СЕЛЕКЦІЙНО–ГЕНЕТИЧНИЙ ІНСТИТУТ –

НАЦІОНАЛЬНИЙ ЦЕНТР НАСІННЄЗНАВСТВА ТА СОРТОВИВЧЕННЯ

УААН

МОНТВІД

ПАВЛО ЮРІЙОВИЧ

УДК 631.523:575 +

631.523:576.3

ОНТОГЕНЕТИЧНА ПРИСТОСОВАНІСТЬ ГІБРИДІВ F1 БАКЛАЖАНА, ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНА ФУНКЦІЯ МЕЙОЗУ І СПЕКТР ГЕНОТИПОВОЇ МІНЛИВОСТІ В F2

03.00.15 - Генетика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Одеса - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті овочівництва і баштанництва УААН.

Науковий керівник: кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

Самовол Олексій Петрович,

Інститут овочівництва і баштанництва УААН, провідний науковий співробітник лабораторії генетичних ресурсів, прикладної генетики й біотехнології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

Тоцький Владлен Миколайович,

Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, завідувач кафедри генетики та молекулярної біології

кандидат біологічних наук

Лісовська Тетяна Павлівна,

Волинський державний університет ім. Лесі Українки, доцент кафедри ботаніки та мікробіології

Провідна установа: Дніпропетровський національний університет Міністерства освіти й науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться “_23_” квітня__ 2004 р. о __1000_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.363.01 у Селекційно–генетичному інституті – Національному центрі насіннєзнавства та сортовивчення УААН (65036, м. Одеса, Овідіопольська дорога, 3).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Селекційно–генетичного інституту – Національного центру насіннєзнавства і сортовивчення УААН (65036, м. Одеса, Овідіопольська дорога, 3).

Автореферат розісланий __17 березня______ 2004 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Січкар В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Актуальною проблемою сучасної генетики є вивчення взаємозв’язку модифікаційної і генотипової мінливості. Вказана проблема займає центральне місце в еволюційній теорії, екологічній генетиці та селекції, залишаючись при цьому найбільш дискусійною (Жученко, 1980, 1988). Одним з важливіших її елементів є зв’язок онтогенетичної пристосованості гібридів F1 і генотипової мінливості в наступних поколіннях – важливий етап в процесі перетворення потенційної генотипової мінливості у доступну. Але, нажаль, наведена гіпотеза підтверджена на обмеженій кількості об’єктів - дрозофілі, томаті, кукурудзі (Самовол, 2001). Крім того, розподіл рекомбінаційних подій у межах репродуктивної системи рослини, особливо в залежності від онтогенетичної пристосованості, вивчено вкрай недостатньо. Як наслідок, „центральному ядру” формотворчого процесу – рекомбінації у гібридів F1 - у більшості випадків не приділяється уваги. Враховуючи недостатньо розроблену генетику деяких рослинних видів, адекватну оцінку впливу генетичних і зовнішніх факторів може забезпечити кількісна і якісна оцінка розподілу хіазм в диплотені – діакінезі, яка дозволяє отримати інтегральну характеристику рекомбінаційного процесу незалежно від факторів диференційної елімінації (Жученко, Король, 1986).

Як відмічав М.І. Вавилов, під час створення сортів і гібридів необхідно ширше використовувати закономірності прогресивної еволюції. Таким чином, є підстави вважати, що вивчення впливу пристосованості в онтогенезі на механізми перетворення генетичної інформації в мейозі, а також спектр генотипової мінливості у наступному поколінні являє собою актуальну, теоретично і практично важливу проблему, розв’язання якої сприятиме подальшому прогресу сучасної генетики і селекції. В умовах України такі дослідження є особливо актуальними у зв’язку з розробкою методів індукованого рекомбіногенеза, важливого при створенні комерційно захищених сортів культурних рослин.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною тематичного плану лабораторії прикладної генетики Інституту овочівництва і баштанництва УААН і виконана відповідно до завдань „Розробити основні елементи теоретичних основ селекції овочевих культур на гетерозис” (номер державної реєстрації 0196U017172, 1996 – 2000рр.) і „Розробити і удосконалити теоретичні основи гетерозисної, трансгресивної і інтрогресивної селекції для економічно важливих пасльонових культур” (номер державної реєстрації 01.01.U001168, 2001 – 2005 рр.).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було з’ясування впливу онтогенетичної пристосованості гібридів F1 на показники, що характеризують перетворення генетичної інформації в мейозі і прояв спектра генотипової мінливості в F2.

Завдання дослідження:

1.

1. Провести оцінку набору гібридів F1 баклажана за ступенем онтогенетичної пристосованості і відібрати гібриди з високою та низькою онтогенетичною пристосованістю.

2. Встановити закономірності кількісної мінливості (господарсько – цінні ознаки) у другому поколінні гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю.

3. Виявити особливості розподілу рекомбінаційних подій (на рівні частоти хіазм з урахуванням їх якісної оцінки) за ярусами вертикальної закладки генеративних органів у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю.

4. Виявити особливості розподілу рекомбінаційних подій (на рівні частоти хіазм з урахуванням їх якісної оцінки) у межах пиляка у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю.

5. Встановити відмінності за частотою і динамікою основних порушень мейозу у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю.

