Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 10
І.І. История и современное состояние работ по гибридизации ржи с пыреем 10
1.2.Цитоэмбриология и генетика ржи и пырея 15
1.3.Филогенетические взаимоотношения родов Secale и Elytrigia 21
1.4 .Эмбриональные процессы и их нарушения при -отдаленной гибридизации,злаков 24
1.5.Причины нескрещиваемости.и основные методы её преодоления при отдаленной гибридизации . 35
Глава 2. Материал и методика исследований 37
Глава 3. Эмбриональные процессы при гибридизации диплоидной .им с пыреем 42
3.1 Эмбриональные процессы при. гибридизации диплоидной ржи с пыреем средним 42
3.2.Эмбриональные процессы.при.гибридизации . диплоидной ржи - с пыреем удлиненным и . гибридным ., 65
З.З.Микроспорогенез -у- гибридов F1 (диплоидная рожь х пырей гибридный) 75
Глава 4. Особенности эмбриональных процессов при гибридизации тетраішоидной ржи с ішреем 87
4.1 .Строение зародышевого мешка и развитие зерновки тетраплоидной ржи 'Старт' и 'Снегиревская-28' . 87
4.2.Эмбриональные процессы при гибридизации тетраплоидной ржи с пыреем средним 93
4.3.Эмбриональные процессы при гибридизации тетраплоидной ржи с пыреем удлиненным и
гибридным 107
Глава 5 STRONG . Гибридизаций тетрапловдной ржи с шреем и результаты изучений 110
Обсуждение результатов исследований STRONG 141
Выводы . 149
Рекомендации 151
Литература 152
- История и современное состояние работ по гибридизации ржи с пыреем
- .Эмбриональные процессы и их нарушения при -отдаленной гибридизации,злаков
- Эмбриональные процессы при. гибридизации диплоидной ржи с пыреем средним
- .Строение зародышевого мешка и развитие зерновки тетраплоидной ржи 'Старт' и 'Снегиревская-28'
Введение к работе
Отдаленная гибридизация является одной из важнейших проблем современной биологии, имеющих.большое теоретическое и прикладное значение (Вавилов,1938; Цицин,19786)*
Особенно велико значение отдаленной гибридизации для сельско« го хозяйства.В течение многих тысячелетий существования земледельческой цивилизации человек приспосабливал дикие растения к своим потребностям. В результате эволюция этих растений пошла по пути, отличному от эволюции их диких сородичей, и образовались.новые ви* ды, обладающие многими ценными хозяйственными качествами, но не всегда способные противостоять неблагоприятным воздействиям.внеш*» ней среды и подверженные различным заболеваниям. Такие культуры не вполне удовлетворяют запросам сельскохозяйственного производства. Отсюда вытекает актуальность работ, по. селекции сельскохозяйственных растений на зимостойкость, засухоустойчивость, комплексный иммунитет, с одновременным повышением продуктивности и качества. Однако, ценные признаки любого вида ограничены заложенной в нем ге«* нетической информацией и не.могут быть улучшены при внутривидовой гибридизации. Именно поэтому наиболее перспективным методом полу» чения новых сельскохозяйственных культур является отдаленная гиб» ридизация. Она имеет значительное преимущество перед другими мето** дами селекции в том отношении, что за счет преобразований ядра клетки.путем замены части существующего генома или добавления к нему отдельных хромосом или генов других геномов позволяет добить*» ся сочетания в одном, вновь синтезированном организме, полезных для человека качеств от двух или более видов и родов. Иными слова** ми, отдаленная.гибридизация позволяет осуществлять "селекционную"-по выражению Н.В.Цицина (19786,1979) инженерию, создавать совер*-шенно новые организмы.
Существенным препятствием широкому внедрению метода отдален
ной гибридизации являются трудности, связанные с нескрещивае
мостью родительских пар, гибелью или стерильностью гибридного
потомства. Степень трудности осуществления отдаленных скрещива«
ний зависит от ранга и филогенетической близости родителей. Это
объясняется тем, что в процессе дивергентной эволюции растения
выработали механизмы, препятствующие чужеродному скрещиванию. -
Как правило, несовместимость возрастает при гибридизации.филоге
нетически более отдаленных таксонов. Генетически, этот процесс-
обусловлен различиями совмещаемых геномов, а нарушения эмбрион
нальных процессов, возникающие при отдаленной гибридизации, явля
ются их,следствием и непосредственной причиной трудностей скре
щивания. . -. . . . . . . - -...
Несмотря на это, число работ по отдаленной гибридизации с - . каждым годом возрастает. В настоящее время отдаленная гибридизация играет большую роль .в селекции зерновых культур.
