовавшейся

от скрещивания твердой шеншш с рожью, нельзя связать с интенсивно идущими в ней процессами образования рибосом, так как цитохимические реакции на РНК и белок в этих ядрышках очень слабые в сравнешш с осталышли комбинациями скрещивания. По-видимому, положительная корреляция между объемом ядршек и интенсивностью формирования рибосом в клетке существует-только при нормальном развитии. При скрещивании же твердой пшеницы с рожью, как известно (Банникова, 1965; Банковская, 1980), развитие зародыша идет с большими нарушениями.

Изменение структуры ядрышек в гибридной зиготе-свидетельствует о том, что отцовский геном включается в работу вскоре после проникновения спермия в яйцеклетку.

I

3.4. Развитие зародыша и эндосперма

Несмотря на то, что развитие и строение зародша и эндосперма У .злаков изучено ДОВОЛЬНО полно ( Morrison, 1955; Hoth, 1957; Ыодилевский и др., 1958; Худяк, 1963; Evere, 1970; Батыги-на, 1974 и др.), нам пришлось в качестве контроля к гибридным завязям исследовать разновозрастные завязи родительских форм, так как на темпы эмбриональных процессов влияют условия выращивания, сортовые особенности. Кроме того, окраска препаратов с использованием цитохимических методик для обнаружения основных конституционных и запасных веществ дала возможность более детально изучить их локализацию и динамику.

Установлено, что развитие зерновок, образовавшихся от реци-прокного скрещивания твердой и мягкой пшеницы и от скрещивания этих видов с рожью идет по-разному. Если материнской формой служит мягкая пшеница, зародыш и эндосперм развиваются, как правило, нормально, а если твердая - с нарушениями.

При скрещивании твердой пшеницы с мягкой в части зерновок зародыш оставался нерасчлененным или был неправильно дифференцирован и имел некротическиз зоны, по-видимому, вследствие разрушения клеток, несбалансированных в генетическом отношении.

Некротические зоны были и в эндосперме. Обширная зона мик-ропилярной части эндосперма, многие его клетки на брюшной стороне зерновки, в отличие от контроля, не содержат крахмала и ли-пидных включений; в клетках крахмалистой части эндосперма часто отсутствуют белковые включения. Липидные включения обнаружива- ' • ются в ядрах не только клеток алейронового слоя, но и прилегаю-ujix к нему клеток.

У нормально дифференцированных гибридных зародышей распределение запасных веществ не отличается от'такового у негибрид-"Ных, но реаквдя на РНК слабее.

В двуклеточном зародыше пшеницы крахмал распределен неравномерно : в базальной метке его б ольше, чем в апикальной. Ьто разлияие между апикальной и базалыюй частями зародыша сохраняется и в дальнейшем, до 7-9 суток после опыления.

Наличие крахмала и липидных включений в цитоплазме клеток зародила в первые 5-7 суток после опыления связано с проникновением дополнительных пыльцевых трубок в зародышевый мешок.

В начале органогенеза (7-11 сут после опыления) крахмал или отсутствует, или имеется только в базальной части зародыша. Липидных включений нет. Позже крахмал и липиднне включения обнаруживаются в щитке и колеоптиле; количество их по мере развития зародша увеличивается, они появляются и в других частях зародыша - эпибласте, под точкой роста, в периблеме корешка.

Запасные белки в зародше появляются через 20 сут после опыления, причем в одних клетках они присутствуют совместно с .крахмалом, в других - без него. К этому времени количество липидных включений возрастает, они обнаруживаются в цитоплазме большинства клеток, за исключением клеток плеромы и эпидермиса корешка.

В 25-суточных зародшах мягкой пшеницы липидные включения ■уже не обнаруживаются. У твердой пшеницы они исчезают позже. В 30-суточных зародшах твердой пшеницы имеются только структурные липиды, крахмал также отсутствует, либо его очень мало; у . мягкой пшеницы крахмала многс?.

Наибольшее-количество различных нарушений в развитии зародыша- обнаружено в зерновках, образовавшихся от скрещивания твердой пшеницы с рожью. Часть из них происходит в период бластоме-ризации и выражается в прекращении развития, гибели зародыша или в изменении его полярности; в таких зародышах отсутствуют различия между апикальной и базалыюй частями по распределению крахмала, по положению И5Т. Вместо этого складывается "радиальная" полярность, то есть различия между клетками периферической и центральной частей зародыша. В дальне1шем такие зародили оставались нерасчлененнши, либо были неправильно дифференцированными: имели зачатки корешка и неразвитую стеблевую часть или при сравнительно хорошо развитой стеблевой части .отсутствовал коре-

шок. Нормально развитых зародышей не било.

