Скрещиваемость синтетических амфидиплоидов хлопчатника (Gossypium L. ) и их цитологический анализ

УДК 633.511:575.127.2

СКРЕЩИВАЕМОСТЬ СИНТЕТИЧЕСКИХ АМФИДИПЛОИДОВ ХЛОПЧАТНИКА (GOSSYPIUM L.) И ИХ ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ_

Муратов Азат

К.х.н., старший научный сотр. кафедры «Генетика» Национального университета Узбекистана, Ташкент Бобоев Сайфулла Гафурович Д. б. н.,зав.лабораторией «Генетика» Национального университета Узбекистана , Ташкент

Муратов Гайрат Азатович Д.б.н., проф., кафедры «Биотехнология и микробиология» Национального университета Узбекистана , Ташкент Исраилов Муртаза Жураевич К.х.н., старший научный сотр. кафедры «Генетика» Национального университета Узбекистана , Ташкент

АННОТАЦИЯ

В данной работе обсуждаются результаты анализа разной скрещиваемости 4 видовых синтетических амфидиплоидов хлопчатника, с культурными сортами видов G.hirsutum L. и G.barbadense L., с учетом их цитологических особенностей и создание генетически обогащенных новых полигеномных межвидовых гибридов. Показана взаимосвязь скрещиваемости в различной степени с колебанием чисел хромосом в соматических клетках растений родительских форм и гибридов хлопчатника, а также пороками, наблюдаемыми на этапах микроспорогенеза материнских клеток. Установлены основные причины контрастного различия между степенью скрещиваемости синтетических амфидиплоидов хлопчатника, с культурными сортами хлопчатника при получении межвидовых гибридов, а также различиями в созревании полноценных семян.

ABSTRACT

This paper discusses the results of the analysis of the different crossability of 4 species of synthetic cotton amphidiploids, with cultivated varieties of G. hirsutum L. and G. barbadense L., taking into account their cytological features and the creation of genetically enriched new polygenomic interspecific hybrids. The interrelation of cross-breeding in varying degrees with the fluctuation of chromosome numbers in somatic plant cells of parental forms and cotton hybrids, as well as the defects observed at the stages of microsporogenesis of maternal cells, is shown. The main reasons for the contrast difference between the degree of cross-breeding of synthetic cotton amphidiploids, with cultivated cotton varieties when producing an interspecific hybrid, as well as differences in the maturation of full seeds are established.

Ключевые слова: Хлопчатник, синтетические амфидиплоиды хлопчатника, скрещиваемость, межвидовые гибриды, цитология межвидовых гибридов.

Key words: Cotton, synthetic cotton amphidiploids, crossability, interspecific hybrids, cytology of interspecific hybrids.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время глобальные изменения экологического баланса во всем мире затрагивают такую важную отрасль экономической системы как хлопководство. Основное внимание в мировом хлопководстве направлено на создание новых сортов хлопчатника, устойчивых к различным болезням и вредителям, стресс факторам среды, урожайных и обладающих высоким качеством волокна [1-3]. Известно, что сорта, созданные в результате традиционных методов селекции, становятся генетически гомогенными, что приводит к уменьшению генетической изменчивости хозяйственно-ценных признаков. Для повышения генетической изменчивости хозяйственно-ценных признаков районированных сортов , необходимо привлечение генетически толерантных к различным биотическим и абиотическим факторам исходных форм, а также диких сородичей хлопчатника [2,4,5]. Следовательно, вовлечение в межвидовую гибридизацию диких, рудеральных и культурных

видов хлопчатника, относящихся к разным его геномным группам, является одним из мощных источников обогащения генотипа культурных сортов за счет переноса полезных генов диких видов [3,5-8]. Это способствует созданию генетически обогащенных по признакам сортов хлопчатника, соответствующих возрастающим требованиям мирового производства и даёт возможность создания новых сортов, превышающих существующие по основным хозяйственным признакам районированные сорта. Особое внимание заслуживают исследования, проведенные учеными республики Узбекистан, по получению межвидовых гибридов с новыми генотипами, проведению на них цитологических и цитогенетических анализов, изучению у гибридных растений закономерности формирования морфо-хозяйственных признаков [3,4,9-11,13,14]. В частности, в Научно-исследовательском институте селекции, семеноводства и агротехнологии выращивания хлопка определена относительно

