Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ПРИМЕНЕНИЕ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ В СИСТЕМАТИКЕ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА САСТАСЕАЕ JUSS.

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "ПРИМЕНЕНИЕ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ В СИСТЕМАТИКЕ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА САСТАСЕАЕ JUSS."

у/я-зджз

На правах рукописи

ПАНКИН ВЛАДИМИР ХАШИМОВИЧ

ПРИМЕНЕНИЕ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ В СИСТЕМАТИКЕ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА СЛСТАСЕАЕЗіш.

Специальности 03.00.15. - генетика

03.00.05.-ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 2001

Работа выполнена на кафедре генетики Московской сельскохозяйственной академии имени К А Тимирязева и в Институте систематической ботаники Университета Цюриха

Научные руководители доктор биологических наук, профессор Коровин С. Е., кандидат биологических наук доцент Иванова C.B.

Официальные оппоненты доктор биоюгических наук, профессор Пыльнев В.В., доктор биологических наук Анашенко A.B.

Ведущее учреждение Биологический факультет Московского Государственного Университета им М В Ломоносова

заседании диссертационно _ о 10 в Московской

сельскохозяйственной академии имени К А Тимирязева по адресу 127550, Москва, ул Тимирязевская 49 Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ошакомиться в Центрально» научной библиотеке Московской сельскохозяйственной академии имени К А Тимирязева

Защита состоится

года в « » ч па

Автореферат разослан

2001 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Г И Карлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность' темы! Кариологический анализ широко используется в ботанике. Диплоидное (2п) или гаплоидное (п) число хромосом рассматривается как обязательный компонент описания растений и включается в справочники и региональные сводки (Агапова, Васильева, 1987):'

Более ранние кариологические исследования семейства Cactaceae Juss. ограничивались лишь определением числа хромосом. Так, Remsky (1954) представил довольно полное исследование чисел хромосом рода Mamillaria, a Barthlott '(1976) опубликовал числа хромосом представителей трибы Rhipsalidéae '■ De : Candolle. В последних цитологических и кариологических исследованиях семейства Cactaceae выявлено наличие полиплоидии, á также отмечены различия по числу хромосом и кариотипам.' Так, различные уровни ' плоидности обнаружены в подсемействах Opuhtioideae Schumann1 и Cáctoideáe' (Cereoideae) Schumann'(Pinkava et'al, 1985; Cota, Philbrick, 1994, Cota, Wallace, 1995). Различия по ' длине генома, числу и положению' спутничных хромосом у представителей различных популяций Myrthillocactus géometrizans subsp geometrizans ' (Mart) Cons. были показаны в работе Cid et Palomina (1996). Kota и Philbrick (1994) исследовали 20 таксонов рода Echinocereus Engelmann (Cactoideae) и обнаружили различия rió структурам кариотипов. ' ' '"*'

До настоящего времени в тропическом эпифитном роде Rhipsalis Gaertner были известны только числа хромосом, о которых сообщалось без данных о структуре кариотипов. Отмечено наличие тетра гсл о ид пых и октоплоидных форм Rhipsalis baccifera (Mueller) Stéarn (Barthlott, Taylor, 1995; Barthlott, Hunt, 1993; Barthlott, 1976). ' " ^ - .

Поскольку цитологически "изучены очень ' немногие виды эпифитных кактусов, то оценка' некоторых представителей триб Rhipsalideae De Candolle и Hylocereeae (Britton and Rose) Buxbaum no' структуре кариотипа, длине генома, характеристике спутничных хромосом, позволит более точно определить их таксономическое положение. Кроме того, эти данные помогут развить'дальнейшие идеи", относительно • преобразования кариотипов и оценить их значение в эволюции эпифитных кактусов. 1 ' *

Цель и задачи исследования: Основной целью наших исследований было определить1 возможность применения ' признаков кариотипа в качестве дополнительного критерия в систематике.^ семейства Cactaceae. Г~ г-———— '' ' •

1 ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА

МОСК. CO^b-'tv-V-n

' ° ачадвмии и"1' к' ^ 'пдааеэ] И нв. NoJbr.~

Исходя из этого были поставлены следующие задачи

1 Отработать методики приготовления временных давленых препаратов меристем корешков кактусов для кариологического анализа

2 Исследовать кариотипы представителей триб ЯЫрвакйеае и Ну1осегееае при монохромном окрашивании

3. Сравнить полученные кариотипы для определения эффективности кариологических критериев в систематике семейства СасШсеае

Новизна работы: Впервые проведено детальное кариолошческое исследование 6 представителей эпифитных кактусов триб КЫрзакйеае и Ну1осегееае, в том числе 3-х различных популяций йеритгит ИоиИеиапит (Ьета^е) ВапЫо«, и дана сравнительная характеристика их кариотипов Проведено морфометрическое изучение хромосомных наборов каждого из изученных таксонов, установлен размах колебаний абсолютной и относительной длин каждой хромосомы набора, обнаружен гетероморфизм спутничных хромосом На основании результатов монохромного окрашивания были составлены диаграммы диплоидных наборов хромосом всех изученных таксонов Впервые обнаружен межпопуляционный полиморфизм по абсолютной длине генома, длинам ядрышкообразующих районов (ЯОР), а также отмечен гетероморфизм ядрышкообразующих хромосом у представителей различных популяций Проведен сравнительный анализ кариотипов всех исследованных таксонов

