Соматическая редукция как одна из вероятных причин снижения уровня плоидности в потомстве аутотетраплоидов сорго

результатам нашего исследование слабую выраженность апомиксиса можно допустить только для популяциии Cichorium intybus.

У растений популяций Pulicaria vulgaris, Latuca ser rióla, Erigeron acris, Matricaria perforata, Onopordum acanthium, Carduus acanthoides L., Tragopogon dubius отмечена завязываемость семян при цветении в условиях изоляции некастрированных цветков, в то время как при беспыльцевом режиме она была равна нулю. При этом популяции Pulicaria vulgaris и Onopordum acanthium L. являются, вероятно, облигатными автогамами, т.к. семенная продуктивность в них при цветении в условиях изоляции некастрированных цветков была близка к 100% (93,75±6,25% и 86,85*5,3%, соответственно). Остальные из перечисленных популяций факультативно аллогамны, - семенная продуктивность при режиме цветения в условиях изоляции некастрированных цветков у них была на уровне 10 ~ 20%.

Обращает на себя внимание тот факт, что даже в условиях свободного цветения семенная продуктивность в различных популяциях варьирует в широких пределах: от 0% - у Centaurea pseudomaculosa и С. pseudophrygia, например, - до 100% - у Onopordum acanthium, Pulicaria vulgaris или Taraxacum officinale..

Таким образом, большинство исследованных нами популяций видов были облигатно амфимиктичными и аллогамными. Популяции Pilosella officinarum. P. echioides, P. praealta, Taraxacum officinale, Hieracium virosum, Tragopogon dubius, Latuca serriola и Chondrilla júncea были факультативно апомиктичньтми. При этом у первых двух видов часть популяций вели себя как облигатно половые, а часть как факультативно апомиктичные. Популяции Pulicaria vulgaris, Latuca serriola, Erigeron acris, Matricaria perforata, Onopordum acanthium, Carduus acanthoides L., Tragopogon dubius были факультативно аллогамными и половыми. Семейная продуктивность даже в условиях свободного цветения в популяциях варьирует в широких пределах.

Литература

Грант В. Видообразование у растений. М, 1984. 528 с.

Добрыничева Н.В.. Кочанова И.О., Кашин А.С. Сравнительное изучение некоторых параметров системы семенного размножения популяций Chondrilla júncea L. и С. gramínea Bieb. // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения. Вып. 6. Саратов, 2003. С. 35-42.

Кашин А.С., Чернышова М.В. Частота апомиксиса в популяциях некоторых видов Taraxacum и Hieracium // Ботан. журн. 1997. Т. 82, № 9. С.14-24.

Кашин А.С., Демочко Ю.А., Семенная продуктивность в апомиктичных и половых популяциях некоторых видов Asteraceae // Ботан. журн. 2003. Т. 88, No 8. С. 42-56.

Кашин A.C., Демочко Ю.А., Мартынова B.C. Кариотипическая изменчивость в популяциях апомиктичных и половых видов агамных комплексов Asteraceae If Ботан. журн. 2003. Т. 88,. № 9. С. 35-54.

Куприянов Г1.Г. Диагностика систем семенного размножения в популяциях цветковых растений. Саратов, 1989. 160 с.

Ноглер Г.А. Гаметофитный апомиксис // Эмбриология растений: использование в генетике, селекции, биотехнологии. М., 1990. С. 39-91.

Рубцова З.М. Эволюционное значение апомиксиса. JI., 1989. 154 с.

Сравнительная эмбриология цветковых. Т. 1 5. Д., 1981—1990.

Тахтаджян АЛ. Система магнолиофитов. JL, 1987. 439 с.

Хохлов С.С., Зайцева М.И., Куприянов П.Г. Выявление апомиктичных растений во флоре цветковых растений СССР. Саратов, 1978. 224 с.

Carman J.G. The evolution of gametophytic apomixis // Эмбриология цветковых растений: терминология и концепции. В Зх томах. Т. 3. Системы репродукции. Санкт-Петербург, 2000. С. 218-245.

