WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Цитоэмбриологическая специфика системы размножения видов рода poa l. (p. pratensis l., p. chaixii vill., p. badensis haenke)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шакина Татьяна Николаевна

ЦИТОЭМБРИОЛОГИЧЕСКАЯ СПЕЦИФИКА

СИСТЕМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ВИДОВ РОДА POA L.

(P. pratensis L., P. chaixii Vill., P. badensis Haenke)

03.00.05 – ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Саратов – 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского» на кафедре генетики

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Тырнов Валерий Степанович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Березуцкий Михаил Александрович

кандидат биологических наук,

старший научный сотрудник

Цветова Марина Иосифовна

Ведущая организация: Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Защита состоится « 25 » мая 2007 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.13 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского» по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83. Е- mail: biosovet@sgu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского.

Автореферат разослан «____»__________2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С. А. Невский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Явление апомиксиса – образование семян без оплодотворения – давно пользуется повышенным вниманием исследователей. Апомиксис имеет прямое отношение к решению задач, связанных с проблемой пола у растений (Хохлов, 1950; Поддубная-Арнольди, 1970; Ноглер, 1990). Интерес к этому явлению особенно возрос во второй половине ХХ века, когда стали очевидны перспективы, которые открывает использование апомиксиса в селекции растений (Петров, 1964, 1988; Ноглер, 1990; Nygren, 1958; Asker, 1979; Asker, Jerling, 1992; Koltunow, 1998). Селекционная ценность апомиктичного размножения определяется тем, что обладающие им особи дают однородное, относительно константное потомство. Это открывает путь для закрепления в ряду поколений хозяйственно-ценных признаков и, в первую очередь, гибридного гетерозиса, сохранения форм с нестабильной генетической конституцией – нечётных полиплоидов, анеуплоидов, отдаленных гибридов. Размножение апомиктичными семенами позволяет также решить проблему «старения клонов», которая возникает при длительном вегетативном размножении (Петров, 1976; Тырнов, 2000).

В работах по апомиксису в качестве модельного объекта нередко используются мятлики, и, в частности, Poa pratensis L. (Кутлунина, Мальцев, 1994; Кутлунина, 2001; Naumova et al., 1992, 1993; Barcaccia et al., 1998; Albertini et al., 2001, 2004). Тем не менее, к числу проблем, требующих дальнейших исследований, относятся: причины и последствия гаметофитных аномалий, характерные для апомиктов; алгоритм развития партеногенетического зародыша; соотношение темпов эмбрио- и эндоспермогенеза; условия формирования полноценных апомиктичных семян; константность и изменчивость апомиктов. Кроме того, цитоэмбриологическое изучение мятликов имеет практическое значение в связи с вовлечением некоторых видов этого рода в селекционный процесс в качестве ценных кормовых и газонных культур (Мирошниченко, 1970; Кутлунина, 2001; Solhaug, 1991; Ramulu et al., 1999; Johnson et al., 2002; Czembor, 2003).

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в выявлении цитоэмбриологических особенностей системы размножения мятликов. В задачи экспериментальной работы входило исследование:

  • возможности апомиктичного размножения у P. chaixii Vill., P. badensis Haenke, P. pratensis и десяти сортообразцов этого вида;
  • микро- и мегаспорогенеза, микро- и мегагаметофитогенеза;
  • ранних стадий развития партеногенетических проэмбрио у P. pratensis;
  • взаимоотношений эмбрио- и эндоспермогенеза при открытом опылении и беспыльцевом режиме.

Научная новизна. Впервые установлен факультативный псевдогамный апомиксис у P. chaixii и десяти сортообразцов P. pratensis. Впервые подробно исследованы эмбриологические особенности факультативного апомикта P. badensis. В ходе детального изучения процессов, протекающих в женской и мужской репродуктивных сферах у изученных форм мятликов, впервые:

  • описан специфический механизм формирования нередуцированных пыльцевых зерен;
  • изучен характер заложения клеточных перегородок на ранних стадиях развития партеногенетических зародышей;
  • описаны разные варианты оплодотворения центральной клетки;
  • изучена динамика процессов эмбрио- и эндоспермогенеза при открытом опылении и беспыльцевом режиме.

Научно-практическая значимость работы. Результаты работы могут быть использованы для сравнительного анализа при изучении других апомиктичных видов. В теоретическом плане полученные данные важны для оценки эволюционной роли апомиксиса. Материалы диссертации используются при чтении спецкурса «Репродуктивная биология: раздел «Апомиксис» в Саратовском госуниверситете им. Н. Г. Чернышевского. Кроме того, ими могут быть пополнены лекционный и иллюстративный материалы спецкурсов «Эмбриология растений», «Современные методы селекции». Полученные результаты имеют практическое значение, связанное с созданием апомиктичных сортов мятликов селекционными и биотехнологическими методами. Исследованные видо- и сортообразцы будут включены в уникальную коллекцию апомиктичных видов Ботанического сада Саратовского госуниверситета.



