Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ ПШЕНИЦЫ TRITICUM-AESTIVUM TRITICUM DICOCOUM) И ИХ СЕЛЕКЦИОННОЕ ЗНАЧЕНИЕ

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ ПШЕНИЦЫ TRITICUM-AESTIVUM TRITICUM DICOCOUM) И ИХ СЕЛЕКЦИОННОЕ ЗНАЧЕНИЕ"

\/ 2 2ГЧ 5

А-К А Д Е Ы И Я НАУК .С С С-Р .. ... • СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ; -•

Объединенный Учений Совет по биологическим наукам

На правах рукописи

. БУДШКИНА Екатерина Борисовна ... ;

ЦИТОГШЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ МВЖШДОШХ ХИЕЕИДСВ пшешцы (твшсим аебтгшы х тагпсим щсоссим) • ■ -И ИХ СЕЛЕКЦИОННОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1 (Генетика - 03.00.Z5); .

А.в I ор е ф е р а т

диссертации на соискание ученей "степени ' кандидата 'биологических наук

, Новосибирск» 1975;

' Диссертационная'работа виподаеш:'в Институте щтологии и ■'■■.■ .. ■ „■ генетики Сибирского отделений АН СССР:"- . .." '-- . ■ . Ь

...'•' УдК-591.39. . ■■■ . ;' V; .' ^

" / ' ; . Научный руководитель" .• - доктор биологически тук ....'

■ ■. " . '■■• ; ' профессор; -

Г ; . . ■','■'■'■'"' : ■ ■ ■■""'■ В.з. ХВОСТОВ

>.■'.'■ ь . Официальные оппоненту: , , доктор биологическиж наук

*■ ■..:., .*■■.. ■ ..■■■- . профессор,;,. -\--л

" ' ■ — ':■" : . Н.П.КЛРТЛаОт •

■ " л ' ■■, ; 4 ■ V ■ ■ -" " ■ ' кандидат биологических наук; ■'

: : ' ■ ■'.'Л 'V; ' Е.В.СЕКЕНШЛ".-

:-'■... , - На официальную рецензию диссертация направлена в научно- : ^ * -исследовательский институт сельского хозяйства центральных • г ' - , районов Нечерноземной зоны (Немчиновка, - Московской области) .

':.- Автореферат разослан 1975 г.

■■. Защита диссертации состоится ".V 1975 г.-

на; заседании Объединенного Ученого Совета по Г биологическим ; наукам СО ЛК СССР в конференц-зале Института "цитологии и . : ге- -' : .нетики СО АН СССР. ■ ; ' :■ V;■■■:,■.

■ : Отзывы-просим присылать в 3-х окзекплярах по * адресу:" : - : 630030 Новосибирск-90, Проспект Наука, 10, Институт цитоло- ; _ • гид-и'генетики СО АН "СССР,- Объединенный Ученый-Совет по " бно--.' логическим наукам. . . ■.; -..; : ,-

; - - :.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке :Йнститу-' -: '.• та цитологии и генетики СО АН СССР. • • • ■ ■ ■.;: '."-*

Ученый секретарь — ' - -

Объединенного Ученого Совета по ■'....■ : ' ■биологическим паукам СО АН СССР

, доктор .биологических наук- И. Ю .КОРОГИЧИШКИЙ

г

л к а д а а и я и лук с с с р

СИШГСКОЕ отдшшшш

Объединенный Ученый Совет по биологическим наукам

ШТОГЕШ'ШЧЗСКОК ИЗУЧЕНИЕ ШШДОШХ ГИБРИДОВ пшашш (тегпсш аезтшш зс те1т1сшз ю1сосс1ж) И ИХ СЙЕШИСШОЕ ЗНАЧЕНИЕ

(Генетика - ОЗ.00.15)

Автореферат

диссертации на соискание учевой стевеви кандидата биологических наук

На правах рукописи

КУДШКИКА Екатерина Борисовна

.1..

■Новосибирск, 1975

ВВЕДЕНИЕ

Пшеница - ведущая сеанс ко хозяйственная культура мира. Ни с пдргжм растением не проведено такой обширной селекционной работа как с пшеницей.

Поскольку род Trlticum представлен большим разнообразием видов, разновидностей, и форм,он является удобный объектом для изучения закономерностей межвидовой гибридизации. За последние года возрос интерес к отдаленной гибридизация пшеницы. Это связано с тем, что многие возделываемые сорта пшеницы перестали удовлетворять нужда человека. Однако, путей отбора или скрещиваний внутри вида мягкой пшеницы можно добиться улучшения далеко ае всех признаков, т.к. за тысячелетия сознательной и бессознательной селекции возможности одного вида оказались в основном исчерпанными. Поэтому вполне понятна наметившаяся . в последнее время тенденция использовать генетический потенциал диких сородичей пшеницы. Многие широко распространенные сорта мягкой шешщы не имеют таких важных свойств xas устойчивость к болезням, зимостойкость, засухоустойчивость, .

Б создании устойчивых к болезням сортов отдаленная гибридизация играет существенную роль. Необходимо отметить« что широкое использование чужеродной генетической изменчивости путем привлечения родов Sécale, Aegilops, Agropyron позволило подучить ряд форм, устойчашх ко многим патогенам. Но далеко еще не исчероавы возможности самого рода Triticum.

Поскольку "селекция представляет собой эволгаип,направляемую волей человека" (Вавилов, 1938 Ц необходимо предвидеть результаты* к которым мажет привести использование в гибридизация того или иного вида ила формы.

Несмотря ва филогенетич е сков родство между разными видаш рода Tr±fcicum при получении и дальнейшем использование гибридов возникает много трудностей. Нноше из них мсшно преодолеть благодаря последним достижениям цитогенетики.

В связи с сознательным подхода* к конструированию новых форм растений с определенными нужными человеку признаками, ци-

тогенетика становится фундаментом для селекции.

Слояшая природа мягкой пшениш (Т.аеа-Ытот) определяет целый ряд особенностей, наблюдаемых при скрещивании ее с другими рунами рода ТгИ;1сш11. Понять эти особенности представляется ваяным, т.к. это дозволит планомерно организовать селекционный процесс.