Важнейшими.зерновыми культурами в Советском Союзе являются-пшеница и рожь. Рожь по сравнению с пшеницей обладает рядом существенных преимуществ в отношении приспособляемости к неблагоприятным климатическим факторам» Ржаной хлеб.по питательной ценности превосходит пшеничный..Однако рожь уступает пшенице по хлебопекарным качествам. Поэтому основная.задача селекции ржи - создание сортов, характеризующихся наряду с высокой.продуктивностью высоким качеством зерна. Задача эта чрезвычайно трудная и, как известно, не может быть осуществлена обычными методами селекции. Привлечение отдаленной гибридизации значительно повышает шансы на успешное решение этой проблемы. . . . . .
Наиболее интересной в теоретическом и практическом отношении областью отдаленной гибридизации является межродовая гибридизация. В теоретическом плане она дает более обширный, чем межвидо-
вая гибридизация, материал для исследования и решения многих во-просов, связанных с эволюцией, филогенией, генетикой, цитоэмбрио-логией и другими областями науки. Б практическом отношении межродовая гибридизация открывает наиболее широкое поле деятельности для создания новых культур, обладающих необходимыми полезными свойствами.
При межвидовой гибридизации перенос того или иного желаемого признака от одного растения другому связан с относительно меныпи- . ми техническими трудностями (имеется в.виду-лучшая скрещиваемость), чем при межродовой гибридизации. Однако, в результате наличия гомологичных геномов у,родственных видов, полезный признак, может -быть быстро утерян вследствие ингибирования или.других типов эпи-стаза. Поэтому полезные признаки, которые привносятся при более отдаленных скрещиваниях, могут оказаться стабильнее, а проведение таких скрещиваний, несмотря на трудности их.осуществления, является более рациональным (Sharma, Gill, 1983).
Особенностью межродовых скрещиваний злаковых, в.которых участвует рожь, является высокая.степень несовместимости.
Несовместимость ржи с другими представителями подтрибы Triticinae -Объясняется её несколько обособленным положением в связи с тем, что геном ЕЕ , который несет рожь, лишь по отдель** ным хромосомам частично гомеологичен геномам других представителей подтрибы.
С другой стороны, трудности отдаленной гибридизации ржи усугубляются тем, что она является облигатным перекрестником. Известно, что у аллогамных видов растений в процессе эволюции выработалась более сильная, чем у автогамных видов, система несовместим мости, препятствующая оплодотворению ( Matzk, Grower, Zacharias, 1980). Этим объясняется и большая трудность.скрещиваний, в которых рожь является материнским растением. М.А.Махалин (1979в) от-
мечает, что прямые скрещивания "пшеница х рожь" осуществляются значительно легче реципрокных ("рожь х пшеница") и что вообще при межродовых скрещиваниях ржи известны лишь единичные случаи получения гибридов в тех вариантах, где материнским растением бы-ла рожь, а межродовые гибриды ржи с эгилопсом, ячменем и.хайналь-дией получены только при использовании ржи как опылителя»
Помимо сказанного, рожь, как и многие другие растения, обла
дает дополнительным механизмом видовой изоляции - постгамной не-
совместимостью, которая проявляется в нарушении развития гибридно*-
го семени» .
Почти все цитоэмбриологичеекие исследования Р ,проводившиеся-при отдаленной гибридизации ржи, сделаны на тех вариантах скрещивания, в которых рожь была отцовским растением. Однако ив этих случаях часто наблюдаются нарушения развития зерновки. По мнению ряда исследователей ( Kaltsikes,Eupakias,Thomas, 1975), работавших с тритикале, аномалии развития зерновок у этих гибридов обус-ловлены ржаным родителем.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что она посвящена мало исследованной до настоящего времени проблеме - цитоэмбриологии отдаленных скрещиваний. Познание нарушений эмбриональных процессов, наблюдаемых при отдаленной гибридизации, имеет не только практическое значение для разработки подходов к преодолению нескрещивав -мости, но и определенный теоретический интерес. Изучение нарушений эмбриональных процессов позволяет в некоторых,случаях глубже понять сущность и значение этих процессов в норме, их связь.с другими, сторонами жизнедеятельности растительного организма; характер и степень нарушения эмбриональных процессов дают возможность судить о филогенетических связях растений, между которыми проводится гибридизация (Банникова,1975; Канделаки,1969,1981; Под-дубная-Арнольди,1964,1976)»
— 8 ***
Гибридизация ржи с пыреем, цитоэмбриологические аспекты кото*-рой рассматриваются в данной работе, имеет большое значение для народного хозяйства в связи с тем, что представляет собой один из путей повышения качества ржаной муки. Созданные Н.В.Цициным и М.А. Махалиным ржано-пырейные гибриды отличаются достаточно высоким содержанием в зерне связной клейковины (Цицин,Махалин,197б). Однако, получать ржано-пырейные гибриды, в особенности при скрещивании пырея с тетраплоидной рожью, трудно.