Апробация работы. Результаты исследований были доложены на: Всероссийской научной конференции «Вавиловские чтения – 2005» (Саратов, 2005), Международной научной конференции «Вопросы общей ботаники: традиции и перспективы» (Казань, 2006), Всероссийской научной конференции «Ботанические исследования в Поволжье и на Урале», посвященной 50-летию Ботанического сада СГУ им. Н.Г. Чернышевского (Саратов, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, три из которых в изданиях перечня ВАК.

Декларация личного участия автора. Автором было собрано и зафиксировано 90% экспериментального материала, самостоятельно приготовлены и проанализированы микроскопические препараты, сделаны микрофотографии. Доля личного участия в написании публикаций составляет от 50 до 80%.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 162 страницы. Она содержит 18 таблиц, 41 рисунок. Список литературы включает 286 источников, в том числе 194 на иностранных языках.

Основные положения, выносимые на защиту:

  • тесное взаимодействие апомиксиса и амфимиксиса в системе семенного размножения мятликов обусловливается специфическими особенностями формирования и функционирования мужской и женской репродуктивной сфер;
  • проявление апомиксиса и сопутствующих ему признаков на эмбриологическом уровне у растений видо- и сортообразцов одинаково, различия касаются только количественных показателей;
  • алгоритм развития партеногенетического зародыша аналогичен алгоритму зиготического зародыша злаков; начало его дифференциации связано с достижением эндоспермом клеточной стадии;
  • формирование первичного ядра эндосперма при псевдогамии происходит с участием разного количества полярных ядер и спермиев; возможна инициация автономного эндоспермогенеза.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В литературном обзоре приводятся сведения о распространении и формах апомиксиса у покрытосеменных растений (Frixell, 1957; Хохлов, 1970; Carman, 1995); у злаков (Хохлов,1970; Шишкинская, Юдакова, Тырнов, 2004); в роде Poa L. (Muntzing, 1933; Gustafsson, 1946-1947; Nygren, 1950; Grun, 1955; Кордюм, 1970; Батыгина, Фрейберг, 1979; Шишкинская, Юдакова, 2001). Рассмотрены основные направления исследования апомиксиса у мятлика лугового, который является одним из модельных объектов изучения закономерностей данного явления. Дана характеристика эмбрио- и эндоспермогенеза у апомиктов. Описано современное состояние проблемы импринтинга.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом исследования послужили видообразец P. pratensis, десять сортообразов этого вида («Ургу», «Chermonii», «ГБС – 101», «Вагант», «БМС-1», «Эсто», «Balin», «Skreszowicka», «ГБС № 561», «Ньюпорт»), а также видообразцы P. chaixii, P. badensis.

Соцветия фиксировали ацетоалкоголем (3:1) при двух режимах цветения: открытом цветении и беспыльцевом. В первом варианте темпоральная фиксация проводилась до начала цветения, на стадии начала цветения, а также спустя 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 12, 15 сут от начала цветения. При беспыльцевом режиме из зрелых нераскрывшихся цветков пинцетом удаляли пыльники. Соцветия изолировали бумажным пакетом. Фиксацию проводили темпорально спустя 1, 2, 3, 4, 5, 7, 14 сут после кастрации. В каждый срок фиксации исследовали не менее 100 семязачатков из 5-10-ти растений. Всего изучена структура 26723-х женских гаметофитов.

Микроспорогенез и структуру микрогаметофитов изучали на временных и глицерин-желатиновых препаратах, окрашенных ацетокармином (Паламарчук, 1964; Паушева, 1970; Куприянов, 1989), мегаспорогенез – на препаратах просветленных семязачатков (Herr, 1971). Исследование структуры женских гаметофитов, эмбрио- и эндоспермогенеза проводили на микроскопических препаратах, приготовленных с использованием следующих методов: 1) просветления семязачатков (Herr, 1971); 2) выделения зародышевых мешков с помощью ферментативной мацерации и последующей диссекции семязачатков (Куприянов,1978); 3) постоянных препаратов (Паламарчук, 1964).

Препараты анализировали с помощью микроскопов „Axiostar plus” (K. Zeiss), „Jenoval” (К. Zeiss), МБИ-6 при увеличении объектива 20х, 40х, 100х. Фотографирование осуществляли цифровой камерой-окуляром DСМ35.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЦИТОЭМБРИОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МЯТЛИКОВ

Микроспорогенез и развитие пыльцевых зерен. В пыльниках изученных видообразцов (P. pratensis, P. chaixii, P. badensis) и сортообразцов мятлика лугового («Ургу», «Chermonii») сохраняется способность к мейозу, но в части материнских клеток микроспор он проходит с нарушениями. В пределах популяции частота различных аномалий микроспорогенеза по растениям варьировала.

