Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Некоторые особенности гаметофитного отбора у томата

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Некоторые особенности гаметофитного отбора у томата"

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССКОЙ ССР

Институт генетики и цитологии

На правах рукописи

Ирина Ильинична ПИНЧУК

УДК 575.635:64

Некоторые особенности гаметофитного отбора у томата

03.00.15 — генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МИНСК — 1990

Работа выполнена в Институте экологической теиетик АН ССРМ ' .....'г-Л

Научный руководитель:

кандидат биологических наук А. Н. Кравченко

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук И. А. Гордей, кандидат биологических наук А. П. Ермшиин

Ведущее учреждение:

Институт физиологии растений и генетики АН УССР, г. Кие

Защита состоится года в 41

сов на заседании специализированного Совета К 006.02.01 по з, щите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биол< гических наук по специальности 03.00.15 — генетика в Институ генетики и цитологии АН БССР по адресу: 220734, г. Мине ул. Скорины, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научне библиотеке им. Я- Коласа БССР.

Автореферат разослан « ) 1990 года

Ученый секретарь специализированного Совета РД. )

кандидат биологических наук Е. В. Лобаш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время обеспечение населения продуктами питания уже немыслимо без устойчивого-роста величины и качества урожая основных сельскохозяйственных культур. В этом процессе все большую и большую роль будут играть сорта, поскольку именно от сорта, его продуктивности и устойчивости, в значительной мере зависит степень биологизации интенсифика-' ционных приемов, уровень техногенного воздействия на агроэко-зистемы и биосферу в целом. Необходимость ограничения таких воздействий на биосистемы, а также наличие стрессовых нерегулируемых факторов среды, создают такую ситуацию, когда дальней-иее повьшение урожайности будет происходить в значительной мере за счет селекции. В связи с этим, создаваемые новые сорта должны сочетать в одном геноме высокую потенциальную продуктив-юсть и устойчивость к основным экологическим стрессовым факторам, что достигается, как отмечает Н.И.Вавилов (1935), широким вовлечением в селекционный процесс диких видов и полукультур-«лх разновидностей, а также индуцированием мутационной и реком-5инационной генетической изменчивости, позволяющих получать новые ценные признаки и адаптивные их комбинации. Однако, как показала практика, в ходе селекционного процесса происходят значительные потери ценных рекомбинантных генотипов, что не только удлиняет данный процесс, но и делает практически невозможным решение некоторых поставленных задач.

В последнее время все больше исследователей ( et

а1, 1978; Ми1саИу еЬ а1., 1979; О1^ау1апо еЬ вХ.( 1982; Кравченко , 1988) указывают на возможность проведения гаметофитной, тьшьцевой или же гаметной селекции у растений и разработку

принципиально новых методов эффективного отбора.

' Селекция гаметофитов по тому или иному признаку возможна тогда, когда существует экспрессия их геномов ( Mulcahy t 1979), Доказательство экспрессии генов в гаметофите было получено еще при изучении генов Waxy, алкагольдегодрогеназы и др. ( Schwartz, 1971). Злектрофоретическое изучение изоферментов показало, что у томатов ( Tankeley et al., 1981), кукурузы ( Sari-Gorle et al. , 1984), ячменя ( Pedersen et al. , 1984) более 60$ изученных генов экспрессируется в спорофите и гаметофи-те, фоме того, обнаружена положительная корреляция между конкурентноспособностью пыльцы и такими признаками спорофита как масса сеянцев, время их прорастания, устойчивость проростков к металлам ( Mulcahy, 1971; 1974; Searcy and Mulcahy, 1985a, 1985в). У томатов установлена также возможность изменения качества спорофитного поколения путем отбора пыльцы, устойчивой к-высокой температуре (Тараканов, Дэведар и др., 1978; Калягина, Пугачев, 1981; Кравченко, Лях и др., 1988).

Однако на процесс отбора устойчивых генотипов в значительной степени будет сказываться и физиологическое состояние различных признаков растения (спорофита) и особенно изменчивость самого мужского гаметофита ( Kick , 1969; Aung , 1976; Альтергот, I98I).B настоящее же время при проведении пыльцевой, а также обычной селекции, физиологическое состояние пыльцы и связанные с этим явлением процессы фактически не учитываются, что приводит к получению неоднозначных результатов и значительно снижает эффективнасть селекционной работы. Поэтому нами и проведены исследования по выявлению закономерностей и особенностей влияния факторов среды на развитие мужского гаметофита, по установлению степени их воздействия на процесс отбора и ге-

нотипическую изменчивость в расщепляющихся популяциях Р<э.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является изучение влияния различных факторов среды на процесс формирования и развития мужского гаметофита, а также исследование возможности отбора, с учетом возникшей изменчивости пыльцы, устойчивых к высоким температурам генотипов томатов при внутривидовой гибридизации.