В завязи обячно сохранялся либо зародыш, либо ондосперм, очень редко - и зародыш, и-эндосперм. В завязях без эндосперма клетки зародыша были вакуолизированы, многие - с несколькими ядрами, иногда различной величины.

В эндосперме ядра рэрьировали по форме и размеру в результате зндомитоза, амитоза, выброса части хроматина. Митоз в большинстве случаев проходил нормально, лишь изредка наблюдались мосты, фрагменты хромосом.

В одних завязях эндосперм вскоре разрушался, в других -оставался ядерным до конца развития зерновки, реже образовывался клеточный эндосперм. Но последний часто отличался от .обычного тем, что состоял из разрозненных' клеток или групп клеток, многие из которых бшш частично или полностью разрушены. В некоторых клетках были и крахмальные, и алейроновые зерна, в других - либо крахмальные, либо алейроновые зерна, часть клеток вообще не содержала включений. .

В зерновках, в которых отсутствует эндосперм, но имеется зародш, метаболизм в клетках перикарпия идет по необычному-для .злаков пути: в них исчезает крахмал и появляются лигидные включения.

Таким образом, время и место накопления запасных веществ, их соотношение или отсутствие являются признаками нормального или патологического развития зародша, эндосперма и завязи в целом.

3 процессе развития зародыша и эндосперма злаков наблюдаются закономерные изменения в положении изоэлектрических точек компонентов клеток, приводящие к разнокачественности, отражающей изменение метаболизма клеток. Появление различий по положению И5Т предшествует морфологическим и цитохимическим изменениям.

• Анализ результатов собственных исследований и литературных данных (Банникова,-1963;. Худок, 1963; Батыгина, 1974; Поддубная-Арнольди, 1976; Понтович, 1978; Ивановская, 1983 и др.) позволяет утверждать важную роль эндосперма в развитии зародыша, глабнкм образом, в его органогенезе; в отсутствии эндосперма зародш остается неразделенным на органы.

В некоторых зерновках, полученных в результате межвидового скрещивания, зародили, не достигшие нужного размера к опреде-

ленному времени, не претерпевают органогенеза даже при наличии нормально развитого эндосперма. По-видимому, из-за отсутствия критической массы они не приобретают компетенции для восприятия воздействия эндосперма.

ВШЭОДи

1. В результате комплексного ( цитохимического, цитофиздо-логического и цитсметрического ) исследования отдаленных гибридов хлебных злаков и форм с Ц.'С в сравнении с исходными сортами обнаружена дискретность развития генеративных и. эмбриональных структур. Изучение этапов, на которых прерывается развитие той или иной структуры, дает представление о критических периодах в .ее развитии.

2. У отдаленных гибридов и форм с ЦМС наблюдаются сходные нарушения в развитии микроспор и пыльцевых зерен:

- аномалии автолитических процессов, депрессия активности яд~ рышкового организатора, появление лапидннх включений в цитоплазме вакуолизнрованных микроспор;

- отсутствие цитокинеза после первого митоза;

- замела дифференцирующего митоза на сбмчи1<й;

- деление вегетативного ядра ;

- подавление синтеза конституционных и запасных веществ;

- нарушение инактивации спермиев;

- изоэлектричность компонентов клетки.

Эти нарушения являются признаками патологии в развитии шшцы.

3. В микроспоре и двуклеточной пыльце темпы изменения объема клетки, ядра и ядршка разные, что приводит к изменению величины ядерно-цитоплазматического и ядерно-ядршкового отноше-

• ний, которые более точно, чем объемы, характеризуют функциональное состояние клетки. '

4. У злаков запасными веществами клеток стенки пыльника и связника являются крахмал и.липиды. Крахмал обнаружен в эпидерме, фиброзном слое и связнике; липиды - в фиброзном слое, тапе-туме и связнике. Крахмал появляется и исчезает раньше, чем липа-

■ ды. На некоторых этапах развития пыльника в фиброзном слое и связнике присутствуют и крахмал, и липиды. Время появления и количество- включений варьируют в зависимости от видовых и сортовых особенностей.

