Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Цитологические и эмбриологические основы отдаленной гибридизации пшеницы

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Цитологические и эмбриологические основы отдаленной гибридизации пшеницы"

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

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

На правах рукописи

ОРЛОВА Ираида Николаевна

УДК 613.11:631.523:632.071+581.3

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭМБРИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОТДАЛЕННОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ ПШЕНИЦЫ

03.00.05 — ботаника

АВТОРЕФ ЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени 1 доктора биологических наук

0-

. 3

ЛЕНИНГРАД

1990

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Ленина и ордена Дружбы народов научно-исследовательском институте растеииеводства имени Н. И. Вавилова, г. Ленинград.

Официальные оппоненты — доктор биологических наук Н. Н. Цвелев, доктор биологических наук В. П. Банникова, доктор биологических наук И. Н. Голубовская.

Ведущая организация — Ботанический институт им. В. Л. Комарова АН СССР, г. Ленинград.

Защита состоится « » 1990 г. в час. на заседании

Специализированного совета Д.020.18.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности «ботаника» при Всесоюзном институте растениеводства им. Н. И. Вавилова '(г. Ленинград, ул. Герцена, 44).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного института растениеводства.

Автореферат разослан « » 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор сельскохозяйственных наук

Л. В. Сазонова

введи ME

Актуальность проблемы. Отдаленная гибридизация - фактор, увеличивающий формообразование в природе и в эксперимеште .(Карпеченко, 1927,1934,1935,1936: Вавилон,1935,1938; Цицин, 1957,1965,1967; Жуковский,1965). Используется она для создания новых форм растений с определенными хозяйственно ценными признаками и свойствами в практической селекции, для познания закономерностей эволюции,'для изучения фундаментальных проблем совместимости отдаленных видов. Одна из этих проблем - взаимодействие чужеродных геномов и цитоплазм.

Известно, что гибридизация пшеницы с рожью привела к серьезным практическим и !еоретическим результатам (Дорофеев, Зарубайло,1975; Ригин, Орлова,1977; Сечняк, Сулима,1964). Успехи гибридизации пшеницы с рожью стимулируют работу по гибридизации видов пшеницы между собой и пшеницы с видами "других родов с целью включения ценных генов.одного вида в генотип другого.

Результата гибридизации видов пшеницы с рожью, эгилопсом и ячменем обусловлены, прежде всего, степенью систематической . близости этих родов друг другу. Известно, что роды Triticura Ii. , Seeale Ii. и Aegilop» L. относятся к подтрибе Triticinae Trin. ex Griseb. трибы Triticeae Вши семейства Poaceae Barnh. (Gramineae Juan.), а род Hordeura L. принадлежит К подтрибе Hordeinae Dum., того же семейства (Цвелев, 1976).

Амфидиплоидный уровень должен, казалось бы, обеспечивать (при объединении полных геномов.исходных видов) полную стабильность гибридов. Практика показала, однако, что этого не происходит, и селекционная работа с амфидиплоидами связана" с рядом серьезных проблем. Среди факторов, ограничивающих введение амфидиплоидных гибридов в культуру - цитологическая нестабильность, свидетельствующая о недостаточной сбалансированности их геномов, а также череззерница колосьев и щуплость зрелых зерновок. j.

■ Поиск причин частичной нестабильности и стерильности ам- . фидиплоидньтх гибридов до настоящего времени был сосредоточен на межгеномной несбалансированности. Вместе с тем, все амфидиплоидные гибриды являются аллоплазматическими растениями. Поэтому при определении метода интрогрессии чужерод-

3

них генов в процессе создания новых гаюмно-цитоплазматичес-ких комбинаций необходимо изучение'и межгеноыных и ядерно-штоплазматических взаимодействий клеточного уровня в процессе формирования генеративных структур гибридов (Левитс-кий, Ьенецкая,1931). Изучение гибридной несбалансированное-ти с точки зрения ядерно-цитоплаэматических взаимодействий у' амфидиплоидных гибридов ранее не проводилось. В нашей работе особое внимание уделено атому аспекту проблемы.

Согласно нашим представлениям, работа по отдаленной гибридизации должна проводиться на основе цитологических и эмбриологических данных о степени совместимости скрещиваемых видов. Для этого необходимо: создание более информативных и экономичных методов исследования гаметофитов и эндосперма колосовых злаков; сравнительное изучение развития генеративных структур у видов, включаемых в гибридизацию; изучение качественных и количественных.характеристик мужской и женской стерильности у амфигаплоидных гибридов с целью определения реальных возможностей интро-грессии чужеродного генетического материала; исследование частичной стерильности, зависящей от чужеродных ядерно-цитоплазматических взаимодействий (на модельных объектах -аллоплазматических линиях пшеницы и ржи); изучение стабильности эндоспермогенеза как фактора, определяющего жизнеспособность семян у амфигаплоидных и полноценность урожая у амфидиплоидных гибридов.

Цель и задачи исследования - изучить цитологические и эмбриологические механизмы межгеномной и ядерно-цитоплаз-матической гибридной несбалансированности для разработки оптимальных приемов ее преодоления, т;е. определить влияние межгеномных и ядерно-цитоплаэматических взаимодействий на стерильность гаметофитов, процесс оплодотворения и эндос-пермогенез у амфидиплоидных гибридов пшеницы.

Для достижения'этой цели были поставлены следующие задачи:

- разработать наиболее информативную методику исследования женского гаметофита и раннего эндоспермогенеза колосовых 'злаков, основанную та эмбриологической технике вычленения делых женских гаметофитов и эндоспермов; 4

- изучить особенности развития женского гаметофита и эндосперма в норме у видов пшеницы, ржи, ячменя и эгилопса;

- исследовать степень полноценности развития женского гаметофита и эндосперма у амфигашюидшх, амфидиплоидных гибридов, аллоплазмагических линий и сортов пшеницы с чужеродным замещением хромосом;

- изучить проявления гибридной стерильности, критические для развития гибридной зерновки; .

- исследовать процессы мейоза, мияроспорогенеэа, микрога-метогенеза и степень фертильности пылъш у амфигаплоидных, амфидиплоидных гибридов и аллоплазматиче'ских линий;

~ определить аномалии развития генеративных структур, зависящие от ядерно-цитоплазматической несбалансированности.

Научная новизна и практическая ценность работы. Проведено комплексное цитологическое и эмбриологическое исследова--ние развития генеративных структур у межвидовых и межродовых гибридов пшеницы с видами родов Secale, Aesilops и Horedeum ' на амфигаплоидном и аыфидиплоиднсм уровнях и дан системный анализ структурно-функциональной сбалансированности генеративных процессов при отдаленных скрещиваниях пшеницы.

Впервые проведено исзледование совместимости чужеродных ядра и цитоплазмы при гибридизации мягкой пшеницы с диплоидной и тетраплоидной рожью на основе цитоэмбриологического исследования эффекта ядерно-цитоплаэматических замещений у аллоплаэматических линий пшеницы и ржи. Определена роль чужеродной цитоплазмы, как фактора цитологической несбалансированности у амфидиплоидных гибридов пшеницы.

Для осуществления этого исследования разработана методика анализа женских гаметофитов и эндосперма, основанная на технике вычленения целых структур без предварительной ферментативной мацерации тканей семяпочек, с подбором оптимальных цитохимических способов окрашивания объектов и заключения их в водную среду, не требующую длительного обезвоживания.

. Определены особенности развития нормального женского гаметофита и раннего эндосперма у представителей родов Tríti-cum, Secale, Hordeum и Aegilops, не известные ранее.

Проведено комплексное" исследование закономерностей развития женского гаметофита и раннего эндосперма у амфигаплоид-

5

них, амфидиплоидных гибридов, аллоплазматических линий и -сортов мягкой пшениш с замещением хромосом. Экспериментально аргументирована зависимость щуплости эндосперма зерновки амфидиплоидных гибридов от цитологических нарушений эндос-пермогенеза нукдеарной фазы. Проведенное исследование позволило разработать метод раннего прогнозирования развития зерновки и полноценного эндосперма хлебных злаков, успешно применяемый в ряде научных и селекционных учреждений.

