Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Популяционно-фенетический и генетический анализ окраски колорадскоо жука Leptinotarsa Decemlineata Say (влияние факторов окружащей среды, внутривидовая дифференцировка)

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Популяционно-фенетический и генетический анализ окраски колорадскоо жука Leptinotarsa Decemlineata Say (влияние факторов окружащей среды, внутривидовая дифференцировка)"

ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ АНРБ

УДК 59: 595. 768.1: 575

pre а

з о сит s

КЛИМЕЦ Елена Петровна

ПОЕУЛЯЦИОННО-ФЕНЕТИЧЕСКШ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОКРАСКИ КОЛОРАДСКОГО ЖУКА LEPTINOTARSA DECEMLINEATA SAY (влияние факторов окружающей среды,внутривидовая дифференцировка)

03. 00.15 — генетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Шнек - 1995 г.

Работа выполнена в Брестском государственном педагогическом институте им. А. С. Пушкина

Научный руководитель:

доктор биологических наук, член-корреспондент РАН А. В. Яблоков

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

И. А. Гордей

доктор биологических наук, член-корреспондент АН Беларуси М. М. Пикулик

Оппонируюшдя организация - Белоруский государственный

университет

Защита состоится А'А&^А/ 1995г. вчасов на

заседании совета по защите диссертаций Д 01.31.01. на соискание ученой степени доктора биологических наук в Институте генетики и цитологии АН Беларуси по адресу: г. Минск, ул. Скорины, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АН Б им. Я. Коласа.

Автореферат разослан ¿ут 1995г.

/

Ученый секретарь совета по защите диссертаций кандидат биологических наук я —Е- В- Лобанок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Одной из важнейших задач современной популяционной биологии является изучение структуры и динамики природных популяций живых организмов в условиях антропогенной нагрузки, что необходимо для решения ряда теоретических проблем, а также практических разработок (Майр, 1971, 1974; Тимофеев-Ресовский и др.,1973; Айала.1984; Яблоков,1987 и др.).

В условиях повышенного радиационного фона, загрязнения окружающей среда химическими и др. факторами, весьма существенным является постоянный контроль за состоянием природных популяций живых организмов с использованием фенетических и эколого-генетических методов. Представляется необходимым разработка методических основ биоиндикации динамики окружающей среды. Актуальность данного направления исследований несомненна и обусловлена экологической ситуацией, сложившейся в Беларуси после аварии на Чернобыльской АЭС.

Выбранный объект изучения колорадский картофельный жук(ЪерИпо-tarsa decemllneata Say) в фенетическом плане изучен недостаточно, несмотря на многочисленность исследований,многие имеющиеся данные по пространственной дифференциации противоречивы,а возможность использования этого вида в целях биомониторинга вообще не изучалась.

Связь работы с крупными научными темами. Диссертационная работа выполнялась на базе Брестского пединститута в сотрудничестве с Институтом биологии развития им. Н.К.Кольцова с 1978 по 1995 г.в рамках темы "Структура и динамика численности фоновых и редких видов животных в биоценозах природных и антропогенных ландшафтов юго-западной части Беларуси". Головное учреждение - Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича.

Цели и задачи исследования. Перед нами была поставлена цель — выявить особенности протекания микроаволюционного процесса в юго-западной части Евразиатского аревла колорадского жука в естественных условиях и при разной антропогенной нагрузке.

Для достижения поставленной цели были определены следующие конкретные задачи исследования: 1. выявление, описание и систематизация вариаций меланинового рисунка на дорзальной стороне тела у колорадского жука; 2. определение характера наследования неметрических вариаций рисунка и выявление особенностей его формирования на разных отделахтела в онтогенезе; 3. выделение признаков, удобных для фенетических исследований в природе и изучения пространственной дифференциации; 4.выявление возможностей фенетического подхода при изучении адаптации вида в условиях антропогенной нагрузки.

Научная новизна полученных результатов. 1. впервые дается опи-

came и систематизация вариаций рисунка на голове и злитрах, а также показаны возможные пути эволюции рисунка на переднеспинке и злитрах; 2. отработана методика содержания и система скрещивания колорадского жука в лабораторных условиях. Проведен генетический анализ, в результате которого установлен характер наследования 3 пар альтернативных фенов на переднеспинке и одной пары на элитрах; 3.выявлено,что для выделения внутривидовых группировок необходимо использовать средние значения частот стабильных элементов рисунка, встречающиеся в выборках с высокой частотой,а редкие элементы рисунка - для изучения реакций вида на изменение условий и выработки специфических адаптаций; 4.с помощью фенетических,генетических и морфомегрических маркеров выявлена реакция популяций колорадского жука на воздействие факторов физической(корпускулярные и электромагнитные излучения) и химической(инсектициды) природы; 5. выявлено, что одним из возможных путей формирования адаптации колорадского жука к хроническому действию физических и химических мутагенов является отбор более резистентных форм, характеризующихся повышенной степенью меланизации хитиновых покровов.

Практическая и теоретическая значимость полученных результатов.

Результаты работы показывают перспективность фенетического подхода в изучении внутривидовой дифференциации,обнаружении путей и механизмов микроэволюционных процессов, а также управлении ими.

Выявленная динамичность фенетических и генетических процессов в природных популяциях колорадского жука, а также статистически достоверное увеличение частот встречаемости более меланизирован-кых особей с редкими елементами рисунка в районах с повышенным уровнем мутагенов, позволит использовать этот вид для биоиндикации при длительном мониторинге и оценке фактора загрязнения.