Научная значимость работы: Получение и анализ кариологических данных поможет в решении таксономических проблем в качестве дополнительных систематических критериев у таких групп семейства СасШсеае .Гизз., у которых отсутствуют другие важные признаки, учитываемые обычно в систематических разработках, как, например, количество, длина, форма и окраска колючек (например, трибы ИЫрхаийеае и Ну1осегееае) Эти данные также помогут прояснить картину эволюции кариотипов в семействе и расширят научные представления о границах изменчивости генома эпифитных кактусов Кроме того, проведенные исследования позволят пересмотреть имеющиеся определительные ключи, дополнив их кариоморфологическими данными

Апробации. Основные результаты работы апробированы на конференциях молодых ученых и специалистов МСХА им К А Тимирязева в 1996-1999 гг, Втором Международном Симпозиуме

о

«Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования». -:Пущино,- 1997 г.;- V Международной конференции «Проблемы дендрологии, цветоводства, плодоводства». - Ялта, 1997г. По результатам исследований опубликовано 6 научных работ. ,

Структура и объем работы. Диссертация состоит из глав, выводов и ^рекомендаций; списка литературы,, включающего. наименований, в т.ч. иностранных авторов. Работа изложена на S/éT страницах, содержит // таблиц, схему, л- фотографий и рисунков. , С ^ г '■ ч.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ: '

В работе^ были использованы растения коллекций Ботанического сада Университета Бонна (личные экспедиционные сборы - директора Ботанического \ института Университета Бонна, профессора Вильгельма Бартлотта), а также материалы из собраний Городского собрания суккулентов Цюриха и личных природных сборов швейцарского исследователя кактусов Вернера Юбельмана.л . .

В работе были использованы растения следующих систематических групп: . - • • • < i

: Триба RI II PSA LI DEA Е А.Р. de Candolle , ' ' -

; Род Lepismium Pfeiffer, subgenus, Houlleta. Barthlott & Taylor: L houlletianum (Lemaise). Barthlott s.str.: .Бразилия, .Рио Гранде до Сул, точное место произрастания неизвестно. Сбор Horst & Uebelmann (полевой номер HU 1003). Культивируется в Sukkulenten Sammlung Zuerich (номер ZSS 89 3747/0). Голотип (Voucher specimen): ZSS 17137.

1 L. houlletianum (Lemaise) Barthlott s.str.: Бразилия, Санта Катарина, 50 > км восточнее города1 Альфредо Вагнер.' Сбор W. ■ Barthlott, культивируется в Ботаническом саду Университета г. Бонн (номер 05 750). Голотип (Voucher spesimen): Bonn 05 750. ^

L. houlletianum forma regnellii (Lindberg) Barthlott, & Taylor: Бразилия, Рио.Гранде до. Сул, юго-запад Санта Катарина и Вакария. Сбор Horst & Uebelmann (полевой номер HU 933). Культивируется в Ботаническом саду Университета г. Бонн • (номер 02 178). Голотип (Voucher specimen): Bonn 02 178, дубликат ZSS 17722. . • . , ¡ -

Род • Rhipsalis Gaertner, subgenus Epalagogonium K. Schumann: ~ R. floccosa Salm-Dyck et Pfeiffer, subsp. pittieri (Britton &'Rose) Barthlott: Венесуела, Арагуа, Национальный парк de Ranko Grande, Vertiente norte, культивируется Ботаническим садом Маракаи. Сбор D.; Supthut (номер

8749). Культивируется Sukkulenten Sammlung Zuench (номер ZSS 87 4341/0) Голотип (Voucher specimen) Z, Pankine, no. 1.

Род Hatiora Britton & Rose, subgenus Rhipsalidopsis (Bntton & Rose) Barthlott H epiphylloides (Campos-Porto & Werdermann) F Buxbaum, sensu stricto Бразилия, точное место произрастания неизвестно Сбор В Orssich (Февраль 1990) Культивируется Ботаническим садом Университета г Бонн (номер 11 649-20) Голотип (Voucher specimen) Bonn, В Orssich, номер 11 649-20

Триба HYLOCEREEAE (Bntton & Rose) F Buxbaum

Род Epiphyllum Hawarth E sp HU 088 Место произрастания Бразилия, Санта Катарина, Кампо Алегре Сбор Horst «fe Uebelmann (номер HU 988) Культивируется в частной коллекции W Uebelmann. Голотип (Voucher specimen) Z, Pankme no 2 Триба хорошо определяется и систематически не связана с другой эпифитной группой семейства - Hylocereeae Филогенетическая близость прослеживается с Notocacteae (Сorгу ос actus)

Методика проведения кариологических исследований. Для кариологических исследований нами была разработана методика приготовления временных давленых препаратов меристем корней побегов кактусов Она основана на модификации стандартной методики фиксации и подготовки материала к окрашиванию, изложенной в цитологическом практикуме Ботанического института Университета Вены (по Schwarzacher et al, 1980)

Для составления и анализа кариотипов необходимо получить большое число клеток на стадии метафазной пластинки Наиболее достоверные результаты подсчета числа хромосом и кариотипирования получают при анализе зародышевых корешков проростков на стадии первого митотического деления При проращивании большого числа семян эпифитных кактусов было отмечено, что зародышевый корень, сразу после появления из оболочки семени, обильно обрастает всасывающими волосками и прекращает свой рост. При этом митотических делений на таких корнях обнаружено не было Лишь по истечении пяти - семи дней у проростков появлялись боковые корни В связи с этим кариологические исследования проводились на апикальных меристемах придаточных корней укорененных черенков побегов Черенки анализируемых растений укореняли в субстрате, состоящем из мелкомолотой скорлупы кокосового ореха, и затем выращивали в умеренной оранжерее Ботанического сада Университета Цюриха при температуре 25-28°С. Для стимулирования роста молодых корней