6. Встановити відмінності гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю за біоелектричними властивостями клітинних ядер.

Об’єкт дослідження – взаємозв’язок онтогенетичної пристосованості гетерозигот F1 і спектра генотипової мінливості в F2.

Предмет дослідження – особливості і механізми перетворення генотипової мінливості у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю.

Методи дослідження. У роботі використані такі методи: метод прогнозу рівня та спектра генотипової мінливості в F2 на основі оцінки гетерозигот F1 за ступенем онтогенетичної пристосованості; метод внутрішньоклітинного мікроелектрофореза для цитобіофізичної оцінки гібридів F1; метод цитологічної оцінки частоти та розподілу хіазм; метод цитологічної оцінки основних порушень мейозу; методика дослідницької справи в овочівництві і баштанництві, елементи якої використано під час польової оцінки F2 за кількісними ознаками, статистичні методи.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше встановлено, що максимальне різноманіття за ознаками продуктивності в F2 низькопристосованих гібридів F1 спостерігається серед нащадків, одержаних з насіння плодів першого ярусу.

Для баклажана вперше встановлено особливості розподілу хіазм з урахуванням якісних відмінностей, а також атипових бівалентів, у межах репродуктивної системи рослини. Експериментально доведено, що зниження сумарної частоти хіазм, частоти інтерстиціальних хіазм та кількості атипових бівалентів відбувається з підвищенням ярусу вертикальної закладки генеративних органів на рослині F1.

Вперше встановлено, що сумарна частота хіазм, частота інтерстиціальних хіазм, а також кількість атипових бівалентів у межах першого бутона у низькопристосованих гібридів F1 вищі, ніж у високопристосованих. Встановлений ефект спостерігається як в оптимальних умовах, так і в умовах конкуренції та зниженого водозабезпечення. Відмінності між гібридами з високою та низькою онтогенетичною пристосованістю за наведеними показниками в екстремальних умовах при порівнянні об’єднаних даних для бутонів трьох ярусів неістотні.

Для гібридів F1 баклажана вперше встановлено існування градієнта з частоти хіазм в межах пиляка. Зниження цього показника відбувається від вільного кінця (верхівки) до основи пиляка і спостерігається в оптимальних та екстремальних умовах середовища.

Для баклажана вперше встановлено існування відмінностей між гібридами з різною онтогенетичною пристосованістю за частотою порушень мейозу. Доведено, що у гібридів F1 з низькою онтогенетичною пристосованістю в умовах конкуренції частота основних порушень на стадіях другого поділу мейозу значно вища, ніж у високопристосованих.

Вперше встановлено відмінності за електрокінетичними властивостями клітинних ядер в залежності від ступеня онтогенетичної пристосованості гібридів F1 в умовах конкуренції та зниженого водозабезпечення.

Таким чином, раніше опубліковані дані про вплив онтогенетичної пристосованості гібридів F1 на характер спектру генотипової мінливості (Жученко, 1980, Самовол и др., 2001) дістали подальший розвиток.

У цілому матеріали дисертаційної роботи поглиблюють уявлення про буферуючу роль високої онтогенетичної пристосованості в процесі вивільнення додаткового спектру генотипової мінливості і можуть сприяти подальшому розвитку теорії адаптації.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати можна використовувати на початкових етапах селекційного процесу (пасльонові та інші овочеві культури). В даному випадку доцільно, поряд з нащадками високопристосованих гібридів, використовувати нащадків низькопристосованих гетерозигот, одержаних з насіння генеративних органів першого ярусу їх закладки на рослинах F1. Показник електронегативності клітинних ядер пропонується як критерій оцінки F1 за ступенем онтогенетичної пристосованості. Особливості кількісного і якісного розподілу хіазм в межах репродуктивної системи рослини слід враховувати в процесі дослідження спектру рекомбінаційної мінливості в наступному поколінні. Для досягнення максимального його розширення можливо використовувати генеративні органи першого ярусу їх вертикальної закладки на рослині, а також – запилення пилком, що виділено з верхівки пиляка.

На основі одержаних результатів розроблено спосіб підвищення рівня рекомбінаційної і розширення спектру генотипової мінливостей, який захищено патентом України 46944А.