Составленные в результате работы методические указания для проведения полевых практик по генетике успешно используются на протяжении ряда лет в Брестском госпединституте и средних школах области. Полученные навыки фенетических исследований используются автором при чтении спецкурса "Фенетика и биомониторинг".

Основные полокения диссертации, выносимые на защиту.

- Выращивание жуков в чашках Петри позволяет проследить за многими процессами онтогенеза колорадского жука.

- Для каждого конкретного жука характерен определенный тип рисунка, который можно записать, используя систему кодирования: на голове системой цифр, переднеспинке и злитрах - системой букв.

- В изменчивости рисунка выделяется три группы вариаций: фены;ва-

риации, дающие широкий спектр расщепления и редкие элементы.

- Динамичность фенетической структуры колорадского жука в пространстве и времени.

- На фоне огромной численности и изменчивости изучение внутривидовой структуры колорадского жука должно быть основано на многолетнем сравнении частот фенов, а редкие вариации и комплексы моя- ' но использовать в качестве маркеров специфических адаптация вида.

Личный вклад соискателя. Сбор материала, отработка методик лабораторного содержания колорадского жука, выделения фенов и вариаций, проведение полевых и лабораторных экспериментов, обсуждение полученных результатов, статобработка проводились самим автором.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации были доложены и представлены на научно-практических конференциях Брестского пединститута (1979-1995); 11,111 и V областных научных конференциях "Животный мир Белорусского Полесья, охрана и рациональное использование"(Гомель, 1981,1983,1988); IV и V республиканских зоологических конференциях (Минск,1976; Витебск,1989); III,17,V и VI съездах Белорусского общества генетиков и селекционеров (Минск, 1976,1981; Горки,1986,1992); III,IV,У и VI съездах Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова (Ленинград,1977; Кишинев,1982; Москва,1987; Минск, 1992);III Всесоюзной конференции зоологов пединститутов "Проблемы региональной экологии животных в цикле зоологических дисциплин педвузов"(Витебск, 1984); I Всесоюзном совещании по проблемам зоокультуры (Москва,1986); Всесоюзном совещании "Экологические механизмы преобразования популяций животных при антропогенных воздействиях" (Свердлвск,1987); Всесоюзной конференции "Экологические "проблемы охраны живой природы" (Москва, 1990); Всесоюзном научно-методическом совещании зоологов педвузов (Махачкала, 1990);Ш и 17 Всесоюзных совещаниях по фенетике популяций (Саратов,1985; Борок,1990); I Всесоюзной конференции по генетике насекомых (Москва, 1991 ),1 Международной конференции по мо-лекулярно-биологическим маркерам у жизотных (Киев, 1994).

Опубликованность результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 30 работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, шести глав, выводов и списка использованных источников. Изложена на 161 странице машинописного текста, включает 47 таблиц и 38 рисунков. Список литературы включает 241 работу, из которых 66 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ХЕСТКОКРЫЛЫХ

В главе дается обзор литературы по изучению окраски и эволюции рисунка, выделению и систематизации элементов рисунка и вариаций окраски у зкесткокрылых. Сделан анализ работ по изучению полиморфизма и популяциокно-фенетическим исследованиям несткокрылых. Более детально дается анализ публикаций по фенетике колорадского жука, т.к. работа- вшгалнена на атом объекте.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

При характеристике объекта исследования показана история расселения колорадского жука в Евразии, показаны причины быстрого расширения ареала и сложность внутривидовой структуры.

Материалом для настоящего исследования послужили коллекционные сборы, сделанные самим автором и студентами БрГПИ, из 9 регионов СНГ и 6 областей Беларуси. Коллекционный фонд составляет 100 ООО жуков и хранится на кафедре зоологии БрГПИ. Методика сбора и хранения материала общепринятая для насекомых.

Методика выделения дискретных вариаций рисунка отработана нами и состоит'из следующих этапов:рассмотрениэ целостного рисунка,отбор форм, отличающихся каким-то одним или несколькими элементами; зарисовка на карточки или фотографирование этих форм; систематизация карточек и составление фенотипических рядов изменчивости; изучение вариабельности отдельных элементов рисунка и выделение полей изменчивости; выделение дискретных вариаций. Отработанная нами простейшая методика содержания и скрещивания в лабораторных условиях опубликована [4].

При изучении пространственных группировок использованы методы, применяемые многими исследователями: метод реально существующих разрывов в распределении частот фенов и метод изолиний (Яблоков, Ларина,1985). Для статистической обработки материала применялись следующие методы: метод х2; критерий идентичности, основанный на показателе сходства; формула Харди-Вайнберга; нормированное отклонение (критерий Стьюдента); среднее арифметическое¡среднее квад-ратическое отклонение; коэффициент вариации.

ОПИСАНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВАРИАЦИЙ РИСУНКА НА ДОРЗАЛЬНОИ СТОРОНЕ ТЕЛА У КОЛОРАДСКОГО ХУКА

Изучение структуры пигментных пятен на голове, переднеспинке и злитрах у жуков позволило выделить, описать и систематизировать множество дискретных, альтернативных вариаций рисунка и их комп-

лексов. Из выделенных вариаций рисунка мы будем считать фенами только те, наследование которых изучено, а остальные дискретные структуры рисунка будем называть вариациями. Под комплексами мы понимаем сложные сочетания.образованные в результате слияния двух или более вариаций сложного рисунка.