растения перед фиксацией подвергали искусственной засухе, а за" 1 — 1,5 суток перед фиксацией обильно увлажняли. Наибольшее число делений у исследованных видов было отмечено при фиксации во второй половине дня в промежутке между 15 и 18 часами: Для накопления метафаз кончики корней перед фиксацией обрабатывали насыщенным водным раствором а-Вг- нафталина при температуре 25°С от 150 до 245 мин.* (Л pittièri - 150 мин, Н. epiphylloides - 180 мин, Epiphyllum sp.' HU 988 - 220 мин, L. houlletianum - 245 мин): При этом во время обработки материал в открытых колбах помещали на стол-качалку при 120; колебаниях в минуту. После предобработки корешки быстро отсушивали на - фильтровальной бумаге и фиксировали в смеси этанола и ледяной' уксусной кислота в соотношении'3:1. Наилучшие результаты были при промывке материала в фиксаторе в: течение 10 минут и 48 часовой , фиксации при комнатной температуре. Зафиксированный материал хранили в 70% этаноле при температуре -20°С. "' Перед окраской проводили мацерацию тканей меристем. 'Для этого отобранные корешки : отмывали от фиксатора в 3 сменах натрий-цитратного буфера pH 4,8' концентрация 0,01 M по 5 минут. На основе 0,01 M натрий-цитратного буфера готовилась смесь ферментов, состоящая из 2% пектиназы (из Aspergillus niger, Fuka 76283) и 2% целлюлазы {ya'Aspergillus niger, Fuka 22178). Материал помещался в ферменты на 150 минут в термостат, при ' 37°С. После мацерации, меристемы отмывали от ферментов в 3-х сменах буфера, по 5 минут каждая. Для удаления 'остатков буфера материал помещали в 45% уксусную кислоту. Окраска проводилась 5% ацетокармином со следами хлорного железа в течение 24 часов при комнатной температуре. Временные давленые препараты готовились по модифицированной методике в насыщенном растворе хлоралгидрата (Турков и др., 1988).

Материал анализировали на микроскопе! Olympus ' при фазовом контрасте при увеличении: объектив ЮОх, окуляр 10х на масляной иммерсии. Для составления карисшшов отбирались пластинки с целой клеточной стенкой, на которых ■ хромосомы * располагались в одной плоскости и находились' на' одной стадии спирализации Микрофотографирование вели на пленку Kodak-Technopan и Kodak Т-тах 100 pro. Негативы проявлялись в специализированном проявителе Kodak с повышением контрастности изображения. Отснятый материал | переводился в цифровой формат JPEG при помощи фильм-сканера Nicon'* LS 1000 с последующей обработкой изображения в программе Adobé Photoshop 5.0. Фотографии для анализа распечатывались в программе Adobe PageMaker 6.5 на принтере Epson Color Stylus Pro в качестве 1200 dpi в формате A4. Измерения вели с помощью измерительного циркуля и

линейки Для определения масштаба микрофотографии при помощи той же оптики и при том же увеличении фотографировали объект-микрометр с последующим сканированием его изображения при тех же предустановках сканера Хромосомы измеряли на распечатанных позитивных изображениях с одинаковым конечным увеличением, В первом приближении кариотипы систематизировали методом наибольшего подобия (Турков и др , 1988) У хромосом измеряли длину короткого плеча S , длину длинного плеча L, абсолютную длину Т и центромерный индекс Iе (Levan etal, 1964) За длину хромосом Т принимали сумму длин обоих плеч Длину спутничной хромосомы определяли с учетом длины спутника, но без учета длины спутничной нити Центромерный индекс получали от деления длины короткого плеча на абсолютную длину данной хромосомы в процентах Iе- 100S/L. За общую длину генома G принимали сумму длин диплоидного набора хромосом (2п) с учетом спутника, что связано с наличием гетероморфизма спутничных хромосом. Классификацию хромосом по типам проводили по Левану (Levan et al, 1964) на основе пентромерного индекса М - метаиентрики - 1е 50-37,5%, SM - субметацентрики -I°=37,4-25,l%, SA - субакроцентрики - Iе 25,0-12',5% Для анализа параметров всех хромосом были отобраны пластинки с хорошим разбросом, у которых степень спирализапии хромосом варьировала в узком интервале В каждом наборе степень спирализации хромосом характеризовали как отношение суммарной длины двух маленьких хромосом набора к суммарной длине двух больших (Sasaki, 1961) В каждом варианте измеряли по 10 метафазных пластинок На основании полученных материалов составлены идеограммы хромосомных наборов всех изученных таксонов эпифитных кактусов

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

Все исследованные таксоны были диплоиды (2п-22)

Кариотип Lepismmm houUetiarrum [90-40 Barthlott (Bonn)] состоит из 11 пар метацентрических хромосом 3-я пара хромосом - спутничная llu спутникам установлен гетероморфизм Одна гомологичная хромосома этой пары несет линейный спутник длиной 0,92:0,04 мкм, второй спутник не визуализировался Видимо, это связано с сильной спирализацией ЯОР. Хотя все хромосомы метацентрические, их удалось идентифицировать по длине и центромерному индексу (табл I, рис 1)

