Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Систематика и кариологическая изученность рода picea a. dietr 9
Таксономическая система рода Picea 9
Кариологическая изученность рода Picea \8
ГЛАВА 2. Объекты, материал и методики исследований 22
Характеристика объектов исследования; '. 22
Материал и методики исследований 26
ГЛАВА 3. Кариологическии анализ ели аянской [picea ajanensis (lindl. ет gord.) fisch, ex carr.] и ели иезской [picea jezoensis (siebold ет zucc.) carr.] 32
Кариотип ели аянской из Приморского края 32
Кариотип ели аянской из Хабаровского края 46
Кариотип ели иезской из Японии 68
Сравнение кариотипов P. ajanensis и P.jezoensis с P. obovata 79
ГЛАВА 4. Кариологическии анализ ели корейской (picea koraiensisnakai) 86
Кариотип ели корейской из Приморского края 86
Сравнение кариотипов P. koraiensis и P. obovata 114
ГЛАВА 5. Кариологическии анализ ели шренка (picea schkenk1ana fisch. ет с. a. mey.), ели глена [picea glehnii (fr. 8снмгот) mast.]и ели мейера (picea meyerirehd. ет wils.) 11?
Кариотип елиШренкаиз Алма-Атинской области 117
Сравнение кариотиповP. schrenkiana иР. obovata 133
Кариотип ели Глена из Японии 136
Кариотип елиМейера из Китая ' 149
ГЛАВА 6. Использование данных кариологии для изучения биоразнообразия, систематшси и эволюции родар/с&4 a. Dietr 165
Выводы 179
Литература 181
Приложение. Список латинских названий таксонов,
Цитируемых в тексте 204
- Кариологическая изученность рода Picea
- Кариотип ели аянской из Хабаровского края
- Сравнение кариотипов P. koraiensis и P. obovata
- Сравнение кариотиповP. schrenkiana иР. obovata
Введение к работе
Актуальность темы. Род Рісеа (ель) по данным разных авторов включает 35-50 видов [Gaussen, 1966; Krassmann, 1970; Бобров, 1971; Liu, 1982; Schmidt, 1989]. Ареалы более половины из них находятся на территории Сибири, российского и зарубежного Дальнего Востока, в бассейне Тихого океана. Виды ели относятся к числу основных лесообразователей северного полушария и имеют большое практическое значение. Несмотря на длительную историю изучения, до сих пор не разработана филогенетическая классификация рода, а многие вопросы систематики и филогении остаются спорными. Для видов Рісеа характерно явление интрогрессивной гибридизации, что еще больше осложняет таксономию. Интерес к кариологическим исследованиям хвойных азиатской части ареала вызван еще и тем, что этот регион находится вблизи предполагаемого центра образования данной группы растений [Вульф, 1932; Florin, 1963]. Это свидетельствует о необходимости изучения рода различными методами биосистематики. Одним из таких методов является кариологический.
Кариотип - это один из важнейших диагностических признаков вида. Значение использования кариологических данных в таксономии растений было показано многими исследователями отечественной кариологической школы [Левитский, 1931, 1937; Розанова, 1946; Навашин, 1957; Грудзинская, Захарьева, 1967; Навашин, Чуксанова, 1970; Чуксанова, 1974; Гриф, 1992, 1997, и др.]. В настоящее время кариологические методы широко используются в биосистематических исследованиях.
Данные кариологии применяются для решения спорных вопросов систематики, для разграничения видов, слабо различающихся морфологически, для изучения формо- и видообразования [Навашин, 1957; Грудзинская, Захарьева, 1967; Навашин, Чуксанова, 1970; Правдин, Шершукова, 1971; Ильченко, Гурзенков, 1974; Круклис, 1974; Машкин и др., 1974; Правдин и др., 1974; Березин, Бударагин, 1982; Гущин, Урусов, 1986; Муратова, 1995а, 1996; Седельникова и др., 2000, 2004, и др.]. Кариологический анализ во мно-
5 гих случаях может быть ключом к установлению возможных направлений эволюционного процесса и дополнительным аргументом при изучении таксонов, систематическое положение которых неясно. В связи с этим необходимо расширение исследований по кариологии видов древесных растений, цитологические особенности которых пока слабо изучены.
Проведение кариологических исследований необходимо для разработки селекционных программ с целью повышения продуктивности и улучшения качественного состава лесов. На международном совещании по проблемам сохранения лесных генетических ресурсов в странах бывшего СССР отмечалось, что генетические ресурсы хвойных Сибири и Дальнего Востока изучены слабо [Ирошников, 1998; Милютин, 1998]. Кариологические исследования являются составной частью изучения генетических ресурсов и нужны для использования генофонда мирового разнообразия хвойных.