В соответствии с этим в диссертационной работе ставились следующие задачи:

1. В зависимости от условий формирования мужского гаметофита '.I воздействий на него повышенными температурами выявить изменчивость таких его признаков как: а) жизнеспособность, жаростойкость, прорастание пьшьцы и рост пыльцевых трубок, оплодотворяющая способность; б) периметр, площадь пыльцевого зерна и ядер вегетативной и генеративной клеток, а также количество ДНК в ядрах и дисперсия хроматина.

2. Изучить влияние условий формирования и отбора пыльцы на устойчивость спорофитных популяций к повышенной температуре по таким параметрам как жаростойкость, изменение высоты растений, числа листьев, массы сеянцев на температурном фоне.

3. Установить особенности изменения частоты рекомбинации и моногибридного расщепления в в зависимости от условий формирования мужского гаметофита и интенсивности отбора пыльцы.

Новизна и практическая значимость результатов исследований. Впервые показано влияние факторов среды на процесс формирования и развития мужского гаметофита, отбор устойчивых генотипов и спектр генотипмческой изменчивости в Кроме того разработаны некоторые методы более эффективного отбора гаметофитов

с целью повыпения устойчивости спорофитных популяций.

'Установлено, что повыиению жизнеспособности и устойчивости пыльцы к высокой температуре способствует обрив бутонов, обработка гиббереллином и мелангозидом. Выявлено также, что услрвия формирования мужского гаметофита влияют на длину пыльцевых трубок. Отмечена значительная гетерогенность популяций пыльцы по данному признаку.

Установлено, что ядро вегетативной и генеративной клеток пыльцевого зерна, размер пыльцы значительно изменяются в зависимости от генотипа и длительности действия стрессовых факторов. Отмечено, что влияние изученных факторов среды способствует изменению функциональной активности генома.

Показано, что устойчивость пыльцы изменяется в зависимости от факторов среды и поэтому ее отбор приводит к увеличению или уменьшению частоты устойчивых к повыиенной температуре генотипов в популяциях

Установлено, что селективная элиминация генотипов на стадии' формирования пыльцы и особенно прорастания,и роста пыльцевых трубок являются одной из причин изменения спектра геноти-пической изменчивости по маркерным признакам. Выявлено, что не. рекомбинантные генотипы на этапах всходов, формирования и развития проростков чаще получают преимущество перед рекомбинанта-ми. Причем, уровень элиминации у менее устойчивого гибрида выше,чем у более устойчивого.

Расмотренные в работа подходы могут найти успешное применение в развитии теоретических и практических вопросов пыльцевой и спорофитной селекции растений.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и

обсуждались на республиканской конференции молодых ученых (Кишинев, 1986), республиканской школе-семинаре молодых ученых и специалистов (Кишинев, 1987), Всесоюзной конференции по экологической генетике растений и животных (Нишинев, 1987), Второй республиканской конференции молодых исследователей (Кишинев, 1989), заседании ученого совета ИЭГ АН ССРМ (1990).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

/

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 161 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материала и методов, трех экспериментальных глав и их обсуждения, выводов и списка использованной литературы. В работе приведены 25 таблиц, 18 рисунков. Отесок литературы включает 181 наименование, в том числе 96 иностранных авторов.

МАТЕРИМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Материалом для исследования послужили внутривидовые гибриды Fj, полученные от скрещивания культурных форм L.esculentura Mo 628 и сорта L. escalen tiim Нистру с L.eaculentum var. racemigerum (Lange) Brezh. СЬрт Нистру И L.e.var-racemigerma, как отмечают М. К.Паскал (1984) и А. И.Суруту (1987), обладают высокой устойчивостью к температурному фактору. .

Мутантный образец L.e.Mo 628, слабоустойчивый к высокой температуре, маркирован генами ful, е (4-я хромосома) и (а),hl (II-я хромосома), которые легко идентифицировать на ранних стадиях развития растения. Все родительские формы взяты из коллек-

ции генофонда ИЭГ АН ССРМ. Поскольку сорта, виды и разновидности томатов характеризуются генетической гетерогенностью (Жученко, 1980), для создания генетически однородного материала нами были получены клоны от одного гибридного растения По .каждой комбинации скрещивания выращено 6 клонов по 50-100 растений в каждом. Растения выращивали в условиях теплицы в сосудах емкостью 4,5л и в полевых условиях (Щршова, 1978).

Растения по каждому клону делили на "материнские" и "отцовские". С целью создания изменчивости мужского гаметофита, бутоны "отцовских" форм томатов, начиная со стадии тетрад и до стадии зрелого гаметофита, подвергали обработке по схеме: I) оптимальная температура, 20/27°С (ночь/день); 2) повьиенная температура, 20/30°С; 3) пониженная температура, 15/20°С; 4) обрыв бутонов, для чего на 1-й и 2-й кистях оставляли по одному бутону; 5) обработка гиббереллином (ГК) в концентрации 0,01$; б) обработка мелангозидом (МГ) - 0,05^. Материнские формы выращивали при нормальных условиях.