Кариологическая характеристика Ьерізтіит ИоиІІеЧапит [90-40 ВагЙіІой (Вопп)]

• • № -пары хромосом Длина короткого плеча (Б), мкм Длина длинного плеча (Ь), мкм Сателлит (длина), мкм - Общая длина-хромосомы, мкм " Центромер-:ный индекс (Iе), % ' '

1 1,79±0,15 2,14±0,14 — - 3,93±0,29 45,58±0,59

2 1,60±0,17 2,20±0,08 - 3,80±0,19 42,10±2,70

За ■ 36 1,79±0,11 1,76±0,15 1,95±0,13 1,53±0,07 0,90+0,04 3,74±0,23 3,2910,20 - 47,77±1,06 46,55+1,73 '

4 1,54±0,09 2,12±0,10 - 3,66±0^8 42,06±0,93

5 1,32±0,07 2,04±0,07 .....- 3,36+0,14 39,24+0,75

6 1,37±0,06 1,98±0,12 — - 3,35±0,15 40,94±1,36

7 1,52+0,03 1,72±0,15 - 3,25+0,18 46,99±1,80

8 1,31 ±0,05 1,76±0,12 - ' 3,07±0,16 42,62±1,35

9 1,37+0,07 1,65±0,10 - 3,02+0,14 45,38±1,60

10 1,26±0,06 1,68±0,17 - - 2,94±0,19 ' 42,89±2,70

11 1,13±0,09 1,73±0,09 - ■2,87+0,17 39,56+1,20

Общая длина генома С=73,53±3,81 мкм

Рис. 1. Диаграмма кариотипа І-еріьтіит ЬоиІІеНапит [90-40 ВаНГіІоН (Вопп)]

□ короткое плечо - ■длинное плечо

9 сателлит

2

8

Ь з

Пары хромосом

Кариотип Ьер1$тшт ЪоиИеИапит [Ни 1003 ^¿Б)] аналогичен описанному выше, также состоит из 11 пар метацентрических хромосом, однако спутник отмечен на второй, а не на третьей паре. Сателлитный гетероморфизм здесь также имел Место. Идентифицировался только один спутник длиной 1,25±0,04 мкм. Второй спутник не различался на стадии метафазы, но в некоторых случаях был заметен в. профазе (табл. 2, рис. 2).

Кариологическая характеристика Lepismium houlletianum [HU 1003 (ZSS)J

№ пары хромосом Длина короткого плеча (S), мкм Длина длинного плеча (L), мкм Сателтит (длина), мкм Общая длина хромосомы, мкм Центромерный индекс (Iе). %

1 2,02±0,08 2 26±0,11 - 4 27+0,18 47,19±0,74

2а 26 1,72±0,05 1,72±0,05 2,37+0,07 1,81+0.05 1,25±0,04 4,10±0,10 3 54±0 09 42,09±0 69 48,73±0.41

3 1,68±0,06 2 35+0,09 - 4 03±0,14 41,67±0,87

4 1,74±0,19 2,06±0,13 - 3,80±0,30 45,68±2,16

5 1,54±0,14 2.14-0,15 - 3,69±0,26 41,90±1,80

6 1,55±0,19 2 07±0 16 - 3 61+0 26 42,77+3 38

7 1,58+0 14 1,87±0 13 - 3,45±0,24 45,80±1 73

8 1,50±0 07 1,89+0 18 - 3,37±0,22 44,65±1,30

9 1,52±0,08 1,71+0,09 - 3 23±0 15 46,94а:1,46 47,29±1,67

10 1,48±0,09 1,65±0,05 - 3,13-0,10

И 1 32±0,11 1,78+0,04 - 3,10±0,11 42,62+2.26

ї-79,03+3,65 мкм

О) s с;

3,0 2,0 1.0 0,0 1.0 2,0 3.0

Рис 2 Диаграмма кариотипа Lepismium houlletianum [HU 1003 (ZSS)]

fa

□ короткое плечо ЕЭдлинное плечо Шсателлит

r-£- Г"

ж™ -

it - - 26 .3 ,4 6 _ - 5 7« '8 "10 1t

^ J»*

- - yj — L^J

Пары хромосом

В результате проведенных исследований было выявлено, что кариотип Lepismium houlletianum forma regnellu [HU 933 (Bonn)] отличался от двух, описанных выше по следующим характеристикам две гомологичные хромосомы первой пары имели разную длину (3,76±0,16 и 3,79±0,17 мкм) и различный центромерный индекс (42,12±3,74 и 45,14±2,40%) Обе гомологичные хромосомы второй пары

несли хорошо различимые гетероморфные спутники длиной 0,58±0,03 и 0,83±0,06 мкм соответственно; Почти все хромосомы кариотипа были идентифицированы по длине • и центромерному ■ индексу, ' однако возникли сложности при определении 8, 9 и 10 пары, так как хромосомы были подобны друг другу (табл. 3, рис. 3). . - - . ; •

ТаблицаЗ

Кариологическая характеристика Leptsmium hoidletianum forma regnellii [HU 933 (Bonn)] '

№ пары хромосом Длина короткого плеча (S), мкм Длина • длинного плеча (L), мкм Сателлит (длина), мкм Общая ? длина. хромосомы, мкм Центромер; ный индекс (Iе), - %