Особистий внесок здобувача. Роботу з літературою, оцінку гібридів F1 за ступенем онтогенетичної пристосованості у 1999 – 2002 рр., цитологічну оцінку F1, оцінку F2 за кількісними ознаками проведено автором самостійно. Дослідження біоелектричних властивостей клітинних ядер проведено при участі Шахбазова В.Г. та Чепель Л.М. Аналіз та інтерпретацію одержаних результатів здійснено разом з науковим керівником. Статистичну обробку одержаних результатів, написання тексту дисертації та її оформлення здійснювали самостійно. Внесок здобувача у публікації, які написано у співавторстві, складає 70% і охоплює планування і проведення експериментів, математичну обробку даних, аналіз, інтерпретацію і узагальнення одержаних результатів. Внесок у розробку „Способу підвищення рівня рекомбінаційної і розширення спектру генотипової мінливостей” і оформлення патенту на винахід складає 30%. Він полягає у плануванні і проведенні експериментів, обробці, аналізі і узагальненні результатів, одержаних на рослинах баклажана.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались на міжнародних конференціях „Селекция и семеноводство в ХХІ веке” (Москва, 2000), „Селекция растений на основе генетических методов” (Мерефа, 2001).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 10 наукових праць, зокрема 4 статті у фахових виданнях ВАК України, 1 патент на винахід, тези 4 доповідей на міжнародних конференціях, 1 інформаційний листок.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, огляду літератури, опису умов і методики дослідження, експериментальних розділів, аналізу і узагальнення одержаних результатів, висновків та переліку використаних джерел. Текст дисертації проілюстровано 61 таблицями і трьома рисунками. Перелік використаних джерел містить 215 посилань. Дисертаційну роботу викладено на 169 сторінках машинописного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Умови і методика досліджень. Матеріалом для проведення досліджень були гібриди F1 баклажана та їх нащадки (F2). Набір з 9 гібридів F1 баклажана (всього досліджено 25 гібридів) щорічно оцінювали за ступенем онтогенетичної пристосованості за методикою, запропонованою Самоволом (1992). Згідно з цією методикою, гетерозиготні рослини вирощували в посудинах Вагнера в умовах зниженого водозабезпечення (на рівні 45 % від повної вологомісткості) і підвищеної густоти (2 ? 2 см). При досягненні 25 % рослин стадії мейозу визначали ступінь онтогенетичної пристосованості гібридів F1 на основі оцінки за морфо – статистичними параметрами. Контрольні рослини вирощували в оптимальних умовах. Збір генеративних органів проводили з урахуванням ярусу їх вертикального закладання на рослині F1. Польову оцінку нащадків гібридів з різною онтогенетичною пристосованістю (F2) за сукупністю кількісних (у тому числі господарсько – цінних) ознак проводили згідно з методикою дослідницької справи в

овочівництві і баштанництві (2001). Фіксування і фарбування матеріалу для цитологічних досліджень здійснювали за загальноприйнятою методикою (Жученко и др.,1980). Частоту хіазм та кількість бівалентів на мейоцит (з урахуванням якісних відмінностей), визначали для бутонів різних ярусів їх вертикальної закладки на рослині і в межах пиляка, який розподіляли на три поперечні секції (вільний кінець, середина, основа). Крім того, вивчали частоту і динаміку основних порушень мейозу. Цитобіофізичну оцінку гібридів F1 проводили згідно з методикою внутрішньоклітинного мікроелектрофореза (Шахбазов и др., 1972), модифікованою для культури баклажана (Монтвид и др., 2002). Визначення показника електронегативності клітинних ядер здійснювали на покривній тканині нижньої частини серединної жилки фізіологічно – активного листка при 20 – 30 В і 0,04 мА.

Статистичну обробку одержаних результатів проводили за методами варіаційної статистики (Лакин, 1990).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Оцінка гібридів F1 баклажана за ступенем онтогенетичної пристосованості. На основі оцінки за морфо – статистичними параметрами виявлено ряд високо – та низькопристосованих гібридів. Низькою онтогенетичною пристосованістю характеризувалися гібриди F1: Алмаз ? Комєта, Алмаз ? Батайський, Алмаз ? Англійський, Алмаз ? Дністровець, Алмаз ? Суклейський, Алмаз ? Альбатрос. Як високопристосовані ідентифіковані наступні гібридні комбінації: Алмаз ? Black Bountiful, Алмаз ? Сімферопольський, Алмаз ? Early Black Japanese, Алмаз ? Extra Early Surple egg, Алмаз ? Баклажан синій, Алмаз ? № 914, Алмаз ? Японські сині. Відмінності меж гетерозиготними рослинами даних категорій підтверджено на рівні цитобіофізичної оцінки (табл. 1). В даному випадку показник електронегативності ядер у гібридів з високою онтогенетичною пристосованістю був достовірно вищим у порівнянні з низькопристосованими незалежно від умов вирощування. Встановлені результати – підвищені значення показника електронегативності клітинних ядер у високопристосованих гетерозигот- вказують на підвищену активність ядерного генома і, можливо, є наслідком прояву гетерозису (Шахбазов, 1999).

Таблиця 1

Середні значення показника електронегативності клітинних ядер у гібридів F1 з різною онтогенетичною пристосованістю (2000 - 2002 рр.)

Онтогенетична

пристосованість | Досліджено | Електронегативність ядер, %

рос-лин | клі-

тин | в оптимальних умовах

(контроль) | в умовах

конкуренції

(дослід)

Низька | 60 | 6000 | 22,7 0,5 | 13,5 0,5***

Висока | 60 | 6000 | 25,3 0,5### | 20,4 0,5***###

Примітка. ***, ### - відмінності між контролем та дослідом (***), високо- та низькопристосованими гібридами (###) достовірні при р < 0,001

Вплив онтогенетичної пристосованості гібридів F1 баклажана на спектр кількісної мінливості в F2. Як відомо, невипадковість розподілу рекомбінаційних подій у межах репродуктивної системи вказує на необхідність оцінки за кількісними ознаками нащадків гібридів F1, які отримано з насіння генеративних органів з урахуванням ярусу їх вертикальної закладки на рослині (Жученко, 1990). Встановлено, що мінливість кількісних, у тому числі господарсько – цінних, ознак в другому поколінні низькопристосованих гетерозигот має свої особливості. Зокрема, встановлено, що за ознакою „загальна маса плодів на рослині” в F2, які отримано з насіння плодів першого ярусу гібридів F1, значення селекційно – важливих фенотипових класів та (або) їх кількість є максимальними (табл. 2). Серед нащадків гібридів з високою онтогенетичною пристосованістю спостерігається в цілому аналогічна картина.