На голове у колорадского жука четко прослеживаются три группы изменчивых комплексов: два боковых и один центральный. Боковые комплексы — симметричные и включают несколько пятен. Центральный комплекс включает три независимые по характеру изменчивости структуры: центральное пятно, выросты и точку (рис.1.).

Рис. 1. СхемА расположения и сиапг,»& оХошггении оеиоЬнык элемент^ рпеуны у коло/ьМееого

Типичная форма центрального пятна — сердечкообразная. В центральном пятне выделяется 5 наиболее изменчивых полей, в которых выделено и описано 23 вариации. Выросты могут присутствовать или отсутствовать, сливаться с центральным пятном или нет. Отмечено и описано 8 вариаций выроста. Точка также может присутствовать или отсутствовать, с центральным пятном чаще не сливается. Выделено 3 вариации точки. Дня всех вариаций введена система обозначений.

На переднеспинке выделяютя продольные (А,Ь) и поперечные (?) полосы, точки (В,С,Б,Р,М,К) и группа точек (В). Полосы А. и Р, а также точки В,С,В,Е,К - симметричные элементы. Полоса Ь, точки Р,

М - несимметричные. Все элементы рисунка переднеспинки изменчивы. Изучалась изменчивость формы, размеров и числа каждого из элементов, составляющих сложный рисунок на переднесгшнке. Всего на пе-реднеспинке выделено, описано и закодировано 85 вариаций.

На элитрах четко прослеживаются 5 продольных темных полос. Две полосы (1 и 5) окаймляют надкрылья и не варьируют по форме. Три средние полосы (2,3,4) могут сливаться у основания и вершины в различных комбинациях,образуя анасгамозы и изгибы. Редко появляются дополнительные полосы, а полоса 3 может прерываться. По форме изгиба, расположению выроста и изгибов полос выделено, описано и закодировано 36 вариаций.

Изучение отдельных дискретных вариаций позволило определить возможные пути формирования некоторых вариаций и образования их комплексов. На переднеспинке прослежен путь образования 14 комплексов, также показаны четыре направления слияния поле А и образования комплексов. На элитрах образование вариаций и комплексов связано с появлением изгибов, выростов и соединений 2,3 и 4 полос. Показаны пути образования 16 вариаций и комплексов на элитрах.

О ХАРАКТЕРЕ НАСЛЕДОВАНИЯ РИСУНКА НА ПЕРЕДНЕСПИНКЕ И ЭЛИТРАХ У КОЛОРАДСКОГО КУКА

Для выявления генетической детерминации вариаций было проведено скрещивание 10 пар жуков. Результаты анализа наследования вариаций рисунка обобщены в 10-ти таблицах.Анализ фенотипов родителей и первого поколения позволил выделить три группы вариаций по характеру расщепления в 1л . Одна группа вариаций в разном их сочетании при скрещивании дает четкое стабильное закономерное расщепление - это 4 пары вариаций: |-и, Р+-Р~,Ы+- М" и 7-Л. Результаты анализа наследования одной пары вариаций представлены в табл.1 .Статистические закономерности показывают,что альтернативные вариации |-и,Р+-Р~, ЬГ1"- М" и У-И наследуются моногенно и наблюдается явление полного доминирования. Доминантными являются вариации и 7, а рецессивными — и, Р~, М- и №. Изученные

вариации можно назвать фенами, так как они четко выделяются,альтернативны и наследуются.

К элементам рисунка, не дающим четкого закономерного расщепления .относятся вариации точек В,С,Б,Е и полосы Р. Характерная картина наследования указанной группы вариаций показана в табл. 2 на примере наследования точки И.

Анализ полученных результатов по наследованию точек В,С,Б,Б и

д Таблица 1.

Результаты анализа наследования вариаций § и и.

род. Фенотипы Р п в Фенотипы ? Расщепле- X2 Предполагаемые генотипы родителей

пары ? оГ А 5 и ние 0 0

1. А I А" ■ ж 6 6 - ед. АА.Аа АА.Аа

2. А I А 5 11 8 3 3:1 0,030 Аа Аа

3. А 5 А Ж 17 13 4 3:1 0,019 Аа Аа

4. А 1 А I 32 23 9 3:1 0,161 Аа Аа

5. А 5 и 4 4 - ед. АА аа

6. А Ж и 11 6 5 1:1 0,090 Аа аа

7. А Ж и 15 8 7 1:1 0,066 Аа аа

а. А г и 29 12 17 1:1 0,862 Аа аа

9. и А I 10 10 - ед. аа АА

10. и А I 13 7 6 1:1 0,076 аа Аа

Таблица 2.

Результаты анализа наследования точки Б.

№ Фенотипы Р п Фенотипы Р 1

род. пары в

? Б П & а Б а с1 Б аг|в ег| а? а 32 в п а аз 32 Б а

1. Б Б Б Б 6 3 1 1 1

2. Б " Б В 11 5 4 2

3. а а В Б 17 11 3 1 - 1 - 1 - - - - - -

4. ■ "(Г а Б 32 12 8 3 5 - 3 1 -

5. ' Б' Л I) П 4 3 1

6. .. .д. .. Б Б " Б 11 5 - 3 3

7. В ' а I) Б 15 7 5 1 1 1

8. а Б Б Б 29 12 4 и 1 - - 1 - - - - -

9. В Б Б Б 10 3 2 3 2

Ю. Я а Иг IГ 13 4 3 - - 2 1 - - 1 1 1 - -

полосы ? показывает, что данные элементы рисунка не обнаруживают четкого закономерного расщепления и, вероятно, имеют более сложную (возможно полигекную) детерминацию, чем вариации первой группы. Определение характера наследования этих вариаций в наших скрещиваниях не представляется возможным.