1а 16 1,59+0,17 1,71±0,13 2,17±0,16 2,08+0,11 ,— 3,76±0,16 ;3,79+0,17 42,12+3,74 45,14±2,40

•2а 26 1,56±0,09 1,56+0,09 1,94±0,10 '1,85±0,13 0,58±0,03 0,83±0,06 3,51±0,17 3,41+0,15 44,54±1^3 45,75+2,20

3 1,62±0,08 - 1,85+0,06 - 3,47 ±0,11 46,68+1,44

4 1,39±0,05 1,99±0,09 - 3,38±0,12 41,22±0,97

5 1 1,42±0,09 1,74±0,15 - 3,16±0,21 45,09+1,76

6 1,22±0,08 1,87±0,08 - 3,09±0,15 39,49+1,18

: 7 1,33±0,07 1,68±0,11 — 3,02±0,14 44,17±1,63

8 - 1,33±0,08 1,64+0,08 - 2,97+0,11 44,80+1,97

9 1,28±0,05 1,61±0,12 — 2,89±0,15 44,24+1,61

10 1,28±0,08 1,55±0,08 - 2,84±0,11 ■ 45,18±1,93

11 1,17±0,08 1,57+0,12 - 2,74+0,18 42,62±1,31

Общая длина генома G=69,57±2,93 мкм

I----------1 •—4—1 —-------

Рис. 3. Диаграмма кариотипа Lepismium houllelianum forma regnellii [HU 933 (Bonn)]

[□короткое плечо Идлинное плечо И сателлит"]

3,0

Пары хромосом

Кариотип ЯИірхаІи Jlocco.su уиЬэр ршіеп состоит из 10

метацентрических и одной субметацентрической (являющейся 9-ой по кариотипу) пар хромосом Обе гомологичные хромосомы 4-ой пары несли хорошо различимые линейные спутники длиной 0,69±0,11 мкм Однако хромосомы этого таксона были мелкие и трудно различимые, за исключением сателлитных и субметаиентрических (табл 4, рис 4)

Таблица 4

Кариологическая характеристика /?А//ма/м//оссоча ьиЬэр ріШеп [2Б8]

№ Длина Длина Сателлит Общая Центро-

пары короткого длинного (длина). длина мерный

хромо- плеча (8), плеча (Ь), мкм хромосо- индекс

сом мкм мкм мы, мкм (Iе), %

1 1,40±0,16 1,68+0,10 — 3,08±0.23 45 26+2,47

2 1,30±0,13 1.63±0,15 — 2,93±0,18 44,32+3,77

3 1,28±0,09 1.61+0.15 - 2.88±0,17 44,38±2,96

4 1,23+0.12 1,64±0,19 0 69±0,11 2 8610 27 42,9112.45

5 1,27±0,09 1,52+0,18 - 2,79±0 20 45,57+3,58

6 1.23 ±0,10 1,42+0 08 - 2,66±0,13 46,36±2,36

7 1,19±0,08 1,40±0.10 - 2,5910,15 45,92+2,18

8 1,15±0,09 1.39+0.11 — 2,53±0,15 45,2212,46

9 0,81±0,11 1,68±0,13 — 2,49±0,17 32,8413,39

10 1,07±0,06 1,30+0,10 -- 2 37+0,14 45,4011,90

11 1.04±0.10 1 28±0,07 - 2,32+0,13 44,6012,51

Общая длина генома С=59,0113,26 мкм

Рис 4 Диаграмма кариотипа Д/гіріа/іі/ІГоссоіа ъиЬэр ршіеп [гЗБ]

□ короткое плечо Шдшнное плечо Шсатеїдиті

х г

2 О

1,0 (0,0

1 о

2 О

РН Г1" Г-Ї-1 г!-] Г^П Г-ЇП рЕ-1 х Г^Т

-ІГ

-т > ;--

1- л йь 4 ® ? «Г 11

_ „ _ _ >х '

ЕЬдк ¥ и чн к

Пары чромооом

При анализе кариотипа Hatiora epiphvlloides subsp epiphvlloides [В Orssich (Bonn)] было выявлено, что все 11 пар хромосом метацентрические Третья пара по кариотипу несла линейные, хорошо различимые спутники длиной 0,66±0,06 мкм, однако сами гомологичные хромосомы этой пары были гетероморфны, различаясь между собой по длине и центромерному индексу Пары 6 и 7, а также 9, 10 и 11 были подобны между собой и слабо различались по морфологическим признакам (табл 5, рис 5)

Таблица 5

Кариологическая характеристика Hatiora epiphylloides subsp epiphylloides [В Orssich (Bonn)]

JVfo пары хромосом Длина короткого плеча (S), мкм Длина длинного плеча (L), мкм Сателлит (длина), мкм Общая длина хромосомы, мкм Центро-мерный индекс (Iе), %

1 1,43+0,18 2,10±0,18 - 3,54±0,30 40,23±2,33

2 1,68±0,15 1,77±0,16 - 3,45±0,30 48 60±0.53

За 36 1,53±0,10 1,41±0 06 1,78±0,20 1,74±0 17 0,66+0,06 0,66±0,06 3,32±0,26 3.15±0,20 46,33+2,60 44,99+1,91