Таблиця 2

Мінливість ознаки „загальна маса плодів на рослині, г.” в F2, отриманих з плодів першого і другого ярусів (1999- 2000, 2002 рр.)

F2 | Прис-

тосо-

ваність | Ярус |

n | Класи (%) | Диспер-

сія

у2 |

Часто-

та

транс-

гресій

1 | 2 | 3 | 4 | 5

<600 | 601-

750 | 751-

900 | 901-

1050 | >1050

4K | Низька | 1 | 90 | 34,0 | 10,0 | 8,0 | 18,0 | 30,0* | 177000 | 4,5

2 | 90 | 55,3 | 20,0 | 11,3 | 10,2 | 3,2 | 155000 | 2,7

4Д |

Низька |

1 | 90 | 38,0 | 8,0 | 14,0 | 14,0 | 26,0* | 224000*# | 10,9*#

2 | 90 | 68,6 | 14,6 | 9,0 | 2,2 | 5,6 | 65000 | 2,3

10K | Низька | 1 | 90 | 100,0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 37200 | 0

2 | 90 | 98,0 | 0 | 2,0* | 0 | 0 | 39000 | 1,8

10Д | Низька | 1 | 90 | 96,2 | 3,8* | 0 | 0 | 0 | 35300 | 2,3 *

2 | 90 | 100,0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 37200 | 0

29K | Низька | 1 | 90 | 97,7 | 2,3 | 0 | 0 | 0 | 38000 | 2,3

2 | 90 | 95,0 | 5,0 | 0 | 0 | 0 | 42500 | 5,0

29Д | Низька | 1 | 90 | 78,1 | 5,0* | 2,5* | 11,9* | 2,5* | 131000*# | 16,9*#

2 | 90 | 100,0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 31000 | 0

8К |

Висока | 1 | 90 | 35,0 | 5,0* | 10,0 | 20,0* | 30,0* | 175000* | 0

2 | 90 | 96,2 | 0,0 | 2,5 | 0 | 1,3 | 75000 | 0

8Д |

Висока | 1 | 90 | 72,5 | 7,5* | 5,0* | 5,0 | 10,0* | 180000* | 3,6 *#

2 | 90 | 91,7 | 0 | 0 | 5,6 | 2,7 | 120000 | 0

18К | Висока | 1 | 90 | 91,7 | 8,3* | 0 | 0 | 0 | 29000 | 6,2 *

2 | 90 | 100,0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 24000 | 0

18Д | Висока | 1 | 90 | 100,0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 18400 | 0

2 | 90 | 100,0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 56200*# | 0

34К | Висока | 1 | 90 | 90,7 | 3,6 | 3,6 | 2,1* | 0 | 73000 | 5,6

2 | 90 | 86,9 | 5,0 | 8,1 | 0 | 0 | 60000 | 8,1

34Д | Висока | 1 | 90 | 96,6 | 0 | 0 | 3,4 | 0 | 28500 | 3,4

2 | 90 | 80,0 | 10,0 | 0 | 10,0 | 0 | 120700*# | 10,0 *

Примітки:

1. К, Д – варіанти контролю та досліду

2. *- різниця за класами, дисперсією або частотою трансгресій між F2, які отримані з насіння плодів першого і другого ярусів, достовірна (р < 0,05)

3. # - різниця за дисперсією і частотою трансгресій між варіантами контролю та досліду достовірна (р < 0,05)

4. Комбінації схрещування: 4 – Алмаз ? Англійський, 10 – Алмаз ? Комєта, 29 – Алмаз ? Дністровець, 8 – Алмаз ? Сімферопольський, 18 – Алмаз ? Баклажан синій, 34 – Алмаз ? Extra Early Surple egg

5. Класи < 300, 351 – 450, 451 – 600 об’єднані у один клас < 600

Так, максимальна кількість фенотипових класів спостерігається в F2, які отримано з насіння перших плодів, у 5 з 6 випадків (див. табл. 2).

Але на рівні дисперсії вказаний ефект – існування максимального різноманіття в другому поколінні, що одержано з насіння плодів першого ярусу - підтверджується тільки в F2 Алмаз Ч ?імферопольський.

Більш того, в F2 Алмаз ? Баклажан синій і – Алмаз ? Extra Early Surple egg (нащадки гібридів F1, які вирощували в екстремальних умовах) спостерігається пряма залежність дисперсії від ярусу закладки плоду (див. табл. 2). Як наслідок, максимальну частоту трансгресій відмічено в F2 Алмаз Ч ?імферопольський і Алмаз ? Баклажан синій при вирощувані гібридів F1 в екстремальних і оптимальних умовах відповідно.