Процесс отбора устойчивых к высокой температуре генотипов изучали на этапе зрелой пыльцы, помещая ее на температурные фона. Для этого с "отцовских" растений по каждому клону собирали пыльцу через сутки после раскрытия цветков и делили ее на три части. Две части подвергались действию температуры 45°С и б^С в'течение восемнадцати и трех часов соответственно, третья часть служила контролем и хранилась при комнатной температуре. Гибридизацию с участием контрольной и опытной пыльцы проводили по общепринятой методике (Брежнев, 1964). Завязывание и созревание плодов проходило при нормальных температурных условиях.

Жизнеспособность пыльцы перед опылением определяли методом проращивания ее на искусственной питательной среде (Лях,

1985). Длину пыльцевых трубок измеряли в делениях окуляр-микрометра. 'Общее увеличение микроскопа составляло 10 х 12. Жаростойкость пыльцы определяли как отношение жизнеспособности пыльцы в опыте к ее жизнеспособности в контроле, умнокенноэ на 100?.

Для изучения морфологических и цитохимических характеристик ядер вегетативной и генеративной клеток и самого пыльцевого зерна использовали автоматизированный комплекс "Морфоквант"-СМ-4. Постоянные препараты готовили по методике А. Н. Кравченко (1986).

. О влиянии различных обработок на пыльцу внутривидовых гибридов судили по генотипической изменчивости, возникающей в по таким количественный признакам как высота растений, число листьев. При этом на стадии 4-5 листьев проводили первое измерение. Кроме того, определяли жаростойкость популяций. Для чего растения помещали в камеру искусственного климата ВНШ, при температурном режиме 30/42?С (ночь/день). Через 15 суток проводили второе измерение по этим же параметрам и сырой массе сеянцев. Анализ жаростойкости популяций на стадии проростков осуществляли по методике А.П.Ивакина (1981). Изучали также изменение моногибридных соотношений по маркерным локусам в опытных вариантах по сравнению с контролем и частоту рекомбинации по сцепленным признакам.

Достоверность отклонений опытных данных от контроля оценивали по t-критерию Огьюдента, а отклонения полученных моногиб-

р

ридных соотношений от контроля определяли по критерию X при трех уровнях значимости. Оценку >.дстоты кроссинговера между сцепленными маркерными генами проводили на СМ-4 по методу максимального правдоподобия по программам, разработанным А.Б. Королем и И.А.Прейгелем в отделе рекомбиногенеза ИЭГ АН ССРМ.

РЕЗУЛЬТАТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ . ИЗМЕНЧИВОСТЬ МУЖСКОГО ГАМЕТОФИТА ТОМАТОВ

Влияние условий формирования мужского гаметофита на его устойчивость к повиданной температуре

При проведении селекционной работы необходимо широко учитывать влияние, изменчивости мужского гаметофита, которая возникает в зависимости от генотипа и условий его формирования, на устойчивость пыльцы к высокой температуре.

Изучение фертильности пыльцы, сформировавшейся при различных условиях обработки, выявило, что в контроле ее жизнеспособность у обоих гибридов приблизительно одинаковая и равна 3536$. При повышенной температуре отмечалось снижение фертильности, пыльцы более чем в 1,5 раза. Неоднозначная реакция проявлялась в результате обрыва бутонов и обработки гиббереллином. Так, у гибрида Ь.е.Нистру х L.e'.var.racemigerum жизнеспособность пыльцы находилась на уровне контроля, а у L.e.Mo 628 х L.e.var. racemigerum получено значимое увеличение, данного показателя.

В результате исследования воздействия высоких температур на зрелые пыльцевые зерна установлена их разная реакция, которая зависит от условий обработки на этапе формирования мужского' гаметофита. Из табл. I видно, что практически во всех вариантах опыта устойчивость пьшьцы к высокой температуре вше , чем в контроле; Причем, максимальное значение данного показате-,ля отмечалось при обработке гиббереллином и мелангозидом. Вероятно, формирование дополнительной устойчивости происходит за счет более полной экспрессии генома, в том числе генов устойчивости , а также образования новых веществ и структур при воздействии БАВ, которые к тому же обладают антистрессовыми свой-

ствами (Кинтя и др., 1987).

Таблица I -

Жаростойкость пыльцы на различных температурных фонах в зависимости от условий формирования; %

Варианты

обработки

бутонов

Ь.е. Нистру х Ь.е.Уаг.гасепикегиш

} Ь.е. Мо 628 х IЬ.е.уаг.гасеи1кегии

Температура прогревания пыльцы

; 45° с ; 57° С { 45° С { 57° С

1 (20/27°С) 9,5 ' 1,7 2,0 ' 1,1

1 (20/30° С) II,б 10,2 10,5 2,2

t (15/20° С) 0,7 6,0 2,1 3,5

•Обрыв бутонов ' 20,3 6,1 9,6 13,3

Обработка ГК 72,6 17,1 36,8 0,4

Обработка МГ ' 41,0 10,3 61,4 14,7 '

Кроме того, из этих данных видно, что при действии температуры 57°С (3 часа) происходит более сильное снижение устойчивости пыльцы, чем при температуре 45°С (18 часов).