легкая скрещиваемость диких видов, относящихся к D геному, хлопчатника с культурными видами генома AD [3,5-8,11,12]. Установлено, что дикий вид G. thurberi Tod. может служить донором для обогащения культурных форм хлопчатника с высокой крепостью и метрическим номером и устойчивостью к вилту, а вид G.raimondii Ulbr. -устойчивостью к гаммозу, вредителям, засолению почв и водному дефициту. Удачно используя методы полиплоидизации, с их участием получены новые полигеномные т.е. с участием 3 и 4 видов синтетические амфидиплоиды по схеме [(G. thurberi Tod. x G. raimondii Ulbr.) х G.arboreum L.] и [(G. thurberi Tod. x G. raimondii Ulbr.) х G.arboreum L.] х G.hirsutum L. Но от амфидиплоидов, полученных с участием 4 видов, получено только поколение F0, цитогенетические закономерности по морфо-хозяйственным признакам у них не изучены [3, 12]. Несмотря на большие достижения в этом направлении, т.е. полученные результаты по межвидовой гибридизации диких и культурных видов хлопчатника очень мало используются в прикладной селекции. Одной из основных причин этого является трудная скрещиваемость диких и полудиких форм с культурными сортами и стерильность растений в Fi [6,9,11,13,14]. Следовательно, исследования направленные на преодоление трудной скрещиваемости при межвидовой гибридизации, а также изучение аспектов их цитологических нюансов остаётся основной проблемой современной генетики и селекции хлопчатника.

Целью данной работы является результаты изучения и анализа разной скрещиваемости 4 видовых синтетических амфидиплоидов хлопчатника, с культурными сортами видов G.hirsutum L. и G.barbadense L., с учетом их цитологических особенностей и создание генетически обогащенных новых полигеномных межвидовых гибридов.

Материал и методы исследования. Использованные в качестве объекта исследований новые синтетические амфидиплоиды были синтезированы на основе диких видов и культурных сортов, относящихся D1, D5, A2, AD1 и AD2 геномам хлопчатника. В их получении в качестве отцовских форм участвовали культурные сорта хлопчатника С-6524 и С-4727 вида G.hirsutum L. Полученные синтетические амфидиплоиды, в свою очередь, были привлечены в процесс сложной межвидовой гибридизации с целью создания генетически обогащенных новых полигеномных межвидовых гибридов (МВГ). В частности, новые 4 геномные МВГ были получены по схеме скрещивания: ([Fi(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr) x G. arboreum L.] x G.hirsutum; и 5 геномные гибриды, по схеме скрещивания: {[Fi(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr) x G. arboreum L.] x G.hirsutum L.} x G.barbadense L.). В качестве отцовских форм у них в гибридизации участвовали сорта Омад и Термез-31 относящиеся к культурным видам хлопчатника G.hirsutum L. x G.barbadense L.

соответственно. Полевые опыты проводили на полях Центрального базового хозяйства НИИ Селекции, семеноводства и агротехнологии выращивания хлопка. Подсчет соматических хромосом проводили на метафазных пластинках давленой ткани корешков, фиксированных в фиксаторе Карнуа (3:1) и окрашенных ацетоорсеином с добавлением молочной кислоты (10:1), с переводом давленых препаратов в постоянные. Мейоз изучали на временных препаратах в материнских клетках пыльцы с фиксацией бутонов в фиксаторе Ньюкомера и окраской железоуксусным кармином. Для учета завязываемости коробочек проводили прямые и обратные скрещивания амфидиплоидов с культурными сортами С-6524 и С-4727. Изучали посевные качества семян полигеномных МВГ в лабораторных и полевых условиях. Микроскопические исследования проводили на микроскопе МБИ-З при увеличении 7x10 ж 15x90. Все полученные количественные результаты статистически были обработаны по Б.А.Доспехову [15].

Прежде всего, был проведен сравнительный анализ изменчивости чисел хромосом в кариотипах и их морфологических характеристик при синтезировании МВГ растений в сравнении с родительскими формами. Результаты

цитологических исследований показали, что у амфидиплоида [(G. thurberi Tod. х G. raimondii Ulbr.) х G.arboreum L.] х G.hirsutum L., участвовавшего в качестве материнской формы, средняя длина отдельных хромосом составила 2,08±0,03мкм, а общая длина хромосом в кариотипе составила - 108,34±0,03 мкм. У сортов Омад и Термез-31, участвовавших в качестве отцовских форм, также установлено резкое различие по средней и общей длине хромосом, в кариотипах и даже в их толщине. Установленные резкие различия в морфологических показателях хромосом у участвовавших в качестве отцовских форм и материнских амфидиплоидов, негативно повлияли на их нормальную конъюгацию, а также в процессе мейоза происходящих при межвидовом скрещивании т.е. на процесс скрещивания.