Основной целью настоящей работа было выяснение штогене-тических основ фенотнпического разнообразия гибридов, получаемых от скрещивания друз: разнохромосошшх видов пшеницы: мягкой (Т.ае^1уш1, 2п=42 ) и полбы (Я• (Исоосшп,2п=28) и получение фор* с хозяйственно-важными признаками.

Конкретные задачи исследования состояли в том, чтобы:

1. Установить цитогенстнческие основы фенотштческого разнообразия, наблкдаемого в популяции гибридов путем определения числа хромосом и изучения мейоза у растений с разными фенотипами.

2. Установить какие типы гибридных растений быстрее стабилизируются по числу хромосом и выяснить причшш этой стабилизации.

3. Выяснить у гибридов какого фенотипа сосредотачиваются в основном признаки, инт ере суши е селекционера.

4. 5 различных поколениях гибридов выявить форси с комбинацией хозяйственно-важных признаков, в частности, устойчивые к грибным заболеваниям.

МАТЕРИАЛ И МЕТ0Д1

В качестве материнского растения Сит взята гексаплоидная мягкая пшеница T.aestlvum, var. Lutescens (2n=42), сорт Скала. Вторым компонентом скрещивания была тетраплоидная пшеница -полба, T.dicoccum, var. farnun (2n=28).

Скрещивание проводили по общепринятой методике, fia предварительно кастрированные колосья материнского растения надевали пергаментные изоляторы. Через 2-3 дня на распушившиеся рыльца наносилась зрелая пыльца с растений отцовского компонента. Гибриды пергого и всех последушах поколений выращи-

вали в палевых условиях на экспериментальном участке Института цитологии и генетики СО ЛИ СССР под Новосибирском. Семена со всех получещшх гибридных растений высевались ежегодно.Посев проводился по отдельным линиям (потомство одного расте -ния), начиная с В ¡каждом последующем поколения заклады-шлись ноше линии, если в семье наблюдалось расщепление.

В кавдш поколении детально описывали все растения в основном по следушцшл признакам колоса: длина и характер остей, длина и плотность колоса, длина и форма плеча, характер киля и зубца колосковой чещуи, лсмкость колосового стержня, выполненность соломины под колосом. Все разнообразные гибриды второго и воследутоих поколений были разделены на 4 большие группы, отличавдиеся друг от друга комплексом признаков.

Эти группы условно бшм названы следующим образом:

I - гибриды типа аез^уит. В нее входили растения, имеющие комплекс признаков,характерных для гексаплоидной пшеницы;

£ - типа а! со с сит, с комплексом признаков, характерных

ДЛЯ вида Т.<Исоссит:

3 - спелы оиди - растения, характеризующиеся жесткими колосковыми чещуями, колосками редко расположенными на колосовой стерскне и тесно прижатыми к нему;

4 - компактоиды - растения с плотным колосом (часто более уплотненным к верхушке) и нередко с укороченным стеблем.

Поскольку одна из задач настоящей работы состояла в тш, чтобы найти связь между фенотипом гибридных растений с одной стороны, числом хромосом у них и их цитологическими особен-ностлмн с другой, в работе были использованы различные цитологические методики.

Проводили подсчет числа хромосом, как в митозе меристе-матических клеток кончиков корешков, так и в мейозе при анализе кикроспорогенеза. Для подсчета числа хромосом в митозе зерна проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бушге при Ь" - +25°. Кончики корешков, достигших длины 1015 мм обрезали и помещали в смесь, состоящую аз 10 капель <С-бромнафталина и II мг сапонина в 100 мл дистилированной воды. Смесь тщательно взбалтывали до образования эмульсии. Корешки в этой смеси'выдерживали в течение" 5 часов при 'Ь0=+4<:Ь.

Затем кореши* фкхскравалж по Карнуа (3:1) в окрашивали по Фель-гену. Окрашенные корешки помещали на'30 минут в раствор препарата пищеварительной железа виноградной улитки а приготавливали временные препараты.

Изучение особенностей михроспорогенеза проводили в м.х.п. Для этого в ранние утренние часы фиксировали молодце, находящиеся в трубке колосья: освобождали их от обертки листа я помещали б фиксатор Ныжомера, состоящей из 6 частей изопропило-вого спирта, 3 частей пропионовой кислота, I.часта ацетона. I часта петролейнога эфира и I части дяонсана. Зафиксированный материал хранили в холодильнике в свежей порция фиксатора.

Цитологический анализ проводили на давленых ацетокармиио-вых препаратах. При анализе мейоза особое внимание уделяли М1, АХ. Анализ III позволял определять тсчяое число хрсмосом у исследуемых растений и учесть все встречающиеся конфигурация хромо с сы: биваленты СЕ), триваленш (Ш), квадривалентн (1У) и униваленгы (I), . На стадии АХ учитывались те клетки, эдё можно было точно сосчитать число хромосом.

Наряду с описанием гибридов по признакам колоса в каждом поколении у индивидуальных растений или в отдельных линиях проводился учет типа устойчивости к полевой популяции буровой ржавчины. Описание в поле, так же как и при искусственном заражении проводилось по шкале иммунности Майлса-Джексона.

Изучение некоторых биохимических я технологических характеристик исследуемых гибридов проводилось по соответствуют*! методикам в химико-технологической .лаборатории Иазтитута цитологии и генетики СО АН СССР (зав. к.т.н. И Л*. Дундук)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИХЛЕДСШШ

Характерная особенность изучаемой в данной работе комбинации состоят в том, что в скрещивания участвовали виды пшеницы, вмехщяе разное число хромосом ( 2а=42 и 2п=га ).

Гибриды (2п=55) представляли собой растения промежуточного типа с дсыяаярованием в рецвпрокных комбинациях таких признаков т.й1соссит как жесткость чешуй, пленчатоеть зерна с неполным доминированием ломкости колосового стеркня.

В Гг, наблюдалось расщепление как по морфологическим признакам, так я по числу хромосом.

- 6 -

I. Особенности формообразования по морфологическим признакам в популяциях межвидовых гибридов в последовательных поколениях

При тщательном описании индивидуальных растений Рп был обнаружен широкий спектр изменчивости по многим морфологическом признакам. Кроме растений, близких по фенотипу к исходным родительским видам, и большого количества новообразований отмечено появление форм с рекомбинацией лишь по отдельным признакам.