Для более полной характеристики мужского гаметофита проведено изучение характера роста пыльцевых трубок, поскольку пыльца с более интенсивным ростом имеет большую вероятность участвовать в оплодотворении ( Ми1свЬу, 1975; МгЦсвЬу et в1. , 1983).

Полученные экспериментальные результаты показали, что условия формирования мужского гаметофита оказывают значительное влияние на длину пыльцевых трубок. При этом в опытных вариантах наблюдали уменьшение данного параметра по сравнению с контролем. Подобную реакцию отмечали такжже и при прогревании пыльцы, йлесте с тем, в ряде случаев (пониженная температура,

обрыв бутонов, обработка гиббереллином) в популяции пыльцы встречались достаточно часто и длинные пыльцевые трубки. Все вто указывает на необходимость учета гетерогенности пыльцы по данному признаку при проведении гаметной селекции на устойчивость к высоким температурам.

• Изменение морфологических и цитохимических параметров пыльцевого зерна

Исследование влияния различных режимов обработки бутонов на морфологические параметры пыльцевого зерна позволило выявить разную рекцию изученных гибридов Р^ на эти факторы. Так, увеличение размеров пыльцевого 'зерна отмечали у обоих гибридов При обрыве бутонов. Вероятно, это происходит за счет большего притока питательных веществ к оставшимся бутонам и развивающейся? в них пьшьце. Образование более крупных,чем в контроле,пыльцевых зерен также выявлено у Ь.е.Мо 628 х Ь.е.уаг.гасеп^еегит при обработке бутонов гиббереллином и мелангозидоы (Рис. I).

Изучение реакции пыльцевых зерен на высокую температуру показало ее зависимость от генотипа. Одинаковую изменчивость наблюдали у обоих гибридов при обрыве бутонов и оптимальных температурных условиях., Отмечалось также, что при действии температуры 45°С пьшьца бьиа мельче, а при 57°С крупнее,чем в контроле (рис. I).

У гибрида Ь.е.Мо 628 х Ь.е.уаг.гасепибегшп обнаружено, что более крупная.пьшьца прорастала лучше,чем мелкая. У гибрида

Ь.е,Нистру X Ь.е.уаг11'Есет1вегит такой связи не выявлено. Полученные результаты указывают на то, что условия формирования пьшьцовых зерен гибридов оказывают значительное влияние на процессы, которые при этом протекают. Это, вероятно, и приводит

мкм

72

68 -64 -

г

гЬ

ш

т

ш

□ а

т б

□ 3

Л,

щ

I

ж

г4-

1

ш р

УХ 1

А

1

лкм

'72

68 -64 -

II

т Ш

щ

й гЧ

ш Ш

Рис. I Влияние повьшенной температуры на периметр пыльцы гибридов ?]■

I -Ь.е. Нистру хЬ.е.Уаг.гасеп^егшп ; II -Ь.е. Мо 628 х 1/.е.уаг.гасет15егит ; I - контроль (20/27°С); 2 - t (20/30° С); 3-t (15/20°С); 4-обрыв бутонов; 5 - обработка ГК; 6 - обработка МГ; температура прогревания пыльцы: а -ъ-25°С; б -<:-45°С; в - «;-57°С

к изменению размеров пыльцы и ее жизнеспособности.

'Изучение размеров ядер вегетативной и генеративной клеток показало, что они более крупные у гибридаь.е ЛЫстру х ь.е^аг. гасет1вегит по сравнению с гибридом Ь.е. Мо 628 х Ь.е.уаг. гасепивегит во всех контрольных и опытных вариантах, кроме обработки БАБ.

При этом надо отметить значительную изменчивость некоторых признаков этих ядер. Степень и характер такого варьирования зависит от генотипа и условий опта.

Так, у более устойчивого генотипа ядра почти не реагируют на различные условия, в то время как у менее устойчивого (ь.е. Мэ 628 х Ь.е^вг.гасеппйегит ) они могут значительно увеличиваться в размерах, повшая свою функциональную активность.

При изучении содержания количества выявляемого ДНК и дисперсии хроматина в ядрах генеративной и вегетативной клетки у гибрида Ь.е.Шстру х Ь.е.увг.гасевиеегшп установлено достоверное их уменьшение во всех вариантах обработки по сравнению с контролем. Анализ этих же параметров у Ь.е.ЬЬ 628 хЬ.е.уаг. гвселп^егит показал, что со/^ржание ДНК в ядрах обоих клеток оказалось па всем вариантам, кроме обработки мелангозидом, , меньше, чем в контроле.