Цитоэмбриологическое изучение причин трудности получения гиб-ридов ржи с пыреем особенно актуально в связи с тем, что в таком аспекте скрещивания Secale cereale L. с видами рода Elytrigia Desv. ранее не исследовали.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - изучить эмбриональные процессы при отдаленной гибридизации злаковых на примере скрещивания ржи посевной (Secale cereale L. ) с двумя видами представителя дикой флоры « пырея (Elytrigia Desv.=Agropyron Gaertn )- пыреем средним (Б. intermedia (Host) Hevski ), пыреем удлиненным (е. elongata (Host) ITevski ) и их гибридом (е.intermedia зс Е.elongata).
ЗАДАЧИ ШСЛЕДОВАНИЯ:
изучить характер эмбриональных процессов при гибридизации диплоидной и тетраплоидной ржи с пыреем средним, пыреем удлиненным и пыреем гибридным в сравнении с теми же процессами у диплоидной и тетраплоидной. ржи;
выявить нарушения, которыми сопровождаются эмбриональные процессы при скрещивании диплоидной и тетраплоидной ржи с видами пы~ рея;
сравнить по характеру нарушения эмбриональных процессов варианты скрещивания диплоидной и тетраплоидной ржи с пыреем;
установить причины, в результате которых скрещивание тетраплоидной ржи с пыреем осуществляется с большим трудом, чем диплоид-
~ 9 -ной;
сравнить степень нарушения эмбриональных процессов в изучен** ных вариантах скрещивания в зависимости от опылителя;
изучить развитие пыльцы в р. диплоидной ржи с пыреем гибридным;
сделать попытку получить гибриды^ тетраплоидной ржи с пыреем;
изучить развитие пыльцы f^ тетраплоидной ржи с пыреем,
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Впервые изучены эмбриональные процес»* сы при гибридизации представителей родов- Secale L. и ElyUrigia Desv. и с точки зрения цитоэмбриологии рассмотрены причины их трудной скрещиваемости. Показана возможность получения гибридных растений в комбинации "тетраплоидная рожь.х пырей средний" с по-, мощью культивирования зародышей на искусственной питательной среде и проведено исследование развития пыльцы у этих гибридов.
Автор,выражает признательность доктору биологических наук, . проф. В.А.Поддубной~Арнольди и кандидату биологических наук М.В» Ключаревой за консультации и помощь, оказанные при выполнении диссертационной работы.
История и современное состояние работ по гибридизации ржи с пыреем
Идея скрещивания ржи с пыреем с целью получения новых гибридных форм и сортов ржи принадлежит Н.В.Цицину. Работы в этом направлении, были начаты в 1934 г. в Сибири - в Омске под руководи ством Н.В.Цицина, затем продолжены в Подмосковье -в 1943-1948 гг# вНемчиновке в Зональном институте зернового хозяйства нечерноземной полосы, а с 1955 г, ведутся в Главном ботаническом саду АН СССР в отделе отдаленной гибридизации. По имеющимся у нас сведениям, в настоящее время подобные работы нигде больше не проводятся. В 1953 г. гибрид ржи с пыреем был получен Г.Стеббинсом и Ф.Т. Паном (stebbins,Pun, 1953) и Х.Голом (Gaul, 1953), в 1963 г. -А.Зенниози ( Zeimyozi, 1963). Указанные авторы не ставили перед собой иной цели, кроме изучения мейоза полученных гибридов.
Скрещивания ржи с пыреем имеют целью улучшение качества ржа-ной муки за счет обогащения её связной клейковиной. Выбор пырея в качестве партнера ржи объясняется в основном тем, что его зерно по количеству клейковины превосходит даже сорта пшеницы и,как установлено Н.В.Цициным (1935), этот признак при скрещиваниях передается потомству.
Виды пырея обладают различной селекционной ценностью. Как наиболее ценные компоненты для скрещивания выделены лишь два вида -пырей средний и пырей удлиненный (Цицин,1954,1978а). . , Гибридизация ржи посевной с пыреем, целью которой является получение клейковинных форм ржано-пырейных гибридов, проводится в ГБС АН СССР в двух направлениях: пырей скрещивается с диплоидной и с тетраплоидной рожью (таблица I). Уже получены продуктивные гибридные растения типа тетраплоидной ржи, содержащие в зерне до
Количество зерновок, завязывающихся при скрещивании пырея среднего (Elytrigia intermedia ) с диплоидной рожью, составляет 10-14$ от числа опыленных цветков и в сильной степени зависит от сорта ржи и условий года (Цицин,Махалин,1963; Махалин,Т979а).3ер« новки обычно бывают 4-5 мм длиной, щуплые и их всхожесть колеблется от 45 до 65$ (Махалин,1958).