При анализе расщепления гибридов не удалось обнаружить менделирования отдельных признаков. Поэтому основное внимание было обращено на крупные группы растений, комплекс признаков которых определяется, вероятно, не одним геном. Бее многообразие гибридных {астений и последующих поколений было разбито на 4 большие группы; гибриды типа авз^уит, типа (Псосстдт ( спелыоиды и компактоиды. Отдавая себе отчет в тем, что такая классификация несколько условна, ми все же сочли возможным ее использовать для того, чтобы понять, существует ли связь между числом хромосом и выраженностью фенотипа, характерного для каждой из названных групп растений.

В изучаемой нами комбинации скрещивания, так же как и в аналогичных комбинациях »изучаемых другими исследователям», процесс расщепления продолжается доеольно долго (до ру - ед).

Данные, представленные в таблице I показывают, что от % к Рд наблццается постепенное относительное увеличение числа линий, напоминающих материнскую форму (тип аез^ущи ) и уменьшение количества линий типа <11соссшп. Количество же компактоидов и спельтоздов остается примерно на одном уровне. (Необходимо напомнить, что для получения каждого последу-щего поколения пересевались семена всех растений, отбора не производилось).

Описание индивидуальных растений и их потомков в последовательных поколениях обнаружило, что процесс расщепления идет среди линий всех фенотипов- В работе приводится списание характера расщепления в Е3 и

Наиболее интенсивно расщепляются спельтоидн и компактоиды. Доля расщепляющихся линий этих типов значительно уменыпа-

Таблица I

Соотношение между определенными типами гибридных растений в -

Тип Количество линий {%) в поколениях

% Ъ %

Аев'Ытпш 8,0 27,6 56,4 49,9

Б1сосешв . . 62,0 47,6 25,6 15,3

Компактоида 16,4' 12,4 6,9 17,5

Спельтшда 13,6 12,4 П,1 17,3

ется к Р5. но остается все же более высокой, чем частота рас-щепляицихся линий типов <31еоссит и аеа^1тп1т.

В относительная доля растений шла аез^тит невелика. Стабильных (нерасцешщщился) среди них меньше половины (48%). Такое же примерно количество линий расщеплялось и в груше типа сИсоссит. В дальнейших поколениях наблюдается более быстрая стабилизация линий среди группы «Псоссшп, чем группы Так в IV, не было найдено ни одного растения тша (Псоссша, которое бы расщеплялось, в то время как отдельные линии группы аватЫтлип продолжали расщепляться в Щ, Таким образом,гибридная популяция, полученная от скрещивания двух раЗНОХрОМОСШЯЫХ видов ПшеНИЦ (т.аеаЪ1лгат, 2п=4-2 и соссша,2п=28) очень разнообразна, по морфологическим признакам. Закономерностей в наследовании отдельных признаке» установить не удалось. Процессы расщепления, вызванные несбалансированностью как по числу хромосом, так, очевидно, и по отдельным генам, набладагатся у ряда фэрд довольно долго в ряду поколений.

2. Патогенетические основы стенотипического разнообразия межвидовых гибридов в последовательных поколение

Из данных литературы (Вакар, 1935; Кейстер, 1917; Сапегкы, 3928; К£Ьага, 192? и др.) быяо известно, что при скрекдаа-

- в -

нии 42-х и 28-ми хромосомных пшениц у гибридов имевших 35 хромосом, в МХ мейоза обнаруживается 14 бивалентов и 7 укива-лент1в. 14 бивалентов образуют гомологичные хромосомы А и В -геномов двух скрещиваемых видев. Поскольку по характер; конъюгации хромосом судят обычно об их гомологии, была тщательно проанализирована Ш. мейоза у гибридов Основное внимание уделялось подсчету не только числа бивалентов (открытых и закрытых), но также выявлению относительной дола клеток с псев-доунивалентами, наличие которых, как известно, говорит о преждевременной терминали задай хиазм. Отличить псевдоунива-ленты от истинных унивалентов можно по их симметричному расположению относительно друг друга в Ш.

Подробный анализ МХ у гибридов показал, что 66,4% клеток имели 14ц + 7р однако среди них только 6,1$ клеток имели 14 закрытых" биважнтов. Среднее число бивалентов на клетку составляло 13,5 против ожидаемого 14ц. Из этих 13,5ц -1,5ц были открытыми. Полученные данные показывают, что меяду хромосомами А и Б геномов скрещиваемых форд т.аев*Ллгцт и т.й1соссшп полной гемологии нет. Это обстоятельство безусловно оказывает влияние в дальнейшем на формирование кари-отипов гибридных растений.

а) Число хромоеш и особенности мейоза у растений

При самоопылении табридов Р^, имеодих 35 хромое см, в сле-дупцем поколении возникает широкий спектр изменчивости по числу хромосом с вариацией в пределах 28-42. Объясняется это тем, что у гибридов образуются гаметы с вариацией числа хромосом от 14 до 21 за счет случайного распределения по дочерним клеткам хромое ш генома Д.

При анализе мейоза гибридов и последующих- поколений наиболее часто встречались следующие аномалии: уняваяевты (I) и культиЕаленга (17) в VI; отставания хромосом, их неравномерное расхождение, трехполюевые фиугы и мосты - в А1, нарушения синхронности деления и микроядра во П делении.

Подсчет числа хромое сы у растений показал,что большинство растений {73,6$) имело 28-33 хромосомы; при этом у 53& растений было'28 хромосом, 18,8? растений имело 35 хромосом, а 7,6% - 39-42 хромосомы.