Впервые проведено комплексное цитологическое и эмбриологическое изучение' эффекта ядерно-цитоплазматических замещений на примере аллоплазматических линий пшеницы и ржи; впервые исследован эффект совмещения факторов аллоплазыии и автополиплоидии на развитие мужского и женского гаметофигов и на эндоспермогенеэ.

Изучение зависимости ендоспермогенеза гибридов от ядерно-цитоплазматических взаимодействий"ранее не проводилось и представляет собой новое направление исследований.

Экспериментально обоснован способ отбора амфигаплоидных гибридов по способности продуцировать диплоидные гаметы.

На основе исследований археспориальных митозов, а также мейоэа, микроспоро- и микрогаыетогенеза определены причины анеуплоидии гамет и потенциал анеупвоидии, а также причины частичной и полной мужской стерильности у различных реком-бинантов пшеницы.

Впервые экспериментально доказана зависимость частичной женской и мужской стерильности амфидиплоидных гибридов пшеницы от аллоплаэмии.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались-и обсуждались на Всесоюзных и Международных съездах, конференциях и совещаниях, в том числе: на Международном симпозиуме. ЭУКАРПИЯ в Ленинграде (1973), Х1У Международном генетическом Конгрессе в Москве (1978), У, УП, ИИ, IX Всесоюзных совещаниях по эмбриологии растений в Кишиневе (1971), Киеве , (1978), Ташкенте (1983)', Кишеневе (1986), на П, Щ, 1У и У Всесоюзных Съездах ВОГиС им.Н.И.Вавилова ь Москве (1972), Ленинграде (1977), Кишиневе (1982), Москве (1967), на Всесоюзных совещаниях по отдаленной гибридизации растений в Москве (1961,1985,1986), на Всесоюзных совещаниях по проб-6 . .

.лемам размножения цветковых растений в Ленинграде (1983) и Перми (1987), на Всесоюзном совещании "Тритикале. Проблемы и перспективы" в Воронеже (1979), на Всесоюзном совещании "Генетические основы селекции растений" в Алма-Ате (1979), на Всесоюзном совещании "Клеточная репродукция: сравнительные аспекты и механизмы регуляши" в Ленинграде (1981), на Всесоюзном совещании по селекции тритикале в Дербенте (1984), на Всесоюзном симпозиуме "Морфо-функциональные аспекты развития женских генеративных структур семенных растений" в Телави (1984), на Всесоюзном совещании "Роль отдаленной гибридизации в эволюции и селекции пшеницы" в Тбилиси (1935), на Всесоюзном съезде ботанического общества в Алма-Ате (1968), на Всесоюзном симпозиуме "Актуальные проблемы цито-генетики зерновых культур" в Таллинне (I9Ö9) и др..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 66 научных работ, в том числе монография "Пшенично-ржаные амфидиплоиды" в соавторстве с Б.В.Ригиным, за которую авторы удостоены Первой премии Ленинградского отделения ВОГиС за 1978 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов и списка цитированной литературы (619 наименований). Работа изложена на 407 страницах, машинописного текста, содержит 37 таблиц и 77 рисунков (в их числе 277 микрофотографий).

НОРМАЛЬНЫЙ ЗЩОСПЕРМОГШЕЗ ЯЖШЦЫ, РЖИ, ЯЧМЕНЯ Ъ

эгилопса

• Работа по изучению закономерностей эндоспермогенеза молодой (до 15 сут) зерновки выполнена на следующих видах злаков: Triticum äestivum (сорта Диамант, Приекульская-181 и Chinese springt» Т.durum (сорт Гордеиформе), T.raonococcum vur.horne-raani, S.cerealе (сорт Вятка), Hordeiim vulgare (сорта Aramir И Purple stem), Ae.tauschii и Ae.ventricosa..

Применение собственной методики, отличающейся от ранее предложенных (не требует ферментативной обработки и центрифугирования, предполагает применение рационального способа цитохимического окрашивания; и заключения объекта в водорастворимую среду, исключающую обезвоживание объекта), позволило получить новые данные о строении женского гаметофита, особенностях роста и функционирования эндосперма колосовых

элакоа^В. частности определены: локализация полярных ядер в момент тройного слияния и первого эндоспермального митоза на вентральной стороне зародышевого мешка, а также градиент плотности ядер и его связь с тешами митотических делений. Впервые исследован порядок митотических делений и законоыер-. ности распространения митотических волн в раннем эндоспермов генеэе. Исследованы закономерности развития эндосперма, определяющие его специфическую форму и различное функционирование частей, чем"обусловлены соответствующие параметры дальнейшего развитии зерновки. Выявлены особенности организации эндосперма в халаэальном районе, в частности - отсутствие ядер эндосперма в цитоплазме под антиподами.

функциональная депрессия, обнаруженная нами впервые в халазалышх и шкропилярных участках эндоспермов, слабо выраженная в норме и усиливающаяся у гибридов, ведет к увеличению щуплости зрелых зерновок.

Изучена динамика эыбрио- и эндоспермогенеза и соотносительные темпи развития этих структур в начале развития зерновки. Установлено, что они различии у видов: у ржи теш эндоспермогенеза был выше, чем у видов мягкой и твердой пшелшъ; и агилопса. Наименее интенсивен он у "С.шопосрссиш. • На основе &тих данных исследованы соотносительные темпы развития зародыша и эндосперма у а^Фидиплоидных гибридов и ал-лоплазматических линий.

щология и.- эьекюлогия шигашювдш. гаьщорв тищг

На примере емфигаплоидных гибридов (табл.1,2) изучали возможность интрогрессии чужеродных генов, диллоидиэации микроспор, взаимодействие гибридных зародыша и эндосперма и цитологию гибридного эндосперма.

Возможность использования чужеродных генов в целях уведи-ченин генетического потенциала мягкой пшенигы может быть выяснена с помощью цитологических данных о степени совместимости отдаленных таксонов. Зто дает представление о реальных перспективах и тактике интрогрессии чужеродного генетическо-■ го материала в геном тиениш. Стерильность амфигаплоидов обусловлена отсутствием гомологичных хромосом в геномах исходных видов, и, следовательно, отсутствием их нормальной, О ' .

Таблица I

Характеристика мейоза у аыфигаплоидных гибридов пшеницы

Число Число ассорциаций хромосом на Среднее

• иссле- мейсцит, X + 4 число

Гибрид 2П дован--:-=--хиазм

ных ' униваленты биваленты триза- на мей-

клеток ленты сиит

т.аез-Ьх^иа (Одесская) X 3 ,сегеа1е 28 162 25,78*3,66. 1,11*0,14 0 • 1,11*0,14

(С№е11о) (22-28) . (0-3)

- " (Аньбидуы 114) х " ' 189 25,99-2,89 0,98*0,17 0,016 0,98*0,17

(22-28) (0-3) (0-1)

. Ш 808) X "п 173 26,70*3,15 0,65*0,10. 0 0,67*0,10

(22-28) (0-3)

п п X п 146 27,22*5,10 . 0,68*0,12 0,С07 0,75*0,15

! (сЛе11о Н1) (18-28) (0-5) (0-1)

Т «игаг-Ьи ■ X 3 .сегзаХе 14 76 11,89*2,55 1,05*0,11 0 1,05*0,II

( РуоНтЧс )

К."'и1£аге СаПат. X Т.аез1;1лгит 28 92 24,21*4,58 1,85*0,31 0,032 3,03*0,23

(Л 427) (14-28) . (0-7) (0-2)

(Л 1215) X Т.'ЬиюрЬе 0^1121 218 20,15*3,83 0,41*0,01 0,013 0,46*0,С6

• (13-21) ' (0-4) (0-1)

Примечание: В скобках - пределы варьирования признака в выборке.