В потомстве от 9 пар, маркированнных фенами V" и выщепляются различные комплексы вариаций, образованные в результате слияния, изгиба и анастомоза полос. Однако частоты комплексов среди особей первого поколения довольно низки. Возможно, что выщепившиеся в ?1 комплексы являются низкочастотными формами полиморфизма,не вовлеченными в микроэволюционный процесс в ареале Нового Света.

Из изученных трех групп вариаций рисунка, вероятно, что первая - это фены,которые находятся в процессе наследственного осуществления много "блике" к генотипу и маркируют его отдельные гены. Вторая - возможно, контролируется полимерными генами или находится под влиянием "онтогенетических шумов" при реализации генотипа в фенотип, а третья — это, возможно, уже закрепленные мутации.

Лабораторное содержание жуков в чашках Петри позволило проследить процесс формирования пигментных пятен и полос на тергитах грудных и брюшных сегментов, теменной поверхности головы и элит-рах на разных стадиях метаморфоза. Сначала меланин появляется на переднеспинке, затем на голове и, наконец, на элитрах. Различны и пути образования пигментных структур. На голове сразу формируется пятно,на переднеспинке слияние точек приводит к образованию сложного рисунка,а на элитрах сразу прослеживаются полосы. На разных отделах тела различна интенсивность пигмента в момент выхода имаго (ка голове и переднеспинке - черные пятна; на элитрах - полосы темнеют постепенно).

ПРОСТРАНСТВЕННО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ АРЕАЛА КОЛОРАДСКОГО ЖУКА

Микрофеногеографические исследования (изучение географического распределения фенов в географически близких выборках) на территории Брестской области проводились с 1981 по 1990 гг. в 17 районах области по частотам встречаемости двух пар альтернативных фенов ^ -и и 7-Л. Сравнивая данные методом хг и по критерию идентичности, основанном на показателе сходства.путем попарного сравнения,а также по перепаду частот фенов,можно отметить,что ежегодно на территории области выделяются какие-то мелкие группировки, которые на следующий год могут исчезать, и границы их провести трудно.

Сравнение выборок по средним значениям альтернативных фенов позволяет по распределению средних многолетних значений частот фенов ^-и на территории Брестской области выделить три группировки: северо-восточную, центральную и юго-западную, а по фенам 7-и две — юго-западную и северо-восточную.

Проведенное изучение пространственной и временной динамики частот фенов позволяет предположить, что фены —и являются маркерами более мелких внутривидовых группировок колорадского жука, так как перепады частот по годам у них более значительны, а фены 7 и обладающие большей стабильностью, вероятно, будут маркировать более крупные группировки.

Микрофеногеграфическое исследование показало, что на фоне огромной численности и изменчивости изучение внутривидовой структуры колорадского жука должно быть основано на многолетнем сравнении частот фенов, а для выделения популяций необходимы макрофеко-географические исследования.

Макрофеногеографическое изучение велось на основании анализа частот фенов и генотипов, а также различий по биометрическим показателям одного из районов юго-западной части Беларуси и одного района Центрально-Черноземной области. Такое сравнение возможно, т.к. предварительно изучалась динамика частот альтернативных фенов У и Т? в 17 районах Брестской области с 1981 по 1990,в 13 районах в 1981 году и в одном Дрогичинском районе Брестской области с 1978 по 1985 год. Эти исследования показали, что средние значения частот изучаемых фенов за многолетний период по одному району и 17 многим районам,а также по многим районам за один год статистически не различаются. Выявленная особенность позволяет дальнейшие макрофеногеографические сравнения вести на основании средних значений одной представительной выборки каждого региона.

Сравнивая средний процент жуков с альтернативными фенами V и И, обнаруживаем, что в Липецком районе (табл.3) частота рецессивного фена № выше, чем в Дрогичинском (табл.4), соответственно частота другого альтернативного фена V выше в Дрогичинском районе, чем в Липецком.Различия по среднему проценту фена VI между районами высоко достоверны (1=8,857).

Фенетические различия между выборками Дрогиченского и Липецкого районов отмечены по редким вариациям Н,Н,Н, Х,Х,Х, которые в Липецком районе за период наблюдений вообще не отмечались,несмотря на значительный объем материала.

Сравнение биометрических показателей показывает.что жуки Брест-

Таблица 3.

Динамика фенетической и генетической структуры колорадского жука в Липецком районе Липецкой области.

Частота фенотипов Частота генотипов

Год п V W

п % п % АА Аа аа

1974 153 129 84,0 24 16,0 36,0 48,0 16,0

1975 550 431 78,4 119 21,6 29,1 49,2 21,6

1978 500 365 73,0 135 27,0 23,0 50,0 27,0

1979 500 345 69,0 155 31,0 19,0 50,0 31,0

1980 200 140 70,0 60 30,0 20,0 50,0 30,0

1981 200 140 70,0 60 30,0 20,0 50,0 30,0

средн. % фенотипов 73,7 26,3

Таблица 4.