- Э -

При случайном распределении хромосом генома Д у гибридов в 1^2 наиболее многочисленным должен бить класс с 35 хромосомами, а меньше всего должно быть^растений с 28 и 42 хромосомами. В работе приведен график, на котором сравниваются данные настоящей работы о количестве растений с определенным числом хромосом с данными других авторов и теоретически ожидаемыми при допущении случайного распределения хромосом Д-ге-нома. Оказалось, что фактические данные существенно отклоняются от теоретически ожидаемых, а именно: наибольшее число растений IV. имело 28 хромое см (53$), а 35-хрсмосомных растений было 18,8*.-

Изучение характера мейоза у гибридов показало, что одной сбалансированности по числу хромосом еще недостаточно для того, чтобы мейоз был нормальным. Приведенные в таблице 2 данные показывают, что у 28-хромосомных растений имеют место значительные нарушения мейоза.

Таблица^

Характер конъюгации хромосом в М1 у гибридов

* растения Число хромосом Характер конъюгации К растения Число хромосом Характер . конъюгации

14 26 »Л 25 30 IV2!**

26 28 "п II 32 14п+41

15 28 "п 35, 32 13^

2 28 22 33 151?31

32 28 I 35

21 28 V10! 19 35 14пТ71

3 28 ' 18 35 IV71

20 29 17 . 35

27 29 14^1! 13 39

20 30 14^1 16 40

31 30 IV2!

* - изредка встречаются клетки с двумя унивалентами несинхронное расхождение хромосом в ¿1.

У них наблюдается трехполосные АХ, беспорядочное распределение хромосом по клетке и случайное распределение их клеточной перегородкой, отставания и неправильные расхождения хромосом в А1 и АД,

При подсчете числа хромое ом в корешках некоторые из проанализированных нами растений Рп трудно было отнести по числу хромосом к какоцу-то определенному классу, т.е. в их клетках насчитывалось разное число хромосом, так как они были мозаиками.

Б дальнейшем у 26 таких растений было проведено детальное изучение мейоза, которое подтвердило наличие мозакцизыа оо числу хромосом в пределах одного растения. У двух растений, число хромое ал варьировало в пределах £9-44 и £Й -42.Остальные распались на две группы; у первой число хромосом варьировало £6-35, у второй - 35-42.

Наиболее часто встречались растения с колебанием в числе хромосом £8-30. Попытка найти корреляцию между уровнем мик-союгоедеи и характерам конъюгации хромосом в мейозе оказалась тщетной (табл. 3).

ТаблицаЗ Распределение мкксо-тплоидных растений на классы но конъюгации хромоеом

Границы классов по сред -невд числу бивалентов Вариация в числе хромосом у каждого из исследованных растений Количество растений определенного класса

Больше 14ц £7-32, £8-33, 31-32, 32-36, £8-33 5

13-14п 28-£9, £8-29, 28-30, £8-30, £8-35 , 28-29, £8-29, £8-30, 2й,3£, 28-34,.£8-30 £8-31,£9 13

Меньше 13д 27-35, £6-30, 28-£9 3

Наличие в гибридной популяции миксоплсидных растений, а также различных нарушений в мейозе как у них, так и у растений со сбалг.г- мрованним число хромосом, не могут не сказаться на дальнейшей стабилизации популяции по числу хромосом,

Для подтверждения этой точки зрения бнл проведен подсчет числа хромосом у растений в следующих поколениях 53-Р5.

0) Число хромосш у растений

В литературе мало данных о динамике изменения чисел хромосом у растений в гибридных популяциях последовательных поколений при межвидовых скрещиваниях.

В таблице 4 приведены данные о распределения растений с ре эным числом хромосш в Р3 и Р^.

Таблица 4 Распределение растений с разным числом хромосом среди гибридов Р3 и

Число хромосом

число растений % число растений %

£8-35 16 15,1 0 0

28 55 53,0 18 29,3

35-42 24 22,8 21 343" ■

40-41 0 0 8 \13,2 ■

42 хй 9,1 14 22,9

Всего 105 100 61 100

В кз 62% растения со сбалансированным набором хромосом 53$ приходится на долю 26-хромосомных. Среди ¿8-хромосомных растений Рд были обнаружены формы с нарушенным мейозом. Однако таких растений в было значительно меньше, чем в и нарушения характеризовались в основасм наличием £-4^.

Хаким образом, цитологический анализ показал, что у изучаемых межвидовых гибридов кроме ожидаемых нарушений в мей-озе, обусловленных случайным распределением хромосом генома Л, встречаются и другие аномалии клеточного деления, связанные, вероятно, с нарушением баланса генов, регулирующих процессы мейоза и митоза.'

В был проанализирован митоз у 34 растений, у £1 из

них йыл затем проанализирован и мейоз. Было обнаружено, что у многих гибридных растений имеется довольно значительное число клеток с нарушениями в митозе (до 45$). Однако, вопреки ожиданиям, не было получено ясной картины, подтверждающей предположение о преимуще ста енном влиянии несбалансироваииости по числу хромос см на количество перестроек хромосом. Видимо, повышенный мутационный процесс у фора с высокой частотой перестроек и сбалансированным числом обусловлен комбинацией определенных генов, сильно изменяющих биохимические и физиологические основы данного растения.

Возникающие в соматических тканях перестройки могут не оказать существенного влияния на потомство, поскольку многие из них С"несимметричные") элиминируются и в процессе онтогенеза не доходят до мейоцитов.

Для того, чтобы понять направление формообразования популяции по числу хромое сил, цитологически были проанализированы растения Ед. В этой выборке (табл. 4) класс растений с числом хромосом 29-35 отсутствовал. £8-хромосомных растений было 29, Во втором яе классе (число хромосом 35-42) число 42-хромосом-ных растений возросло до ¿3% против 9,1- в ^.Относительно висок был процент анеуплоидов (4-7,8$). Однако значительную часть их составляли растения, имеющие 40-41 хромосому.

Таким образом, з старших поколениях гибридов уменьшается доля растении (как эун.юидньх, так и анеуилоидншО 28-хром о с ом но го уровня и увеличивается доля 42-хромосомных (ууплоидов и анеу-нлоидов>.

в) йенотипические особенности гибридов и число хромосом у них

Было изучено число хромосом у растений, отнесенных к разным фенотипическим группам, с целью выявления связи меаду числом хромосом а фенотшшческти особенностями отдельных гибридных растения. Среда гкбрщов типа 41 со о сит встречались растения с £8-35 хромосскяэки. Группа компактокдов характеризовалась колебанием, числа хромосом в тех же пределах. Для групп типа аез-Ытош и спельтоидов границы варьирования числа хромосом в IV били значительно шире (28-42). На рис. 2 схег.ютичес-]Ш представлены данное о распределении растений по типам во

гт

I I

! I

ЗГ

ц

1

и

1372.