. Таблица 2

Нарушения процесса "оплодотворения и эндоспермогенеза при скрещивании мягкой пшеницы с рожьп и ячменем, %

. Число Опяодотво пение Эвдоспеи® с

Комбинации скрещиваний иссяе- доваь::-гых • семяпочек отсутствовало Окло неполным £.чо;/аль- дггепера-ньзс! ЬиеЙ ядев ядрами нзруше:- -иили в микрспи-лкрных участках

Т.аез'Ытчт 3 .сегеаХ'е Л—421 (Ьеняконская) X 147 42,9 0,7 95,2 33,9 ' 30,9

3 .сегчаХе Л-421 (Чудпан) X 47,2 0,0 100 22,9 10,4

Т.а^з'Ьзлгил 3 . сегеаХг " Д-421 (Онохсйская! X ' 39 . 45,1 О.С 100 90,5 23,8

Т'.а'^тл'-иа 3 .гшгЛгпит Л-421 X 143 " 8,8 2,2 74,0 13,7 8,8

Н.^-аХ^ате СкГЗШ.!" ) X 42 100

Л-432

Н.^иХдаге . СгигрХе з1;еЕ ) Л-432 ' X " 56 ■96,5

конъюгации в мейозе, крайне нерегулярными процессами споро-и гаметогенеза, образованием нежизнеспособных гамет. Было потзано, однако, что функционально способные гаметы изредка возникают (Карпеченко,1927; Щапова и др.,1937).

Мейоз и микроспорогенез исследованы у амфигаплоидных гибридов диплоиднсй, тетраплоидной и гексаплоидной пшениш с диплоидными видами ржи и ячменя (табп.1). У всех гибридов обнаружен типичный гаплоидный мейоз с низкими числами (у большинства из них около одного) бивалентов и хиазм на мей-ошт. Очевидно, что интрогрессия возможна, но крайне маловероятна, поэтому для получения желаемого'эффекта гибридизации предпочтительно объединение генетической основы скрещиваемых видов путем амфиплоидизации или рекомбинации иного характера. Для исследованных амфигаплоидов характерно также крайне нерегулярное расхождение хромосом в анафазах мейоза и полная ' или почти полная стерильность пыльцы. Однако все гибриды оказались в большей или меньшей степени способными к образованию диплоидных микроспор, т.е. потенциально способными к образованию диплоидных гамет. Наиболее склонными к образованию диплоидных микроспор (в среднем 11-13% на растение) оказались амфигаплоидные гибриды мягкой пшениш с рожью, где а качест-, ве материнской формы использован межсортовой гибрид Альбидуы 114 с Мироновской 808 Р.М.Рехметулика. Отдельные пыльники растений этих гибридов содержали до-25% диплоидных микроспор. У остальных гибридов было в среднем 1-4% таких микроспор. На основе четких, морфологических критериев предложен способ отбора продуцентов диплоидных гамет. Эти растения могут оказаться перспективными в работе по амфидиплоидиэации in vi tero.

Обнаружено несколько способов образования диплоидных микроспор у гибридов злаков. Цитологические механизмы этого явления различны. Основные из них показаны на рис.1, где символами Арх. - Ш-MI-AI-TII обозначен нормальный процесс мейоза и микроспорогенеса, а знаком ! - способы образования редуцированных и нередуцированных диплоидных микроспор._ ¡ Диплоидизашя гамет является обязательным звеном в цепи; событий, обеспечивающих изменчивость у растений в природе и в эксперименте. С одной стороны, как показали наши данные, дипл'оидизаиия - следствие гибридной несбалансированности,./

II

•с другой - источник изменчивости, механизм которой - анеу-плоидные и полиплоидные изменения чисел хромосом у растений. Назначение подобных исследований - поиск путей увеличения комбинационной способности отдаленных видов для целей практического растениеводства.

Гибридные комбинации различались по наличию - отсутствию оплодотворения и степени полноценности эндоспермогенеэа. Полученные данные свидетельствуют (табл.2), что совместимость мягкой пшеницы сорта Прие1сульская--481 (линия 421) с З.топ-tanura выше, чем с сортами 8.сегеа1е(£еняконской, Чулпаном и Онохойской). Оплодотворение с ß.montanuhi имело место в 91% цветков, а сортами посевной ржи - в 43-47$. Проникновение пыльцевых трубок в зародышевые мешки в скрещиваниях ячменя ц.vulgare с той же линией мягкой гагенидо было крайне редким событием - до 3/5.

Экспериментально показано, что определяющая роль в разви-

• тии гибридных зерновок принадлежит эндоспермогенезу ранних

• (до 1024-ядерной) стадий развития. Гибридные зародыши никогда не дегенерировали при более или менее жизнеспособном эндосперме, но часто отставали п.о темпам развития.

Исследования эмбриональных процессов у гибридов показали, , что нарушениями, критическими для развития зерновок у всех исследованных рекомбинантов являются: неполное оплодотворение (следовательно,.отсутствие развития" зародыша или эндосперма)г неполноценность женского гаметофита, гибель эндосперма на ранних этапах развития, разрушение микропилярных участков эндоспермов вследствие усиления у гибридов функциональной депрессии.

Исследованию развития гибридного эндосперма уделено большое внимание в связи с тем, что эндоспермогенез определяет жизнеспособность семян амфигаплоидных гибридов и является одной из важнейших составляющих полноценного' урожая амфиди-плоидных гибридов и других рекомбинантов, в частности, алло-плазматических линий и сортов мягкой пшеницы с чужеродными замещениями хромосом.

Основные нарушения эндоспермогенеэа однотипны у всех гибридов. Они включают: аномалии митозов, вызывающие прекраще-, ние ядерной пролиферации, нарушения, непосредственно не свя-

13

'занные с митозами, нарушения цитокинеза и замедление темпов эндоепермогенеза. В большей степени' дефекты эндоепермогенеза. проявляются в нуклеарной фазе (начиная с 128-ядерной, вторые сутки после оплодотворения) и в фазе однослойного клеточного эндосперма (третьи сутки после оплодотворения).

Исследование генезиса полиморфизма ядер показало, что мозаичность эндоспермов по величине, форме ядер и состоянию гетерохроматина обусловлено двумя явлениями: частичным нарушением функции митотического веретена (при этом имеют место хромосомные мосты, анафазше отставания, нерасхождения дочерних групп хромосом) и полной инактивацией митотического веретена с возникновением эндомитотических ядер. К нарушениям, не связанным с митозами, относятся неправильное распределение ядер в цитоплазме, пикноз, аггрегация и. агглютинация . больших групп ядер. Имеет место преемственность нарушений эндоепермогенеза ранних фаз при формировании многослойного клеточного эндосперма. Дефекты ядерных делений и цитокинеза, а также неспособность некротических участков эндоспермов к размножению клеток,препятствуют формированию нормального клеточного остова эндосперма и осуществлению нормальных синтетических процессов, обусловливая морщинистость и щуплость зрелых зерновок.

' ЦИТОЛОГИЯ И ЭМБРИОЛОГИЯ АьШ'ЩЙШЮИДИЫХ ГИБРИДОВ шьшщ

Амфидиплоидные гибриды пшеницы - это не только модель для изучения общих вопросов отдаленной гибридизации, но и объект селекционной работы. Поэтому исследование, их цитологической стабильности, озерненности, полноценности зрелого зерна, раннеспелости и одновременности созревания зерновок в колосе представляет не только теоретический, но и практический интерес .

Анализ цитологической нестабильности амфидиплоидных гибридов необходим для выяснения причин анеуплоидии и стерильности пыльцы; анализ эмбриогенеза, эндоепермогенеза и сопряженности их - для выявления причин позднеспелости, неодновременности созревания, череззерниш и щуплости зерновок, Что имеет значение как для семеноводства, так и для получения полноценного урожая сортов амфидиплоидной природы. 14

Исследованные амфидиплоида (всего 33 гибрида) различались степенью филогенетической близости родительских видов, геномным составом, источниками цитоплазмы, способами получения, происхождением, различной стегтеньп селекционной проработки, условиями выращивания.