За последние 20 лет были проведены обширные кариологические исследования сибирских и дальневосточных видов хвойных [Круклис, 1980; Муратова, 1980,1989а, б, 1991а, б, 1994, 1995а, в, 1998, 2001а, б, 2003; Муратова, Чубукина, 1985; Гущин, Урусов, 1986;' Медведева, Муратова, 1987; Брока, 1990; Ильченко, Гамаева, 1991; Гамаева, 1992а, б; Муратова, Матвеева, 1996; Седельникова, 1998, 2003; Муратова, Прохорчук, 1999; Седельни-кова и др., 1999, 2000, 2004; Владимирова, 2000, 2000а, б; Седельникова, Муратова, 2002, и др.]. Среди них намного лучше изучены представители родов Pinus и Larix. Виды рода Ргсеа до сих пор оставались недостаточно изученными, за исключением ели сибирской (P. obovata). Все остальные виды ели азиатской части ареала с точки зрения кариологии были изучены крайне слабо или не изучены совсем. Все вышесказанное и определило направленность и содержание работы.
Цель и задачи исследования. Цель работы заключалась в изучении ка-риотипов видов рода Picea азиатской части ареала: P. schrenkiana, P. koraien-sis, P. ajanensis, P. jezoensis, P. glehnii, P. meyeri.
В задачи исследования: входило:
Изучение кариологических особенностей видов рода Picea азиатской части ареала с применением методов поликариограммного и морфометрического анализа, анализа вторичных перетяжек и числа ядрышек в интерфазных ядрах;
Кариологическое изучение видов родаРгсеа из разных мест произрастания и выявление на этой основе внутри- и межвидового кариологического полиморфизма;
Анализ и обобщение имеющихся в литературе данных по кариологии рода Picea и сопоставление их с результатами собственных исследований;
Использование кариологического анализа для систематики и таксономии изученных видов.
Работа выполнялась на кафедре экологической генетики и биотехнологии КрасГАУ и в лаборатории лесной генетики и селекции Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН в 2000-2003 гг.
Научная новизна. Изучено 20 популяций 6 видов рода Picea, произрастающих на территории Казахстана, Российского Дальнего Востока, Японии и Китая. Впервые проведен сравнительный кариологический анализ Р. schrenkiana, P. koraiensis, P. ajanensis и P. jezoensis. В работе приведены новые данные о структуре кариотипов P. glehnii, P. meyeri; для P. meyeri до начала работы было известно только число хромосом. Получены материалы, расширяющие существующие представления о структуре кариотипа рода Picea.
Практическая ценность работы. Полученные данные могут применяться при изучении биоразнообразия растений, внутривидовой дифференциации, помогают понять процессы микроэволюции и образования новых видов. Данные по числу хромосом могут использоваться при составлении определителей и региональных флор, монографий по систематическим группам. Материалы настоящего исследования используются в лекционных и практических курсах по биологии с основами цитологии и экологической ге-
7 нетике на эколого-биотехнояогическом факультете Красноярского государственного аграрного университета, в лекционном курсе по лесной генетике и селекции в Красноярском государственном университете, и в Сибирском государственном технологическом университете. Защищаемые положения:
В качестве систематического признака при кариологическом анализе видов Picea может выступать количество идентифицируемых групп хромосом.
Локализация нуклеолярных районов в хромосомах и их морфологическая изменчивость у одного и того же вида варьируют в разных районах его произрастания.
Для видов рода Picea из азиатской части ареала характерны те же основные признаки морфологии хромосом, как и для видов из других частей ареала, но по некоторым признакам азиатские виды имеют свою специфику.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на X международном симпозиуме «Концепция гомеостаза: теоретические, экспериментальные и прикладные аспекты» (Красноярск, 2001), на III Российской конференции памяти Л. М. Черепнина «Флора Сибири и Дальнего Востока» (Красноярск, 2001), на конференциях молодых ученых в Институте леса им. В. Н. Сукачева СО РАН «Исследования компонентов лесных экосистем Сибири» (Красноярск, 2001, 2004), на международных конференциях «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики - 2001» и «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики - 2003» (Томск, 2001, 2003), на IV Международной конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск, 2001), на Международной конференции «Классификация и динамика лесов Дальнего Востока» (Владивосток, 2001), на II международной научной конференции МОГИС, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н. И. Вавилова «Актуальные проблемы генетики» (Москва, 2003).