а&рьдна* юлулйццв I цело* -{иБорга,

•Я/ш/хечема*: (мсёрига ч атеж

пет/кн* виям_¿цаоеалаг»

а. омме/х следь/п

Рис. I. Соотношение между гибридными растениями разных типов в популяции и выборке,изученной цитологически.

всей гибридной популяции и в цитологически изученной выборке в поколениях - Рд. Наибольшим разнообразием по числу хромосом в Е5, так Ее как и в £3 отличалась группа типа аеа^уит и спельтоиды. Группа гибридов типа й! с ос сит так же как и компактоидн имела к Ед только 28 хромосом (табл. 5).

Таблица 5

Распределение растений (в 50 Р5 с разным числом хромосом по' типам

Тип Число хромосом Всего

£8 35-42 38-42 40-42 42

АевЪ1\гищ 0 6,6 6,6 13,1 22,9 49,2

01соссил1 9,8 0 0 0 0 9,6

Компактоидн 19,7 0 0 0 0 19,7

Спельтоиды 0 9,8 11.5 0 0 21,3

Все типы 29,5 16,4 18,1 13,1 22,9 100

Анализируя данные рисунка ложно заметить, что цитологически изученная выборка в основной отражает общую тенденцию в распределении растений по группам. (Различия между "популяцией" и выборкой недоговорны, за исключением группы <Исоссгш в Р^.

г) Особенности меЁоза у разных типов гибридов

К намечаются определенные тенденции в формировании генотипов с определенным числом хромосом. Однако многие линий продолжают расщепляться довольно продолжительное время.

Изучался характер мейоза у линий сбалансированных и несбалансированных по числу хромосом. Было проанализировано 9 линий (21 растений) из группы компактоидов, имеющих 28 хромосом.

В работе приводятся данные, характеризующие мейоэ газдо-го растения. Обнаружено, что некоторые растения в М1 имеют сниженное число бивалентов и увеличенное - унивалентов. По всей вероятности это обусловлено преждевременной териьшализадней хиазм, поскольку в диакинезе растений наблкщалась 14гг. У

Таблица 6

Характеристика коньюгаши хрсмосам в М1 у некоторых гибридов % типа аез^тяш

Линия Число хромосом Картина расщепления в линии Среднее число бивалентов на клетку Число хиазм Примечание

на клетку на бивалент

21 42 42 42 42 42 не расщепляется 20.7 -20,7 20.8 20,7 . 20,9 40,98 41,06 40,76 40,82 38,45 1,98 1,98 1.96 1.97 1,84 Расхождение в Л1 нор -мальное редко встречается 2 отст.хромо-сомы

231 38-42 37-42 38-42 38-42 38-42 ост? и б/^о спсльтоиды и тип 15,0 18,0 18,4 15,8 16,7 £3.8 32,4 33,48 28,94 30,89 1,59 1.6 1,62 1,63 1,85 -

160Д6 40-41 расщепл.: спельтоиды и тип аезЪ1лпш 17.5 16.6 35,90 28,55 1,89 1,72 4-5 отот. хромосомы несинх. расх. в АП.

188 36 38 42 расщелл. на спелы, и тип аез^злгша 14.4 14.5 20,5 £4,79 27,96 39,56 1,79 1,93 1,93 2 огст. хромое ослы в АП.

I55/I 40 расщешг. на ост. И б/о спельтоиды 14,7 £7,19 1,85 —

Скала 42 пе расщепляется 20,3 39,56 1,95

некоторых растений этой группы наблвдались нарушения веретена. Процесс мейоза шел у них, очевидно, нормально до А1, а затем хромосомы не могли разойтись к полюсам нормально и рассыпались беспорядочно по клетке.

В общем группа компактоидов характеризовалась небольшим количеством нарушений в мейозе.

Иная картина наблвдалась у растений группы аезгхуиа (табл. 6). В таблице б приведены данные о характере конъюгации хромосом у расщепляющаяся линий этой группы. Для сравне -ния пригодится одм константная линия. Все изученные линии,за исключением одной, имели сильно нарушенный мейоз и сравнительно малое число хиазм на клетку в КС. Отмечено сильное расщепление таких линий даже в

д) Патогенетический анализ гибридов старших поколений

Для того, чтобы понять произошла ли рекомбинация целых хромосом или их участков А и В геномов мягкой пшеницы и полбы у межвидовых гибридов Рц, было проведено их скрещивание с исходными родительскими видаки и изучен характер конъюгации хромосом в Щ у гибридов Р^.

В работе приводятся данные о характере мейоза каждого из 66 изученных растений Оказалось, что гибриднне растения напоминающие по фенотипу мягкую пшеницу, можно условно разделить на 3 группы по признаку конъюгации хромосом этих гибридов с хромосомами исходной родительской формы (табл. 7).

1 группа - у гибридов Р^ от скрещивания с материнской формой (Скалой) в М1 мейоза наблюдалось 20,3 бивалента, т.е. столько же сколько у сорта Скала.

2 группа - со стабильным числом хромосом (2п=42) обнаружила значительно меньшее число бивалентов (18,8) при скрещивании со Скалой.

3 группа - анеуплоидные растения; в от скрещивания со Скалой у них было разное число хромосом в м.к.п., в среднем наблюдалось 17,4 бивалента.

у гибридов от скрещивания сорта Скала с растениями из группы спельтоядов (как эуплоидных, так и анеуплоидных ) плотность конъюгации хромосом оказалась значительно нике, чем У I группы гибридов типа Оез1;11АШ.