Существенно, что в диакинезе в абсолютном большинстве мей-оцитов.в среднем в 94$,коньюгаиия хромосом была полной. Общее для всех амфидиллоидных гибридов нарушение мейоза - уни-валентное состояние одной или нескольких пар гомологов в ме-тафазе I (табл.3). Подобные характеристики нестабильности мейоза получены для всех прочих амфидиплоидов в различные годы и в разных географических зонах. Установлено, что нарушения. в последующих фазах мейоза и элиминация хромосом -следствие унивалентного состояния.

Анеуплоидия растений объясняется конкурентной способностью анеуплоидных гамет, содержащие как правило +1, редко +2 хромосомы. Частота анеуплоидных растений у разных гибридов в разные годы варьировала в наших опытах от 4 до 29% с максимальной частотой 41-хромосомных анеуплоидов.

Частичная стерильность пыльцу, выраженная в различной степени у растений, в колосьях, цветках и пыльниках каждого гибрида зависела, как показал эксперимент, от многих факторов: нестабильности археспориальных митозов, мейоза, микроспоро-и микрогаметогенеза, а также иитомивсиса и ценоьитогенеза. Существенное воздействие на стерильность мужского гаметофита оказывает, как показано в следующей главе, фактор аллоплазмии.

На примере амфидиллоидных гибридов пшениш рассмотрены некоторые, общие вопросы цитологии бтдаленшх гибридов. В частности, на основе данных о частоте анеуплоидных мейоцитов, о числах и конъюгации хромосом в них показано, что элиминация хромосом у гибридов, в'отношении их родительской принадлежности, случайна. Не было обнаружено также погенсмного разобщения хромосом.

. Впервые экспериментально показано, что мозаицизм спороген-ных клеток - следствие нестабильности митозов в археспории пыльников.

Детальное исследование цитомиксиса позволило заключить, что это-нарутаение нормального функционирования клеток, уси-

15.

Ol

s

Ч Ч)

ta ы

к

<11

и о cf.

Pi

ю >5 ti

¡3

et >l¿< s

Я5

ff) о

л

M

к

6н О S

'í^ О) (H

i

rj

&

■tu

о &

s s

о

ч

Cj'b

а<

£-«

О) s

t-¡ к

СЗ

ti'.

о &

St-

et cu

К

о n

W S

«V

О

И}'-g«

sa

о

=s н a. ce

is fr"

i

о

S 0)

л s

Ctf CS

m m

*s s

ä

P. о

I

a ta

Cl g4

л

a i<D eu s га ас

s: §

a)

S*

m о

Й" ^

Л

Pi<l) Й S И ж

JS

4 -

а ф

Pi

о

ißMüdO

ьч cu су со

□ CQ

? Ч

to £-

ID и СО со

|П о

ci

СО Ol

и см

n m га (м n f н о

w Н CJ м +t +i +1 +i

I

л

lo s

со

H CM

сз CJ Ю to з CO CO ю en о Ol

о ? o Щ cy 1—1 1 13 *t ЬО ás »л cy 4

LÄ i> о LO a> CO ca

M* t-Ч l-t 1—1 о n lO n U3 1—1 n n

lO ю s £> CO CO Г- 8 я CM U5 S Г-«O l—l CO

i ID l-t 4 i Ol 1-1 +1 <D 1-4 4 см +1 Ю n 1—1 1—1 +1 +1 Ю OI 1-1 +1 ca tt

CM Ol n CM со 1-1 ÍN 1—1 CO CO CM CO to n n c3 oí n

со n iO ai oi

* ¡>

со

O l О lO

ц Ч

ю

г

ю о> ю о

со <û -су су со

И О Ч"

О СО Ю 01 СО M

¿> »hH ...... ~ -

l-i - Ю CO СО lO Ol

СО í> И И eví и

I I I I I I I

Í0 O iji О H i/D ¿^

1Я Ч1 S) ID H О

о

<0 СО 1П СО

¡> о ю о

о со m ю о О H IÛ ^ ш о

О Ю H № il H СО 03 СО ^ О О

mhohowoooqohw +1 +1 +1 +1 +1 +1 fl +Т +1 +t Hl +1 +1

нФсомодаиоюошпм

w ai N н ю ю ш

C\J СМ H H-1 I—t 1—1

^ M1 Ü О Ы ^ 1-1 I—I 1—1 I—I

hH t>

1ÍJ to

f? -ÍY

CO CO

о in

CM 1-1

a) w h № ^ en

OJ £- i> № С» Й M

« № » * QQ (ч » « •< » •>

W M1 H W M* W Ю - С)) ID Ю Щ ч1 43

СО И СО СМ CVi Oi CM CM 1-1 CM CM >-t см cv¡

I I I I I I I I I I Г I I I I

O» W [-- . О II) Ol t> iß Ol й Ш û W В Ol

in n vit en i> о ¡> ю сч со

t4 С*] H C\i (D Ol H H IH M

g g

m h со и N и c-j m ** ю о аз L - О СО Ш Is- i> Ol со ю со и см

О О О 1-1 СМ 1-1 Ы Q Q т -ti il +1 +1 к +i fl il -H +Т +- „ сч г- со ю со oí c\t ш cvi ю цз со из

О W H О fi +Г +1 +1 t

ff ff о от

¡NCOCOaStOtOCOCM'^'OlCOaiH'i'CMCO И t—I I—I HH 1—I I—I H l-l H CM H CM H

о

S?

I

• .Cl

"Ь cá

Ol

*CÏ ÎH СМ

о t £ с Л О с см

Cl о с s s: t. ci 1 о •

о о » сЗ •р со

о Й о ti И í! M

о и к о

а en ft1 ■•ri В Cl

■ I-i a M (lî С íi •H Q) к

Еч' ■ ñ •1.1 pi 'С! t> 'О ÜS

S3 Г) ■H V"; о -ri С1 ■ri s о

к Г5 •H p! о •H il О ® r'î 0 çi s ■и

•г< о a о H о Л о о ¡4 ti

ä •н я Cl Cî c> ■tí Г1 с» f] о о о

fá l'j -t- о о CI ¡3 О О Р» о о X о

f ь о Cl c^ ^ и О е о о H

rV d ■H •f/ •H d •г! ■И р ■н •г! к

■Ь ч- о - 13 -ci 'Ci о it 'г! Tí ■о ' т) п о

» » - >« • « о

е-. t-i EH E: El 1-1 Í.4 ti 1Н tí СП

сливающееся гибридностью. Эффект цитомиксиса, как и иеноци-тогенеза - частичная стерильность спорогенных комплексов пыльников. Истолкование последствий цитомиксиса, как аргумента в пользу гипотезы об обособлении генома ржи у тритикале, ошибочно.

Необходимыми качествами сортов являются высокая озернен-ность колосьев, выполненность зерновок, скороспелость и одновременность созревания. Исследование раннего эмбрио- и эндоспермогенеза'(табл.4) дает возможность в первые 3-4 суток после оплодотворения прогнозировать эти характеристики амфидиплоидов; что дает возможность отбирать, наиболее перспективные гибриды. Эти данные являются методической основой для исследования устойчивости селекционного материала к воздействию жестких внешних воздействий и отбора сортов, устойчивых к конкретным отрицательным факторам. Определение критических сроков жизни гибридных зародышей при нестабильном гибридном эндоспермогенезе необходимо при испольсовании ■ техники искусственного культивирования зародышей. Метод раннего прогнозирования развития зерновки и формирования эндосперма, предложенный нами на основе полученных экспериментальных данных, применяется во многих научных и селекционных учреждениях.

' Нарушение закономерности цветения колосьев вследствие неодновременности созревания гаметофитов, а также замедление всех эмбриональных процессов в сравнении с исходными видами - являются предпосылками позднеспелости амфидипло-идных гибридов. Несоразмерности в развитии зародышей и эндоспермов (табл.5) обусловливают кроме того неодновремен- • ность созревания зерновок в колосе. В табл.5 показаны фазы . эндоспермогенеза амфидиплоидов, соответствующие определенной фазе эмбриогенеза {верхняя строка), а также варьирование этого признака (нижняя строка). Здесь же-приведены соответствующие данные для ржи Э.сегеа1е (сорта Вятка) -объекта с наиболее и т.топососсит - с наименее интенсивным эндоспермогенезом на ранних этапах развития зерновки.'Зна-: ком I отмечено отставание эндосперма от зародыша или мнимое опережение его, в действительности означающее отставание зародыша от соответствующей фазы эндосперма. Такие же не-.