5. Различия в объеме ядер зародышевого мешка хлебных зла-

ков, возникнув на ценоцитной стадии, усиливаются в процессе даф-ференцировки клеток. Соотношение объемов ядер клеток сформированного и зрелого зародышевых мешков различно и отражает их функциональное состояние. В стареющем зародышевом мешке объем ядер увеличивается, особенно в центральной клетке. Параллелизм между объемом ядра и числом хромосом у разнохромосомных видов пшеницы наблюдается только в яйцеклетках. У тритикале такого параллелизма нет. Соотношение объемов ядер и ядрышек меток зародышевого мешка, а также положение.изоэлектрических точек их компонентов у тритикале отличаются от таковых у пшеницы и ржи, т.е. наруша- -ется интеграция клеток зародышевого мешка, сложившаяся в процессе эволюции злаков. Это может быть причиной негативных процессов, происходящих в зерновке тритикале. I

У форм пшеницы с ЦМС объем ядер и ядрышек центральной клетки зародшевого мешка и яйцеклетки меньше, чем у мужски фертиль-ных аналогов.

6. У пшенично-ржаных гибридов развитие зародышевого мешка прекращается, как правило, в ценоцитный период, у межвидовых - на этапе сформированного зародышевого мешка. Критическими периодами в развитии сформированного зародышевого мешка являются деление антипод и политенизация их ядер. Клетки зародышевого-мешка злаков полифункциональны; выполнение отдельных функций приходится на разные периоды.

7. Цитометрические показатели могут быть использованы для характеристики морфо-функционального состояния клеток пыльцевого зерна и зародшевого мешка: величина ядерно-цитоплазматичес-кого отношения коррелирует со степенью компактности хроматина в интерфахных ядрах, а ядерно-ядрышкового - с интенсивностью формирования белоксинтезирующей системы.

8. В процессе созревания зиготы хлебных злаков происходят колебательные изменения объема'метки, ядра и ядрышка. Кривая, отражающая отношение этих объемов к соответствующему объему яйцеклетки, тлеет двухвершинный характер. В гибридной зиготе проявляется активность отцовского генома.

9. Развитие зерновок, образовавшихся от реципрокного скрещивания твердой и мягкой пшеницы и от скрещивания этих видов с рожью, идет по-разному. Если материнской формой служит мягкая > пшеница, зародыш и эндосперм развиваются, как правило, нормаль- ' ■ но, а если твердая - с нарушениями, особенно глубокими при меж-

родовом скрещивании. Наиболее существенными признаками патологии являются нарушения деления ядер и клеткообразования в эндосперме, -замедление темпов или прекращение деления клеток, образование некротических зон в зародыше и эндосперме, отсутствие или неправильное течение дифференцировни клеток и тканей, проявляющиеся, в частности, в изменении времени и места отложения запасных веществ. Накопление ГНК и изменение положения ИЭТ компонентов меток предшествуют морфогенезу.

10. Органогенез в зародыше происходит только при наличии эндосперма, развивающегося без значительных нарушений. В некоторых гибридных' зерновках зародыш, не достигший нужного размера к определенному времени, остается нерасчлененным при наличии нор-

.малыю развитого эндосперма.

11. Обнаружено новое явление - образование липидных включений в ядре вегетативной клетки пыльцевого зерна и ядрах клеток алейронового слоя эндосперма. Бто происходит в период активного функционирования клеток и, по-видимому, связано с реорганизацией структуры хроматина.

12. Разработанные на основе выявленных закономерностей раз-'вития пыльцы и зародышевого мешка способы определения их жизнеспособности позволяют провести раннюю диагностику стерильности отдаленных гибридов, а способ прижизненного определения этапа

. развития зародшевого мешка может повысить эффективность селекционно-генетических и биотехнологических работ со злаками.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Еланковская Т.Ф. Цитохимическое изучение отдаленных гибридов пшеницы //Всесоюз. совещание по отдаленной гибридизации растений и животных: Тез. докл. - М., 1968. - С. 150 - 152.

2. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. 11ST в процессе микроспо-рогенеза и развития мужского гаметофита межвидового гибрида пшеницы и его родительских.форм //Матер. Всесоюз. симпоз. по эмбри-сл. раст. - Киев: Наук, думка, 1968. - С. 34 - 37.

3. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. Пзоэлектрическая точка в клетках развивающихся тычинок межвидового гибрида пшеницы и его родительских форм // Ейал. науки. - 1970. - № 7. - С. 116 -120.