Динамика фенетической и генетической структуры колорадского жука в Дрогичинском районе Брестской области.

Частота < зенотипов Частота генотипов

Год п V W АА Аа аа

п % п %

1978 200 174 87,0 26 13,0 40,9 46,1 13,0

1979 200 180 90,0 20 10,0 46,3 43,7 10,0

1980 200 170 85,0 30 15,0 37,4 47,6 15,0

1981 200 160 80,0 40 20,0 30,0 50,0 20,0

1982 200. 184 92,0 16 8,0 52,0 40,0 8,0

1983 200 162 81,0 38 19,0 31,6 49,4 19,0

1985 200 174 87,0 26 13,0 40,9 46,1 13,0

средн. % фенотипов 86,0 14,0

ской области имеют большую ширину тела, чем Липецкой, а по длине тела различия статистически не достоверны, однако для них характерен более широкий размах варьирования данного признака.

Обобщая приведенный выше материал,можно утверждать, что макро-феногеографические исследования показывают существенные различия между выборками Брестской и Липецкой областей по средним значениям частот фенов Т и I, редким вариациям, соотношению частот генотипов, динамике фенов и генотипов, ширине тела и пределам варьирования биометрических показателей. Все вто говорит о том, что сравнимаемые группы относятся к разным генетическим системам.

Эти данные не позволяют судить о размерах популяций,но очевидно,что занимаемая ими территория измеряется сотнями километров.

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ФЕНЕТИ-ЧЕСКУЮ СТРУКТУРУ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ КОЛОРАДСКОГО ХУКА

Имеющиеся у нас коллекционные сборы и фенетическое описание жуков до аварии (с 1978 по 1985 г. г.) и после аварии (с 1986 по 1993 г.г.) позволяют проследить изменение частот альтернативных фенов j-U, 7-W, редких вариаций и комплексов; появление новых и исчезновение некоторых редких вариаций и комплексов, а также изменение степени меланизации внутривидовых группировок uu юго-западе Беларуси, где уровень радиации в отдельных районах после аварии на Чернобыльской АЭС увеличился до 15 Ки/км2.

Изучение динамики частот альтернативных фенов j-U.V-W в 17 районах Брестской области показало, что в отдельных районах наблюдаются значительные колебания частот этих фенов,однако средний процент их по области после аварии не изменился. Вероятно, что обычные фены,которые стабильно встречаются в популяции с определенной частотой, довольно устойчивы и не могут быть маркерами реакции изучаемого вида на.ионизирующее излучение, поэтому при дальнейших исследованиях были использованы редкие вариации и комплексы.

Изучение частот и количества редких вариаций и комплексов до и после аварии в одном и том же регионе,а также сравнение генеральных выборок из зоны загрязнения и относительно экологически чистой показало,что увеличение уровня радиации приводит к увеличению частот и количества разнообразных редких вариаций и комплексов (Табл.5). Редкие вариации и комплексы в условиях повышенного радиационного фона проявляют разную вариабельность. Наиболее изменчивыми на переднеспинке являются вариации полос А и ?, а также комплексы, образованные за счет увеличения точки D и слияния ее с другими элементами рисунка.

Исчезнувшие в выборках после аварии вариации к~ и ?~являются маркерами чувствительности колорадского жука к повышенному радиационному фону, а появившиеся комплексы (DE),(ABBE),(BD).НздНздНзд, (ВЕ(2)) и вариации Е(3)+1- маркерами устойчивости.Возникшие вариации и комплексы характеризуются повышенной степенью меланизации.

Возрастание числа редких вариаций и комплексов, а также изменение структуры рисунка,обусловленного повышением степени меланизации покровов, вероятно, являются основой адаптивной реакции колорадского жука на радиацию. Стабильность высоких частот редких вариаций и комплексов на протяжении ряда лет после аварии позволяет предполагать о возможности формирования устойчивых к радиации популяций колорадского жука в районах хронического облучения.

Таблица 5.

Частота редких вариаций и комплексов в разных зонах Брестской области до и после аварии на Чернобыльской АЭС.

Зоны до аваршЦ-1 УВЬгг.) после аварии(1У8Ь-8Угг.)

всего изучено жуков Редкие вариации и комплексы всего изучено жуков Редкие вариации и комплексы

п % п %

нерадио-акгивная 2337 852 37,74* 1461 688 47,09**

радиоактивная 1721 668 38,81* 745 439 58,82**

* — различия недостоверны; ** — различия достоверны

Для выявления действия электромагнитных излучений на внутривидовую дифференциацию колорадского жука был проведен сравнительный анализ фенетической структуры двух выборок: одна в зоне действия излучений радиолокационной станции, а другая не подвергалась воздействию излучений. Сравнение фенотипов жуков показало,что в частотах альтернативных фенов к даже редких элементов алитр существенной разницы не наблюдается.Ш фенам переднеспинки выявлены достоверные различия. Частота доминантного фена ^ в выборке,подверженной воздействию электромагнитных излучений,составила 91,0%,а в выборке, удаленной от локатора - 76,0%. Выявлены существокше различия по частотам и разнообразию редких элементов переднеспинки. В выборке у локатора отмечены вариации С, Е5, вд> А^, которые не отмечались в других выборках изучаемого региона.Особый интерес представляет вариация А^,частота которой в выборке у локатора составляет 13£. Эта вариация характеризуется расширением полосы А в средней части. Появление данной вариации отражает увеличение мела-низации покровов на передкестнке.Дяя точечных элементов характерно увеличение их числа (В2, Ъг, ?2) и размеров, что приводит к образованию фенокомплексов и повышению степени меланизации.