Таблица 7 Конъюгация хрсмосом в М1 мейоза у гибридов от скрещивания гибридных линий (Р6) с родительской формой

Комбинация скрещивания Фенотип скрещивае- Число изученных Эуплоидн Анеуплоиду

мой линии расте- клеток среднее число в клетке среднее число в ■ клетке

ний П I хказм П I хиазм

тип 16 573 20,3 1,4 38,90 18,0 2,4 33,28

« м й Й О aestivuщ 4 65 18,8 4,4 32,58

спельтопды 4 69 18,1 5,7 32,44 17,4 7,2 33,17

компактоиды 7 273 13,7 0,5 26,54 - -

тип сИсоссшп 4 71 14,0 0 21,44 - - -

а см Л I спельтоида гибрид 21 (ТИП аезЪ») 5 5 82 49 12,3 2,10 22,45 15,4 4,3 29,41

— Полба 3 72 13,8 0,26 27,32 - „

Скала 5 91 20,3 1.4 39,56 — - -

Очевидно, у растении типа спельтоидов произошла значи -тельнан рекомбинация хромосом А и В - геномов т.аеэ-Ытшп и

Т.й1соссшп.

У гибридов типа <11соссит и компактоидов в от скрещивания с т.й1соссш1 была обнаружена плотная конъюгация хромосом в 1.1Х мейоза. Наблюдаемые картины почти не отличались от конъюгации хромоеш у исходной форш Т.й1соссшд. Существенные различия обнаружены между хрсмосомами т.<Исоссиш и константой 42-хромосомной форш типа аез-Ытца (гибрид 21).

В некоторых комбинациях скрещивания компактоидов с исходными формами отмечено наличие мультивалентов (чаще Ш), Вероятно,» образовании их участвовали либо гом«алогичные хромосомы, либо хромосомы с большим транслоцированным кли замещенным участком. Фенотинические особенности компактоидов позволяют предполагать, что в данном случае имело место умножение дозы гена ч 5А хромею ми путем транслонации части 5А хромосомы на какую-то из 14 остальных.

Спельтоиды возникают при утере всей 5А хромосомы,ее длинного пле;ча или части плеча, содержап^го ген й или благодаря мутации гена % в рецессивный аллель 1В связи с наличием двух типов спельтоидов(конетаятпых по числу хромосом и анеуплоидных) можно сделать предположение о разной патогенетической их природе: видимо у анеуплоидов этого типа потеряна 5А хромоссма. Наличие тривалента у гибридов Р^ от скрещивания некоторых растений со Скалой может говорить о реципрокной траяслсжашш между хромосомами Полбы и Скалы. Появление компактоидов »ложно объяснить, вероятно, как дупликацией гена <1, так и взаимодействием генов, влияющих ш плотность колоса. Изучение цитологических особенностей гибридов в последовательных поколениях, а также мейоза Рд- от скрещивания гибридов с исходными формами показали, что более разнообразной как но количеству, так и по качеству хромосом оказалась группа гибридов, имеющих число . хромосом близкое к 42. Очевидно, на 42-хромосомном и близком к нему уровне имеется больше возможностей для рекомбинаций генетического материала.

Если это так, то на этем уровне с довольно большой частотой можно получать рекомбинации по хозяйственно-важным признакам, что является главной задачей подобного рода скрещива -ний.

3. Селекционное значение гибшдов

Среди всех групп исследуемых гибридов сило обнаружено значительное количество линий с высоким содержанием белка{рис.2>, У многих фор* отмечено трансгрессивное наследование по' этому признаку, т.е. содержание белка у них было выше чем у высоко -белкового родителя. Суммарное количество линий всех типов с высоким содержанием белка в зерне составляло 76,6, 81,1 и 80, от всей изучаемой выборки в и IV, соответственно. Значи-

тельное число высокобелковых линий имеется и среди гибридов типа аегЪЗлгит (Некоторые из них имели до 19% белка в зерне).

Среди гибридов группы компактоидов выделены формы, содержащие 22-23?£ белка в зерне. Эти фориц могут быть использованы в селекции твердой пшеницы.

йОн/жиа/н/е ; ¿ел £*к>Ъ/и а — /00%,

Рас. 2. Количество образцов-с высоким содержанием белка в зерне у гибридов Рд - Еу.

Устойчивость к раавчдне навлекает с каздым годом все большее внимание селекционеров. Т-<Исоссии известна как донор определению: генов устойчивости к ржавчине (Берлшщ-Ко-жевников, Михайлова» 1973). Взятый наш для гибридизации образец .. т.ЗДсоссиш не поражался полевой популяцией бурой расав-чшш. Устойчивые к ней формы были найдены во всех группах гс-следуемых гибридов. Однако, я группе аеа-Ыуит их было относительно немного даже в 5о (4,25£ от общей выборки, пли 42,2^ от числа гибридов типа аев-Ылгили.

Наибольшее количество устойчивых ¡растений (по дапшш полевой оценки) отмечено в группах компакт садов и типа Здсоссгш (24,2^ и. 27,2£ - соответственно от общей выборки).

Искусственное заражение определенными расами бурой я стеблевой ржавчиш позволило выявить группу растений с повышенной устойчивость» к этим заболеваниям. Одна из таких линий из группы типа ае&ъ1лгиш (гибрид 21) обшдает не только устойчивостью к ржавчине, но и другими хоэяйственно-важкыми признаками.

4. Характеристика новой формы яровой пшеницы (гибрид 21) с комплексной устойчивостью к заболеваниям

В настоящее время имеется этой линии. Она была выделена в Рд как устойчивая к ржавчине (по результатам полевой оценки). В дальнейшей при искусственной заражении в НИИСХ (г.Отар) быта подтверждена ее устойчивость ко многим расам бурой и стеблевой ржавчины (табл. 8).

Таблица 8 Сравнительная оценка порадаемости ржавчиной гибрида 21 и исходных форм

Сорт Тип реакции при искусственном заражении ржавчиной

стеблевой бурой

1969 1970 1971 1969 1970 1971

Скала 4 4 4 4 4 4

Полба 4 4 4 3 4 3

Гибрид 21 0-1 0 0-1 0 0 0

В дальнейшем в опытах ФД Левченко (Алтайский научно-исследовательский Институт растениеводства и селекции) была показана устойчивость этой линии к пыльной ( Ustilago txitici Jens ) и твердой головые ( Tilletia caries w. ). Проверка устойчивости к расавчине гибрида 21 в лаборатории иммунитета ШР показала, что он устойчив ко многим универсально вирулентным клонам бурой ржавчины. Только 2 клона бурой роавчины из 250 проанализированных поражали гибрид 21 (личное сообщение И.I*.Одинцовой, 1974). Не поражался он ржавчиной и в географических посевах ШРа (балл поражения везде был О).