4 1,50+0 10 1,71±0,14 — 3,22±0,23 46,79±1,23

5 1,32±0,09 К84±0,18 - 3,16±0,24 41,88±2,18

6 1,38±0,11 1,65+0,12 - 3,03+0;20 45,62±1,77

7 1.36±0,11 1,51±0,12 - 2,87±0,22 47,33±1,14

8 1,19+0 И 1,64±0,14 - 2,83±0,24 42,19±0,86

9 1,25±0,13 1,48±0,16 - 2,73±0,24 45,85±1,07

10 1 15+0,12 1 45+0,14 2,60±0,24 44,14±1,94

11 1,34±0 13 1,34±0,11 - 2,48±0,18 45,79+2,95

Общая длина генома G=66,28±4,98 мкм

Рис 5 Диаграмма кариотипа Hatiora epiphylloides subsp epiphylloides [В Orssich (Bonn)]

¡□короткое течо ЕЭд іннное течо ®сателлит,

3,0 -л

3,0

Пары хромосом 11

Все II пар хромосом Ер1рИу11ит яр. [Ни 988 (У/.иеЬе1тапп)] метацентрические,' вторая пара несла гетероморфные'спутники. На одном из гомологов спутник легко различим, -расположен на относительно длинной нити, его размер составлял 1,0510,14 мкм. Второй спутник был. слабо ■ различим, заметно короче первого,, его длина составляла 0,76+0,31 мкм. Подобные различия по размерам спутников связаны, вероятно, * с дифференциальной спирализацией хромосом. Составление кариотипа этого таксона было затруднительным, поскольку удалось надежно идентифицировать только спутничнЫе хромосомы (табл. 6, рис. 6).

'' " " \ " ^ Таблица 6

Кариологическая характеристика ."..-- - Ер1рИу11ит .чр. [Ни 988 (W. 1/еЬе1тапп)]

пары хромосом Длина короткого плеча (Б), ' мкм Длина' длинного . плеча (Ь), : мкм - Сателлит (длина), мкм Общая •длина хромосомы, мкм Центро-мерный , индекс - (Iе), %

-1 2,03±0,17 - 2,33±0,24 -. — ■ -4,3610,38 46,61+1,90

2а . - 26- 1,87+0,20 " 1,87±0,20 2,42±0,19 ' 2,22+0,30 1,05+0,14 0,76+0,31 , 4,29+0,29 ' 4.08+0,48 43,45+3,27 45,7912,90

• 3 .2,0010,17 2,2910,20 - 4,2810,36 : 46,4911,12

4 - 1,94±0,17 2,20±0,18 - ■ 4,1310,32 46,8111,64

: 5 , 1,89±0,14 2,17±0,21 ■ - -. 4,0510,29 46,5812,39

6- 1,8210,13 2,11+0,19 - 3,9310,31 46,4211,03

7 • 1,73+0,12- 2,06+0,18 -. 3,79+0,27- .45,6811,95

8 - 1,6510,16 1,99+0,19 3,6410,29 ■45,2912,82

9 ; • 1,62±0,14 - 1,9110,20 ' - г 3,5310,28 45,9312,65

10 1,54±0,13 1,8310,18 3,3710,28 45,6911,84

11 1,47+0,15 1,8310,16 - 3,2310,42 44,5212,39

Общая длина генома С=92,81+5,86 мкм.

Рис. 6. Диаграмма кариотипа ЕрфкуНит зр . ... . [Ни 988 (V. иеЬе1тапп)} •

. . . ......|Р короткое плечо Вдлиное плечо И сателлит |

Е

I 2'°

I'

£ 1<М> 1,0 £ 2,0 ■ 3,0

Пары хромосом . , 12

Для сравнения кариотилов исследованных таксонов был использован кластерный анализ Кластеризация проводилась по максимуму коэффициента корреляции между евклидовыми расстояниями

Анализ проводился по пяти представителям трибы Rhipsahdeae А Р. de Candolle 1) Lepismium houlletianum [90-40 Barthlott (Bonn)]; 2) Lepismium houlletianum [HU 1003 (ZSS)], 3) Lepismium houlletianum forma regnelln [HU 933 (Bonn)], 4) Rhipsahs floccosa subsp piuteri [ZSS], 5) Hatiora epiphvlloides subsp epiphylloides [В Orssich (Bonn)] По каждому кариотипу учитывались такие признаки, как обшая длина пары хромосом и ее пентромерный индекс Принимая во внимание то, что у исследованных кариотипов вторая, третья и четвертая пары хромосом могут нести спутник, а по первым трем парам также возможен гетероморфизм их признаки (общая длина хромосомы, центромерный индекс, длина спутника) учитывались не в среднем по паре, а по каждой хромосоме

Дендрограмма кластерного анализа таксонов представлена на рисунке 7 По вертикальной оси указаны коэффициенты корреляции между евклидовыми расстояниями, а по горизонтальной - таксоны 1) Lepismium houlletwnum [90-40 Barthlott (Bonn)], 2) Lepismium houlletianum [HU 1003 (ZSS)], 3) Lepismium houlletianum forma regnelln [HU 933 (Bonn)], 4) Rhipsahs Jloccosa subsp pittieri [ZSS], 5) Hatiora epiphvlloides subsp epiphvlloides [B Orssich (Bonn)]

Рис 7 Дендрограмма кластерного анализа по кариологическим признакам представителен трибы Rhipsahdeae А Р de Candolle