Таким чином, в F2 високопристосованих гетерозигот, отриманих з насіння різних плодів, розподіл за кількісними ознаками був більш випадковим. Встановлені закономірності підтверджено на рівні прояву таких ознак, як „загальна кількість плодів”, „кількість стандартних плодів”. За ознаками „висота рослини” та „індекс форми плоду” вказаний ефект, як правило, не спостерігали. Слід підкреслити, що максимальну частоту позитивних трансгресій серед нащадків,

що отримано з насіння плодів першого ярусу, відмічено в F2 при вирощуванні рослин низькопристосованих F1 в екстремальних умовах.

Встановлені закономірності узгоджуються з даними, паралельно одержаними на перці солодкому (Самовол и др., 2000).

Залежність частоти хіазм від онтогенетичної пристосованості гібридів F1 баклажана. Для встановлення можливих механізмів описаного вище явища було проведено дослідження розподілу хіазм за ярусами закладки генеративних органів у рослин гібридів F1 з різною онтогенетичною пристосованістю. Особливу увагу при цьому приділяли визначенню частоти інтерстиціальних хіазм і кількості бівалентів типу „8”, які, за думкою ряду авторів (Srivastava, 1980; Гавриленко, 1984; Писанец, 1990), визначають формування нетрадиційних рекомбінантів у F2 . Вказаний підхід дозволив отримати нові дані про залежність розподілу хіазм у межах репродуктивної системи рослини від пристосованості гібридів F1. Так, у гібридів F1 відбувалося зниження сумарної частоти хіазм із зростанням ярусу вертикальної закладки бутона (r = - 0,70 ± 0,08). Прояв даного ефекту спостерігався також за частотою інтерстиціальних хіазм (табл. 3) і кількістю бівалентів типу „8”. Так, у досліджених гетерозигот максимальні значення частоти інтерстиціальних хіазм, а також сумарної, є характерними для генеративних органів нижнього ярусу. Аналіз середньопопуляційних значень даного показника дозволив встановити, що в екстремальних умовах у межах перших бутонів гібридних рослин відбувається підвищення частоти інтерстиціальних хіазм. У низькопристосованих гібридів її значення достовірно вище, ніж у високопристосованих, незалежно від умов вирощування (див. табл. 3). При цьому, у рослин комбінацій схрещування з високою пристосованістю відбувається зростання сумарної частоти хіазм на мейоцит, що не спостерігається у низькопристосованих гібридів. Можливою причиною вказаного явища є існування певних обмежень, які обумовлено фізичними властивостями хромосом (Чубыкин, 1997).

Встановлені особливості розподілу рекомбінаційних показників в цілому узгоджуються з даними, отриманими на томаті (Griffing, Langridge, 1963, Жученко, Король, 1986). Вони, можливо, є причиною принципових відмінностей за спектром генотипової мінливості між даними гібридами. Одним з біологічних механізмів, який формує зміни частоти хіазм, є генетично запрограмована функціональна і фізіологічна диференціація протягом онтогенезу, яка згідно з еволюційно – відпрацьованою послідовністю надходження асимілятів до репродуктивних органів робить свій внесок в детермінування розподілу кросоверних подій у рослин F1, особливо в несприятливих екологічних умовах (Жученко мл., 1990).

Таблиця 3

Розподіл хіазм за ярусами закладки генеративних органів у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю (2000-2002 рр.)

При-

сто-сова-

ність F1 | Ярус | n |

Частота хіазм на мейоцит

інтерстиціальних | термінальних | сумарна

Низь-ка, К |

1 | 900 | 3,020,08 ## | 12,400,08 | 15,420,07 ###

2 | 1700 | 2,830,05 1,2* | 10,850,05 1,2*** | 13,680,06 1,2***

3 | 1500 | 2,650,06 1,3* | 10,880,06 1,3*** | 13,530,06 1,3***

Низь-ка, Д | 1 | 900 | 3,440,08 # | 11,930,08 1,2*** | 15,370,08 #

2 | 1800 | 2,790,06 1,2*** | 10,690,06 1,3*** | 13,480,06 1,2***

3 | 1300 | 2,340,06 1,3*** | 10,670,06 | 13,010,07 1,3***

Ви-со-

ка, К |

1 | 900 | 2,690,07 | 11,970,06 1,2*** | 14,660,07 1,2***

2 | 1500 | 3,030,05 2,1*** | 10,910,06 1,3*** | 13,940,07 1,3***

3 | 1000 | 2,230,06 2,3*** | 10,920,07 | 13,150,07

Ви-со-

ка, Д | 1 | 1000 | 3,090,07 | 12,060,07 ## | 15,150,07

2 | 1550 | 2,770,06 1,2* | 11,030,06 1,2*** | 13,800,07 1,2***

3 | 1000 | 2,380,06 1,3* | 10,850,06 1,3*** | 13,270,06 1,3***

Примітки:

1. К, Д – варіанти контролю та досліду

2. #, ##, ### - різниця між гібридами з високою та низькою онтогенетичною пристосованістю за даним показником достовірна при р 0,05 (#), р 0,01 (##), р 0,001 (###)

3. 1,2*, 1,3*** - різниця між бутонами вказаного ярусу закладки на рослині

за даним показником достовірна при р < 0,05 (*) и р < 0,001 (***)

Це підтверджує той факт, що між генеративними органами, які розвиваються в приблизно однакових умовах зовнішнього середовища, але знаходяться на різних суцвіттях, за характером розподілу асимілятів встановлено істотні відмінності. Відомо, що трофічні фактори впливають на частоту рекомбінації. З іншого боку, особливе положення генеративного органа першого ярусу на рослині, яке супроводжується мінімальним репродуктивним навантаженням, може призводити як до підвищення частоти рекомбінації, так і до зниження елімінації нетрадиційних рекомбінантів (Жученко мл.,1990).