17

Таблица 4

Нарушения развития женского гаметофкта, процесса оплодотворения и экдоспермогенеза у акбидиплоидашс гибридов пшешгаы, %

йссде- Зародышевые-мешки Оплодотворение Эндоспермы с

Гибриды довано---

семя- отсутс- с нарушен- отсутст- было наруше- ано- деге-почек твовали ной диффе- вовало непол- ниямк в маль- нера-ренпиацией ным микэоли- ными пией

ляркых ядрами ядер

участках

г.и1соссо13ез -г з .сегеаХо ■ 172 1,2- 0,6 12,8 0,6 26,7 42,7 0 .

Пушкинский 23о 2,5 0,4 • 6,3 1.3 10,5 ' 21,5 6,3

ДЦ-205 . •411 С 0,2 • 10,1 0 5,6 10,7 0

?,а-агиа :: "5 ,г.о."Лавип ' 181 0,5 . 1,1 4,4 0 0 2,1 0,5

^зл.Хо^оиг- НДЦ-430 255 1,2 4,7 16,5 0,8 0,78 1,1 0,39

. ДЦ-322 . 290 5,9 12,8 22,7 0,9 2,4 15,0 4,8

¿.а1ооооип х Ае.+,аизсЫ1 267 3,3 19,0 32,5 0 0 41,5 19,8

Т^шорЬеетИ х " 135' 4,0 0,2 32,6 1,0 ■ 5,6 15,1 0 .

И.с'&тЪЪИопт х Т.шопососсит 360 4,2 ' о • 25,0 5,4 3,9 32,9 12,7

Т,<ЗЗ.соссс1йев х Т.иопогосоиш 340 7,7- 1.8 42,2 9,0 3,7 24,0 8,8

Таблица.5

Сопряженность стадий эмбрио- и эндоспермогенеза у амфидиплоидных гибридов пшеницы

Исследованный Число материал • семя-

Стадии эмбриогенеза (число клеток зародыша)

почек зигота

2

4

6

8

10 ... 16

18...32

АД-205

119

104

3 '.аогеаХе $ е г! сип

.нД-322

Т.з1гогоо1а(зг! х Т.яопозоссит • З.сИеоасиа х Ае^з-лсЩЦ. Т.аопогосоип

57 167 257 55 202

Вятка

4 32,64• 2-16.16-256! 8 . 32,64 2-16 8-123! 2! 32 2-8 16-128! 8 32 ' 8-641 8 32

32-256! 8 32 • 2-16 16-32 . ' 4 ■ -. 64 2-32 .4-256

128 256 512 512 1024 64-128! 256-512 128-512 512-1024 512-1024

. 128 512- 512 512

64-256! 256-1024 128-5121. 128 256 256! . 512

128-256 128-256 256-512

64! 128!

128

256 256

255 64-255

256 512 128-512 512-1024

256 256 256 1024

256!

256 • 256-512 256

1024

1024

1024

512!

1024!

512! -

512! 1024! 512-1024

1024

1024

о

соразмерности выявлены нами у амфигаплоидных гибридов и ал-лоплазматических линий. Эти несоразмерности - объективная предпосылка неодновременности созревания зерновок в колосе.

Причинами череэзерниш колосьев являются нарушения дифференциации тканей семяпочек, элементов женского гаметофита, отсутствие оплодотворения полноценных женских гаметофитов, дегенерация пыльцевых трубок и спермиев внутри зародышевых, мешков, неполное оплодотворение, дегенерация эндоспермов на ранних стадиях развития зерновок.

Проведенное эмбриологическое исследование показало, что проявления гибридной стерильности дискретны: в каждом гибридном растении имеет место мозаика нарушений эмбриональных процессов. Весь спектр нарушений характерен для любого из амфидиплоидных гибридов. Не обнаружено нарушения, специфического для одной гибридной комбинации или группы гибридов. Количественные проявления нарушений у гибридов различны, что дает возможность вести отбор.по группе эмбриологических признаков.

Раннее развитие эндосперма, как и любой другой процесс развития растения, генетически детерминирован. Нарушения эндоспермогенеза амфидиллоидоа есть эффект несбалансированности, связанной с совмещением полных геномов исходных видов. В процессе межродовой гибридизации возникают иные нарушения кариотипа пшеницы, в частности, межродовые замещения хромосом. У пяти сортов мягкой пшеницы с однотипным замещением хромосом IB/IR обнаружено специфическое нарушение эндоспермогенеза, состоящее в кольцеобразном размещении на дорзаль-ных сторонах ценощтов митотических фигур с нарушениями, а также полиморфных полиплоидных ядер. Нарушение проявлялось в 65-84% эндоспермов каждого сорта в течение нескольких лет исследования, было локализовано по месту и по фазе эндоспермогенеза. Своеобразное размещение аномальных митозов и ядер связано с выявленным нами специфическим направлением митотических волн в этой фазе эндоспермогенеза. Специфические нарушения такого типа могут служить цитологическими маркерами в цитогенетических исследованиях.

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ И ЭЬЕВЮЛОГИЧЕШШ Э'М-ЕКШ ДДШЮ-ЦИГОШШШТИЧБСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ'

Современные представления о чужеродных ядерно-цитоплаа-матических взаимодействиях основаны на данных об однороди-тельской, а именно, материнской, принадлежности цитоплазмы у большинства покрытосемеьных растений (Наветапп 1983,1985, 1980; Китаг, СосМпеДЭВ?; Вваиге еЬ о1., 1987).

Амфидиплоидные гибриды пшеницы представляют собой трех-компонентные «дерно-цитоплааш тичес ние комплексы (ядро и цитоплазма материнского + ядро отцовского компонентов скрещивания). В ядерно-цитоплаэматическом комплексе тритикале, например, цитоплазма материнского растения (пшеницы) чужеродна ядру отцовского растения (ржи). Следовательно, каждый амфидиплоидный гибрид является аллопиазматическш растениям, где имеют место и межгеномные и ядерно-цитоплазматические. •взаимодействия. Частичная цитологическая нестабильность амфидиплоидных гибридов может быть вызвана поэтому и ^еж-геномной и ядерно-цитоплазматической несбалансированнсстыа.

•Исследование эффектов аллоплазмии стало возможным только на примере аллоплазматическьх линий, где ядерно-цитоплазма-тические взаимодействия не экранируются межгеномными взаимодействиями. Эти линии, в отличие от амфидиплоидных гибридов, являются двухкомпонентными системами взаимодействия, так как ядро одного вида здесь функционирует в цитоплааме другого . вида. Аномалии в развитии генеративных элементов у аляоплаэ-матических линий являются результатом взаимодействия чужеродных ядра и цитоплазмы.

V Комплексное цитоэмбриологическое исследование ядерис-цй-топлазматических взаимодействий клеточного уровня предпринято нами впервые.

Интенсивность конъюгации хромосом у линий аллоплазиати-ческой пшеницы была снижена по сравнению с контролем (эу-'плазматическими аналогами) в среднем на 20-30,' (таол.б). Она оставалась нестабильной и высокой в течение нескольких лет исследований. Средние показатели стерильности пыльир составляли у этих линий 35 и '66%. ото значит, что замещение цитоплазмы у мягкой пшеницы резко снижает интенсивность конъюгации хромосом в мейоэе и вызывает частичную стериль-

21

Таблица б

Характеристика мейоза у линий аллоплазматической пшеницы

Адлоплазматическая пшеница

Диамант

Год мейоцитов с унивален- тетрад с микрояд- мейоцитов сунивален- тетрад с мик-таыи в Щ, /Г рами, % тами в Ж, % рэядрамиД

варьирова- средаий варьиро- средний варьиро- средний варьиро- средний ние вание _вание_вание _

1973 1976 1978

1981'

1982

1983

Линия Б.В.Ригша 6,7-38,6 19,5±1,2 7,9-43,6 20,7±0,8 .0,0-2,8

10,3-50,6 • 29,6±1,0 6,3-42,3 26,9±Г,2 '0,4-5,4

12,7-45,5 24,3^4,0 9,6-60,1 '33,3±1,4

Линия О.Г.Семенова

12,9-55,4 '34,2±7,8 17,3-64,5 31,7±3,1

15,7-36,1 20,3^4,8 10,5-44,8 26,5±2,8

8,3-45,6 32,0±2,2 2,1-18,5 22,9±2,2 -

1,5±0,1 2,2±0,1

. 1,2-3,1 1,940,1 0,7-7,2 2,4*0,1 0,0-2,1 1,б±0,1

ность пыльцы.