Сравнение действия ионизирующего излучения и электромагнитных колебаний на фенетическую структуру колорадского жука показало одинаковую направленность их действия, несмотря на различную природу.Частоты альтернативных фенов изменяется незначительно,а элементы рисунка переднеспинки более чувствительны,чем алитр, к факторам физической природы. Под действием физических факторов мутагенеза наибольшие изменения испытывают элементы А,В,С,?,в результате чего возникают новые вариации и комплексы, обуславливающие повышение степени меланизации покровов у колорадского жука.

Выявление действия химической обработки на структуру популяций

колорадского жука проводилось в естественных условиях в 1981 и 1990 гг. на одних и тех же участках.

Фенетическое сравнение показало, что на необработанном участке несколько выше, процент жуков с рецессивным феном № и жуки характеризуются большими биометрическими показателями (длина и ширина тела). Различны и характеристики редких элементов. Только на необработанном участке отмечены редкие вариации и комплексы Аа,а,а7 В/ ,1, (БЕ), (АН) и выше процент вариаций и комплексов Ьг ,<1, Е<г)+1. Только на обработанном участке отмечены вариации и комплексы с.сЦ, Е5,(БЕ?) и значительно выше процент Ъ, с{(АВ). Маркерами чувствительности колорадского жука являются элементы рисунка, отмеченные только на необработанном участке,а устойчивости - на обработанном.

ВЫВОДЫ

1. Колорадский жук - это полиморфный вид, для которого характерна сложная и изменчивая структура меланинового рисунка на всех отделах дорзальной стороны тела. Всего выделено и описано 157 вариаций рисунка.

2. Гибридологический анализ позволил выделить три группы вариаций:

а) истинные фены — дискретные альтернативные вариации, дающие четкое закономерное расщепление, наследующиеся моногенно по типу полного доминирования;

б) вариации, не дающие четкого закономерного расщепления и, вероятно, имеющие более сложную детерминацию, чем истинные фены;

в) редкие вариации и комплексы, представляющие собой низкочастотные формы полиморфизма, не вовлеченные интенсивно в эволюционный процесс.

3. Сложные полиморфные формы рисунка формируются в онтогенезе за счет слияния точек с образованием пятен и полос,а эволюция рисунка идет в двух направлениях: в сторону увеличения или уменьшения степени меланизации в зависимости от условий существования.

4. Дня выделения популяций необходимы макрофеногеографические исследования на основании сравнения средних многолетних значений частот альтернативных фенов, а микрофеногеографические исследования позволяют выделять только внутрипопуляционные группировки.

5. Исследования по выявлению воздействия физических и химических мутагенов на внутрипопуляционные группировки колорадского жука в юго-западной части Беларуси показали, что все они способствуют увеличению разнообразия и частот редких элементов рисунка, а также увеличению степени меланизации покровов при относительной ста-

бильности альтернативных фенов. Более чувствительными к мутагенам в окружающей среде являются элементы переднеспинки, чем элитр.

6. Каждый из изученных мутагенов оказывает специфический эффект. Мутагены физической природы способствуют увеличению степени мела-низации за счет изменения рисунка переднеспинки, образованного продольными и поперечными полосами, а также точками, расположенными в верхней части ее. Маркерами повышенного радиационного фона являются вариации Ах,Б(3)+1 и вариации точки Б,а электромагнитных излучений — А^, Ь3.

Мутагены химической природы (хлорофос) также способствует увеличению степени меланизации за счет изменения рисунка переднеспинки, но образованного точками, расположенными по краям и средней линии. Устойчивость к хлорофосу маркируют элементы: С1, Р+, Е5.

7. Степень меланизации и частота редких элементов рисунка находятся в прямой зависимости от уровня радиации в регионе. Фенети-ческая характеристика внутривидовых группировок колорадского жука является удобной тест-системой на загрязнение окружающей среды, а отдельные вариации — маркерами на конкретный загрязнитель.

8. Возрастание числа редких вариаций и комплексов, а также изменение степени меланизации покровов, вероятно, являются основой адаптивной реакции колорадского жука на мутагены, а стабильность высоких частот редких элементов на протяжении ряда лет после аварии позволяет предполагать о возможности формирования устойчивых к радиации популяций в районах хронического облучения.

СПИСОК 0ПУ6ЛИК0ВАННЫХ РА60Т ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кохманюк Ф.С., Климец Е.П. О фенетической структуре популяций колорадского жука. // В кн.: Биологические основы освоения,реконструкции и охраны животного мира Белоруссии. Тез. 17 зоологич. конф. БССР. - Минск, 1976. - С. 175-176.

2. Кохманюк Ф.С.,Климец Е.П. Модель микроэволюции - колорадский жук.// Тезисы III съезда генет. и сел. БССР.- Минск,1976.- С.103.

3. Кохманюк Ф.С., Климец Е.П. Пространственная структура популяций колорадского жука. Тез. III съезда ВОГиС им. Н.И.Вавилова. -Л., 1977. - С. 71-72.

4. Об изменчивости рисунка на переднеспинке у колорадского жука. // В кн.: Физиологическая и популяционная экология животных. -Вып. 5(7). Кохманюк Ф.С..Климец Е.П..Бибицкая Л.А..Пискунова В.В.

