Изучение микроспорогенеза у растений смородины красной разного уровня плоидности

М.Л. Дубровский

Изучение микроспорогенеза у растений СМОРОДИНЫ КРАСНОЙ РАЗНОГО УРОВНЯ ПЛОИДНОСТИ

УДК 634.722 : 581.3 : 631.528.2

Изучен микроспорогенез у растений диплоидного сорта Голландская красная и его автотетраплоидного аналога. С переходом на тетраплоидный уровень отмечено увеличение процента нарушений мейоза и возрастание количества клеток с отклонениями от нормы по числу микроспор при тетрадогенезе. В среднем у изучаемого автотетраплоида нарушения по стадиям мейоза в 3...8 раз превышают соответствующие показатели растений диплоидного сорта.

Ключевые слова: автополиплоидия, тетраплоид-ный аналог сорта, микроспорогенез, мейоз, нарушения кариокинеза, тетрадогенез.

Dubrovsky ML. Investigation of microsporogene-sis in different ploidy plants of red currant. Micro-sporogenesis in plants of diploid variety Gollandskaya krasnaya and its autotetraploid analogue was studied. With transition on tetraploid level of ploidy the increase in percent of meyosis disturbances and the increase of quantity of cells with deviations from norm by the number of microspores during tetradogenesis is noted. On the average disturbances on meyosis stages in studied auto-tetraploid plant exceed values of diploid variety in 3.8 times.

Key words: autopolyploidy, tetraploid analogue of variety, microsporogenesis, meiosis, disturbances of cari-okinesis, tetradogenesis.

Введение

Смородина красная является ценной ягодной культурой. Одним из перспективных методов селекции рода Ribes является экспериментальная поли-плоидизация сортов с целью расширения спектра генетической изменчивости и повышения устойчивости

Дубровский М.Л., аспирант - ВНИИ генетики и селекции плодовых растений им. И.В. Мичурина

к негативным биотическим и абиотическим стрессорам [2, 4]. Основной проблемой, задерживающей практическое использование индуцированных полиплоидов в качестве новых культур, исходных форм для гибридизации или самостоятельных сортов, являются нарушения в их генеративной сфере, приводящие к низкой плодовитости и семенной продуктивности [1]. Исследование микроспорогенеза позволяет выявить различные нарушения в процессе образования и формирования пыльцы у изучаемых форм смородины красной разного уровня плоидности.

Место проведения, объекты исследования

Исследования проведены в лаборатории цитогенетики и гаметной селекции Всероссийского научноисследовательского института генетики и селекции плодовых растений им. И.В. Мичурина. Объектами исследования служили растения смородины красной диплоидного (2n = 2x = 16) сорта Голландская красная, а также его автотетраплоидный аналог (2n = 4x = 32), полученный во ВНИИГиСПР им. И.В. Мичурина Шелаботиным Г.П. путем обработки черенков исходного сорта раствором колхицина и последующего размножения измененных побегов. Уровень плоидности всех изучаемых растений подтвержден экспериментально.

Методика исследования

Бутоны из распускающихся почек в естественных природных условиях фиксировали темпорально в фиксаторе Карнуа. Протекание мейоза изучали на давленых ацетогематоксилиновых препаратах пыльников, приготовленных по методике Топильской Л.А., Лучниковой С.В., Чувашиной Н.П. [3]. Препараты просматривали под микроскопом Carl Zeiss Jenamed, фотографии нарушений на стадиях мейоза делали цифровой камерой DCM-500 с программным обеспечением Scope Photo. По каждой стадии мейоза учитывали по 150...300 клеток, на этапе тетрадогенеза -около 500 клеток.

Результаты исследований

Изучение процесса микроспорогенеза позволило выявить различия в количестве нарушений у растений смородины красной диплоидного сорта Голландская красная и его автотетраплоидного аналога (таблица 1).

Таблица 1 - Микроспорогенез у диплоида и автотет-раплоида сорта Голландская красная

Форма, уровень плоидности Нарушения по фазам мейоза,% Тетрадоге-нез,% нарушений

М I А I Т I М II А II Т II

2x 7,21 6,76 6,00 9,09 6,25 7,14 6,18

4x 28,30 52,99 37,39 32,00 36,71 37,12 39,52

В среднем у изучаемого автотетраплоида нарушения по стадиям мейоза в 3.. .8 раз превышают соответствующие показатели растений диплоидного сорта.

Анализ каждой фазы мейоза позволил выявить основные типы нарушений деления (рисунок 1).