Кроме того, результаты исследований были представлены на научно-практической конференции «Лесная генетика и селекция на рубеже тысяче-
8 летий» (Воронеж, 2001), на IX Всероссийской студенческой научной конференции «Экология и проблемы защиты окружающей среды» (Красноярск, 2002), на научной генетической конференции, посвященной 100-летию А. Р. Жебрака и 70-летию образования кафедр генетики в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева (Москва, 2002), на конференции, посвященной 100-летию организации 1-ой селекционной станции при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева и начала научной селекции в России (Москва, 2003).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 13 печатных работах и 6 работ находятся в печати,
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 206 страницах, включая 38 таблиц и 80 рисунков. Библиографический список включает 232 наименования, из которых 64 - иностранные источники. Приложение содержит список латинских названий упоминаемых в тексте таксонов.
Личный вклад автора. Результаты исследований, представленные в диссертации, подучены непосредственно автором.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю - д.б.н. Е, Н. Муратовой за постоянный интерес к работе, творческую направленность, ценные советы и помощь. Автор благодарен к.б.н. О. С. Владимировой, с которой проводились совместные исследования. Автор благодарит д.б.н., проф. Л. И. Милютина, к.б.н. Т. С. Седельникову и других сотрудников лаборатории лесной генетики и селекции Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН за обсуждение широкого круга вопросов по изучаемой проблеме, ценные советы и критические замечания. Автор также благодарит всех коллег, любезно предоставивших семена разных видов ели для проведения исследований.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант №03-04-49719).
Кариологическая изученность рода Picea
Первым крупным исследованием кариотипов хвойных является классическая работа американских ученых К. и X. Сакс [Sax, Sax, 1933]. Эти авторы изучили соматические и мейотические хромосомы 52 видов из 15 родов и представили их идиограммы. Значительный вклад в .изучение хромосом хвойных внесли затем индийские цитогенетики П. Н. Мера и Т. Н. Хошу [Mehra, Khoshoo, 1956], которые привели данные для 50 видов из 16 родов.
Основной вклад в изучение кариотипов ели в период 1960-1970 гг. внесли Ф. С. Сантамур [Santamour, I960], К. Монгенштерн [Morgenstern, 1962], Дж. Бюрлей [Burley, 1965], С. Тояма и И. Куроки [Toyama, Кшокі, 1967]. Ими впервые изучены P. asperata, P. maximowiczii, P. bicolor, P. glehnii, Р. koyamae, P. rubens, P. jezoensis, P. hondoensis (P. jezoensis var. hondoemis), P. sitchensis, P. engelmannii, P. montigena, P. balfouriana (P. likiangensis), P. omorica, P. orientalis [Santamour, 1960; Morgenstern, 1962; Burley, 1965; To-yama, Kuroki, 1967]. Только этими данными для некоторых видов и сейчас ограничиваются сведения о кариотипе. До конца 70-х годов кариотипы хвойных считались стабильными, но это объясняется слабой цитогенетической изученностью данной группы растений к тому времени.
С 1960 года для анализа кариотипа применяется метод поликариограмм - наиболее точный и объективный метод анализа кариотипа и идентификации хромосом [Patau, 1960; Гиндилис, 1966]. Для повышения разрешающей способности кариограммного анализа критерии отбора используемых признаков совершенствовались [Павулсоне и др., 1970; Павулсоне, Иорданский, 1971].
С 1970 г. начался новый период в кариологии рода Picea, связанный с построением поликариограмм. С помощью этого метода были идентифицированы хромосомы и изучены кариотипы P. abies [Габрилавичюс, 19726; Terasmaa, 1972; Правдин и др., 1974, 1978], P. obovata [Скупченко, 1975; Правдив; и др., 1978; Шершукова, 1978], P. ajanensis [Шершукова, 1976]. Данный метод и сейчас широко используется для кариологического анализа разных видов ели [Муратова, 1995а; Муратова, Владимирова, 2001а; Владимирова, 2002а; Карток, 2002; Владимирова и др., 2003].
В начале 70-х годов у ели были найдены добавочные, или В-хромосомы. Их обнаружили почти одновременно у ели сибирской (Р. obovata) в России [Круклис, 1971а, б] и ели ситхинской {P. sitchensis) в Северной Америке [Moir, Fox, 1972]. В период 1970-1990 гг. активно изучались разные виды ели на наличие в кариотипе добавочных хромосом [Teoh, Rees, 1977; Rees et al., 1977; Правдин и др., 1978; Шершукова, 1978; Kean, 1982; Kean et al., 1982; Liu, Li, 1985; Lai et al., 1986; Ge et al., 1987; Медведева, Муратова, 1987; Hizume, 1988; Hizume et al., 198.8; Брока, 1990; Ильченко, Га-маева, 1991; Гамаева, 1992а; Shi, Wang, 1994; Муратова, Фролов, 1995; Фа-рукшина 1997; Фарукшина и др., 1997; Муратова, Прохорчук, 1999].