Інший можливий механізм формування градієнту з частоти хіазм в межах репродуктивної системи – залежність рекомбінаційних показників від віку організму. Так, зниження частоти кросинговеру із зростанням віку встановлено для миші. Вважається, що вікова мінливість зв’язана з особливостями генетичної системи популяційної адаптації, що підтверджується на рівні існування відмінностей за спектром генотипової мінливості в послідовних групах потомства одних і тих же особин, що має адаптивне значення. Вікову залежність частоти рекомбінації встановлено також на рослинах - Lolium multiflorum, Vicia faba, житі, люцерні (Жученко мл., 1990). Таким чином, на розширення спектру кількісної мінливості в F2, які отримано з насіння перших плодів, працює сукупність фізіолого – генетичних механізмів, таких як підвищення сумарної частоти хіазм, у тому числі інтерстиціальних, оптимізація умов живлення, зниження селективної елімінації нетрадиційних рекомбінантів і підвищена вірогідність достигання плодів (Жученко мл., 1990). Більш того, генеративні органи першого ярусу є найбільш сприятливими до дії мутагенних і рекомбіногенних факторів (Жученко мл, 1990). Це свідчить про існування еволюційно – відпрацьованого механізму, що каналізує мінливість у межах рослини, який, в залежності від архітектури репродуктивної системи і пристосованості до екстремальних факторів середовища, виконує функцію компенсаторного контролю в процесі перетворення генотипової мінливості в онтогенезі гібридів F1. Дію вказаного механізму, очевидно, спрямовано на підвищення життєздатності природних популяцій рослинних видів в несприятливих умовах середовища.

Елементи репродуктивної системи гібридів F1 баклажана як раціональна одиниця обліку частоти хіазм. Існування невипадкового розподілу хіазм у межах репродуктивної системи вказало на необхідність дослідження даного явища в межах пиляка. Згідно з отриманими даними, у гібридів, які досліджували, максимальні значення сумарної частоти хіазм встановлено для верхівки пиляка, а відмінності за вказаним показником між серединою і основою, як правило, неістотні (табл. 4).

Зміни сумарної частоти хіазм відбуваються за рахунок підвищення кількості бівалентів з двома і трьома і зниження – з однією хіазмою. Слід помітити, що частота інтерстиціальних хіазм у межах верхівки пиляка, як правило, є максимальною порівняно з серединою і основою (див. табл. 4).

Одержані результати в цілому підтверджують дані, що встановлено на тюльпані (Rees, Naylor, 1960) і томаті (Гавриленко, 1985).

Таблиця 4

Розподіл хіазм по зонах пиляка у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю (2000-2002 рр.)

При-

стосова-

ність F1 | Зо-на | Частота хіазм на мейоцит

інтерстиціальних | термінальних | сумарна

Низька, К |

В | 2,630,04 | 11,300,04 В,С*** | 13,930,05 В,С***

С | 2,280,04 В,С*** | 10,840,05 В,О* | 13,120,04 В,О***

О | 1,940,03 В,О** | 11,170,04 | 13,110,04

Низька, Д | В | 2,180,04 В,С* | 11,500,04 В,С*** | 13,680,04 В,С***

С | 2,090,04 В,О** | 11,190,05 В,О*** | 13,280,04 В,О***

О | 1,960,04 | 11,150,04 | 13,110,04

Висока, К |

В | 2,300,04 В,С*** | 11,590,04 | 13,890,05 В,С***

С | 2,080,04 В,О*** | 10,990,04 В,С*** | 13,070,04 В,О***

О | 2,040,04 | 10,990,04 В,О** | 13,030,04

Висока, Д | В | 2,180,04 В,С** | 11,480,04 В,С*** | 13,660,05 В,С***

С | 1,990,04 В,О*** | 11,180,04 В,О** | 13,170,05 В,О***

О | 1,900,03 | 11,210,04 | 13,110,05

Примітки:

1. К, Д – варіанти контролю та досліду

2. Зони пиляка: В – верхівка, С – середина, О – основа

3. В,С**, В,О*** - різниця між вказаними зонами пиляка достовірна при р < 0,01(**) і р < 0,001 (***)

4. На кожну зону пиляка досліджено 1100 мейоцитів

Відомо, що приймочка квітки баклажана знаходиться на рівні вільного кінця пиляка (Боос и др., 1990). Таким чином, пилок, який сформовано в межах даної зони, має найвищу вірогідність опинитися на приймочці маточки і здійснити запліднення. Тому не виключено, що наявність градієнта за частотою хіазм у межах пиляка (як і в межах репродуктивної системи) є наслідком існування еволюційно – відпрацьованого механізму підвищення ймовірності виживання природних популяцій за рахунок каналізації вивільнення спектру генотипової мінливості.