-Саратов, 1978. - С. 141-148.

5. Климец Е.П., Овчинникова H.A. Об изменчивости фенов рисунка

на элитрах колорадского жука.Тез.Докл. IV съезда БелОГиС. - Минск, 1981. - Ч.П. - С. 17.

6. Кохманюк Ф.С.,Климец E.H., Овчинникова H.A. Амплитуда фенети-ческой изменчивости как популяционный параметр у колорадского- жука. //Вторая итог.научн.конфер. Животный мир Белорусского Полесья, охрана и рациональное использование.Тез.докл.- Гомель, 1981 .-0.56.

7. Кохманюк Ф.С., Кускова А.Ф., Климец Е.П. Методические указания для проведения полевых практик по генетике на 030. Ротапринт/ БрГГМ.-Брест, 1981. -21 с.

8. Овчинникова H.A. .Климец Е.П. Хронологическая изменчивость генетической структуры колорадского жука.//Тез. IV съезда Всесоюзн. общ. ген. и селекц. им .Н.И.Вавилова. - Кишинев,1982. - С.180-181.

9. Об адаптивности фенов колорадского жука. // Животный мир Белорусского Полесья, охрана и рациональное использование.Тез. III обл. итог, научн. конф. - Кохманюк Ф.С., Климец Е.П. .Гойлик М.В., Кохманюк А.Ф. .- Гомель, 1983. - С. 61-62.

10. Овчинникова H.A., Климец Е.П., Маркелов Г.В. Динамика генетической структуры популяций колорадского жука. //Генетика. - Т.XX. - N 1. - 1984. - С. 140-143.

11. Климец Е.П., Овчинникова H.A. Об избирательности фенов колорадского жука к действию инсектицидов. // Проблемы региональной экологии животных в цикле зоологических дисциплин педвуза. Тез. докл. III Всесоюзной конфер. зоологов пед. инст. - Витебск, 1984.

- Ч. II. - С. 247-248.

12. Генотилические маркеры внутривидовых группировок у колорадского жука. //Сб.: Фенетика популяций. Матер. III Всесоюзн. совещ. Кохманюк Ф.С., Климец Е.П., Савченко Т.П., Овчинникова H.A. - М,

1985. - С. 16.

13. Климец Е.П., Овчинникова H.A. О характере наследования некоторых фенов переднеспинки у колорадского жука.//Тез. докл-V съезда БелОГиС. - Горки, 1986. Ч.П. - С. 48-49.

14. Климец Е.П., Овчинникова H.A. К методике содержания колорадского жука в лабораторных условиях с целью получения виргинных самок.// Тез.докл. I Всесоюз. совещ. по проблемам зоокультуры. - М,

1986. Ч. IV. - С. 172-173.

15. Овчинникова H.A., Климец Е.П. Влияние антропогенных воздействий на изменение генетической структуры популяций. // Экологические механизмы Преобразования популяций животных при антропогенных воздействиях. Информ. матер. - Свердловск, 1987. - С.69.

16. Кохманюк Ф.С., Климец Е.П. Изменение фенетической структуры

группировок колорадского жука при действии инсектицидов. //Экологические механизмы преобразования популяций животных при антропогенных воздействиях. Информ. матер. - Свердловск, 1987. - С.45.

17. Климец Б.П., Овчинникова H.A.. Половой диморфизм и избирательность спаривания у колорадского жука по фенотипическим маркерам.// Тез.докл. V съезда ВОГиС им. Н.И.Вавилова.- М.1987.- T.III.- С.97.

18. Климец Е.П. Внутривидовая структура колорадского жука Брестской области. // Животный мир Белорусского Полесья, охрана и ра-циональн. использование. Тез. докл. 7 итоговой научн. конфер. -Гомель, 1988. - 4.1. - С. 26-27.

19. Климец Е.П. Выявление чувствительности колорадского жука к действию инсектицидов с помощью фенов. // Сб. научн. тр. Фенети-ка природных популяций. -М.: Наука, 1988. - С. 111-117.

20. Климец Е.П. Структура и динамика популяций колорадского жука (Leptinotarsa decemlneata Say) в Белоруссии.//В кн..-Динамика зооценозов, проблемы охраны и рационального использования животного мира Белоруссии. - Минск.: Наука и техника, 1989. - С. 84 - 85.

21. Климец Е.П., Кохмашок Ф.С.,Бурдин А..Г. Проблемы использования химических средств защиты картофеля от колорадского жука в связи с адаптационными особенностями вида.//Сб. Защита растений и охрана природы.- Вильнюс,1989.- 4.II. Борьба с вредителями.- С.67-68.

22. Климец Е.П..Кохманюк Ф.С..Овчинникова H.A. Фенетические маркеры структуры и динамики популяций колорадского жука в антропогенном ландшафте.//Сб. Фенетика природных популяций.- М..1990.-С.113.

23. Климец Е.П. О возможности использования фитонцидных растений в снижении вредоносности колорадского жука. // Материалы Всесоюзн. научно-методич. совещ. зоологов пед. вузов. - Махачкала, 1990. -4.1. - С. 129-131.

24. Климец Е.П..Кохманюк Ф.С. Фенетическая структура колорадского жука как отражение мутагенного воздействия. // Сб. Экологические проблемы охраны живой природы. Тез. Всесоюзн. конф. - М., 1990. -Ч. IT. - С. 127-128.