При скрещивании диплоидной ржи с пыреем удлиненным (E»elongaa ) и пыреем гибридным (Б.intermedia х E.elongata ) процент удачи обычно„гораздо ниже: 3,0-4,5$ и 1% соответственно (Махалин, 1958,1970,19796; Цицин,Махалин,1963). Гибриды от скрещивания диплоидной ржи (2п =14) с пыреем средним ( 2п= 42) содержат в соматических клетках 28 хромосом ( 7 от ржи и 21 от пырея среднего) (Любимова,1937; Фаворский,1937) и.со вершенно стерильны. Микроспорогенез у гибридов сильно нарушен,что приводит к образованию стерильной пыльцы. Семяпочки гибрида оста ются недоразвитыми и зародышевые мешки в них встречаются очень редко (1-2 на 800 исследованных семяпочек) (Паламарчук,1958). . Впервые они были получены в 1935 г. Н.В.Цициным (Махалин, 19796)! . Стерильность гибридов от скрещивания диплоидной ржи с пыреем средним преодолевается путем колхицинирования (таблица I,схема I).
Гибриды от скрещинания диплоидной ржи.с декаплоидной расой пырея удлиненного впервые были получены Н.В.Цициным в 1935 г., а затем в условиях Подмосковья их получали в Отделе отдаленной гибридизации ГБС АН СССР (Махалин,19796). По сравнению с гибридами диплоидной ржи с пыреем средним они обладают пониженной жизнеспособностью и на 2-3 год жизни в полевых условиях обычно погибают. В соматических клетках у этих гибридов 42.хромосомы (7 от ржи и 35 от пырея), мейоз очень нарушен (Касаева,197б).
Гибриды от скрещивания диплоидной ржи с пыреем гибридным впер . . - ІЗ - . , вые были получены Н.В.Цициным и Г.Д.Лапченко в 1945 г. и М.А.Ма-халиным в I960 г. (Махалин,1979в). Мейоз у этих габридов не был исследован. Скрещивания, в которых материнским растением являлся пырей, а рожь использовали в качестве опылителя, успеха не имели; в ком бинациях Е.intermedia (2n=42) х S.cereale (2n=14;28) H.E.elonga ta (2n=70) х S.cereale (2n =14;28) зерновок получено не было (Махалин,19796).. В скрещиваемости видов.пырея с.рожью и пшеницей прослеживает ся параллелизм. В обоих случаях скрещивания с пыреем средним осу ществляются успешнее, чем с пыреем удлиненным. При скрещивании пшеницы с пыреем, когда пырей берется-вкачестве опылителя, отмечена достоверная разница в скрещиваемости между вариантами пшеница х пырей средний и пшеница х пырей удлиненный. В комбинации с пыреем средним зерновок завязывается значительно больше, чем во второй комбинации. Завязываемость зерновок пшеницы в комбинации с пыреем гибридным примерно такая же, -как при гибридизации пшеницы с пыреем удлиненным (Рагулин, 1958; Цицин,1978а; Любимова,Белов,1979), Основной причиной пониженной, скрещиваемости пшеницы с пыреем удлиненным указанные авторы считают несовпадение сроков цветения пырея удлиненного и пшеницы. В условиях Московской области пырей зацветает значительно позже пшеницы, а пырей удлиненный - особенно поздно (на 2 - 2,5 недели позже пырея среднего). Поэтому ко времени гибридизации основные колосья пшеницы отцветают и гибридизацию проводят на подгонах, что и обусловливает низкую завязываемость гибридных зерновок. По« ниженную завязываемость зерновок при скрещивании пшеницы с пыреем гибридным по сравнению с вариантом скрещивания с участием пырея среднего объясняют пониженной фертильностью пырея гибридного.
При реципрокных скрещиваниях пырея с пшеницей, когда мате ринским растением служит пырей, процент удачи скрещивания значив тельно ниже, чем при прямых. Это объясняется, с одной стороны, общей закономерностью отдаленной гибридизации (при скрещивании само- и перекрестноопыляемого растений процент удачи всегда выше при использовании в качестве опылителя перекрестноопыляемого растения), а с другой стороны - техническими причинами, связанными с трудностью кастрации и изоляции цветков пырея (Цицин,1978а).