Сверхкомплектные хромосомы и сейчас привлекают внимание исследователей и являются интересным объектом в цитогенетических исследованиях [Муратова, 2000; Седельникова и др., 2000; Буторина, Богданова, 2001; Муратова, Владимирова, 2001а, б; Владимирова, 2002а; Муратова, Владимирова, и др., в печати].
На текущий момент известно 14 видов ели и один межвидовой гибрид с добавочными хромосомами: P. ajanensis [Ильченко, Гамаева, 1991; Гамаева, 1992а; Муратова, Фролов, 1995; Муратова, 2003; Муратова и др., 2004], Р. albertiana [Teoh, Rees, 1977], P. brachytyla [Hizume et al, 1991], P. engelmannii [Teoh, Rees, 1977; Hizume, 1988;], P. xfennica [Фарукшина, 1997; Фарукшина и др., 1997; Владимирова, 2002а], P. glauca [Teoh, Rees, 1977; Буторина, Богданова, 2001], P. glehnii [Hizume, 1988; Hizume et al., 1988; Муратова, Владимирова, 20016], P. jezoensis [Hizume et al., 1989], P. hondoensis [Hizume et al., 1989], P. meyeri [Liu, Li, 1985; Lai et al., 1986], P. microsperma [Liu, Li, 1985], P. obovata [Круклис, 1971a, 6, 1978; Медведева, Муратова, 1987, 1989; Правдин и др., 1978; Шершукова, 1978; Брока, 1990; Муратова, Владимирова, 2001а; Владимирова, 2002а, б], P. schrenkiana [Муратова и др., 20016, в], Р. sitchensis [Moir, Fox, 1976, 1977; Teoh, Rees, 1977; Kean et al.,1982], P. wilsonii [Liu, Li, 1985].
Число добавочных хромосом нестабильно, не зависит от числа хромосом основного набора и не связано с систематическим положением таксонов [Мошкович, 1979; Муратова, 2000]. У североамериканских видов P. glauca и P. albertiana (P. glauca var. albertiana) было отмечено до 6 В-хромосом [Teoh, Rees, 1977]; до 5 В-хромосом обнаружено у североамериканского вида Р. sitchensis и у дальневосточного вида P. glehnii [Teoh, Rees, 1977; Kean et al., 1982; Муратова, Владимирова, 20016]. У ели сибирской отмечено от 1 до 4 добавочных хромосом [Круклис, 1971а, б, 1978, 1980; Щершукова, 1978; Медведева, Муратова, 1987; Брока, 1990; Муратова, 1995а, 1996; Muratova, 1997; Седельникова и др., 2000; Муратова, Владимирова, 2001а; Муратова и др., 2001а, в, в, г; Владимирова, 2000, 2002а, б; Sedelnikova, Pimenov, 2003].
В 1980-1995 гг. в практике хромосомного анализа активно использовался метод флюоресцентного анализа. Этот метод применялся для изучения хромосом при исследовании видов со сходными кариотипами, и для выявления филогенетических связей в пределах рода Рісеа [Hizume et al., 1989, 1991]. Флюоресцентный метод основан на выявлении структурной неоднородности хромосом с помощью нуклеотидспецифичных флюорохромов — хромомицина А3 (выявляет Г-Ц пары) и ДАЛИ (выявляет А-Т пары). Методом FISH на хромосомах ряда видов Рїсеа установлена локализация локусов рДНК [Brown et al., 1993; Hizume, Kuzukawa, 1995].
К настоящему времени цитологически изучено более половины видов Рісеа; наиболее исследованными являются P. obovata и P. abies. Морфомет-рические параметры хромосом известны у P. obovata, P. fennica, P. smithiana (P. morindd), P. abies, P. asperata, Р, wilsonii, P. bicolor, P. polita, P. glauca, Р. коуатае, P. mariana, P. rubens, P. hondoensis, P. microsperma, P. sitchensis, Р. engelmannii, P. pungens, P. omorika, P. orientalis, P. brachytyla [Круклис, 19716, 1980; Правдин, Шершукова, 1971; Габрилавичюс, 1972а, б, 1978; Правдин и др., 1974; Скупченко, 1975; Sasaki, 1976; Teoh, Rees, 1976, 1977; Rees et al., 1977; Правдин и др., 1978; Шершукова, 1978; Kean, 1982; Kean et al., 1982; Liu, Li, 1985; Гущин, Урусов, 1986; Hizume, 1988; Mehra, 1988; Hizume et al., 1989, 1991; Brown et al, 1993; Муратова, 1995a; Hizume, Kuzu-kawa, 1995; Kim, 1996; Nkongolo, 1996; Brown, Carlson, 1997; Седельникова и др., 2000; Буторина, Богданова, 2001; Муратова, Владимирова, 2001а; Владимирова, 2002а, б; Butorina et al, 2003; Sedelnikova, Pimenov, 2003].