25. Климец Е.П. Структура и численность жесткокрылых н антропогенных ландшафтах Брестской области. // Сб. Экология: региональные аспекты. - Брест, 1990. Ч. I. - С. 27-32.

26. Климец Е.П. О некоторых взаимоотношениях фенотипа и генотипа у колорадского жука. // Тез. докл. I Всесоюзн. конф. по генетике насекомых. - И.,1991. - С.58.

27. Климец Е.П. Фенетический анализ и принципы классификации структуры пигментных пятен у колорадского жука(Leptinotarsa dece-mlineata Say.).// Тез. VI съезда БелОГиС. - Горки,1992. С. 10-11.

28. Климец Е.П., Иванькова А.Ф. Редкие фены-маркеры популяций в меняющихся условиях среды. // Материалы VI съезда ВОГиС им. Н.И. Вавилова. - Минск, 1992. - Ч. I. - С.98.

29. Климец Е.П. Фенетическая структура колорадского жука как отражение радиационной обстановки в Брестской области. // Сб. научных трудов факультета естествознания. - Брест,1993. - С. 142- 148.

30. Климец Е.П. О возможности использования степени меланизации популяций колорадского KyKa(Leptinotarsa decemlineata Say.) и белянок рода Pleris в целях биомониторинга.//Тез. I межд. конф. по молек.-генетическим маркерам у животных. - Киев, 1994. - С.78-79.

РЭЗЮМЭ

Кл1мец Алена Пятроуна "Папуляцыйна-фенетычны I генетычны ана-л1з афарбоук1 каларадскага жука CLeptinotarsa decemlineata Say) (уплыу фактарау навакольнага асяродцзя, унутрыв1давая дыферэнцы-роука)".

Ключавыя словы: ген, фен, варыяцыя, комплексы варняцый, рэдк1я варыяцы1 I комплексы, каларадск1 жук. м1кра- i макрафенагеаг-раф!чныя даследванн!.

Аб'ект даследванняу: варыяцы1 малюнка на сп1нным (дарзальным) баку цела у каларадскага жука.

Вывучэнне зменл1васц! малюнка на сп1нным баку цела у каларадскага жука дазволЗла вылучыць, ап1саць i закадз1раваць 187 ва-рыяцый. М1крафенагеаграф1чнае даследванне не дала магчымасц1 вы-яв1ць унутрыв!давыя груп1роук1, як!я адпавядал1 б паняццю "папу-ляцыя". Гэта магчыма гтры макрафенагеаграф1чных даследваннях, заснаваных на супастауленн1 вял1к1х выбарак, або шматгадовых дад-зеных аб частотах фенау.

Уплыу ф1з!чных (1ан1зуючых I электрамагн1тннх выпраменьванняу) 1 х!м1чных (хларафос) фактарау на унутрьш!давыя груп1роук1 прыводз1цьда павял!чэння колькасц! жукоу з рэдк!м1 элементам! малюнка 1 павышанай ступенню мелан1зацы! вонкавых покрывау.

Асобныя варыяцы1 малюнка з'яуляюцца маркерам1 устойл1васц1 i адчувальнасц1 каларадскага жука да вывучаемых фактарау.

РЕЗЮМЕ

Климец Елена Петровна "Популяционно-фенетический и генетический анализ окраски колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata Say) влияние факторов окружающей среды, внутривидовая диффе-ренцировка".

Ключевые слова: ген, фен, вариация, комплексы вариаций, редкие

вариации и комплексы,колорадский жук, микро- и макрофекогеографи-ческие исследования.

Объект исследования: вариации рисунка на дорзальной стороне тела у колорадского жука.

Изучение изменчивости рисунка на дорзальной стороне тела у колорадского жука позволило выделить, описать и закодировать 187 вариаций. Микрофеногеографические исследования не позволили выделить внутривидовые группировки, соответствующие понятию "популяция" .Это возможно при макрофеногеогрфический исследованиях, основанных на сравнении многочисленных выборок или многолетних данных о частотах фенов.

Действие физических (ионизирующие и электромагнитные излучения) и химических (хлорофос) факторов на внутривидовые группировки приводит к увеличению особей с редкими элементами рисунка и повышенной степенью меланизации наружных покровов.

Отдельные вариации рисунка являются маркерами устойчивости и чувствительности колорадского жука к изучаемым факторам.

SUMMARY

Kllmets Jelena Petrovna "Populatlonal-phenetic and genetic analysis of the Colorado (potato) beetle (Leptinotarsa decemline-ata Say) colour/environmental Influence, lntra-cpecles differentiation".

Key words: gene, phene, variation, complexes of variations, rare variations and complexes, Colorado (potato) beetle, micro-and macro-phenographical research.

Object of research: colour variations on the Colorado beetle dorsal side ol the body.

The study ol colour changeability on the Colorado beetle dorsal side ol the body allowed to single out, describe and code 187 variations. Mlcro-phenographlcal research did not permit to single out lntra-cpecles groupings, corresponding to the concept of a population. This Is possible with macro-phenographical research, bases on the comparison of numerous exepts or perennial data on phenes frequency.

The action of physical (ion-and electromagnetic radiation) and chemical (chlorophos) lactors on lntra-cpecles groupings leads to growing number of specimens with rare colour elements and higher melanism degree of external cover.

Separate colour variations are the markers of the Colorado beetle stability and sensitivity to the factors studied.

1995. БрГПИ, т. ЮОэкз., э. № 246.