Из литературы известно, что межвидовой сложной гибридизации характерна трудная скрещиваемость, образование не полноценных гибридных семян, стерильность потомства F1 причиной которой является резкая изменчивость размеров и качества пыльцевых зерен растений при скрещивании [6,9,10]. Согласно их данных качество и жизнеспособность пыльцевых зерен является одним из самых важных факторов определяющих стерильность и продуктивность гибридных поколений. Следовательно, в наших исследованиях нами анализировались

микроспороциты в стадии метафазы-I с полюса и подсчитывалось число образующихся уни-, би-, три-, квадривалентов и других более сложных ассоциаций хромосом. Последовательное изучение стадий мейоза показало, что ход мейоза нормализуется от первого мейотического деления

ко второму и к концу становится более правильным, что приводит и образованию в основном правильных тетрад и жизнеспособной пыльцы. В результате наблюдаемых нарушений в

пыльцевых зернах цветков растений отмечено образование аномалий в виде монад, диад, триад, тетрад с неравными по величин спорами и полиад различного характера (табл. 1).

Таблица 1

Нормальные тетрады и аномальные споры в пыльцевых зернах

Межвидовые сложные гибридные комбинации Изученные клетки.шт Монады, шт Диады, шт Триады, шт Тетрады, шт Полиады, шт Аномальные споры, % Нормальные тетрады, %

{[F1(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.)x G. arboreum L.] x С-6524} x Омад 265 5 7 9 229 15 13,6 86,4

{[F1(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.) x G. arboreum L.] x С-6524} x Термез-31 257 8 15 21 196 17 23,7 76,3

{[F1(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.) x G.arboreum L.] x С-4727} x Омад 243 3 9 8 212 11 12,8 87,2

{[F:(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.) х G.arboreum L.] x С-4727} x Термез-31 227 7 13 11 177 19 22,0 78,0

Из полученных результатов видно, что самые высокие показатели количества нормальных тетрад отмечены у сортов С-6524 и С-4727, участвовавших в качестве отцовских форм (соответственно 95,4 и 96,8 %). У амфидиплоидов, полученных с участием 4-х видов, этот показатель составил соответственно 90,5 и 92,7 %. Число нормальных тетрад у растений новых МВГ по сравненного с отцовскими и материнскими формами было намного ниже. Особенно в МВГ комбинациях F\(G.thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr..) x G.arboreumL.] x С-6524} x Термез-31 и {[F\(G.thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr..)) х G.arboreum L.] x С-4727} x Термез-31, полученных с участием сорта Термез-31, количество нормальных тетрад составили соответственно 76,3 и 78 % (табл. 1). Эти показатели составили разницу с родительскими формами на 15,0 - 20,0 %. Проявляемые аномалии в спорах пыльцы цветков у этих МСГ негативно повлияли на пыльцу и пыльцевые зерна растений, что привело к плохому опылению цветков.

У растений МВГ синтетических амфидиплоидов полученных с участием 3 и 4 видов хлопчатника по схеме [(G. thurberi Tod. x G. raimondii Ulbr.) х G.arboreum L.] и [(G. thurberi Tod. x G. raimondii Ulbr.) х G.arboreum L.] х G.hirsutum L., т.е. с геномной конституцией Di D5 A2, а также Di D5 A2 ADi мейоз в основном происходил нормальный. Вместе с тем отмечены нарушения в виде выброшенных хромосом за экваториальную

пластинку в стадии метафазы-I. и отстающие хромосомы и мосты в стадии анафазы-I. Во втором мейотическом делении наряду с правильным распределением по полюсам по 39 хромосом в стадии метафазы-II, отмечены клетки с неправильным распределением по 37-41, 38-40 как результат неправильного расхождения их в стадии анафазы-I, а в клетках в стадии анафазы-II вместе с правильными картинами отмечены нарушения в виде отстающих хромосом.

Гомологичные хромосомы Di- D5 геномов и ADi-генома в МВГ образовывали 26 бивалентов, а участие у МВГ А2-генома приводили к некоторой аномалии - не расхождение бивалентов, элиминации хромосом, образование

мультивалентов. Формирование мультивалентов у гибридов с участием А2-генома (G.arboreum L.) и тетраплоидного G.hirsutum L. обусловлено сегментными изменениями хромосом типа реципрокных транслокаций. Все это отразилось на скрещиваемости синтетических амфидиплоидов и культурных С-6524 и С-4727 сортов вида G.hirsutum L. Так, при получении 4 геномного МВГ из {[Fi(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr..) x G. arboreumL.] x С-6524} и сортом Омад количество скрещенных цветков было 62, из них получено 29 (46,7 %) нормальных коробочек. У амфидиплоида, полученного с участием сорта С-4727, получено 32 нормально завязавшихся коробочек, что составляет и 55,1 % (табл.2).