Порушення мейозу у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю. Як відомо, за частотою і динамікою порушень мейозу між гібридами F1 з різною онтогенетичною пристосованістю можуть існувати істотні відмінності (Самовол и др., 1987). Дійсно, у низькопристосованих гетерозигот відбувається, як правило, підвищення частоти основних порушень на стадії першого поділу і сумарної, в несприятливих умовах середовища (табл. 5). В даному випадку більша частина порушень зберігається на стадії другого поділу. Як наслідок,

частота порушень мейозу у низькопристосованих гібридів максимальна як на стадіях I і II поділу, так і в сумі.

Таблиця 5

Середня частота порушень мейозу у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю (2000-2002 рр.)

Присто-сова-ність

F1 | Число клітин (%) з порушеннями мейозу

І поділу | ІІ поділу | І и ІІ поділу

дос-лід-жено клітин | з них

з пору-

шен-нями | %

пору-шень | дос-лід-жено клітин | з них

з по-ру-шен-нями | %

пору-шень | дос-лід-жено клі-тин | з них

з по-ру-шен-нями | %

пору-шень

Низька, К | 3429 | 40 | 1,17 | 3479 | 31 | 0,89 | 6908 | 71 | 1,03

Низька, Д | 3497 | 58 | 1,66**# | 3587 | 41 | 1,14# | 7084 | 99 | 1,39**#

Висока, К | 2674 | 42 | 1,80 # | 2549 | 20 | 0,78 | 5223 | 68 | 1,30 #

Висока, Д | 4028 | 52 | 1,29 | 3395 | 18 | 0,53 | 7428 | 70 | 0,94

Примітки:

1. К, Д – варіанти контролю та досліду

2. # - різниця за даним показником між гібридами вказаних категорій достовірна при р < 0,05

3. *, ** - різниця між контролем і дослідом достовірна при р < 0,05(*) і

р < 0,01(**)

У високопристосованих гібридів F1 в екстремальних умовах підвищеної густоти і зниженого водозабезпечення відбувається, навпаки, зменшення даного показника на стадії I поділу і в цілому для першого і другого поділів (див. табл. 5), а частота порушень на стадії другого поділу зменшується більш ніж у 2 рази порівняно зі стадією першого поділу.

Протилежна спрямованість зміни частоти порушень мейозу в екстремальних умовах навколишнього середовища пояснюється, можливо, однаковим цитологічним проявленням гіперфункціонування і виснаження системи репарації пошкоджень (Сергеева,1998). Встановлені результати в цілому узгоджуються з даними, отриманими на культурі томата (Самовол, 1987).

Вважається, що у гетерозисних гібридів генетичні процеси характеризуються підвищеною ефективністю і гомеостатичністю, що відображається на роботі систем репарації пошкоджень (Самовол, 2001). З іншого боку, не виключено, що підвищення заряду клітинного ядра, яке встановлено нами для високопристосованих гібридів у порівнянні з низькопристосованими, може бути пов’язаним з більш легким розходженням гомологічних хромосом в мейозі, яке, можливо, призводить до зниження у високопристосованих гібридів частоти основних порушень мейозу (Шахбазов, 1990). Таким чином, на рівні цитологічної оцінки гібридів F1 отримано результати, які підтверджують буферуючу роль високої онтогенетичної пристосованості. Використання даних показників може бути доцільним у процесі диференціації гібридів F1 за ступенем онтогенетичної пристосованості.

Аналіз і узагальнення одержаних результатів. В даному розділі наведено стислий аналіз та синтез одержаних результатів. Розглядаються основні гіпотези, які пояснюють виникнення принципових відмінностей між гібридами F1 з різною онтогенетичною пристосованістю та пропозиції щодо практичного використання встановлених закономірностей.

ВИСНОВКИ

Розв’язання поставлених задач у межах даної роботи дозволило встановити відмінності між гібридами F1 з високою та низькою онтогенетичною пристосованістю за спектром кількісної мінливості в F2, а також за цитологічними і цитобіофізичним показниками.

1. Показано, що максимальне різноманіття за основними господарсько – цінними ознаками спостерігається в F2 гетерозигот F1 баклажана з низькою онтогенетичною пристосованістю, які отримано з насіння перших плодів.

2. Встановлено, що частота трансгресій за ознаками „кількість плодів на рослині” та „маса плодів на рослині” в F2 низькопристосованих гетерозигот F1 , що отримано з насіння плодів першого ярусу, вища, ніж в F2, вирощеному з насіння плодів другого ярусу. Прояв даного ефекту спостерігається при вирощуванні рослин даних гібридів в умовах зниженого водозабезпечення і підвищеної густоти рослин.

3. Встановлено, що у гібридів баклажана з високою і низькою онтогенетичною пристосованістю відбувається зниження частоти хіазм з підвищенням ярусу закладки бутона. Вказана закономірність спостерігається як в оптимальних, так і в екстремальних умовах.

4. Показано, що частота інтерстиціальних хіазм та кількість атипових бівалентів (типу „8”) у межах бутонів першого ярусу рослин низькопристосованих гетерозигот перевищують значення даних показників у високопристосованих гібридів. Частота інтерстиціальних хіазм при цьому підвищується в екстремальних умовах середовища.