На высокую температуру ядра генеративной и вегетативной клетки гибрида Ь.е.Мэ 628 х Ь.е.уаг.гасеп^еегшп чаще реагировали увеличением своих морфологических показателей, у ь.е. Ниотру х ь.е.УБг.гасея^егиш - уменьшением. 1Ь есть, действие .стресса у гибридов компенсировалось изменением функции ядра. ■ Также следует отметить, что ядро вегетативной клетки более чувствительно к изучаемым факторам яреды,чем генеративной. Полученные экспериментальные данные указывают на особенности в струк-

турной организации ядер, которая зависит от генотипа и его чувствительности к температурному фактору.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ МУЖСКОГО ГАМЕТОФИТА И ОТБОРА ПЫЛЬЦЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПОПУЛЯЦИЙ Р2 К ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

В литературе имеются данные о возможности получения в гибридном потомстве значительного количества растений с признаком устойчивости посредством отбора на гаплоидном уровне (Жу-ченко, Король, 1982; гввиг, Твпкз1еу , 1982; Лях, 1984; 21вш1г, вас^ь > 1987). Однако положительные результаты по гаметной селекции получены главным образом на этапе зрелого пыльцевого зерна (Тараканов и др., 1978; Лях, 1985), его прорастания и роста пыльцевых трубок (Алпатьев, К^ьева, 1971; 0^8у1впо et

в1.,1975; Ми1свЬу , 1975). Вместе с тем известно, что процесс отбора мог бы быть более эффективным при использовании и других этапов репродуктивного развития, например, формировании мужского гаметофита.

Поэтому в наших исследованиях было изучено влияние условий формирования мужского гаметофита, а также отбора пыльцы на устойчивость популяций к повыиенной температуре по таким параметрам как жаростойкость, изменение высоты растений, числа листьев и массы сеянцев на температуном фоне.

Жаростойкость популяций

*

На основании данных опыта было отмечено, что условия формирования пыльцы и ее отбор на жаростойкость по-разному влияют на устойчивость гибридных популяций в зависимости от генотипа и других факторов. Так, у гибрида Ь.е.Нистру хЬ.е.уаг.

гасевиБегиш коэффициент жаростойкости з опытных популяциях был -либо меньше,- либо находился на уровне контроля. У гибрида Ь.е. Мо 628 х Ъ.е.уаг.гасепаБегит по данному показателю в некоторых опытах также не отмечалось значимых различий. Увеличение жаростойкости популяций выявлено при обрыве бутонов и обработке ыелангозидом (рис. 2; II).

При изучении процесса отбора у гибрида Ь.е. Нистру х ь.е. уаг.гаседпаегит ' отмечалась его эффективность в опытах. Практически во всех вариантах (рис. 2; I), где осуществлялся отбор пыльцы на фоне повыденных температур, получено увеличение устойчивости популяций. Данный результат объясняется тем, что в оплодотворении чаще участвовали устойчивые гаметы. Причем температура 57°С способствовала повышению устойчивости спорофитных популяций Ро-

У гибрида ь.е. Мо 628 X Ь.е.уаг.гасеайвегии в результате отбора пыльца увеличение, жаростойкости популяций бшш выявлено в варианте "повшенная' температура" (рис. 2; II). Это могло', вероятно, произойти за счет отбора устойчивых гамет еще на стадии их формирования и развития. При обрыве бутонов в результате отбора пыльцы отмечалось резкое уменьшение коэффициента жаростойкости.

В результате сравнения обоих гибридов по жаростойкости отмечалось,- что изучаемые популяции Р^ гибрида ь.е. Нистру х 1/.е.уаг.гасекйвегш1 были более устойчивы к высокой температуре, чем Ь.е. Щ 628 х Ь.е.уаг.гасешхБегиш. Так, например, в контроле коэффициент жаростойкости был равен 62,15? и 39, А% соответственно (рис. 2). В большинстве опытных вариантах сохранилась такая же закономерность. Вероятно, это можно объяснить вкладом генома сорта Нистру, который, как известно из литера-

>:г

Г—

■у ¡Л ы

т

!>ис. 2 Результаты оценки популяций по жаростойкости I - Ь.е.Нистру х Ь.е.уаг .гасетеегшп ; II -Ь.е. Мо 628 х Ь.е^аг.гасет1еегит ; I - контроль (20/27°С);' 2 - t (20/30°С); 3 - 4 (15/20°С); 4 -обрыв бутонов; 5 - обработка ГК; 6 - обработка МГ; температура прогревания, пыльцы гибридов Рр а t -25° С; б - t -45° С; в -1 - 57° С

турных источников (Паскал, 1984; Суружиу, 1987), устойчив к высокой температуре.

В результате анализа экспериментальных данных установлено, что жизнеспособность пыльцы, ее конкуренция в процессе оплодотворения, а также условия формирования семян (масса плода и его осемененность) влияют на проявление жаростойкости недельных проростков популяций Р^. Так, при повышении фертильности пыльцы исключалась конкуренция пыльцевых трубок. Это способствовало тому, что в оплодотворении участвовали гаметофиты, неустойчивые к повыаенной температуре. В связи с этим, следует подчеркнуть значительное влияние ранних этапов онтогенеза на последующее развитие растения, его устойчивость.

Изменение количественных признаков спорофитных популяций на температурном фоне

В эксперименте также определяли, каким образом влияют условия формирования мужского гаметофита на изменение высоты растений, числа листьев и массы сеянцев популяций р£ на температурном фоне.

