Исследование процессов микроспорогенеза у лиственницы сибирской в условиях техногенного загрязнения г. Красноярска

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МИКРОСПОРОГЕНЕЗА У ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ г. КРАСНОЯРСКА

Романова Л.И., Усанин В.С.

The investigation of microsporogenesis process of Siberian larch in Krasnoyarsk and in suburbs showed that the increase of chromosome disturbance in parent pollen cells takes place in techno- industrial conditions

Мейоз, по мнению большинства исследователей, является наиболее чувствительной стадией в жизненном цикле семенных растений. Ход репродуктивных процессов у хвойных под воздействием промышленных выбросов представляет интерес при поиске объективных критериев степени загрязнения и оценке его влияния на наследственный аппарат организмов.

Проведенные нами исследования, направлены на изучение влияния промышленного загрязнения на развитие мужских генеративных органов и особенно на микроспорогенез лиственницы сибирской в зеленых насаждениях г. Красноярска и его окрестностей.

Материалы и методы. Объектом исследования являлись деревья лиственницы, произрастающие в сильно загрязненном районе г. Красноярска. В качестве контроля были взяты деревья, растущие в районе Погорельского ОЭП (38 км на Север от г. Красноярска). На каждом участке брались образцы мужских генеративных почек в период с октября по май и фиксировались в растворе Карнуа (3:1). Образцы протравливали в железоаммонийных квасцах и переносили в ацетогема-токсилин, где выдерживали пять суток. На давленых препаратах исследовали ход редукционного деления. Просмотр образцов осуществлялся на микроскопе МБИ-6.

Результаты исследований. Проведенные исследования показали, что заложение женских генеративных почек у лиственницы сибирской, произр астающей в г. Красноярске и его окрестностях происходит после остановки роста побегов. Мужские генеративные почки развиваются более быстрыми темпами, чем женские. До зимнего покоя в мужских генеративных почках формируются микроспорангии, закладываются клетки археспория, в то время как в женских почках формируются только кроющие чешуи. В начале октября в микроспорангиях образуются микро-спороциты (материнские клетки пыльцы), и уже в конце октября микроспороциты вступают в профазу 1 мейоза.

В период продолжительной и теплой осени 2002-2005 гг. и частых оттепелях, до + 40С, наблюдаемых зимой, микростробилы лиственницы сибирской увеличиваются в размерах и приобретают желтый цвет. Цитологический анализ таких микростробилов показал образование деградирующих диад и тетрад, а также редуцированных пыльцевых зерен. Можно предположить, что в условиях города в этот период возобновлялись процессы редукционного деления в материнских клетках пыльцы. Следствием деградирующих диад и тетрад может являться сте-

рильность пыльцы, а также то, что лиственница в г. Красноярске пылит очень слабо или вообще не продуцирует пыльцу.

Кроме того, при внесении веток лиственницы в тепло и погружении их в воду в течение всего осенне - зимнего периода, происходило появление брахибластов (L = 0,5 см), и высыпание пыльцы из микростробилов. Таким образом, в тепле проходил мейоз и формировались пыльцевые зерна. При температуре + 40 С в условиях холодильника в мужских генеративных почках по истечении двух недель также наблюдалось формирование пыльцевых зерен.

Таким образом, у вегетативных и генеративных органов лиственницы сибирской отсутствует органический покой и при плюсовых температурах они способны продолжать свое развитие.

В результате исследований было выявлено, что в течение ноября - февраля материнские клетки пыльцы у лиственницы в г. Красноярске и его окрестностях находились на стадии профазы 1, (диплотены). Возобновление мейотических делений у лиственницы происходит обычно весной в конце марта, в период низких положительных температур. По нашим наблюдениям продолжительность непосредственно первого и второго делений (от диакинеза профазы 1 до стадии тетрад) составила 7 дней. Мейоциты перешли на последнюю стадию профазы 1 - диаки-нез 27-28 марта. Среднесуточная температура воздуха во время мейоза колебалась от 00 до 1,50С.