УДК (576.538-1575.224.234.2+581.33):633.174

СОМАТИЧЕСКАЯ РЕДУКЦИЯ КАК ОДНА ИЗ вероятных

ПРИЧИН СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ШЮИДНОСТИ В ПОТОМСТВЕ АУТОТЕТРАПЛОИДОВ СОРГО

М.И. Цветова Т.Г. Хуснетдинсша2, А.Г. Ишин * ' НИИ СХ Юго-Востока, ' Российский НИИ сорго и кукурузы

Организмы материнского типа с диплоидным числом хромосом, спонтанно возникающие в потомстве полиплоидов, обозначаются как полигаилоиды. Они были выявлены практически у всех культур, у которых осуществлена индукция полиплоидии. При этом известно, что матроклинные гаплоиды (полигаплоиды относятся к этой категории организмов) возникают в результате партшогенстического развития яйцеклетки или функционально замещающих ее других клеток редуцированного зародышевого мешка (Хохлов, 1976; Тырнов , 1998).

Однако полученные нами данные позволяю! предположить другой механизм образования растений с редуцированным числом хромосом в ] ю I омстве аутотетраплоидов.

Материал и методы

Исследованы две аутотетраплоидные линии, индуцированные в результате обработки апикальных меристем проростков 0,2% раствором колхицина в течение 24 часов. Первая из них - Н - тетра

(Эльконин и др., 1995). В скрещиваниях с исследуемыми аутотетраплоидными линиями использованы диплоидные линии с ЦМС: [А2]КВВ-181, [9Е]Желтозёрное-10, [АЗ]Желтозёрное-10 и |А4] Желтозёрное-10, для которых характерна стабильная мужская стерильность и полное отсутствие антоциановой окраски.

Метелки растений до начала цветения тщательно изолировали пергаментными изоляторами. Для цитологического анализа пыльцу стряхивали с цветущей части метелки и анализировали на временных препаратах, окрашенных раствором йодистого калия; диаметры пыльцевых зёрен (ПЗ) измеряли с помощью окуляр-микрометра.

Для исследования микроспорогенеза веточки метёлок фиксировали в ацетоалкоголе и после двукратной промывки в 75% спирте в таком же спирте их храпили. Перед окраской материал протравливали в 4% растворе железоаммонийных квасцов в течение 20 минут и дважды промывали в дистиллированной воде (всё - при температуре 45°С). Окрашивали материал в 2% кармине в течение 10-15 суток. Давленные препараты пыльников готовили с использованием смеси 45% уксусной кислоты и 70% раствора хлоралгидрата (1:1), подкрашенной раствором ацето-кармина до тёмно-розового цвета.

Подсчёт хромосом проводили в корневых меристемах, зафиксированных в ацето-алкоголе (1:3) и окрашенных ацето-гематоксилином.

Результаты и обсуждение

С целью получения триплоидов 7 ЦМС-линий были опылены смесью пыльцы растений линии Н-тетра. В результате на растениях четырёх линий завязались выполненные зерновки (от 2х до 45 на метёлку). Анализ выращенных из них растений показал, что все они являются гибридами с диплоидным числом хромосом. Это позволило предположить участие в оплодотворении нормальных гаплоидных пыльцевых зёрен.

В 2003 г. был предпринят анализ пыльцы растений линии Н-тетра. Морфологические особенности и размер пыльцевых зёрен неоспоримо доказывали, что все исследованные растения являлись тетраплоидами. Всего пыльца была проанализирована в 29 метёлках с 22 растений. Ранее было показано, что у диплоидных и тераплоидных растений сорго размер ПЗ частично перекрывается (табл. 1), что может быть источником ошибки при определении плоидности пыльцевых зёрен. Поэтому в качестве «предположительно гаплоидных» ПЗ учитывали лишь те, диаметр которых не превышал 45,9 мкм. Такие ПЗ выявлены у большинства изученных растений (табл.2) с частотой от 1,0 до 25,0% (табл. 2).

Таблица 1. Распределение диаметров пыльцевых зёрен у Негритянского кремово-бурого к-3366/2 и его тетраплоидного аналога

Плоид-ность Частота (%) пыльцевых зёрен с диамет ром*:

4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

37,5 41,7 45,9 1 50,1 54,3 58,5 62,7 66,8

2п 1,5 24,5 38,7 29,4 4,6 1,2 - -

4п - 4,0 9,6 23,6 31,0 20,2 11,5

* Верхняя строка-диаметр пыльцевых зёрен в делениях окуляр-микрометра, цена деления - 8,35 мкм; нижняя строка диаметр пыльцевых зёрен в микронах