Таблица 2

Скрещиваемость и количество полноценных-зрелых семян новых 4 и 5 видовых МВГ хлопчатника_

Межвидовые сложные гибридные комбинации хлопчатника Кол-во скрещенных цветков, шт Кол-во завязавщих-ся коробочек, шт Скрещиваемость,% Полноценные семена, % Недоразвитые семена, %

Схема 4 видовой гибридизации хлопчатника: {[F:(G.thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.) x G.arboreum L.]xG.hirsutum L.}xG.hirsutum L.

{[F:(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.) x G. arboreum L.] x С-6524} x Омад 62 29 46,7 76,5 23,5

{[F:(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.) x G. arboreum L.] x С-4727} x Омад 58 32 55,1 78,7 21,3

Схема 5видовой гибридизации хлопчатника: {[F:(G.thurberi Tod.xG.raimondii Ulbr.)x G.arboreum L.]xG.hirsutum L.}xG.barbadense L.

{[F:(G.thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.) x G. arboreum L.] x С-6524^Термез-31 73 18 24,6 27,5 72,5

{[{[F:(G. thurberi Tod. x G.raimondii Ulbr.)xG. arboreum L.] x С-4727}} x Термез-31 67 21 31,3 19,4 80,6

При получении 5 геномного МВГ с участием амфидиплоида {^¡(О. МигЪвп Tod.x О.гашопёи шьг.) x О. агЪогеиш L.] х С-6524} и сорта Термез-31 количество скрещенных цветков было 73, из них получены 18 нормально развитых коробочек. А у материнской формы амфидиплоида, полученной с участием сорта С-4727 были выделены 21 нормально завязавшихся коробочек. Если эти показатели перевести в проценты, в первой комбинации это составляет 24,6 %, а во второй 31,3 %, т.е. показатели у 5 геномных МСГ были меньше на 2,5-3,0 раза по отношению к гибридам 1 варианта.

В ходе исследований на основе изучения таких признаков полученных семян у МВГ как, масса семян, энергия лабораторной всхожести и всхожести степени были изучены степень полноценности и недоразвитости семян. Из полученных результатов установлено, что у новых 4 видовых МВГ хлопчатника, в первой комбинации получено 76,5 %, во второй комбинации 78,7 % полностью созревших семян от общего количества семян. Однако у МВГ, полученных с участием новых 5 видов, количество полностью созревших семян резко понизилась, т.е. в первой комбинации МВГ полноценно созревшие семена составили 27,5 %, а во второй гибридной комбинации было получено 19,4 % полноценных семян от общего количества от общего полученных семян.

Таким образом, на основе цитологических и цитогенетических исследований показана взаимосвязь наблюдаемой трудной

скрещиваемости в различной степени с колебанием чисел хромосом в соматических клетках родительских форм и гибридов, их различий по морфологическим характеристикам с

изменчивостью и существующими пороками, а также пороками, наблюдаемыми на этапах микроспорогенеза материнских клеток. При анализе стадий микроспорогенеза материнских клеток в ходе скрещивания были установлены факторы, влияющие на нормальную конъюгацию хромосом с образованием бивалентов и мейотический индекс, а также были установлены основные причины контрастного различия скрещиваемости синтетических амфидиплоидов при получении МВГ гибридов, с участием 4 и 5 видов хлопчатника.

Список литературы:

1.Тер-Аванесян Д.В. Хлопчатник. Колос. 1973. 484 с.

2.Абдуллаев А.А. Эволюция и систематика полиплоидных видов хлопчатника.// Изд-во ФАН. Ташкент. 1974. 260 с.

3.Намозов Ш.Э., Бабаев С.Г. Эффективность сложной межвидовой гибридизации в селекции хлопчатника. // Изд-во "№50п-№зЫг".Ташкент. 2014. 179 с.

4.Абдуллаев А.А. Омельченко М.В. Лазерева О.Н. Потенциал рода Gossypium -база создания перспективных сортов хлопчатника // Хлопководство. 1980. № 8. с. 29-31.