При скрещивании тетраплоидной ржи. с пыреем процент завязав шихся зерновок резко падает..По данным М.А.Махалина завязывае-мость в комбинации "тетраплоидная рожь х пырей.средний".составь ляет всего 0,06$ и лишь в отдельные годы достигает 0,5$. Гибрид ные растения были получены Н.В.Цициным и М.А.Махалиным в 19.64-г (Махалин,1979в), затем в 1967 г.; повторно их получить не удава« лось. Гибриды F,. оказались частично плодовитыми, фертильность их пыльцы составляла 45$, и для дальнейшей работы_их не было необходимости колхицинировать (таблица I, схема 2), что явилось основ - . ным преимуществом.этого варианта скрещивания (Цицин,Махалин,1976). Помимо этого, гибриды пырея среднего с тетраплоидной рожью имели-неломкий колос по морфологии напоминающий колос ржи (Цицин, Маха- лин,1976).
.Эмбриональные процессы и их нарушения при -отдаленной гибридизации,злаков
Б процессе эволюции у растений выработались механизмы, пре-пятствующие скрещиванию отдельных видов и родов, иными словами « межвидовая и межродовая или гетерогенная несовместимость» На уровне эмбриональных процессов она выражается в различных нарушениях, носящих вполне закономерный характер и проявляющихся как у дву« дольных, так и у. однодольных растений. Цитоэмбриологии межвидовой несовместимости у растений.посвящен обзор М.И.Худяк и В.П.Банни-ковой (1968), монография В.П.Банниковой (1975).
Подавляющему большинству покрытосеменных растений для образования семян необходимо осуществление трех последовательных собы« тий: I) прорастание пыльцы, 2) двойное оплодотворение, 3) развит тие зародыша и эндосперма. От того,, на каком из этих этапов.эмбрионального развития происходят нарушения и какой они достигают степени, зависят успех или неудача скрещивания. При отдаленной гибридизации покрытосеменных растений могут происходить следующие нарушения: Г) пыльца не.прорастает на рыль це, 2) пыльцевые трубки прекращают свой рост на ранних,стадиях, 3) пыльцевые трубки проникают в.зародышевый мешок, но оплодотворе ния не происходит, 4) оплодотворение происходит, но зародыши гиб нут на.разных стадиях развития, 5) зародыши образуют проростки, но проростки погибают на.той или иной стадии развития (Костов, 1938; Поддубная-Арнольди,1960). Обычно при каждом отдаленном скре щивании наблюдается несколько из перечисленных явлений (Баннико ва, 1975); Рост пыльцевых трубок. При совместимых скрещиваниях злаков большинство.пыльцевых зерен, попадая на рыльца, почти тотчас же начинают прорастать В ткани пестика обычно можно обнаружить 5«10 25 — хорошо растущих пыльцевых трубок, но оплодотворение совершается только одной из них (Модилевский и др.,1958). Б растущих пыльце , вых трубках два спермия и вегетативное ядро находятся на некото» ром расстоянии от конца трубки (ГерасимоваЧ1авашина,1954). При отдаленной гибридизации злаков наблюдается нарушение роста пыльцевых трубок, выражающееся в замедлении или остановке их продвижения, образовании вздутий, повороте на 180. Отмечены случаи слияния нескольких идущих рядом пыльцевых трубок. В ано-. мальных пыльцевых трубках спермин перемещались в кончик пыльцевой трубки и становились пикнотическими. Однако, исследователи, наблюдавшие рост пыльцевых трубок при. отдаленной гибридизации злаков, отмечают, что часть.пыльцевых трубок сохраняла нормальную форму и такие пыльцевые.трубки могли проникнуть в. зародышевый-мешок (Батыгина,Долгова,Коробова,І96І;Поддубная-Арнольди,1965;Хведынич, БанниковаД970; Хведынич,1972;.Банникова,Хведынич,1975; Фурсов, Кожахметов,І969; Коробова,1961; Батыгина,1961,1966; Балевска,1979 и др.). В некоторых случаях уже рыльце становится основным барьером для роста пыльцевых трубок злаков. В результате этого семена либо вовсе не завязываются, либо из них развиваются растения. материнского типа (Ключарева,1959; Mock and Loescher, І973).Сле-дует отметить что появление растений материнского типа при отдаленных скрещиваниях в семействе злаков отмечалось при скрещивании ржи с пшеницей, пшеницы с пыреем и в других комбинациях. Скорее всего, растения материнского типа появляются в результате псевдогамии и развития зародышей из нередуцированных или полиплоидии зированных.яйцеклеток (Канделаки,1969)v