При анализе экспериментальных данных было установлено, что популяции гибрида Ь.е. Нистру х Ь.е.уаг.гасеппеегшп, полученные в результате опыления пыльцой, сформировавшейся при по-вьшенной температуре, обрыве бутонов, обработке гиббереллином характеризовались увеличением высоты растений и массы сеянцев по сравнению с контролем. Следует отметить, что в данных популяциях довольно часто встречались растения с параметрами, значительно превышающие контроль.

Однако у гибрида ь.е.Мо 628 х ь.е.гаг.гасе!^егит высота растений в опытных вариантах была меньше, чем в контроле. По

массе сеянцев также отмечалось уменьшение показателя. ТЬлько в варианте "обработка гиббереллином" выявлено увеличение массы сеянцев в 1,5 раза. Вероятно, полученные экспериментальные результаты по данному гибриду позволяют говорить о снижении устойчивости опытных популяций Р^.

При первом измерении числа листьев установлено, что в контрольных популяциях у обоих гибридов этот показатель примерно одинаков, хотя в опытных вариантах он колеблется в зависимости от генотипа и условий, при которых идет формирование пыльцы гибридов Рр Увеличение прироста листьев после прогревания растений по сравнению с контролем отмечалось лишь в варианте "обработка мелангозидом" у гибрида Ь.е. Мо 628 х Ь.е.уаг.гасет1ке-гит. У обоих гибридов в варианте "пониженная температура" практически не выявлено прироста листьев после прогревания, а наоборот, в популяциях преобладали растения с меньшим числом листьев.

Таким образом, в результате изучения вышеприведенных количественных признаков у гибридов установлено, что они изменялись в значительной степени в зависимости от генотипа и тех условий, которые были при формировании пыльцы гибридов Рр

Влияние отбора пыльцы на устойчивость популяций Рр

Взаимодействие между условиями формирования мужского гаме-тофита, отбором пыльцы и устойчивостью полученного спорофита, несомненно, очень сложное, неоднозначное и требует детальных исследований. Однако уже из полученных эксперименталг^ных результатов видно, что условия формирования пыльцы модифицируют ее устойчивость, а отбор приводит к получению популяций, различающихся в той или иной степени по соотношению в них устойчивых

и неустойчивых генотипов. Так, например, у гибрида ь.е. Нистру х Ь.е.уаг.гаоеш1еегиш на эффективность отбора предобработка бутонов практически не влияет, кроме варианта с гибберел-ловой кислотой, где отмечалось незначительное повьпение доли устойчивых растений по отношению к контрольному варианту. В то же время в вариантах с действием пониженных температур и при обрыве бутонов таких растений было значительно меньше. На это обстоятельство необходимо обратить особое внимание при проведении опытов по пыльцевой селекции в плане получения максимального числа устойчивых растений. У гибрида Ь.е.Мо 628 х Ь.е.уог.

гасеп1Еегит только при обрыве бутонов эффективность отбора оказалась ниже, по другим ие. вариантам она была вше,чем в контроле.

Нужно подчеркнуть, что при изученных условиях формирования пыльцы и режимах отбора в популяциях преобладали формы с меньшими значениями,чем в контроле,как по числу листьев, так и по темпу их прироста после прогревания.

Одним из главных интегрирующих биологических показателей адаптивности растений при стрессовых воздействиях является их масса.

В ходе эксперимента было выявлено, что у гибрида Ь.е. . Нистру х ъ.е.уаг.-гасеа1Бегш11 в контрольном варианте в результате отбора пыльцы получены популяции Растения которых пре-> восходят по массе контрольные, полученные без отбора. Во всех опытах, за исключением варианта "обрыв бутонов",в результате отбора пыльцы получено потомство с большей массой,чем там, где отбора не проводилось. Вероятно, при обрыве бутонов устойчивость мужского гаметофита модифицируется таким образом, что даже генетически неустойчивая-пыльца отбирается наравне с той,

t

устойчивость которой определена генотипом. У гибрида L.e. Mo 628 х L.e.var.racemigerum в этом же варианте отмечалась подобная закономерность. Однако у данного гибрида при обработке БАВ получены популяции, у которых отбор пыльцы особо не влиял на массу сеянцев, а при повышенной и пониженной температурах он был более эффективен. Отмечалось, что популяции, полученные при опылении пьшьцой, прогретой при 45°С, оказались более устойчивыми (с большей массой), чем при опылении пыльцой, прогретой при 57° С.

Таким образом, из анализа полученных результатов можно сделать заключение, что отбор пыльцы на фоне повышенных температур приводит к повьшению устойчивости популяций спорофитов. К этому же фактору очень важно подчеркнуть, что условия формирования мужского гаметофита значительно влияют на процесс пыльцевого отбора. Особенно сказывается действие повыпенной и пониженной температур, обработка БАВ.