5. Особливості якісного та кількісного розподілу хіазм у межах репродуктивної системи є наслідком існування еволюційно – відпрацьованого механізму, що каналізує мінливість у межах рослини, який, залежно від архітектури репродуктивної системи і пристосованості, виконує функцію компенсаційного контролю в процесі перетворення генотипової мінливості в онтогенезі гібридів F1.

6. У гібридів баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю відбувається зниження частоти хіазм від верхівки до основи пиляка. При цьому відмінності за даним показником між

серединою і основою пиляка неістотні. Зростання сумарної частоти хіазм відбувається за рахунок підвищення кількості бівалентів з двома і трьома хіазмами і зниження – з однією хіазмою.

7. Встановлено відмінності за частотою і динамікою основних порушень мейозу у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю. Частота порушень у низькопристосованих гетерозигот в екстремальних умовах середовища вище, ніж у високопристосованих, особливо на пізніх стадіях мейозу, що відображає відмінності роботи системи репарації пошкоджень у даних гібридів.

8. Встановлено, що найбільші значення показника електронегативності клітинних ядер спостерігалися у гібридів F1 з високою онтогенетичною пристосованістю, що відображає підвищену активність ядерного генома даних гібридів. Встановлений ефект можна використовувати для оцінки гібридів F1 за ступенем онтогенетичної пристосованості.

9. При використанні гібридів F1 як засобу селекції слід використовувати спосіб підвищення рівня рекомбінаційної і спектра генотипової мінливості (патент України № 46944 А), який полягає у використанні нащадків, які одержані з плодів перших ярусів їх закладки на рослинах низькопристосованих гібридів F1 .

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Монтвид П.Ю., Самовол А.П., Грати М.И. Изменчивость частоты хиазм в пределах пыльника у гибридов F1 баклажана с разной онтогенетической приспособленностью // Вісник проблем біології і медицини. – 2002, № 5. – С. 22 -27. (Внесок здобувача 70 % - планування і проведення науково – дослідних робіт, обробка, аналіз і узагальнення експериментальних даних).

2. Монтвид П.Ю. Зависимость характера спектра количественной изменчивости в F2 от ярусности вертикальной закладки плодов у гетерозигот F1 баклажана // Вісник проблем біології і медицини. – 2002, № 7- 8. – С. 42 – 47.

3. Монтвид П.Ю., Самовол А.П., Шахбазов В.Г., Чепель Л.М. Связь частоты нарушений мейоза и биоэлектрических свойств клеточного ядра у гетерозигот F1 баклажана с разной онтогенетической приспособленностью // Вісник проблем біології і медицини. – 2002, № 9 -10. – С. 21 – 25. (Внесок здобувача 70 % - планування і проведення науково – дослідних робіт, обробка, аналіз і узагальнення експериментальних даних).

4. Монтвід П.Ю., Самовол О.П. Розподіл частоти хіазм за ярусами вертикальної закладки генеративних органів у гібридів F1 баклажана з різною онтогенетичною пристосованістю // Біологія і валеологія. – 2002. – Вип. 5.- С. 88 – 94. (Внесок здобувача 70 % - планування і проведення науково – дослідних робіт, обробка, аналіз і узагальнення експериментальних даних).

5. Пат. 46944А України, МКВ А01Н1/04. Спосіб підвищення рівня рекомбінаційної і розширення спектру генотипової мінливостей: Пат. 46944А України, МКВ А01Н 1/04 Самовол О.П., Юрченко О.П., Монтвід П.Ю., Жученко А.А. (мол.), Ж.П. Данаїлов. - № 20000052531; Заявл. 04.05.2000: Опубл. 17.06.2002, Бюл. № 6. – 2 с. (Внесок здобувача 30 % - планування і проведення науково – дослідних робіт, обробка, аналіз і узагальнення експериментальних даних).

6. Самовол А.П., Юрченко А.П., Монтвид П.Ю. Эффект вертикальной зависимости в проявлении характера высвобождения спектра генотипической изменчивости // Тез. докл. Международн. конф. “Селекция и семеноводство в XXI веке”. – Москва, 2000. - С. 175 -176. (Внесок здобувача 70 % - планування і проведення науково – дослідних робіт, узагальнення літературних даних та експериментального матеріалу).

7. Монтвид П.Ю., Самовол А.П., Шахбазов В.Г., Чепель Л.М. Связь приспособленности гибридов F1 баклажана с электрокинетическими свойствами клеточных ядер / Матеріали міжнародної конференції „Селекція рослин на основі генетичних методів” // Овочівництво і баштанництво. – 2002.- Вип. 47.- С. 7-8. (Внесок здобувача 70 % - планування і проведення науково – дослідних робіт, узагальнення літературних даних та експериментального матеріалу).

8. Монтвид П.Ю., Самовол А.П. Количественные и качественные различия хиазм по ярусам закладки генеративных органов у гибридов F1 баклажана / Матеріали міжнародної конференції „Селекція рослин на основі генетичних методів” // Овочівництво і баштанництво. – 2002.- Вип. 47.- С. 11 – 13. (Внесок здобувача 70 % - планування і проведення науково – дослідних робіт, обробка, узагальнення літературних даних та експериментального матеріалу).

9. Самовол А.П., Монтвид П.Ю., Грати М.И. Зависимость частоты встречаемости хиазм от конкурентоспособности гибридов F1 баклажана / Матеріали міжнародної