Стабильность мейоза у линий диплоидной аллоплаэматической ржи была почти полной. Однако показатели стерильности пыльцы были высокими (в среднем от 18 до 29% у различных линий) при большом варьировании этого признака у растений каждой ■ линии (табл.7).'То есть не оказывая существенного влияния на интенсивность конъюгации хромосом в мейозе, аллоплазмия вызывает у линий диплоидной аллоплаэматической ржи снижение фертильности пыльцы. .

Отрицательное воздействие аллоплаэыии проявляется у линий аллоплаэматической пшеницы и ржи различно: у ржи признаки стерилизации мужского гаметофита проявляются в стадии тетрад микроспор, у пшеницы - позже, в процессе первого и второго гаплоидных митозов.

, Сопоставление данных о ходе мейоза и развития пыльцы у , исследованных аллоплазматических линий пшеницу и ржи показывает, что ядро ржи £>• сегеа1е функционирует в цитоплазме мягкой пшеницы более успешно, чем ядро мягкой щцениир в цитоплазме ржи. Достаточно высокая стерильность пыльцы у аллоплазматических линий обусловлена частичной ядерно-цитоплаз-ыатическ'ой несбалансированностью. ' . Стабильность развития женских генеративных структур, процесса оплодотворения, эндоспермогенеза, сопряженность раэви тия зародыша и эндосперма, озерненность колосьев у линий аллоплаэматической ржи и пшеницы в сравнении с эуплазыати-ческими аналогами были снижены. В табл.8 - соответствующие данные по диплоидным и тетраплоидным линиям аллоплаэматической ржи Б.В.Ригина (АРР1, АРР2), Н.И.Киссель (АРК), Ю.Г.Сулимы (АРС1,' АРС2), В.Н.Чередниченко (АРЧ1, АРЧ2, АРЧЗ). Нарушения этих процессов у линий аллоплаэматической пшеницы аналогичны. Череззерница колосьев составляла у них 34-60$.

Морфологические проявления этих нарушений те же,что были.......

'. обнаружены у амфигаплоидных и амфидиплоидных гибридов пшеницы. Специфичность их заключалась в более быстрой и глубокой, чем у других исследованных рекомбинантов, агглютинации и дегенерации хроматина полиплоидных' ядер и более частой дегенерации эндоспермов ранних фаз развития, что может свидетельствовать о более явно выраженной несовместимости чужерод-

23

Таблица 7

Динамика стерилизации пыльцевых зерен в пыльниках диплоидной линии аллоплаэматической ржи (Н.И.Киссель)

№ Исследо-' из них, %

* полноцен- трехъ- . двухь- одноядер- пустых четырехь- пыльцевых

тения пыльце- ных пыль- ядерных ядерных ных пыль- пыльцевых ядерных зерен с

„ цевых пыльцевых пыльцевых цевых зерен пыльцевых дегенера-

зэрен зерен зерен зерен зерен ' цией спер-

зерен миев

I 808 • 67,3 1.2 16,7 . 3,0 11,6 0. .0

2 1252 77,9 . ■ 2,3 4,9 ... 2Г4 11,5 0,6 0

3 589 59,2 ■ 0,3 11,5 1.3 26,8 0 0,7

4 511 25,4 3,1 21,7 • 5,7 36,8 0,б' 6,6

5 1040 91,4 0,4 3,9 .1,2 2.9 0 0,1

б 870 91,6 • 0,7 4,4 0,7 2,2 0 0,6

'7 942 86,1 0,3 2,2 1.3 9,8 0 0,3

8 983 67,7 0,2 3,7 1.6 ; 22,8 0,5 3,9

9 929 .46,9 2,3 9,8 . 1.4 . 39,0 0 0,6

10 637 36,6 1.4 13,5 2,3 45,0 ' 0 1,1

1 пых ядра и цитоплазмы, чем в присутствии ядра материнского компонента скрещивания (у амфидиплоидных гибридов).

Степень стабильности генеративных процессов у различных аллоплазматических линий различна, что свидетельствует об их различной ценности в качестве исходного материала для •селекции; это убеждает в необходимости отбора их по признакам стабильности гаметогенеза и эндоспермогенеза.

На примере тетраплоидных линий аллоплазматической ржи исследовано влияние на развитие генеративных элементов двух факторов: аллоплазмии и автополиплоидии. У шести линий тетраплоидной ржи различного происхождения и геномного состава оказалось больше, чем у диплоидных линий (в среднем от 13 до 30$) мейоцитов с нарушенной конъюгацией хромосом. Нарушения состояли б наличии унивалентов и мультивалентов (последних - до 6% мейоцитов у отдельных растений). Отличитель-(ным нарушением было здесь нерасхождение хромосом в анафазе I ' мейоза (до 50$ мейоцитов на растение). Стерильность пыльцы у линий тетраплоидной аллоржи составила в среднем 26-4(3%. Нарушения макрогаметофитогенеза, процесса оплодотворения и эндоспермогенеза (табл.8) были более многочисленны у тетраплоидных, чем у диплоидных линий аллоплазматической ржи. Сопоставление приведенных данных о стабильности мейоза, микроспоро- и микрогаметофитогенеза, а также о развитии • женских генеративных структур, процессе оплодотворения и эндоспермогенезе у линий ди- и тетраплоидной аллоплазмати-ческой ржи показывает, что более многочисленные нарушения всех генеративных процессов у тетраплоидных линий аллоржи -результат отрицательного воздействия двух факторов - автот полиплоидии и аллоплазмии. _

Проведенное исследование стабильности генеративных процессов у аллоплазматических линий пшеницы и ржи показало, что ядерно-цитоплазматическая несбалансированность окаэы-•.вает на них значительный отрицательный эффект, вызывая частичную стерильность гаметофитов, нестабильность процесса оплодотворения-и аномалии в эндоспермогенезе. Это доказывает, что нестабильность этих процессов у амфидиплоидных гибридов, представляющих собой аллоплазматические растения, зависит не только от межгеномной, но и в большой степени

25

Таблица 8

Нарушения развития женского гаметофита, процесса оплодотворения, эндоспермогенеза и озерненность у диплоидных и тетраплоидных линий аллоплазматической ржи, %

Иссле- Зародышевые мешки Сплодо- Эндоспермы с

Линии 2п довано--творе- -- Через- ■

семя- отсутс- были дегене- ние от- аномаль- деге- наруше- зерница

почек твовали ано- - рировали сутст- ными яд- нера- ниями в

мальны- воаало рами цией микропи-ыи ядер лярной

части

АЕР I 14 . 432 5,0 0,2 8,0 17,4 51,7 31,2 1,0 40,9

АРР 2 П 386 13,7 3,6 ' 9,7 13,0 47,5 21,3 0,8 50,2

АП£ п 208 6,7 4,8 10,4 23,5 74,0 34,3 4,8 53,7

Вятка г. 740 2,3 0 0 . 3,6 .11,5 0,5 0,2 13,5

АРС I 28 732 0,9 3,0 14,6 11,3 93,5 42,7 0,9 68,5

АРС 2 П ■424 0 6,4 18,1 29,5 45,6 33,8 5,6 60,3

АРЧ I 228 2,2 9,6 12,2 36,5 63,5 22,6 2,2 62,0

АРЧ 2 »» 433 3,9 5,2 10,3 16,6 ' 78,6 55,9 2,7 50,0

АРЧ 3' п 168' 1,8- 1,3 35,7 31,5 51,3 30,8 3,5 '74,0 ..