Для многих видов сведения о кариотипе ограничиваются числом хромосом - P. х crassifolia [Zhang, Ma, 1989], P. maximowiczii [Santamour, 1960], P. albertiana [Teoh, Rees, 1977], P. morrisonicola [Kuo et al., 1972], P. monti-gena [Santamour, 1960], P. halfouriana (P. likiangensis) [Santamour, 1960; Shi, Wang, 1994], P. breweriana [Price et al., 1974], P. spinulosa [Mehra, 1988]. Некоторые виды не изучены даже в отношении числа хромосом - P. gemmata, P. neoveitchii, P. chihuahuana, P. mexicana, P. purpurea, P.yunnanensis.
За всю историю исследования рода Рісеа кариологически изучались новые в этом плане виды, проводилась работа и по более углубленному изучению ранее описанных кариотшгов. Анализ литературных данных показывает, что- виды ели в азиатской части ареала в кариологическом отношении изучены недостаточно. Настоящее исследование позволит систематизировать уже имеющиеся и полученные в результате работы материалы по кариологии рода Рісеа этого огромного региона. На основе множества спорных и противоречивых фактов предстоит выяснить, какие кариологические показатели являются видоспецифичными и на чем основаны наиболее существенные кариологические различия разных видов и одного вида в разных местах произрастания.
Кариотип ели аянской из Хабаровского края
Число хромосом. В диплоидном наборе ели аянской из Кур-Урмийскрго и Сукпайского районов Хабаровского края содержится 24 хромосомы (рис. 11). В этих образцах 16% изученных корешков включало дополнительно к основному набору, одну добавочную хромосому метацентри-ческого типа; кроме того, 2% изученных проростков из Сукпайского района имело две В-хромосомы метацентрического типа (рис. 12).
Морфология хромосом. Дня изучения морфометрических параметров использовались образцы из Кур-Урмийского и Сукпайского районов Хабаровского края. Суммарная длина хромосом диплоидного набора ели аянской из Кур-Урмийского района в 30 метафазных пластинках варьирует от 2,12,1 до 369,6 мкм (коэффициент вариации - 12,1%); в 25 метафазных пластинках из Сукпайского района - от 235,3 до 464,6 мкм (коэффициент вариации - 18,9%).
Для построения поликариограммы использовалось 23 пластинки из кур-урмийского произрастания в интервале спирализации 1/=240,0-320,0 мкм; и 20 пластинок из сукпайского, с ELa=240,0-400,0 мкм. Вариация степени спирализации хромосом этого вида из разных районов представлена на рис, 13. На поликариограммах ели аянской (рис. 14) длинные равноплечие хромосомы I-VIII пар образуют одну группу с близкими параметрами: 1 9,3-25,3 мкм, 1 2,8-6,9%, Г=32,6-50,0%. Области точек, соответствующие IX и XII парам хромосом, выделяются на поликариограмме отдельно. Менее обособленно выделяется группа точек, соответствующая X-XI парам. Параметры этих хромосом следующие: IX пара - 1 8,7-17,8 мкм; Lr=2,9-4,3%; Ic=3 0,7-47,2%; X-XI пары - La=6,9-17,9 мкм; Lr=2,6-4,2%; Ic=28,3-50,0%; XII пара - 1/=6,3-13,6 мкм; Lr=2,3-3,3%; Г=24,8-49,6%. Добавочные хромосомы представлены на поликариограмме отдельно (La=2,2-5,7 мкм; 1/=0,9-1,6%; 1с=39,5-49,6%).
Ну клеолярные районы. кариотипе ели аянской из Кур-Урмийского и Сукпайского районов наибольшее число хромосом с вторичными перетяжками, которое может наблюдаться одновременно — 9. На рис. 15 представлена частота встречаемости хромосом с вторичными перетяжками в изученных районах. Среднее число вторичных перетяжек на метафаз-ную пластинку в Кур-Урмийском районе составляет 4,8±0,40 (коэффициент вариации 44,0%), в Сукпайском - 4,5+0,54 (коэффициент вариации 60,0%).
Наибольшая встречаемость хромосом с вторичными перетяжками приходится на I-VIII группу. Вторичные перетяжки имеют 21,7% хромосом этой группы из Кур-Урмийского района, 21,5% - из Сукпайского. В IX, X-XI и XII парах этот показатель составляет в Кур-Урмийском районе 6,7%, 8,3% и 3,3%; в Сукпайском - 4,0%, 11,0% и 4,0% соответственно. Морфометриче-ский анализ показал, что имеются хромосомы с двумя и более перетяжками на хромосоме. Кроме того, имеются случаи, где перетяжки на хромосомах встречаются нерегулярно.