Оплодотворение. Процесс оплодотворения у злаков происходит однотипно. При совместимом опылении ржи оба спермия, попавшие в зародышевый шшок, либо одновременно сливаются с женскими ядра -26 ми, либо это слияние происходит асинхронно (Модилевский и др., 1958). Оплодотворение при отдаленной гибридизации злаков изучено да леко не полно, что связано с методическими трудностями, относи тельной кратковременностью и редкостью этого процесса. Оплодотво« рение может.совершаться нормально, либо сопровождаться различными нарушениями. Всевозможные нарушения, крайним выражением.которых.. является полное отсутствие оплодотворения, наиболее подробно paG смотрены на примере гибридизации ржи с пшеницей (Ху Хань,1959) и ячменя с рожью (Хведынич,Банникова,1970). В некоторых случаях оплодотворение при отдаленной гибридиза-ции происходит.относительно нормально, лишь темпы его замедлены (БатыганаД966;Федосенко,1968а,б;Канделаки,1969). Эмбриогенез»Зародыш злаков развивается по типу, выделяемому в настоящее время в особый Роасеае - тип (Батыгина,1974;Поддубная-Арнольди,197б). При отдаленной гибридизации может наблюдаться либо отставание в развитии зародыша, либо, наоборот, его более быстрое, чем при внутривидовом скрещивании, развитие В некоторых случаях не проис-ходит деление зиготы. Частым нарушением.является неправильное .зало- жение перегородок между клетками. Однако,как отмечено В.П.Банниковой (1975) на основе, анализа литературы, ранние этапы формирования гибридного зародыша до.его дифференциации на органы, чаще протекают аналогично контролю. Основные нарушения обнаруживаются в процессе дифференциации. Органообразование в гибридных зародышах подавлено либо полностью, либо частично.
Эмбриональные процессы при. гибридизации диплоидной ржи с пыреем средним
Как указывалось выше, количество завязавшихся зерновок при скрещивании диплоидной ржи с Elytrigia intermedia составляет в среднем 10 14% от числа опыленных цветков СЦицин,Махалин,1У7б) и в сильной степени зависит от сорта ржи (Цицин,МахалинД963). Зерновки обычно бывают 4 5 мм длиной,щуплые и их всхожесть ко» леблется от 45 до 65$ (Махалин,195Ь). Гибридизацию диплоидной ржи с пыреем средним мы проводили летом 1977 и 1979 гг. Перед гибридизацией была проверена фертильность пыльцы рас 43 « тений диплоидной ржи, на которых проводилась работа, и фертиль» ность пыльцы Е.intermedia,чтобы исключить возможность снижения завязываемоети из«за пониженной фертильности родительских рас« тений. Фертильность ржи Гибридная равнялась 95$, а фертиль« ность пыльцы различных клонов пырея среднего колебалась в пределах 89,6 - 95,7$.
Изучение прорастания пыльцы пырея на рыльцах ржи показало, что в данной комбинации этот процесс замедлен. Через 5 минут после опыления можно изредка наблюдать лишь выпячивание цито» плазмы из пор отдельных пыльцевых зерен. Многочисленные короткие пыльцевые трубки образуются через 20 минут после опыления В процессе роста пыльцевых трубок отмечались отдельные нарушения: остановка роста пыльцевых трубок в тканях рыльца и завязи, обра« зование у них вздутий, рост в сторону, противоположную семяпоч» ке (поворот на 180). Несмотря на слабый рост пыльцевых трубок, был отмечен достаточно высокий процент начавших формироваться зерновок, путем подсчета их на колосьях, срезанных не позднее 15-ти суток после опыления: в 1977 г.« 28,1$ (от 12,5 до 51,4$), в 1979 г. « 30,5$ (от 2,5 до 57,5$) (таблица 4).
По нашим наблюдениям, начальные этапы развития гибридных зерновок, образовавшихся от опыления диплоидной ржи пыльцой пы« рея среднего, протекают сходно с развитием зерновки диплоидной ржи Гибридная-21, но более медленно. Через 24 часа после опыления в гибридной комбинации наблюдалось деление первичного яд« ра эндосперма или 2 свободных ядра эндосперма и зигота. В конт» роле в это время ядер эндосперма было больше (до восьми).
Наряду с нормальным оплодотворением мы наблюдали отклонения от нормы, заключавшиеся в оплодотворении полярных ядер при от» сутствии оплодотворения яйцеклетки, а также случаи, когда спер » мии входили в яйцеклетку и полярные ядра, но зигота и эндосперм
Четырехклеточный зародыш и многочисленные ядра эндосперма, образующие постенный слой, мы наблюдали в гибридной завязи че» рез 3 суток после опыления. У ржи Гибридная- в трехсуточном за» родыше насчитывалось до 8 клеток.