Анализ зерна и муки гибрида 21 обнаружил высокое содержание белка в зерне и отличные хшбспекарвые качества. Содержание белка в зерне колебалось по годам в пределах 19-15,G% (табл.9).У стандарта Саратовская 29 процент белка в зерне в те же годы колебался от 14,3 до 15,6(по данным химико-технологической лаборатории Института цитологии и генетики СО АН СССР).

Таблица 9 Содержанке 0елка (%) в зерне гибрида 21 и родительских форм

Сорт I 0 д ы

1969 1970 1971 1972 1973 1974

Скала 15,2 13,2 16,01 12,5 13,04 14,4

Полба 18,3 16,2 ид 16,5 16,8 20 Д

Гибрид 21 19.5 18,8 16,0 15,6 18,0 17,6

В химико-технологической лаборатории Института цитологии и генетики проводилась косвенная и прямая сценка хлебопекарных качеств гибрида 21. Показано, что его мука обладает отличными хлебопекарными качествами (силе муки 505-516 дао-улей). На рисунке 3 приведены альвеограыиы, величина площади которых характеризует хлебопекарные качества муки гибрида £1 и стандарта Саратовская 29: чем больше площадь, тем лучше хлебопекарные качества. В работе приводятся данные,показывающие, что мука гибрида 21 может служить хорошим улучшателем и при смешивании с мукой других сортов.

Таким образом, гибрид 21, полученный от скрещивания мягкой пшеницы ( Т.аезЪЗлгша) И ДОЛбы (т.сИсоссша) , представляет ценность для селекции как дснор генов устойчивости к бурой ржавчине, высокой белковости и хороших хлебопекарных качеств.

В настоящее время этот гибрид вклшея в селекционный процесс в 13 научно-исследовательских учреждениях Советского Союза. Он участвует как донор генов устойчивости в комплексной программе диаллельных скрещиваний, проводимых по единому плану в 10 учреждениях Западной Сибири. Предварительные данные показывают, что устойчивость его в большинстве случает доминирует.

Подводя итог данным, изложенным во П разделе работы, мы считаем необходимым подчеркнуть, что межвидовая гибродязация пшениц и, в частности, использование т.<Исоссиа в скрещиваниях с мягкой пшеницей, позволяет получать ряд рекомбинаций

Рис. 3. Сравннтельшя опенка некоторых сортов пшеница по косвенным показателям хлебопекарных качеств (альвеогрвмш).

во хозяйственно-важным признакам такт.как содержание белка и устойчивость к ргавчине. Среди гибридов грушш кошшкгаидов также подучено значительное число вне око белковых, устойчивых к риавчине форм, которые мэгут быть использованы в селекции твердой шпеяида.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Межвидовая гибридизация ра з нохромэсомкых видов пшеншш используется пока недостаточно широко в селекции тленгаш, потому что в гибридных поколениях довольно продолжительное гремя идет процесс расщепления. Однако, в процессе расщепления появляется большое количество форм для отбора,поскольку среди тетраплоидных пшениц имеются доноры генов тех признаков, которые интересуют селекционера.

В настоящей работе било выяснено, что пра выращивании последовательных гибридных поколений, полученных от скрещивания мягкой пшеницы T.aestivun (2п= 42) и полсаг T.dicoccum (£и= 28) имеют место определенные тенденции формообразования. На фенотипическом уровне они сводятся к уменьшению относительного количества растений типа aicoccum и возрастанию типа aestivum.

Происходит это за счет различного характера расщепления линий в этих группах. Явление нестабильности преаде всего связано с изменением числа хромосом у растений гибридных поколений. В популяции Fg имеет место существенное отклонение ' числа растений с определенным числом хромосом от теоретического ожидаемого ва основе случайного распределения семи хромосом renoua Д иежду дочерними клеткаии.

Объясняется это различными факторами, оказываниями влияние на формирование генотипов гибридных растений в последовательных поколениях. Один из главшх факторов - селективный отбор гамет, приводящий к неравному участию в оплодотворении мужских и женских анеуплоидных гамет. Приняв щ основу данные, полученные для неполных щцешчно-пврейных амфидаплоидов и Тriticale (Голубовская, 1970; Шкутина, 1969), об участии в оплодотворении мужских гамет, с числом хромосом, уклоняющихся от эуплоидного на I, в работе были сделаны расчеты дин изучаемых межвидовых гибридов. Эти расчеты показали, почему воз -растает в последовательных поколениях доля 42- хромосомных растений.

28-хромосомный а близкий к нему уровень характеризуется более бистро£i стабилизацией генотипов. Значительно большая

продолжительность существования нес балансированное ти на 42 -хромосомном уровне, объясняется,видимо, значительно большей возыоеностью рекомбинаций хромосом и генов на гексаплоидном уровне. Об этом свидетельствует характер конъюгации хромосом у гибридов Рр полученных от скрещивания гибридных растений старших поколений (Р^) с исходными родительскими видами. Дополнительным доказательством рекомбинации мажет служить также и получение значительного количества форм с хозяйственно-важными признаками. Изучение тенденций в формообразовании в изученной популяции межвидовых гибридов, наличие переходных форм, а также естественных гибридов в общих частях ареалов тетрашюидных и гексаплсидных пшениц позволяет предположить, что в природе, видимо, довольно широко распространено явление интрогрессии генетического материала между разными шдалш.Полученные в последнее время патогенетические данные ( Ьагаеп, 1973) также говорят о том, что обмен генетическим материалом ног играть значительно большую роль в эволщии гексаплоидных пшениц, хотя он имеет место и среди тетрашгоидных пшениц.

выводи

1. В результате исследования межвидовых гибридов, полученных от скрещивания разнохромосомных видов пшеницы т.аеа-

42) и т.<11соссш1 (2п= 28) показано наличие большого разнообразия фенотипов гибридных форм, которые были разделены на четыре группы: <Неоссит спеяьтоида

и кошактшды.