Рис. 15. Частота встречаемости хромосом с вторичными перетяжками у ели аянской из Хабаровского края. В образцах из Кур-Урмийского района самая длинная хромосома набора (I пара) имеет три перетяжки: в дистальном ($ =65,9%) и проксимальном (502=34,6%) районах на коротком плече и в дистальном (sc3=61,6%) на длинном, причем перетяжка в дистальном районе на коротком плече встречается нерегулярно. По одной перетяжке на длинном плече в проксимальном (sc=35,l%) и дистальном (30=65,6%) районах имеют II и III пары хромосом соответственно. Две пары хромосом имеют перетяжку одинаковой локализации в средней части длинного плеча (sc=51,3%)- В соответствии со своей длиной по средним параметрам они занимают IV и V места. Вторичная перетяжка непостоянной локализации имеется также в медиальном районе (sc=44,0%) длинного плеча IX пары. На X паре хромосом имеются перетяжки медиальной локализации (sci=47,3%) на коротком и дистальной (sc2=64,l%) на длинном плече; по остальным параметрам эта хромосома не отличается от XI пары. Перетяжку низкой частоты встречаемости имеет XII пара в медиальном районе (sc=54,2%) на длинном плече.
В хромосомных наборах из Сукпайского района I пара хромосом имеет перетяжку в проксимальном (sc=34,3%) районе на длинном плече, II пара - в дистальном (sc=66,0%) на коротком плече. Перетяжка одинаковой локализации в средней части длинного плеча (sc=50,9%) имеется на двух парах хромосом, которые в соответствии со своей длиной по средним параметрам занимают VI и VII места. Три перетяжки имеет VIII пара хромосом: в середине короткого плеча (sci=47,8%), и в медиальном (sc2=41,9%) и дистальном (sc3=67,2%) районах на длинном. Вторичная перетяжка непостоянной локализации имеется также в проксимальном районе (sc=37,4%) длинного плеча IX пары. Две перетяжки имеет X пара хромосом: непостоянную в дистальном районе (sc!=62,4%) на коротком плече и перетяжку медиальной локализации (802=52,8%) на длинном плече; по остальным параметрам эта хромосома не отличается от XI пары. Перетяжку низкой частоты встречаемости в медиальном районе (зс=57,0%) длинного плеча имеет XII пара. Морфометрические параметры хромосом ели аянской из Хабаровского края представлены в табл. 6 и 7, а характеристика вторичных перетяжек — в табл. 3.
При подсчете ядрышек в интерфазных ядрах у ели аянской из разных районов Хабаровского края наблюдалось от 1 до 15 ядрышек (табл. 5). Максимум приходится на клетки, содержащие 4-9 ядрышек (рис. 16). Среднее число ядрышек в интерфазных ядрах косвенно свидетельствует о том, что в кариотипе этого вида из Хабаровского края шесть-семь пар нуклеолярных хромосом. Эти данные согласуются с полученными результатами по перетяжкам, т.к. у ели аянской из данного происхождения выявлено шесть пар хромосом с постоянными вторичными перетяжками. Связь ядрышек с районами вторичных перетяжек профазных хромосом представлена на рис. 17.
Сравнительный анализ хромосом разных происхождений. Числа хромосом P. ajanensis из разных районов изучения приведены в табл. 8. Для установления изменчивости кариотипа был проведен анализ ели аянской из двух районов произрастания этого вида в Хабаровском крае и одного района — в Приморском крае. Сравнительный анализ ка-риотипов ели аянской из Кур-Урмийского и Сукпайского районов Хабаровского края и Чугуевского района Приморского края показал, что в разных районах произрастания морфологические типы хромосом этого вида сходны. Хромосомный набор ели аянской из данных районов содержит 10 пар мета-центрических (I-VIII, X-XI) и 2 пары субметацентрических (IX, XII) хромосом, В-хромосомы относятся к типу метацентрических. Кариотипы различаются по количеству нуклеолярных районов, по особенностям их локализации, по числу ядрышек в интерфазных ядрах.
Сравнение кариотипов P. koraiensis и P. obovata
Первоначально морфология хромосом ели корейской изучалась С. В. Гамаевой [19926] в Приморском крае. В работе отмечено, что средняя суммарная длина диплоидного набора составляет 323,21±4,58 мкм, что практически не отличается от данных настоящего исследования по Анучинскому району (324,2±4,21 мкм). По данным автора [Гамаева, 19926], визуально хорошо различаются только короткие субметацентрические хромосомы. Из 24 хромосом только XII пара является субметацентрической; очень близка к субметацентрической и IX пара хромосом. Вторичные перетяжки встречаются на всех хромосомах, но наиболее часто (в 62,9% случаев) на I-VI парах. Наименьшая частота встречаемости (12,4%) вторичных перетяжек отмечена на XI и XII парах. Перетяжки различны по степени морфологической выраженности и часто не имеют определенного положения. Они могут распола 115 гаться в проксимальном и дистальном районах как на коротком, так и на длинном плече, редко на обоих плечах одновременно. Эти данные нашли подтверждение и при настоящем исследовании; некоторые различия выявлены лишь в числе и локализации вторичных перетяжек.