Как в опыте, так и в контроле, на третьи сутки начинается дегенерация антипод и тканей семяпочки, окружающих зародышевый мешок. Гибридные зерновки различаются между собой по степени развит тия зародыша и эндосперма. Это различие проявляется уже через 4 суток после опыления. В это время эндосперм находится в ядер» ной фазе, но в одних случаях ядра эндосперма образуют регуляр » ный постенный слой, в других «и их гораздо меньше, они не связа-ны между собой; иногда наолюдается дегенерация эндоспермаЛисло клеток в зародышах варьирует от 6 до 15. В четырехсуточной гиб ридной зерновке, как и в контроле, идет процесс разрушения тканей, окружающих зародышевый мешок. Клетки мезокарпия содержат большое количество крахмальных зерен .
На пятые«шестые сутки после опыления в гибридных и контроль ных зерновках ржи начинает формироваться клеточный эндосперм. Клеточные перегородки образуются сперва в микропилярной части зерновки и значительно позже « в центральной и халазальной её частях. И в гибридной и в контрольной комбинациях антиподы и ткани, окружающие зародышевый мешок, продолжают разрушаться. В обоих случаях зародыш недифференцирован, но в гибридной комби» нации клеток в зародыше значительно меньше (рисі), в клетках внутреннего интегумента шестидневных гибридных зерновок отмече« но отложение суберина В контроле отложение суберина происходит через тот же промежуток времени, что и в опыте или на 1«2 суток раньше. К iff vSEx-yZ Рисі. РОЖЬ Гибридная « х пырей средний. 5 суток после опыления.Микропилярная часть зерновки с двухклеточным зародышем и ядрами эндосперма ш 47 Через 7-8 суток после опыления в эндосперме гибридных и контрольных зерновок начинается отложение крахмальных зерен и происходит дифференциация (рис.2,3). Количество крахмала в па ренхимных клетках завязи уменьшается. В контроле дифференциация эндосперма и отложение в нем запасных питательных веществ проис« ходят более интенсивно. Окружающие ткани заметно резорбируются. Количество крахмала в клетках, окружающих семяпочку, уменьшает » ся. Зародыш и в опыте и в контроле многоклеточный грушевидный недифференцированный (рис.4). По количеству клеток гибридный-за -родыш продолжает значительно отставать от контрольного. С этого срока различия в развитии гибридной и контрольной зерновок ста -новятся более существенными.
.Строение зародышевого мешка и развитие зерновки тетраплоидной ржи 'Старт' и 'Снегиревская-28'
Строение зародышевого мешка и развитие зерновки тетраплоидной ржи мы изучали на примере озимой тетраплоидной ржи Старт и многолетней тетраплоидной ржи Снегиревская 28 в связи с.её ис пользованием для гибридизации с пыреем. Нас интересовало насколько существенны нарушения в строении женской генеративной сферы у этих сортов по сравнению с диплоидной рожью и могут ли..эти..нарушения влиять на результаты скрещивания и на эмбриональные процессы, которые происходят при отдаленной гибридизации ржи.. Наши исследования показали, что темпы эмбриональных процесс сов у обоих сортов тетраплоидной ржи в основном такие же, как у диплоидной ржи, что согласуется с данными других авторов (Мошко вич,Чеботарь,1976). ...... Прорастание пыльцевых.зерен, обоих сортов тетраплоидной ржи начинается через 5-Ю минут после опыления. Спермии проникают, в яйцеклетку и полярные ядра через I час после опыления. Образо« вание первой пары ядер эндосперма отмечено, нами через б часов . после опыления. Первое деление зиготы наступает через сутки.после опыления. Клеточный эндосперм образуется на 4-5 сутки после . опыления, начало дифференциации эндосперма наступает через 8 суток, начало дифференциации зародыша - через 10 суток после опы ления. Антиподы начинают дегенерировать на вторые сутки после опыления, через 7-8 суток они полностью разрушаются. .
Аномалии в строении женского гаметофита.у тетраплоидной ржи описаны многими авторами (Мошкович,Чеботарь,1976). Как указывалось выше, Т.Н.Чеченева (1977) выделила для по-липлоидных форм растений 4 типа отклонений в морфологии зароды шевых мешков: 1)дегенерация всего зародышевого мешка; 2) ано-мальная поляризация элементов зародышевого мешка; 3)дегенерация яйцевого анпарата (яйцеклетки и синергид вместе и порознь); 4) аномалии полярных ядер.