2. В последовательных гибридных поколениях (Р^-Е^) обнаружена тенденция к уменьшена» относительного количеств форд типа (Исоссиш и увеличению количества форм типа аез^уша в то время как относительное количество спельтоидов и компак-тоидов оставалось примерно на одном уровне.

3. При изучении цитологических основ фенотипического разнообразия гибридов показано, что для изученной популяции тара ктерно в последовательных поколениях наличке форм с разнш числом хромосом.

4» У гибридов обтрухен рад варутаний клеточного деления— найдены шксаплещдные форш, растения с щзной степенью деси -налсиса хрсшосш в даакинезе я 1С]- мейоза. Яарушевия кейоза приводят к потише кип количества авеувжщкннх галет и растений в потомстве.

5. Отмечена тендевлдн более быстрей стабилизации фор! с числом хрсмосом 28 и наличие авеуплозшш у гвбрадав 42-хрхио-сомвого уровня в старших поколениях,

6. Про скрещивания полученных гибридов с есходншеи формами обнаружено значительно болыаее изменение в процессе гибридизации генсыа 42-храиосазшх фора.

7. В старших гибридных поколениях компактшщы вмели 28 хромосом, а спехьтоиди — 42 (или около этого уровня). Судя по конъюгации хромхом этих фор* с хрошеоьаки исходных родительских растений появление спельтшдов южно предположительно объяснить утерей либо целой 51 хромосомы, либо ее -участка с геном

Ч» Для кодаактоидов можно предполагать наличие дупликаций а того геш.

8. Среди гибридов, полученных от изучаемой комбинации скрещивания, обнаружено значительное количество форм с высоким содержанием бедка и другими хозяйственно-важными признаками. Установлено, что использование вида т.<11 сосешь ъ скрещиваниях с мягкой пшеницей макет оказаться весьма перспективным в селекционной работе для получения высокобелковых ж устойчивых к болезням форм.

9. Среди растений группы томпактоидов (2а= 28) в старцах поколениях выявлено значительное количество' внепкобелковых форм, устойчивых к риавчине, которые могут быть использованы в селекции твердых пшениц.

10. Получена форма мягкой птеницн (гибрид 2Г) с комплексов хозяйственно-важных признаков (комплексная устойчивость к болезням, высокое содержание белка, высокие хлейашкарные качества), которая широко используется как донор генов устойчивости к бурой рештаке салекиаовераии Сибири.

список работ

опубликованных по теме диссертации

X. В.Б.Будашкана. Цитогенетика межвидовых гибридов лшеяицы. В кн. "Цитогенетика пшенины и ее гибридов". М..Наука,1971.

2. Е.Б.Будашкина, Ы.Х.Коробейникова, В.В.лвостова. Онтогенетическое изучение межвидовых гибридов пшеницы

X Т.й1соссиш. Сообщ, I. Генетика, 7, № 9, 1У71,

3. В.А.Кальченко, Е.Б.Будашкина, В. В. Хвое това. Содержание Эг^О Са и стронциевых единиц в зерне гибридов пшеницы, полученных от скрещивания х т.йДсоссит. Генетика, 7, 16 8, 1971.

4. Е.Б.Будашкина. Использование межвидовой гибридизации для рекомбинации некоторых селекционно-важных признаков при скрещивании разнохромосомных пшениц. Материалы Ш регионального совещания работников научно-исследовательских учреждений и высших учебных заведений по с/х Сибири и Дальнего Востока, 1972, Новосибирск.

5. Е.Б.Будашкина, М.Х.Коробейникова., В.В.Хвостсюа. Цитогеретическое изучение межвидовых гибридов пшеницы т.аваг!уия х т.сИсоссшп.Сообщ. П. Генетика, № 3, 1973,

6. Е.Б.Будашкина. Использование межвидовой гибридизации пшеницы для получения форм, устойчивых к бурой ржавчине.Материалы совещания "Научно-методические вопросы селекции зерновых на устойчивость к корневым гшишм и ржавчине", Новосибирск, ноябрь, 1У73 г.

7. в.в.хеостош, Е.Б.Будашкина. Использование экспериментального изгтагенеза в селекции растений на устойчивость к болезням. В кн. "Генетические основа селекции растений на иммунитет", М., Наука, 1973.

8. Ф.М.Шкутика, Е.Б.Будашкина. Отдаленная гибридизация.В кн. "Генетические методы в селекции растений". М,,Колос, 1974.

9. Е.Б.Будашкина. Использование межвидовой гибридизации пшеницы для получения высокобелковых форм с комплексной устойчивостью к болезням. Сб. трудов Института цитологии и генетики СО АН СССР. Новосибирск, 1974.

10. е.Б.Будашкина. Метода перенесения устойчивости к болезням пшеницы от диких видов и генетический анализ. М., Колос, (в печати),

11. Е.Б.Будашкива. Рекомбинации селекционно-важных признаков при скрещивании т.аезЫлгшп и т.й1соосш1. Сибирский Вестник с/х науки (в печати).

12. Е.Б.Будашкина. Использование генофонда рода тй-Ысит для получения форм мягкой пшеницы с комплексной устойчивость» к болезням и высокими хлебопекарными качествами.Тезисы конференции "Актуальные вопросы генетики и селекции Западно-Сибирского региона*/ (в печати).

Материалы диссертации докладывались на совещаниях и конференциях; "Актуальные вопросы селекции зерновых в Западной Сибири"» ишь, 1972, Омск; 3 региональное совещание работников научно-исследовательских учреждений и высших учебных заведений по с/х Сибири и Дальнего Зостока, 1972, Новосибирск; Научно -методические вопросы селекции зерновых на устойчивость к корневым гнилям и ржавчине, 1973, Новосибирск; Всесоюзна., школа-семинар по генетическому анализу устойчивости растений к болезням, 1974, Омск.

- , ■ - Подписано к печати 23/1У-75 г. ^

Бумага 60 х ЭО^Дв. 1,7 я. л. ;'.; Тираж 220. Заказ 274. , ■' - •

"Ротапринт Ипститута цитологии и генетики .■■■: " . СО АН СССР. НоБОСКбкрск.бЗОООО.' '