С. И. Ким [Kim, 1996] в кариотипе ели корейской выделил восемь пар метацентрических (I-VII, XI) и четыре пары субметацентрических (VIII, IX, X, XII) хромосом. Вторичные перетяжки отмечались на IV и VIII парах хромосом в дистальном районе короткого плеча. В работе Н, Н. Гурзенкова и Г. А. Резинкиной [2001] впервые приведены результаты исследования кариоти-па ели корейской с учетом конфигурации (силуэта) хромосом. Авторы считают этот признак константным и наследственно закрепленным. Хромосомы I-VIII группы имеют близкие параметры. Вторичные перетяжки выявлены у I, II, Ш и VII пар хромосом [Гурзенков, Резинкина, 2001].
У ели сибирской, по данным ряда исследователей [Медведева, Муратова, 1987; Муратова, 1995а; Фарукшина и др., 1997; Фарукшина, 1997; Владимирова, 2002а], также, как и у ели корейской, I-VIII пары хромосом в кариотипе не идентифицируются и имеют сходную длину и положение центромеры. X и XI пары выделяются отдельно, и обычно являются короткими мета-центриками. Однако у декоративных форм ели сибирской хромосомы X-XI пары составляют одну группу [Владимирова, 2002а]. IX и XII пары хромосом являются субметацентрическими.
Вторичные перетяжки у P. obovata отмечались во многих парах хромосом I-VIII группы с разной частотой, а также на IX, X и XI парах [Правдин, и др., 1978; Медведева, Муратова, 1987; Муратова, 1995а; Фарукшина и др., 1997; Фарукшина, 1997; Владимирова, 2002а]. На XII паре хромосом вторичных перетяжек не наблюдалось [Правдин, и др., 1978; Муратова, 1995а; Владимирова, 2002 а], в то время как: у P. koraiensis на этой паре вторичные перетяжки были отмечены.
Так как на основе ботанических описаний видовая самостоятельность P. koraiensis остается спорной, то особого внимания заслуживает факт нали 116 чия добавочных хромосом у P. obovata и их отсутствия у P. koraiensis. В данном случае следует иметь в виду то, что отмечена тенденция распространения видов с В-хромосомами с востока на запад [Муратова, 1999, 2000; Владимирова, 2002а]. Факт отсутствия В-хромосом в кариотипе ели корейской позволяет предположить, что P. koraiensis и P. obovata — самостоятельные виды. Однако для более обоснованного вывода следует изучить P. koraiensis с целью поиска добавочных хромосом из других районов произрастания. Вероятно, что именно данные по числам хромосом внесут определенный вклад в решение этой таксономической проблемы.
Сравнение кариотиповP. schrenkiana иР. obovata
Хромосомный набор ели Шренка (2п=24) содержит 10 пар (I-VIII, X-XI) метацентрических и 2 пары (IX, XII) субметацентрических хромосом. В изучаемом происхождении найдена добавочная хромосома метацентрического типа и встречается миксоплоидия. Все хромосомы набора имеют вторичные перетяжки. В интерфазных ядрах наблюдается от 1 до 14 ядрышек. В единичных случаях были отмечены кольцевые, дицентрические хромосомы и зарегистрированы случаи перицентрической инверсии.
Сравнение кариотипов P. schrenkiana и P. obovata
В. А. Бударагин и Э. Л. Березин [Бударагин, 1980; Березин, Бударагин, 1982] в кариотипе P. schrenkiana выделили 11 пар метацентрических и одну пару субметацентрических хромосом. Среди этих хромосом идентифицировалось восемь пар, остальные (IV-VII пары) составляли гомеоморфную группу. Хромосомы XII пары в заилийской популяции ели Шренка относятся к ярко выраженным субметацентрикам (центромерный индекс - 32,5±0,20%).
По материалам вышеупомянутых авторов, в кариотипе заилийской, кунгейской и джунгарской популяций 4 пары хромосом имеют вторичные перетяжки (II, III, VIII и X). Сравнение этих популяций указывает на их большое сходство; различия обнаружены только в локализации перетяжки у II пары хромосом. Все это, по мнению авторов [Бударагин, 1980; Березин, Бударагин, 1982], свидетельствует о сравнительно недавно начавшемся процессе дифференциации данных популяций, а высокое сходство кариотипов, возможно, объясняется пространственной близостью этих популяций.