Ленинград- п 575 2,6 2,0 5,2 ' 7,8 33,2 22,5 0,7 32,7

ская-тетра

от ядерно-цитоплазматнческой несбалансированности.

ШВОДЦ

Системный подход к изучению цитозмбриологмческих признаков у видов злаков и сопоставление их у амфигаплоидных, ам-фидиплоидных гибридов и аллоплазматических линий позволили сделать следующие выводы:

1. Разработанная в процессе эксперимента методика иасле-'дования женского гаметофита и эндоспермогенеза Колосовых

злаков, основанная на технике вычленения целых зародышевых мешков и зндоспермов, отличающаяся от ранее известных методик простым препарированием,■быстрым оптимальным окрашиванием объекта и заключением его в водорастворимую среду, наиболее пригодна для выполнения задач исследования, шетодика ,может быть использована для изучения воздействия на развитие женского гаметофита и эндосперма жестких абиотических факторов, а также для отбора устойчивых к ним сортов культурных растений.

2. В результате эмбриологического изучения видов и сортов 'I'riticum aeativum, Т.durum, i'.manococcuin, Secale cereal e, Horileura vulgare, A^gilops Uauschii И Ле,ventricosa

" выявлены следующие особенности нормальной организации женского гаметофита и эндосперма нуклеарной фазы: .локализация полярных ядер в момент оплодотворения на вентральной стороне зародышевого мешка; сближение кикропилярного и халазаль-'ного участков вследствие опережающего роста эндосперма в длину и в направлении дорзальной стороны; латеральное положение халазального участка и антиподального комплекса; от-г сутствие ядер эндосперма в цитоплазма под антиподами; гете-роморфность дорзальной и венчальной сторон эндоспермов по величине, форме и плотности распределения ядер; различное направление волн митозов в зависимости от стадии развития 'молодого вндосперма и видовая специфичность темпов эндоспермогенеза; различия морфологических особенностей и темпол деления клеток-в дальнейшем эндослермогенезе.

3. Интенсивность конъюгации хромосом у амфигаплоидылх гибридов T.aeativum И Т.urartu С S.cereale, T.aestivura С Simontaniani, Н.-vulgaris С a'.uestivum и ri?.timopheeviiнизка И>

27

составляет в среднем от 0,4 до 2,0 бивалентов на мейоцит." Аномалии мейоза, микроспорогенеза, полная (или почти полная) стерильность гаметофитов, аномальный эмбрио- и эндоспермо-генез амфигаплоидных гибридов пшеницы обусловлены отсутствием гомологии хромосом исходных видов.

4. У амфигеплоидньгх гибридов обнаружена различная способность к диплоидизации микроспор. Основные предпосылки дипло-идизации - аполярность протопластов мейоцитов и нарушения цитокинеза. Выявлены цитологические механизмы, приводящие

~ к образованию редуцированных.и нередуцированных диплоидных микроспор и определяющие способность амфигаплоидных гибридов к амфидиплоидизации. На основе разработанных цитоэмбриологи-ческих критериев идентификации диплоидных микроспор предложен способ отбора амфигаплоидных гибридов по способности , продуцировать диплоидные микроспоры с целью ускоренного получения амфидиплоидных гибридов пшеницы.

5. Жизнеспособность гибридной зерновки определяется степенью жизнеспособности гибридного эндосперма. Нарушения эн-доспермогенеза включают: митотические нарушения, нарушения ядерной пролиферации,не связанные с митозами, и нарушения цитокинеза. Все многообразие ьарушений митозов и полиморфизм ядер по величине, форме и состоянию хроматина объясняются двумя причинами: нарушениями функции митотического веретена (отставания, хромосомные мосты, нерасхождения хромосом) или инактивацией митотического веретена (эндомитоз). Имеет местс преемственность нарушений ядерных и клеточных делений при формировании нуклеарного, однослойного клеточного и многослойного клеточного эндосперма, обусловливающая щуплость зрелых зерновок.

6. У исследованных видов, сортов и гибридов злаков обнаружена функциональная депрессия халасального и микропилярно-го участков эндоспермов, проявляющаяся з аномалии митозов, аномальной полишюидизации и дегенерации ядер эндосперма. Установлено, что гибриднэсть вызывает усиление функциональной депрессии, которая больше выражена у амфигаплоидных, чем у амфидиплоидных гибридов и аллоплазматических линии.

V. Качественные проявления Нарушений мейоза аналогичны у межродовых и межвидовых амфидиплоидных гибридор, нозапи-28 ,

симо от их геномного состава, источника цитоплазмы, способа получения и условий выращивания и состоит в отсутствии конъюгации одной или нескольких пар гомологичны* хромосом.

В. Источниками анеуплоидии гамет у амфидиплоидних гибридов являются аномалии мойоза и археспориальних митозов. Фа-.кторы, ограничивающие потенциал анеуплоидии гамет: гибель аиеуплоидпых пыльцевых зерен, яйцеклеток и других злешептов женского гаметофита, аномалии роста пыльцевых трубок в пестиках и гибель спермиев в зародышевых мешках, олш.ншация несбалансированных зигот и эндоспермов. Различный уровень анеуплоидии популяций обусловлен различной степенью мейоти-ческой нестабильности гибридов.

9. Частичная стерильность пыльцы амфидиплоидных гибридов связана с нарушениями нейоза, археспоркальных мито&ов, нарушениями, сопутствующими мейоэу (цитомиксис, ценопитогенез),

а такжесядерьо-цитоплазматической несбалансированностью; частичная стерильности женского гаметофита - с нарушениями . гаплоидных митозов.

10. Нео.цновременность созревания зерновок в колосе и позднеспелость амфидиплоидних гибридов зависит от замедленного развития гибридных зародыша и эндосперма и асинхрснности

• эмбрио- и эндоспермогенеза. Нарушениями, критическими для развития зерновки, являются: отсутствие или неполное оплодотворение, неполноценность женского гаметофита, гибель молодой зерновки из-за аномалий эндоспермогенеза. Разработана методика раннего прогнозирования развития полноценного эндосперма, потенциальной и реальной озерненности колоса.

II.. Замещение хромосом IB/IK в геноме мягкой пшеницы вызывает специфические аномалии, заключающиеся в нарушении ядерных делений в определенных участках эндосперма и в конкретной фазе эндоспермогенеза.

12. Воздействие чужеродной цитоплазмы мягкой пшениц на '.ядро диплоидной и тетраплоидной ржи состоит в нарушении микроспоро- и микрогаметегепеэа (стерильность лнльцц у линиЛ диплоидной аллогошзматичсской рай 16-29^, у тётрап;:оидной 25—16/Í), аномальной дифференциации и дегенерации женских гаметофитов, нестабильности процесса оплодотворенип, аномалия:: эндоспермогенеза и высоких показателях переэаерницу (у

29

диплоидных линий 41-54/=, у тетраплоидных 50-74$). Факторы автополиплоидии и аллоплазмш оказывают на развитие генеративных элементов суммарный отрицательный эффект.

13.' Воздействие чужеродной цитоплазмы ржи В. сегеа1е проявилось, кроме того, в нарушении процесса мейоза (26 и 2П% ыейоцитов с унивалентами). Чужеродная цитоплазма ржи В.сегеаХе оказывает более сильное отрицательное воздействие на генеративные процессы, 'чем цитоплазма пшеницы т. аевЪалгат.

14. Сопоставление нарушений в развитии генеративных процессов у амфидиплоидных гибридов пшеницы и аллоплазматичес-ких линий пшеницы и ржи показывает, что причиной нестабильности изученных амфидиплоидов являются и межгеномная и ядер-но-цитоплазматическая несбалансированность.

Список основных работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Орлова И.Н. Нестабильность числа хромосом вмейозе гексаплоидных Тг11;1са1е и исследование ее причин / Генетика. 1970. Т.6. №11. С.5-16. '

2. Романов И.Д., Орлова И.Н. Цитомиксис и его последствия в микроспороцитах тритикале / Генетика. 1971. Т.7.№12. 0.5-13.