4'. Еланковская Т.Ф., Белова Г.И. Применение цитохимических методик для одновременного обнаружения нескольких веществ в рас-

тительных клетках // Науч.-технич. бюлл. ВСИ1. - Бш. 15. -Одесса, 1971. - С. 47.

5. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. Цитохимическое изучение мужского гаметофита у межвидовых гибридов пшеницы // Цитол. и генет. - 1971. - Т. У. - К 3. - С. 202 - 206.

6. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. Распределение липидов в. тычинках фертильных и стерильных растений злаков // У Бсесоюз. совещ. по эмбриологии растений: Матер, совещ. - Кишинев: Штиинца, 1971. - С. 23 - 25.

7. Воробьев А.И., Еланковская Т.Ф. К морфологии и цитохимии пцдьцы пшеницы с мужской стерильностью // Генетика и селекция на Украине: Материалы П съезда ген. и сел. Украины. Ч. I. - Киев: Наук, дамка, 1971. - С. 96 - 97. '

8. Еланковская Т.Ф., Белова Г.И. Разработка некоторых методик совместного применения цитохимических реакций // Научн. Тр. • по с.-х. биологии. - Одесса: Изд-во ВСГИ, 1972. - С. 60 - 61.

9. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. Развитие пыльников и пыльцы у двух форм пшеницы с мужской стерильностью Ц Науч. тр. по с.-х. биологии. - Одесса: Изд-во ВСГИ, 1972. - С. 52 56.'

10. Еланковська Т.П., Воробйов АЛ. Про л1п1ди в кл1тинах зерн1вок п1сля р1зних схрещувань //У з'1зд УБТ: коротк1 тези до-пов1дей. - Ужгород, 1972. - С. 199 - 200.

11. Боробьев А.И., Еланковская Т.Ф. Цитоэмбриологические и цитохимические исследования в связи с отдаленной гибридизацией // II съезд ВОГиС им. Н.И. Вавилова. - Вып. I. - М.: Наука, 1972. -С. 38.

12. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. Цитохимическое изучение оплодотворения при отдаленных скрещиваниях пшеницы // Половой процесс и эмбриология растений: Матер. Всесоюз. симпоз., посвящен. 75-летию открытия акад. С.Г. Навашиным двойного оплодотворения у покрытосеменных растений. - М., 1973. - С. 21 - 22.

■13. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. Развитие и строение пыльцы у первого поколения пшенично-ржаных гибридов // Биол. науки. - 1974. - К 7. - С. 113 - 117.

14. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И. О липидных включениях в пыльце злаков // Цитология. - 1974. - Т. 2У1, № 7. - С. 659 - 862.

15. Еланковская Т.Ф., Цэндсурэнгийн 0. Развитие репродуктив- " ных органов у первого и второго поколений пшенично-ржаных гибридов // Ш съезд генетиков и селекционеров Украины: Тез. докл. 4.1.

•Общая генетика. - Киев: Наук, думка, 1976. .- С. 59 - 60.

16. Еланковская Т.Ф. Цитохимическое изучение эмбриогенеза

хпшеницы при отдалешшх скрещиваниях // Науч.-техн. бюлл. ВСГИ. -1980. - Вып. 2 (36). - С. 35 - 40.

17. Еланковская Т.Ф. Ядерно-плазменное и ядерно-ядршковое отношение в пыльце пшенично-ржаного гибрида // Втора Национална конф. по цитогенет. - София: Изд-во на ЕАН, 1981. - С. 234 - 237.

18. Воробьев Л.И., Банковская Т.Ф., Паранич Т.Н. Ядерно-яд-рышковоё отношение в пыльце как показатель генетических особенностей растеши // 1У съезд генет. и селекц. Украины: Тез. докл. Часть I. Общая и молекулярная генетика. - Киев: Наук, думка,

• 1981. - С. 149 - 151.

19. Еланковская Т.Ф. Способ Еланковской Т.Ф. определения жизнеспособности пыльцы зерновых культур. А. с. СССР № 982590 // Ешл. Госкомизобрет. - 1982. - № 47. - С. 9.

20. Еланковская Т.Ф., Воробьев А.И., Паранич Т.Н. Жизнеспособность мужского и женского гаметофитов у межвидовых и межродовых гибридов пшеницы // Цнтолого-кмбриол. и генетшсо-биохим. основы опыления и оплодотворения растений: Матер. Йсесоюз. совещ. -

■Киев: Наук, думка, 1982. - С. 282 - 284.