Для того, чтобы установить, какие из перечисленных отклонений преобладают у изучаемых нами сортов тетраплоидной ржи, было исследовано 68-аномальных зародышевых мешков сорта Старт и 44 -- многолетней ржи Снегиревская-28 , выявленных в процессе эмбриологического изучения тетраплоидной ржи. Выяснено, что у Старта в процентном отношении от общего числа нарушений на первом месте стоит полная дегенерация яйцеклетки и полярных ядер (63,2$), а у Снегиревской-28 - полная дегенерация зародышевого мешка (56,8$). Единично отмечены дегенерация полярных ядер и антипод (таблица. 10). Нарушения поляризации элементов зародышевого мешка в нашем материале не отмечены. Единственный раз обнаружены три полярных ядра в одном зародышевом мешке; аналогичный случай был описан для тетраплоидной ржи А.М.Мошкович и А.А.Чеботарем (1976). ЗГ Снеги-ревской -28 отмечены единичные случаи миграции зародыша к средней части зародышевого мешка (рис.28). Миграция зародыша в сред-нюю часть зародышевого мешка отмечалась М.В«Ключаревой (1963) в зерновках пшеницы при дозревании в течение нескольких суток колосьев, срезанных зелеными; эндосперм прекращал своё развитие . из-за отсутствия притока питательных веществ, а зародыш погружался в эндосперм и растворял его. Очевидно, и в нашем.случае погружение зародыша в эндосперм было связано с неблагоприятными условиями питания из-за нарушения обмена между зародышевым мешком и окружающими его.тканями .
Нами замечено, что абсолютное число различных нарушений строе Таблица 10 Нарушения строения зародышевых мешков у тетраплоидной ржи Старт , Снегиревская-28 и диплоидной ржи Гибридная-2 1977 г. Основные колосья Подгоны Общее число нарушение в том числе Сорт исследовано за-родыше-вых мешков к-во зародышевых мешков с ано« малиями исследо» вано зародышевых мешков к-во зародышевых, мешков с ано-малиями. дегенерация всего, зародышевого мешка " дегенерация яйцеклетки и полярных ядер дегенерация яйцевого ап парата дегене« рация полярныхядер и антипод дегенерация поляр ных ядер
Рожь Снегиревская-28 . Контроль. II суток после опыления, Миграция зародыша к средней части зародышевого мешка а - зародыш (увеличено) ния зародышевых мешков выше на подгонах, чем на основных колосьях. В 1977 г, на основных колосьях количество завязей с аномальными зародышевыми мешками составляло у Старта 14,0$ (7 из 50 исследованных зародышевых мешков) и 22.,0% у Снегиревской-28 (II из 50 исследованных зародышевых мешков).
На подгонах количество нарушений в зародышевых мешках у Старта возрастало до 50,8$ (61 из 120 исследованных зародышевых мешков), а у Снегиревской-28 - до 66,0$ (33 из 50 зародышевых мешков). Мы не заметили качественных различий мевду типами отклонений в морфологии зародышевых мешков на основных колосьях и на подгонах. .
Б контроле. - у диплоидной ржи Гибридная-2. на основных колосьях в 1977 г« было обнаружено 15$ аномальных зародышевых мешков (6 из 40 исследованных зародышевых мешков), а на подгонах... количество нарушений возрастало до 38,3$ (23 из 60). У Тибридной-2 наиболее частым нарушением.является полная дегенерация зародышевого мешка - 55,2$, на втором месте находится дегенерация яйцеклетки и полярных ядер (таблица 10).
Известно, что у полиплоидов аномалии строения зародышевых мешков обусловлены генетическими.причинами, вызывающими сильное нарушение мейоза в период формирования зародышевого мешка. Наряду с этим, как указывала М.В.Ключарева (І98ІД982) на примере тритикале, отклонения в морфологии зародышевых мешков могут быть вызваны повреждением завязей насекомыми, В процессе работы мы неоднократно наблюдали, подобное повреждение завязей как тетрад плоидной, так и диплоидной ржи, причем чаще всего поврежденным оказывался микропилярный конец завязи.
Полная дегенерация зародышевого мешка, а также дегенерация яйцеклетки и полярных ядер тетраплоидной ржи полностью исключают оплодотворение. В случаях же, когда дегенерирует только яйцевой аппарат, либо только полярные ядра, может произойти оплодо-творение соответственно только полярных ядер или только яйцеклетки, У рассматриваемых сортов тетраплоидной ржи мы наблюдали случаи отсутствия зародыша при нормально.развитом эндосперме (17$ у Старта и 17,9$ у Снегиревской 28). Развития зародыша при отсутствии эндосперма в нашем материале не отмечено. Помимо пе-речисленных нарушений наблюдались отдельные случаи дегенерации зародыша, при нормальном развитии эндосперма, встречавшиеся в ос» новном у Снегиревскойп28 и достигавшие IQ$, а.также единичные-случаи отсутствия оплодотворения, внешне нормальных яйцеклетки -И полярных ядер. Кроме, того,.в единичных случаях мы наблюдали-частичную дегенерацию.эндосперма в центральной части зародышевого мешка у обоих сортов тетраплоидной ржи.