3. Орлова И.Н. Цитогенетическое исследование гсксаплоид-ных Тга.1;1са1е : Автореферат дис.... канд.биол.наук,-Л. ,1972. 24 е.- В надзаг.: ВИР им.Н.Й.Вавилова.

4. Орлова И.Н. Образование синцитиев при микроспорогенезе у гексаплоидных Тг^1оа1е // Бш.ЕИР, 1973. № 30. С.31-40.

• 5. Орел Л.И., Абрамова Л.И., Орлова И.Н. Руководство по цитологической технике (Методические указания).- Л.; ВИР, 1974. - 4Б с.

6. Романов И.Д., Орлова И.Н. Цитогенетическое исследование гексаплоидных тритикале // Тритикале, изучение и селекция.» Л., 1975. С.Ш-150.

7. Орлова И.Н. Причины мозаичности спорогенной ткани по числам хромосом в микроспороцитах гексаплоидных тритикале/ Генетика. 1976. Т. 12. №12. С.7-13.

30

Q. Орлова И.Н. О природе неспариваиия хромосом в микро-спороцитах гексаплоидных тритикале // Тр. по прикя. бот., ген. и сел. 1976, Т.58. »I. С.130-138.

9. Орлова И.Н. Цитогенетические исследования тритикале// Сб. науч. тр. 1ШИСХ Чернозем.полосы.- Воронеж, 1976, Т.13, вып.1. 4.2. С.36-42.

10. Орлова И.Н., Куркиев У.К., Авалкина H.A. Влияние условий репродукции на цитологическую стабильность гексаплоидных тритикале // Тр. по прикл. бот., ген. и сел.,1977. Т.60. №2. С.25-33.

11. Орлова И.Н. Расположение пыльцы разных фаз развития в колосе тритикале // Тр. по прикл. бот., ген. и сел.,1977. Т.60, вып.2. С.90-94.

12. Ригин Б.В., Орлова И.Н. Пшенично-ржаные амфидиплоиды,-,JI.: Колос, 1977.- 240 с.

13. Орлова И.Н. Цитологические причины анеуплоидии гамет у амфидиплоидов злаков // Материалы третьего съезда ВОГиС им.Н.И.Вавилова. Л., 1977. T.I, вып.2. C.38I-382.

14. Авалкина H.A., Орлова И.Н.-Мейоз у аллоплазматической ржи // Тр. по прикл. бот., ген. и сел., 1977. Т.60, вып.2. С.106-109.

15. Орлова И.Н. Цитологический эффект взаимодействия ядра ржи с цитоплазмой пшеницы // Труды Х1У Межд. Конгр. генетиков. М., 1978. 4.2. С.179. ,

16. Орлова И.Н. Цитоэмбриологическое проявление частичной мужской стерильности аллоплазматической ржи// Тр. УН Всес. симпозиума по эмбриологии растений.- Киев. 1978; 4.2. С» 4244.

17. Орлова И.Н. Развитие работ Г.А.Левитского по цитоге- . нетикё тритикале // Еюл.ВИР. 1978. № 83. С.44-59.

18. Орлова И.Н. Цитологический эффект взаимодействия ядра пшеницы с! цитоплазмой ржи // Тр. по прикл. бот., ген. и сел.

•i960. Т.67. № 3. С.124-129.

19. Орлова И.Н. Характеристика цитологической стабильности гексаплоидного тритикале Пушкинский // Тр. по прикл. бот., 'ген. и сел. 1980. Т.67. № 3. C.II9-I23.

20. Орел Ji.И., Абрамова Л.И., Орлова И.Н. и др. Цитологическая и эмбриологическая техника для исследования культур-

31

ных растений: Методические ¿оказания / Л, I9GI, 118 с.

21. Орлова H.H. Аномалии репродукции ядер и клеток в различных тканях у пшенично-ржаных гибридов / Цитология. 1931. Т.23. МО. С.187.

22. Орел Л.И., Абрамова Л.И., Орлова И.Н. и др. Методические указания по цитологической и цитоэмбриологической технике.- Л.:ВИР, 1962.- 120 с.

23. Орлова И.Н. Развитие эндосперма пшеницы, ржи и тритикале / Проблемы гаметогенеза, оплодотворения и эмбриогенеза.- Ташкент, 1983. С.Ю4-гЮ5.

24. Орлова И.Н., Авалкина H.A. Развитие нуклеарного эндосперма пшеницы, ржи и тритикале // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 1983. Т.74. С.б-15..

25. Орлова И.Н. Цитологический эффект ядерно-цитоплазма-тического взаимодействия у аллоплазматических пшеницы и ржи // Тр. по прикл. бот., ген. « сел., 1984. Т.85. № I.

С.73-78.

26. Орлова И.Н. Анализ мейоза и микроспорогенеза у гибридов ячменя с пшеницей / Цитология. 1986. Т.28. № 7. С.683-666. . • .

27. Орлова И.Н., Авалкина H.A. Цитоэмбриологическая ха-' рактеристика аллоплазматической пшеницу // Проблемы опыления и оплодотворения у растений/ Сб. науч. тр. по прикл. бот., ген. и сел., 1966. Т.99. С.43-50.

28. Суриков И.М., Киссель Н.И., Орлова И.Н. Цитогенети-ческая характеристика гибридов между ячменем и пшеницей / Генетика. 1987. Т.22. №2. С.290-296.

■ 29. Прилюк Л.В., Орлова И.Н. Гибрид 'J.urar.tu и S.cere-ale/ Цитология и генетика. 1987. Т.21. №5; C.3E32-356.

30. Орлова И.Н. Цитология эндосперма гибридов злаков и семяобразование / Проблемы размножения цветковых.- Пермь, 1967. С.8.

31. Орел Л.И., Абрамова Л.И., Орлова И.Н. и др. Роль структурно-ботанических исследований в оценке исходного материала // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 1987. Т.100. С.150-172.

32. Орлова И.Н., Шмараев И.Г. Цитология эндоспьрма мягкой пшеницы Зорба с замещением хромосом // Ьюлл.ВИР, 1987. Вып. 32 . ■ •

170. G.16-22.

33. Орлова И. 11. Особенности нормального ендоспермогенеза пшеницы и ржи, выявленные с помощью новой техники препарирования / Цитология. 1988. Т.30. №2. C.I27-I32.

34. Орлова И.Н. Цитологические механизмы образования диплоидных микроспор у гибридов злаков / Цитология. 198(3. Т.ЗО. 8. С.1048-1055.

35. Орлова И.Н. Цитология эндосперма гибрида мягкой пшеницы с рожью / Цитология. 1908. №9. G. 1042-1047. •

36. Орлова И.Н., Авалкина К.Л. Метод раннего прогнозирования развития полноценной зерновки хлебных злаков: Методические указания, Л.: 1938. - 48 с.

37. Prilyulc I.V., Orlova J.Н. Hybridization of Triticum

urartu with Secale cereale croasability and morphological Íand cytogenetic caracteristics of F^/ Cytology and Genetics ,/USА/. 1988. V.2I. H.5. P,I9-25.

38. Орлова И .11. Развитие женских генеративных структур и зндоспермогенез у сортов и линий мягкой пшеницы с замещением хромосом // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 1989. Т.124. С.20-28.

39. Орлова И.Н. Цитология постгамной совместимости при гибридизации мягкой пшеницу с видами ржи и ячменем/ Цитология. 1989. T.3I. № II. C.84I-843. ,

40. Орлова И.Н., Чередниченко В.Н. Цитозмбриология тетра-плоидной аллоплазматической ржи // Тр. по прикл, бот., ген. и сел. 1989. T.I24. С.80-88.

41. Орлова И.11., Шмараев И.Г. Эндоспермогенез у сортов мягкой пшенигти с замещением хромосом / Цитология. I9Ö9.T.3I. М2. C.III2-II20. '

42. Орлова И.Н. Цитогенетический эффект аллоплазмии у ядерно-цитоплазматических гибридов пшеницы / Цитогенетика •злаков.-.Таллинн, 1989. С.85-90.