1

1

1

О 49

' ' Как видно из дендрограммы (рис. 7) сходство по кариологическим признакам у изученных1 таксонов выражено в разной степени. Наибольшая корреляция между признаками кариотипа наблюдалась'у таксонов 1, 2 и 3, коэффициент корреляции около 0,5. Такие результаты можно было ожидать,1 поскольку эти формы относятся к одному и тому же виду. Причем, на дендрограмме видны и систематические различия между формами Lepismium houlletianum (1, 2) и - Lepismium houlletianum forma regnellii (3). По литературным данным forma regnellii отличается от типовых форм Lepismium houlletianum по'таким морфологическим признакам, как окраска побегов и форма цветка (Barthlott, Taylor, 1995). Произошедшеенедавно ' систематическое - разделение ' внутри подсемейства (Barthlott,-Taylor, 1995) подтверждается и результатами наших исследований. Коэффициент корреляции между таксонами 4 и 5 равен - 0,023, что свидетельствует о полном отсутствии какого-либо сходства по кариологическим признакам. Они действительно являются разными видами внутри трибы Rhipsalideae и различаются по морфологическим признакам. Коэффициент корреляции —1 говорит о значимом отличии кариотипов видов 4 и 5 от остальных таксонов (рис.

7). ■■'•■*■■■ - '■•<•• ■■ > ' " ■ . •

В работе описаны кариотипы не только пяти представителей трибы Rhipsalideae А.P. de Candolle* 'но и одного представителя ■ трибы Hylocereeae (Britton & Rose) F. Buxbaum. Представители этой трибы имеют общие с Rhipsalideae ареалы и физиологические особенности, связанные с эпифитным образом жизни, но систематически отдалены от них. Для определения сходства кариотипов представителей этих двух триб был проведен • "' анализ кариологических данных методом . кластеризации по максимуму коэффициента корреляции между эвклидовыми расстояниями. Этот анализ проводился по тем же признакам кариотипа, что и предыдущий, но уже по шести таксонам: 1) Lepismium houlletianum [90-40 Barthlott (Bonn)]; 2) Lepismium houlletianum [HU*1003 (ZSS)]; 3) Lepismium houlletianum forma regnellii [HU 933 (Bonn)]; 4) Rhipsalis floccosa subsp. pittieri [ZSS]; 5) Hatiora epiphylloides subsp. epiphylloides [B.Orssich (Bonn)]; 6) Epiphyllum sp. [HU 988 (W. Uebelmann)].

Результаты кластерного анализа таксонов представлены на рисунке

8.

По вертикальной оси указаны коэффициенты корреляции между евклидовыми расстояниями, а по горизонтальной — таксоны.

В результате проведенного анализа было выявлено, что кариотипы видов 2 и 6 (г=0,89) и 1 и 3 (г=0,411) существенно сходны между собой. Виды 4 и 5 также имеют относительное сходство кариотипов (г=0,386).

Однако они резко отличаются от кариотипов других сравниваемых таксонов трибы Rhipsalideae (r~-l) (рис 8)

Рис 8 Дендрограмма кластерного анализа по кариологическим признакам представителей триб Rhipsalideae А Р de Candolle и Hylocereeae (Britton & Rose) F Buxbaum

s 4

j а 1ш i

| a эв£ i

1 U 4X1 О 9«

I_____

Большое сходство между видами 2 и б (г0,89) можно объяснить параллельным развитием представителей двух различных триб внутри подсемейства Cereoideae, обусловленным приспособлением к эпифитному образу жизни Бартлотт и Хант отмечали наличие параллелизма при сравнительном анализе триб Rhipsalideae и Hylocereeae, имеющих значительное сходство по морфологическим признакам, связанными с лшфитным образом жизни, но различное происхождение Так, прослеживается филогенетическая близость трибы Rhtpsahdeae с Notocactinae (Corryocactus), а трибы Hylocereeae - с Echmocereeae (Harrista Acanthocereus) и Cereeae (Cereus) (Barthlott, Hunt, 1993)

Большинство исследованных в этой работе таксонов имели метацентрические хромосомы Однако, отмеченный гетероморфизм, особенно спутничных хромосом, говорит об эволюционных процессах, протекающих в кариотипах Lepismnim, Hatiora и Epiphyllum Можно сделать предположение, что подобный гетероморфизм возник вследствие гибридизации между различными видами и разновидностями В ряде работ отмечено, что подобный сателлитный гетероморфизм (или амфипластия) присутствовал в кариотипах

гибридных особей вплоть до 2-го 3-го поколения (Navashin, 1928; Chen,* Pikaard, 1997; Cornai, Pikaard, 1998; Pikaard, 1998). : > .<.,..-.

Сравнительный анализ кариотипов показал различия по их структуре даже внутри представителей различных популяций Lepismium houlletianum. Здесь отмечается не только сателлитный гетероморфизм, но и наличие гетероморфной ' 1-ой ' пары хромосом у Lepismium houlletianum forma regnellii. Видимо, это явилось следствием адаптации организмов к различным условиям в местах их произрастания.-Это же, по-видимому, могло явиться причиной гетероморфизма сателлитных хромосом у Hatiora epiphylloides subsp. epiphylloides.

Кариотип Rhipsalis floccosa ssp. pittieri отличался от изученных в этой работе представителей трибы Rhipsalideae наличием 1 субметацентрической пары хромосом, тогда как все описанные пока i кариотипы состоят из метацентрических хромосом. Сателлитный гетероморфизм у этого таксона отмечен не был, обе спутничные хромосомы хорошо идентифицируются и несут спутники равной длины.