Мейотические деления у лиственницы сибирской в г. Красноярске и его окрестностях в основном закончились 2 апреля, и большая часть материнских клеток пыльцы вступила в стадию тетрад. Через неделю начался распад тетрад, м олодые микроспоры освобождались от оболочек материнских клеток.

В результате исследования нами было отмечено, что мейоз у лиственницы сибирской в городских условиях проходит асинхронно. В одной и той же почке 1 апреля мы наблюдали тетрады микроспор и микроспороциты находящиеся еще на стадии диакинеза. В районе Погорельского ОЭП асинхронность была менее выражена, 30 марта около 68% микроспороцитов находились на стадии диакинеза.

Нашими исследованиями установлено, что наиболее широкий спектр хромосомных нарушений выявлен в клетках лиственницы сибирской, произрастающей в условиях промышленного загрязнения. Анализ аномальных мейоцитов показал, что наибольшее количество нарушений наблюдается на стадии ана-телофазы II. Значительную долю нарушений здесь составляет расщепление веретена деления с образованием триад, эта аномалия встречается только в условиях загрязнения. Фрагменты в метафазах первого деления клеток лиственницы с загрязненного района встречаются в 2 раза чаще, чем в мейоцитах контрольной площади. Кроме того, в образцах взятых с деревьев, произрастающих в черте города, нами отмечено такое нарушение, как асинхронность в пределах одного мейоцита.

Обсуждение Нарушения нормального хода мейоза у лиственниц, обусловленные генетическими факторами и погодными условиями, неоднократно описывались в литературе и были обобщены в детальных работах Эрикссона с сотр. (Eriksson и др., 1966; 1967; 1968; 1970). Отмеченные в литературе аномалии у лиственниц в ходе мейоза в большинстве случаев объясняются воздействием неблагоприятных факторов среды (Christiansen. 1960; Chandler, Mavrodineanu, 1965; Ek-

berg, Eriksson, 1967, 1968; Кузубов, 1974; Тренин, 1975). Однако исследования, проведенные в средневозрастных, естественных насаждениях лиственницы Сукачева, в условиях промышленного загрязнения со стороны металлургического завода г. Златоуста (Челябинской области), (Ясовиева, Калашник, 2001), показали, что число клеток с нарушениями в загрязненном районе, в 1,3-18 раз выше, чем на контрольных пробных площадях.

В литературе встречаются сообщения об асинхронности прохождения мейоза у лиственницы сибирской в естественных условиях, как в пределах кроны дерева, так и в пределах микростробила (Круклис, Милютин, 1977; Тренин, 19 Кузубов, 1973 и др.). Есть мнение, что время прохождения и асинхронность мейоза зависит от генотипа растения (Муратова, 1993).

В результате проведенных исследований установлено, что мейоз у лиственницы в г. Красноярске и его окрестностях в основном протекает нормально, с образованием 12 бивалентов и правильным расхождением хромосом к противоположным полюсам. В черте города мейоз проходил более ассинхронно, чем на контрольном участке. В загрязненном районе на отдельных стадиях мейоза нами были выявлены хромосомные нарушения, значительную долю которых составляют триады. Кроме того, анализ аномальных мейоцитов показал, что такие нарушения, как асинхронность в пределах одного мейоцита и образование трех полюсов деления, на контрольном участке не обнаружены.

Исследованиями установлено, что лиственница в условиях города в зимний покой не впадает, и при повышении температуры происходит возобновление мей-отических делений в материнских клетках пыльцы. Следствием деградирующих тетрад может являться стерильность пыльцы, а также то, что лиственница в г. Красноярске пылит очень слабо или вообще не продуцирует пыльцу.

В результате проведенных исследований выявлено увеличение нарушений в ходе микроспорогенеза у лиственницы сибирской в условиях промышленного загрязнения. Данные нарушения могут быть причиной снижения общего показателя фертильности пыльцы, что отражается на качестве семян.