Единичные нарушения процесса метакинеза отмечены у сортообразца «Chermonii» и P. chaixii – одна или несколько хромосом располагались вне метафазной пластинки. Отставание хромосом в анафазе первого или второго деления мейоза наблюдались у всех изученных форм. Так, у P. pratensis количество микроспороцитов с отставшими хромосомами составило в первом делении мейоза 8,8%, во втором – 2,6%. Отставание хромосом в анафазе I наблюдали в 5,5% микроспороцитов у сортообразца «Chermonii» и 4,9% у сортообразца «Ургу», в анафазе II частота таких аномалий оказалась примерно одинаковой (2,0 и 1,7%, соответственно). Кроме того, у одного растения сортообразца «Chermonii» в отдельных материнских клетках микроспор зарегистрирован преждевременный цитокинез в конце первого деления мейоза: фрагмопласт закладывался ещё до завершения процесса расхождения хромосом к противоположным полюсам клетки. Количество микроспороцитов с отставшими хромосомами на стадии анафазы I у видообразцов P. сhaixii и P. badensis в среднем составило 12,1 и 0,6% соответственно, а в анафазе II – 1,8 и 0,1%. У одного растения P. сhaixii отставание хромосом в анафазе I наблюдалось практически во всех клетках.





У P. pratensis и сортообразца «Chermonii» зарегистрированы случаи движения бивалентов к одному из полюсов в анафазе первого или второго деления мейоза. В результате формировались нетипичные диады и тетрады, в составе которых одна из клеток оказывалась безъядерной, а другая имела нередуцированное число хромосом. Частота данной аномалии у P. pratensis варьировала в анафазе I в пределах 12,1–34,8%, в анафазе II – 2,0–15,0%. У сортообразца «Chermonii» движение хромосом к одному полюсу наблюдалось только в анафазе I с частотой 0,2%. У P. pratensis и P. badensis также наблюдалось нерасхождение хромосом в анафазе второго деления и образование триад с частотой 4,0 и 1,5%, соответственно.

У сортообразцов P. pratensis отмечены только изобилатеральные тетрады микроспор, в то время как у видообразцов P. pratensis и у P. chaixii встречались линейные тетрады (0,3 и 0,2% соответственно), а у P. badensis – тетрады линейной, Т-образной, тетраэдрической и крестообразной формы с частотой 1,0%. Процессы микроспорогенеза в пыльниках изученных форм протекали асинхронно. Например, у сортообразца «Chermonii» в пределах одного пыльника можно было наблюдать практически все стадии мейоза: от метафазы I до тетрады микроспор.

После распада тетрад из каждой микроспоры в результате двух митотических делений формировалось трёхклеточное пыльцевое зерно (ПЗ). Пыльца у всех исследованных видо- и сортообразцов была неоднородна по размеру даже в пределах одного пыльника (от 5 до 50-ти мкм). Начиная с одноядерной стадии развития мужского гаметофита, а иногда уже на стадии микроспор, клетки заметно отличались друг от друга по размеру. Значительное варьирование размеров ПЗ, скорее всего, является следствием их разной плоидности, поскольку, описанные выше аномалии мейоза могут приводить к образованию анеуплоидной и нередуцированной пыльцы. Доминировала пыльца среднего размера. Содержание мелких ПЗ у разных образцов составило от 2,1 до 4,5%, крупных – от 6,3 до 15,3%.

Спермии в ПЗ характеризовались морфологическим разнообразием. Чаще всего встречались удлиненные, заостренные с обоих концов, реже они имели овальную или округлую форму. Поскольку онтогенез спермиев сопровождается изменением их формы и размера, наблюдавшийся полиморфизм мужских гамет, скорее всего, является отражением асинхронности процесса формирования пыльцы в пределах пыльника. Среди зрелой пыльцы P. pratensis встречались единичные ПЗ с генеративной клеткой, а также с четырьмя спермиями. Причинами формирования в ПЗ более двух спермиев могут быть как дополнительные деления генеративной клетки, так и формирование двуядерных микроспор вследствие выпадения цитокинеза во втором делении мейоза. В последнем случае в результате последующих митотических делений каждого из ядер, зрелое ПЗ будет содержать два вегетативных ядра и четыре спермия.

Мегагаметофитогенез и структура зародышевых мешков. Нередуцированные мегагаметофиты формировались в результате трех митотических делений из соматических клеток нуцеллуса, т. е. имела место апоархеспория

1. Заложение одной или нескольких апоархеспорических инициалей происходило на разных стадиях мегаспорогенеза от начала дифференциации материнской клетки мегаспор до стадии тетрады мегаспор. Продукты мейоза, как правило, дегенерировали на стадии тетрады, но иногда происходило параллельное развитие эуспорического и апоархеспорического зародышевых мешков (ЗМ).

Одновременное развитие эу- и апоархеспорического мегагаметофитов и заложение нескольких апоархеспорических инициалей является причинами формирования в одном семязачатке двух и более женских гаметофитов. Изученные видо- и сортообразцы имели разную способность к образованию множественных ЗМ. На стадии начала цветения у P. pratensis 32,1% всех исследованных семязачатков содержали несколько мегагаметофитов, тогда как у сортообразцов их частота варьировала от 1,8 до 34,2%, у P. chaixii и P. badensis этот показатель составил 31,5 и 2,5%, соответственно (рис.1).

 Частота образования нескольких ЗМ в одном семязачатке Зрелые ЗМ у-0

Рис. 1. Частота образования нескольких ЗМ в одном семязачатке



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.