ИЗУЧЕНИЕ РАСЩЕПЛЯВД1ХСЯ ПОПУЛЯЦИЙ F2 С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА БУТОНЫ И ПЫЛЬЦУ

Изменение моногибридного расщепления в изучаемых популяциях Го

Анализ полученных результатов показал, что в контрольном варианте при обработке пыльцы температурой 45°С по гену ful отмечалось увеличение числа рецессивов, а при 57°С - доминан-тов (табл. 2). Вероятно, при более низкой температуре происходит стимуляция жизнеспособности пыльцы, несущей этот ген, а при более жестком фоне (57°С) его элиминация. Действие повьпен-ной температуры на бутоны, как выявлено, 'приводит к увеличению

Таблица 2

Влияние обработки бутонов и отбора пыльцы у гибрида Р^.е. Мо 628 х Ь.е.уаг.гасел^егит на моногибридное расщепление

-г-

Варианты обработки ! Соотношение расщепления

бутонов {пьшьцы | Ги1: ГШ \ Е:е 1 А:а | Н1:Ы

t (20/27° С) 25° С 2,7 3,4 2,8 2,8

45? С ++1,7ХХ 2,7х 3,4х +3,7Х

57° С 3,3 ++4(4хх ++2,3

t (20/30° С) 25° С ++1,7ХХ 2,7х +2,5 +2,2

4ЕРС ++1)9хх 3,1 ++4,0х* +4>0хх

57° С 2,8 +3,8ХХ

* (15/20°С) 25° С +2,б ++3,7 -^з.б3«

45° С 3,2 ++5,2ХХ ++4 дхх

57° С +2,6 З.б3™ 3,3х

Обрыв бутонов 25° С ++4,0ХХ ++5>2хх +3,6?« 3,2

45°С +3,7х ++4,3х 2,9 3,1

57° С 3,1 ++4>5хх 3,0 2,8

Обработка ГК 25° С 3,6 3,4 3,0 2,7

4ЕРС 2,7 3,0 3,6х* 2,8

57° С 3,2 +3,6 ++4,0ХХ 2,8

Обработка МГ 25° С ++3>ехх 3,2 3,1 ++3,7х*

45° С 2,6 3,1 3,1

57^0 ++4,Iх* +3,5 3,3 +3,5ХХ

х, хх - Отклонения от контроля значимы при Р<0,05; 0,01 +, ++ - Отклонения от теоретически ожидаемого (3 : I) значимы при Р<0,05; 0,01

частоты рецессивных гомозигот в популяции. Причем отбор пыльцы не изменяет данное соотношение по изучаемому гену. Возможно, уже на стадии формирования пыльцы произошел ее отбор, что и привело к элиминации неустойчивых к повыпенной температуре гаыетофитов. Обработка бутонов пониженной температурой не сдвигает расщепление по гену ful . Отмечен тот факт,, что в вариантах с обрывом бутонов и обработкой мелангозидом выявляется достоверное повышение частоты доминантных аллелей в популяциях.

По гену (е) в контрольном варианте отмечается частично й такая же закономерность как и по гену ( ful). В остальных вариантах, кроме обработки мелангозидом, закономерность сохраняется, но на уровне только тенденции (табл. 2).

Другая пара сцепленных генов (a), hl в контрольном варианте на температуру 45°С реагирует увеличением частоты доминантных аллелей, а при 57°С отмечалось уменьшение числа доминан-тов. Все типы воздействий на бутоны и пыльцу либо не изменяли соотношение доминантов к рецессивам, либо же приводили' к элиминации последних. Увеличение рецессивов по гену (а) отмечалось только при пониженной температуре.

Из полученных результатов напрашивается вывод, что гены ful , (е) и hl , (а) являются чувствительными к изучаемым факторам или жа сцеплены с локусами, отвечающими за устойчивость генотипов к этим факторам.

Частота рекомбинаций между сцепленными признаками

При анализе экспериментальных данных установлено, что

условия формирования мужского гаметофита и отбор пыльцы на фоне

/

повыленных температур приводят в опытных вариантах к снижению частоты рекомбинации по генам ful -е и a- hl.

При анализе взаимосвязи между частотой рекомбинации по изучаемым генам и такими показателями как жизнеспособность пыльцы и длина пыльцевых трубок выявлено, что длина пыльцевых трубок коррелирует с частотой кроссинговера, г =0,77. Характерно, что при действии на зрелую пыльцу повыаенной температурой 45°С и 57°С эта связь разрушалась, так как коэффициент корреляции составил 0,61 и -0,15 соответственно. Такая же закономерность отмечалась и по другой паре генов ful -е, хотя и была выражена значительно слабее, то есть, здесь коэффициенты корреляции 0,51; 0,25; 0,003 соответственно.

Таким образом, условия формирования мужского гаметофита и отбор его на фоне повьшенных температур влияют на частоту ре-.комбинации по генам ful - е и a- bi. Основной вклад при ^ом вносит элиминация гамет на этапе формирования пыльцы и особенно этапе прорастания,и роста пыльцевых трубок.

Следует также подчеркнуть, что на стадии прорастания семян и всходов у всех изученных опытных популяциях элиминируют в основном рекомбинантные генотипы, а нерекомбинантные получают преимущество.