5.Эгамбердиев А. Трансгрессивная изменчивость при межвидовой гибридизации. // Хлопководство. 1985. № 6. с. 26-28.

6.Арутюнова Л.Г. Межвидовая гибридизация в селекции хлопчатника.// Хлопководство. 1970. № 1. с. 30-32.

7.Арутюнова Л.Г., Пулатов М. Межвидовая гибридизация-источник создания исходного материала для селекции и пополнения генофонда

хлопчатника //Генетика, селекция и семеноводство хлопчатника и люцерны. Ташкент. 1989. с. 43-50.

8.Пулатов М. Изучение генетического потенциола рода Gossypium с целью создания исходного материала для селекции // Автореф. док. дисс., Ташкент.: Научно-исследовательский институт селекции, семеноводства и агротехнологии выращивания хлопка. 1993. 54 с.

9.Курязова З.Б., Эрназарова З.А., Ризаева С.М. Скрещиваемость и завязываемость семян у внутри и разногенных видов хлопчатника. //Докл. АН РУз. Ташкент. 1998. № 3. с.43-45.

10.Ризаева С.М., Абдуллаев А.А., Лазарева О.Н. Особенности мейоза у амфигаплоидов и амфидиплоидов хлопчатника. // Цитология и генетика. 1986. т. 20. № 3.

11.Волкова Л.А. Цитологические изучение гексаплоидных амфидиплоидов хлопчатника и F1 беккроссированного потомства.//Автореф. канд. дисс., Ташкент.: Научно-исследовательский

УДК 612.017.12

ГРНТИ 34.43.29

институт селекции, семеноводства и агротехнологии выращивания хлопка.1974. 22 с.

12.Пулатов М., Арутюнова Л.Г., Эгамбердиев А. Новый генофонд хлопчатника, полученный на базе межвидовой гибридизации. //В.сб.: Вопросы генетики, селекции и семеноводство хлопчатника. Ташкент. 1992.с.33-42.

13.Муратов А., Намазов Ш., Содщов Х., Ахмедов О. Fyзанинг турлараро дурагай авлодларида хромосомалар сонининг узгарувчанлиги //Узбекистан биология журнали. 2004. №6. б.57-61.

14.Муратов А., Содщов Х..Р. Fyзанинг турлараро дурагайларида хромосомалар сони узгаришининг чатишувчанлик билан богликлиги. // Ж.Пахтачилик ва Дончилик.1999. № 4. 26-27 б.

15.Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований. // Изд-во «Колос» Москва. 1985. 416 с.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА АКТИВНОСТЬ ТКАНИ СЕЛЕЗЕНКИ В _ОНТОГЕНЕЗЕ_

DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.2.73.663 1Рожкова Ирина Семеновна

доцент, кандидат медицинских наук, доцент кафедры биологии и ботаники ФГБОУ ВО Астраханский государственный медицинский университет

Минздрава России, 414000, г. Астрахань, ул. Бакинская, 121, ORCID iD 0000-0001-6829-6723, 2Теплый Давид Львович доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой физиологии, морфологии, генетики и биомедицины ФГБОУ ВО Астраханский государственный университет, 414000, Астрахань, ул. Татищева, 20а

THE EFFECT OF NATURAL GAS ON THE ACTIVITY OF SPLEEN TISSUE IN ONTOGENESIS

11.S. Rozhkova,2 D.L. Teply

1Astrakhan State Medical University 414000, 121 Bakinskaya Str., Astrakhan, Russian Federation

2Astrakhan State University, 414000, 20a Tatishcheva str., Astrakhan, Russian Federation

АННОТАЦИЯ

Хронобиологический подход и биохимические методы исследования позволили выявить возрастные особенности околочасовых ритмов содержания общего белка, альбумина в тканях селезенки крыс в нормальном состоянии, при воздействии природного газа и на фоне введения инъекций витамина Е и тималина (комплекса антиоксидантов). При проведении эксперимента был осуществлен сравнительный анализ ритмической активности содержания общего белка, а также альбумина в тканях селезенки крыс в онтогенезе, при осуществлении хронического воздействия серосодержащего природного газа и инъекций комплекса антиоксидантов на фоне интоксикации. Полученные данные о колебании содержания как общего белка, так и альбумина, могут быть охарактеризованы как околочасовые, периодичностью от 2040 до 60 минут. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о снижении устойчивости ткани селезенки с возрастом и об истощении антиоксидантной системы крыс при старении. Материалы статьи представляют практическую ценность для разработки методов коррекции негативных эффектов оксидативного стресса в условиях интоксикации.