21. Еланковская Т.Ф. Цитометрическое изучение пыльцевых зерен злаков // Развитие мужской генеративной сферы (мо}фо-фпзиоло-гические аспекты): Матер. Всесоюз. симпоз. - Симферополь, 1983. -С. 12 - 13.

22. Еланковская Т.Ф. Кариометрический способ определения жизнеспособности пыльцы хлебных злаков // Тез. докл. УП делегат, съезда Всесоюз. ботан. общества. - Л.: Наука, 1963. - С. 258.

23. Еланковская Т.Ф. Эмбриологическое изучение пшеницы после , отдаленного скрещивания // Проблемы гаметогенеза, оплодотворения

и эмбриогенеза: Матер. УШ всесоюз. совещ. по эмбрнол. растений. -Ташкент: Фан, 1983. - С, 41 - 42.

24. Еланковская Т.Ф. Кариометрический анализ зародышевого мешка у разнохромосомных видов хлебных злаков // Трета нац. конф. по цитогенет. с междунар. участие - Т. 2. - Пловдив, Бългьрия,

. 1984. - С.. 422 - 425.

25-. Еланковская Т.Ф., Черников Г.Б. Изучение изрэлектричес-кой точки элементов зародышевого мешка хлебных злаков // Цитология и генетика. - 1984. - Я. 4. - С.' 247 - 249.

26. Еланковская Т.Ф., Яковенко Е.М. Карисметрическое изучение зародышевого мешка пшеницы / Корфо-функцнон. аспекты развития

жен. генерат. структур семенных растений: Матер. Всесоюз. сим-поз. - Телави, 1984. - С. 10 - II.

27. Бланковская Т.Ф. Кариометрическое и цитохимическое изу-чеш1е зародышевого мешка пшеницы // Цитол. и генет. - 1986. -

Я 6. - С. 445 - 448.

28. Бланковская Т.Ф. Способ определения жизнеспособности зародышевого мешка у хлебных злаков. А. с. ССОР ¡h 1273024 // Егалл,-Госкомизобретений. - 1986. - të 44. - С. 8.

29. Епанковская Т.Ф., Лебединец JI.A. Сравнительное кариометрическое изучение тритикале // У съезд генет. и селекц. Украины. Тез. докл. Часть I. Общая, и молекулярная генетика. - Киев, 1986. -С. 127 - 128.

30. Бланковская Т.Ф. Способ прижизненного определения этапа развития зародышевого мешка у хлебных злаков // УШ съезд УБО: Тез. докл. - Ивано-Франковск: Наук, думка, 1987. - С. 175.

31. Бланковская Т.Ф.. Цитометрическое изучение развивающегося пыльцевого зерна хлебных злаков / Ред. ж. Биол. науки. М., 1987. - Деп. в ВИНИТИ 7.09.87, Jt 6554. - 9 с.

32. Бланковская Т.Ф.- Оценка селекционного материала по жизнеспособности гаметофитов // Экологическая генетика растений й животных: Тез. докл. Ш Всесоюз. конф. - Кишинев: Штишша, 1987. -С. 190.

• 33. Бланковская Т.Ф. Состояние хроматина в онтогенезе гамето-фитов и оплодотворение у покрытосеменных // Молекулярные и функциональные механизмы онтогенеза: Тёз. докл. Всесоюз. симпоз. -Харьков, 1987. - С. 31.

34. Бланковская Т.Ф. Цитометрическ&я оценка жизнеспособности пыльцы и зародышевого мешка у хлебных злаков // У съезд ВОГиС им. Н.И. Вавилова: Тез. докл. - Т. 1У. - Ч. 3. - M., 1987. - С. 50 -51.

35. Бланковская Т.Ф. Кариометрическое изучение зародшевого мешка некоторых разнохромосомных видов пшеницы // Актуальные вопросы ботаники в СССР: Тез. докл. УШ делегат.•съезда Всесоюз. ботан. общества. - Алма-Ата: Наука, 1988. - С. 345 - 346.

36. Бланковская Т.Ф. Динамика запасных веществ в развивающемся пыльнике пшеницы с разным генотипом // Онтогенетика высших растений: Тез. докл. Всес. научной конференции. - Кишинев: Штиин-ца, 1989. - С. II.

37. Бланковская Т.Ф. Активация и экспрессивность генов р-FHK в процессе развития генеративйых структур злаков // Гене-