Таблица 2. Результаты анализа пыльцы у линии Н - тетра

Количество пыльце- Число

вых зёрен с диаметром <45,9 мкм (%) растений

0,0- 0,5 4

0,6- 1,5 4

1,6- 2,5 5

2,6- 3,5 4

3,6 - 4,5 2

4,6- 5,5 2

5,6- 6,5 1

6,6- 7,5 1

7,6- 8,5 2

8,6- 9,5 1

11,6- 12,5 1

24,6 - 25,0 1

Однако, размер, характерный для гаплоидных ПЗ, у тетраплоидов, по-видимому, могут иметь анеуплоидные 113, образовавшиеся в результате нарушений мейоза. Поэтому гаплоидность ПЗ у тетранлоида может быть доказана только в результате скрещивания с диплоидным материнским родителем.

27 метёлок стерильных линий опылили пыльцой индивидуальных соцветий, либо смесью пыльцы исследованных тетраплоидных растений. В трёх случаях завязалось 1 - 2 зерновки, на одной метёлке - 8 зерновок, и на остальных двух метёлках 25 и 74 зерновки. К настоящему времени при проращивании части материала выявлено 5 проростков с интенсивной антоциановой окраской, характерной для Н-тстра.

Так как при такой схеме скрещивания нельзя исключить вероятность образования гибридных зародышей с тстраплоидным числом хромосом за счёт спонтанно возникших диплоидных яйцеклеток у материнского родителя, у полученных проростков было подсчитано число хромосом. Все они оказались диплоидными, что доказывает существование гаплоидных пыльцвых зёрен у Н-тетра.

Ранее существование гаплоидных гамет таким же образом было продемонстрировано у ауготетраплоидной линии сорго с вариабельной мужской фер гильностью АС-тетра. Было сделано предположение, что самым вероятным механизмом их образования является соматическая редукция на разных этапах органогенеза (Цветова, Эльконин, 2002). Так-как у этой линии частота образования гаплоидных пыльцевых зёрен выше, чем у Н-тетра, мы исследовали микроспорогснез с целью уточнения механизмов их образования.

.Из нарушений мейоза, которые могли бы привести к образованию микроспор с уменьшенным числом хромосом, в Ml и в TI отмечено по одной клетке с двумя веретёнами деления (0,35% и 0,07%, соответственно). В TI отмечены клетки с несколькими отстающими хромосомами и с неразделившимися бивалентами, задержавшимися на экваторе (18,6% и 13,8%, соответственно). Однако число отставших хромосом и бивалентов не было достаточным для возникновения гаплоидных микроспор, и могло обеспечить лишь образование анеуплоидных ПЗ.

В то же время в диакииезе и Ml у шести из девяти исследованных растений отмечено от 0,6 до 5,7 % клеток с 10 бивалентами. Наличие у тетраплоидов мейоцитов с диплоидным числом хрохмосом указывает на то, что редукция числа хромосом произошла в домейотический период.

Миксоплоидность, спонтанно возникающую в соматических тканях растений, либо в пыльниках в ходе премейотических делений, наблюдали у большого числа видов (Nirmala, Rao, 1996). При этом клетки, отличные по уровню плоидности от основного для исследуемого растения, чаще всего имели более высокий уровень плоидности. Гораздо меньше сообщений о возникновении у растений соматических клеток или тканей с редуцированным числом хромосом (Huscins and Chouinard, 1950; Rao, Nirmala, 1986 и др.).

У сорго С.Н. Chen and J.G. Ross (1963, 1965) наблюдали диплоидизацию конусов нарастания тетраплоидных проростков после воздействия колхицином, и именно воздействием этого вещества объясняли имеющую место соматическую редукцию, так как в необработанных сибсовых растениях это явление обнаружено не было.

В нашем материале склонность к соматической редукции имеет, по-видимому, генетический характер, так как нестабильность уровня плоидности наблюдается в течение ряда поколений. Ранее было показано, что у растений тетраплоидной линии АС-тстра гаплоидное число хромосом могут иметь не только ПЗ, но и гаплоидные женские гаметы (Цветова, Эльконин, 2002). Это делает вероятным возникновение в потомстве тетраплоидов диплоидных растений за счёт слияния гаплоидных гамет.

В настоящее время нет данных, которые указывали бы, должны ли такие растения по генотипу совпадать, либо отличаться от