Таким образом, проведенный анализ показал, что существуют сложные взаимосвязи элиминации гамет с частотой кроссинговера, что необходимо учитывать при проведении селекционной работы.

ВЫВОДЫ

I. Установлено, что условия формирования пыльцы гибридов Fj и ее.отбор при повышенных температурах влияют на устойчивость спорофитных популяций к данному фактору. Степень изменения этого признака зависит от генотипа растений íj.

действующего фактора и интенсивности отбора.

2. Выявлено, что изученные факторы, действующие на процесс формирования мужского гаметофита, изменяют ее жизнеспособность и длину пыльцевых трубок. Отмечено, что повыпению жизнеспособности пыльцы и ее устойчивости к высокой температуре способствуют обработка бутонов мелангозидом, гибберелли-ном, а такне их обрыв во время формирования пыльцевых зерен. При этом отмечается образование как коротких, так и длинных пыльцевых трубок. Наличие такой гетерогенности по данному признаку указывает на необходимость учета этого явления при проведении гаметной селекции на устойчивость к повыпенным температурам.

3. Функциональное состояние ядер вегетативной и генеративной клеток пыльцы (количество ДНК, дисперсия хроматина, периметр и площадь) зависит от условий формирования мужского га-метофита, а также температуры его прогревания. Степень и характер этого влияния определяются генотипом. Причем ядро вегетативной клетки пыльцы сильнее реагирует на изменение условий окружающей среды и является более чувствительным, чем ядро генеративной клетки. Выявлено, что морфоцитохимические параметры ядер пыльцы при ее нагревании в основном уменьшались' у устойчивого к повышенной температуре гибрида, а у менее устойчивого чаще наблюдали их увеличение.

4. Обработка бутонов различными факторами и отбор пыльцы влияют на моногибридное расщепление по изученным генам. По результатам экспериментов можно предположить, что гены (е), ful (4-я хромосома) и (a), hl (II-я хромосома) являются чувствительными к изучаемым факторам или же сцеплены с другими генами, отвечающими за такую устойчивость.

5. Выявлено влияние обработки бутонов и отбора пьиьцы на частоту кроссинговера между сцепленными признаками. Отмечалось уменьшение данного параметра, что, вероятно, можно объяснить процессами элиминации рекомбинантных генотипов на этапах формирования пыльцы и особенно ее прорастания, и роста пыльцевых трубок.

6. Установлено, что уровень элиминации гибридов Р;? на этапах всходов, формирования и развития проростков зависит от генотипа. У устойчивого гибрида процент гибели меньше, чем у менее устойчивого. При этом на данных этапах преимущество получают нерекомбинантные генотипы.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для повышения жизнеспособности и устойчивости к высокой температуре' пыльцы гибридов Р^ можно рекомендовать 4-х-кратную обработку бутонов гиббереллином в концентрации 0,015? и меланго'зидом в концентрации 0,05$.

2. Поскольку факторы среды значительно влияют на эффективность отбора при проведении пыльцевой селекции, необходимо регулировать или хотя бы учитывать условия выращивания гибридов Рр

3. Для увеличения выхода устойчивых к повыленной температуре генотипов в потомстве необходимо воздействовать температурой 20/30°С (ночь/день) на процесс формирования мужского гаметофита с последующим отбором пыльцы на фоне с температурой 57°С (в течение 3 часов).

4. При генетическом анализе частоты рекомбинации в расщепляющихся популяциях ?2 еле,дует учитывать процессы элиминации, происходящие на этапе прорастания пыльцы и роста пыль-

^евых трубок, поскольку они могут значительно искажать истинную частоту.

5. Эффективный отбор устойчивых к повыпенной температуре генотипов рекомендуем проводить в период прорастания пьшьцы и роста пыльцевых трубок в тканях пестика.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Пинчук И.И. Выявление связи между стадиями микроспорогене-за и длиной бутонов у гибридов томатов / Молодежь, наука и производство: Тэз.докл.респуб.конф.молодых ученых,-Шшинев, 1986. - С. 138.

2. Пинчук И.И. Влияние условий формирования мужского гаметофи-та томатов на его устойчивость к повышенной температуре / Физ., хим. и матем. мет. в совр.биологии: Тез.докл.республ.школы-сем.мол.ученых и спец,- Кишинев, 1987. - С. 24.

3. Пинчук И.И. Воздействие комфортных условий на спорогенез и изменение жаростойкости мужского гаметофита томатов / Гаметна'я и энготная селекция растений. - Кишинев, 1987. - С. 91-92.'

4. Пинчук И. И. Влияние условий формирования пыльцы и ее отбора! на жаростойкость проростков томатов / Экол.ген.раст. и животных: Тез.докл.3-й Всесоюз.конф. - Кишинев, 1967.- С. 265.

5. Пинчук И.И. Влияние условий формирования мужского гаметофита в потомстве FJ на состав популяции у томатов / Молодежь и соврем, наука: Тез. докл.Второй республ.конф.мол.исследователей (14-15 декабря 1989г.).- Кишинев: Штиинца, 1989.- С. 25.