, У представителя трибы Hylocereeae, Epiphyllum sp. (HU 988), как и у вышеупомянутых представителей трибы.. Rhipsalideae наблюдался сателлитный гетероморфизм. По личному сообщению W. Uebelmann, им было найдено 1 растение этого вида, и все имеющиеся в коллекциях, в том числе и изучаемый здесь экземпляр, являются его клоном. Horst и Uebelmann предположили, что это растение может иметь гибридное происхождение (Uebelmann, 1996). Данное исследование показало наличие у Epiphyllum sp. (HU 988) сателлитного гетероморфизма, что' могло бы быть использовано в качестве аргумента'в пользу этого мнения.' _ - "'

В заключение следует отметить, что исследованные представители эпифитных кактусов ; триб Rhipsalideae и Hyllocereeae различаются между собой' как по структурам кариотипов (длина и центромерный индекс хромосом, положение сателлитных хромосом), так и по общей ' длине генома (рис. 9).'Вероятно, наличие спутничного гетероморфизма1 является результатом эволюции хромосом, которая может возникать при адаптации растений к меняющимся условиям произрастания: ;от засушливых областей к влажным, а также к эпифитному образу жизни. Это может подтвердить и тот факт,1 что гетероморфизм обнаружен у' представителей ' двух ' систематически отдаленных таксонов, но" являющихся эпифитами - трибы Rhipsalideae и Hylocereeae. ' '•

Рис 9 Варьирование длины генома по таксонам

I Lepismium houlletianum [90-40 Barthlott (Bonn)];

II Lepismium houlletianum [HU 1003 (ZSS)],

III.Lepismium houlletianum forma regnellu [HU 933 (Bonn)],

IV Rhipsalis floccosa subsp pittieri [ZSS],

V Hatiora epiphylloides subsp epiphvlloides [B Orssich (Bonn)];

VI Epiphyllum sp [HU 988 (W Uebelmann)]

ВЫВОДЫ:

1 Разработана модифицированная методика приготовления временных давленых препаратов корневых меристем кактусов при монохромном окрашивании, которую следует использовать при исследовании кариотипов семейства Cactaceae

2 Кариотипы всех исследованных таксонов были диплоидны (2п 22), имели метацентрические хромосомы за исключением восьмой пары Rhipsalis floccosa subsp pittieri [ZSS]

3. Исследованные таксоны отличаются такими признаками кариотипа, как общая длина хромосом, центромерный индекс, наличие спутника, его длина, форма и тип

4 Обнаружен гетероморфизм сателлитныхных хромосом у четырех исследованных таксонов Lepismium houlletianum [90-40 Barthlott (Bonn)], Lepismium houlletianum [HU 1003 (ZSS)], Lepismium houlletianum forma regnellu [HU 933 (Bonn)], Epiphyllum sp [HU 988 (W. Uebelmann)]

5, Основные различия по длине и центромерному индексу наблюдались ' по первым пяти ' парам хромосом, тогда как остальные шесть пар были относительно сходны между собой.

6. Кариологические критерии позволят детальнее оценить систематические особенности таксонов внутри семейства и более точно определить их таксономическое положение, что особенно важно при отсутствии других значимых систематических критериев, таких как количество, длина, форма и цвет колючек у эпифитных родов Cactaceae Juss. ; . . - . • ; С

; г..... РЕКОМЕНДАЦИИ ! Г,

1. Полученные результаты позволяют применять кариологический анализ в качестве дополнительного критерия для решения вопросов систематики семейства Cactaceae Juss. - ' - — ■2. Для сравнительного анализа кариотипов можно рекомендовать кластерный анализ кариологических признаков, что позволит определить филогенетическую близость исследуемых таксонов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Панкин В.X.'Получение семян кактусовых в средних широтах. //Доклады ТСХА-1996,-Вып. 267.-С.23-26. \ '

2. Панкин В.Х., Иванова C.B. К кариологии Rhipsalis ramulosa и Meîocactus oaxacensis Сем. Cactaceae Juss. //Второй Международный Симпозиум «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования». Материалы симпозиума. - Пущино.-1997.-Т.2.-С.78.

3. Панкин В.Х. Опыт кариологического анализа представителей семейства Кактусовых. //V Международная конференция «Проблемы дендрологии^ цветоводства, плодоводства».. Тезисы докладов.-Ялта,-1997.- ч. 2.- С.90-91. ' | ; ; s (

4. Панкин В.Х. К вопросу о применении кариологических данных в систематике Сем. Cactaceae Juss. //Суккуленты. - 1998.-№1.-С.6-7.,

5. Панкин В.Х. Кариология трибы Rhipsalideàe DC. //Тезисы докладов IV совещания по кариологии й кариосистематике растений,-Цитология — Т.41 .-№12 — С. 1073-1074. ; ' .* , ' , ;

6. Панкин В.Х. Применение ^ метода кластеризации . для сравнительного анализа кариотипов некоторых представителей триб Rhipsalideae. и , Hylocereeae,' (Cactaceae Juss.). //Материалы научной конференции Памяти Грегора Менделя. - Москва,—'MCXÂ. — 2001.- С.

loi-юз. ■ ' ■ '; ; '-•-•;"

Обьем/./^п.л.

Зак.-£53 Тираж /00 экз.

АНО «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44