В

*

&

і §

'Л

На стадии метафазы первого деления нарушения проявляются в выбросе одной или нескольких хромосом за пределы метафазной пластинки (рисунок 1, б), у диплоида такие материнские клетки микроспор (МКМ) составляют 3,78%, у тетраплоида 26,42%. Расхождение хромосом в анафазе первого деления сопровождается отставанием и забеганием, а также выбросами хромосом. На данной стадии мейоза у обеих форм из данных нарушений преобладают МКМ с забеганием хромосом - 57,14% у диплоида и 67,74% у тетраплоида (рисунок 1, в). В некоторых анафазных ядрах очень рано наступает деление хромосом на хроматиды, у тетраплоида отмечены единичные мосты (рисунок 1, г). Хромосомы, выброшенные в анафазу за пределы веретена деления, превращаются на стадии телофазы в микроядра. Наибольшее количество аномалий в телофазе первого деления составляют МКМ с одним микроядром - 65,43% у диплоида и 72,09% у тетраплоида (рисунок 1, д).

Основные нарушения во время второго деления мейоза сходны с таковыми при первом делении. В метафазе II аномалии также представлены выбросами хромосом за пределы метафазных пластинок. В анафазе второго деления отмечены выброшенные за пределы веретена хромосомы - 32,68% среди всех аномалий в эту фазу у диплоида и 45,86% у тетраплоида. У обеих форм на этой стадии отмечены единичные хромосомные мосты

Таблица 2 - Тетрадогенез у диплоида и автотетраплоида сорта Г олландская красная

— -

Рисунок 1 - Нарушения в мейозе у тетраплоидного аналога смородины красной сорта Г олландская красная (2п=4х=32): а - асинхронность мейоза в пределах одного пыльцевого гнезда пыльника (анафаза I, тело-фаза II); б - выброс унивалента в метафазе I; в - преждевременное расхождение хромосом в анафазе I; г - хромосомный мост в поздней анафазе I; д - образование микроядер в телофазе I; е - образование микроядер в телофазе II; ж - цитомиксис между мейоцитами в телофазе II

Уровень плоидно- сти Спорады с данным числом микроспор,%

2 3 4 (*) 5 6 7 8 9

2х 0,75 1,87 93,82 (-) 2,43 0,94 0,19 — —

4х 1,55 5,33 60,48 (6,53) 11,86 11,17 1,89 0,68 0,51

Примечание: * - число перед скобкой -% нормальных тетрад с ядрами одинакового диаметра, число в скобках -% аномальных тетрад (с четырьмя ядрами неравной величины).

Следствием описанных нарушений мейоза является формирование аномальных спорад с числом микроспор больше или меньше четырех в норме. У тетра-

б

в

г

д

е

плоида отмечены спорады с 2...9 микроспорами, у диплоида - с 2.7 (таблица 2). Распадаясь, они дают несбалансированные по числу хромосом микроспоры. У диплоида общее количество аномальных спорад невелико (менее 7%). Среди спорад с нарушениями у тетраплоида, составившими 39,52%, преобладают пентады и гексады (рисунок 2).

образуется большее количество клеток с отклонениями от нормы по числу микроспор, вместе с тем образуется достаточное количество нормальных тетрад -60,48%, что позволяет использовать данный генотип в дальнейшей селекционной работе с целью получения высокоадаптивных сортов с повышенной продуктивностью.

Литература

1. Бормотов, В.Е. Актуальные проблемы полиплоидии у растений / В.Е. Бормотов // IV съезд ВО-ГиС им. Н.И. Вавилова (Кишинев, 1-5 февр. 1982.): тез. симпозиал. докл. - М., 1982. - С. 156-157.

2. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур / под общ. ред. Е.Н. Седова. - Орел: ВНИИСПК, 1995. - 502 с.

3. Топильская, Л.А. Изучение соматических и мейотических хромосом смородины на ацето-гематоксилиновых давленых препаратах / Л.А. Топильская, С.В. Лучникова, Н.П. Чувашина // Бюллетень научной информации ЦГЛ им. И.В. Мичурина. - Вып. 22. - Мичуринск, 1975. -С. 58-61.

4. Шелаботин, Г.П. Основные направления использования экспериментальной полиплоидии у плодовых пород / Г.П. Шелаботин // Состояние и проблемы садоводства России: сб. науч. тр. - Ч. 1. - НИИСС им. М.А. Лисавенко. - Новосибирск, 1997. - С. 45-50.

д е

Рисунок 2 - Тетрадогенез у тетраплоидного аналога смородины красной сорта Голландская красная (2п=4х=32): а - правильная тетрада; б - триада; в - пентада; г - гексада; д - гептада; е - октада.

Выводы

Выявлены различия в нарушении процесса мик-роспорогенеза у диплоидных и автотетраплоидных растений смородины красной сорта Голландская красная. С переходом растений на тетраплоидный уровень отмечено увеличение процента аномалий по соответствующим стадиям мейоза в среднем в 3.8 раз. На этапе тетрадогенеза у автотетраплоида