Ель Шренка и ель сибирская очень близки и трудно различимы по морфологическим описаниям. Сравнительный анализ кариотипов Р, schren-kiana и P. obovata также показал, что эти виды сходны по основным морфологическим типам хромосом. Кроме А-хромосом, кариотипы двух видов включают В-хромосомы. Однако о наличии добавочных хромосом в кариотипе ели сибирской известно довольно давно [Круклис, 1971а], в то время как у ели Шренка единичный случай присутствия В-хромосомы в кариотипе впервые описан в 2001 г. [Муратова и др., 20016, в]. Возможно, это объясняется тем, что благодаря работам российских ученых ель сибирская является наиболее изученным кариологически видом древесных растений по всему ареалу [Круклис, 1971а, б, 1978; Шершукова, 1978; Медведева, Муратова, 1987; Брока, 1990; Фарукшина, 1997; Муратова, 2000; Муратова, Владимирова, 2001а; Муратова и др., 2001а, б, в, г, 2002; Владимирова, 20026; Владимирова и др., 2003].
Число добавочных хромосом у ели сибирской варьирует от 1 до 4, по морфологии они могут быть мета- и субметацентрическими. У ели Шренка найденная добавочная хромосома относится к метацентрическому типу. Различаются рассматриваемые виды по длине как отдельных пар хромосом, так и общей длиной диплоидного набора, а также по числу нуклеолярных районов, по особенностям их локализации на хромосомах, по числу ядрышек в интерфазных ядрах. Кариотип ели Глена из Японии
Впервые кариотип ели Глена был изучен японскими исследователями [Toyama, Kuroki, 1967]. В дальнейшем данный вид привлекал внимание других специалистов по кариологии [Sasaki, 1976; Hizume, 1988; Hizurae et al., 1988]. В последних работах [Муратова, 1998, 2000, 2001а; Муратова, Про-хорчук, 1999; Муратова, Владимирова, 20016] определены числа хромосом и кратко описан кариотип ели Глена из Сахалинской области и с о-ва Хоккайдо в Японии. У этого вида изучены добавочные хромосомы, но морфология хромосом основного набора (А-хромосом) была изучена недостаточна.
Число хр ом о с ом. Число хромосом основного набора ели Глена составляет 24 [Toyama, Kuroki, 1967; Sasaki, 1976; Hizume, 1988; Hizume et al., 1988; Муратова, 1998, 2000, 2001a; Муратова, Прохорчук, 1999; Муратова, Владимирова, 20016]. У этого вида в природных популяциях и клоновых плантациях на о-ве Хоккайдо были описаны 1-2 добавочные хромосомы ме-тацентрического типа [Hizume, 1988; Hizume et al., 1988]. При изучении кариотипа ели Глена с о-ва Хоккайдо было обнаружено до пяти добавочных хромосом (2n=24+l-5B) разного размера и морфологии [Муратова, 1998, 2000, 2001а; Муратова, Прохорчук, 1999; Муратова, Владимирова, 20016]. 12% изученных корешков содержало 1 добавочную хромосому, по 4% клеток имели 2, 3, 4 или 5 добавочных хромосом. Однако 72% проростков содержало 24 хромосомы (рис. 60 и 61).
Морфология хромосом. настоящем исследовании установлено, что суммарная длина хромосом диплоидного набора P. glehnii в 12 метафазных пластинках варьирует от 328,8 до 470,0 мкм; коэффициент вариации — 10,1%. В табл. 30 приведены хромосомные параметры одной из типичных метафазных пластинок. Для построения поликариограммы использовалось 5 пластинок, отобранных в интервале спирализации 11/=355,0-390,0 мкм (рис] 62). На поликариограмме P. glehnii (рис. 63) равноплечие хромосомы I-VIII пар образуют группу с близкими параметрами: La=14,l-21,7 мкм, 17=3,7-5,8%, 1430,0-50,0%. Области точек, соответствующие IX, X-XI и XII парам хромосом, выделяются на поликариограмме отдельно. Параметры этих хромосом следующие: IX пара - La=12,6-15,0 мкм; 17=3,4-4,0%; Іс==:34,2-40,9%; X-XI пары - 17=10,7-14,1 мкм; 17=2,9-3,8%; 1с=39,7-49,9%; XII пара -17=9,3-11,9 мкм; 17=2,5-3,1%; Ґ=29,8-39,0%. В-хромосомы P. glehnii имели следующие размеры и морфологию: 1 мета- и 1 субметацентрическая размером 5-6 мкм, крупная метацентрическая — около 8 мкм, мелкий метацентрик (=3 мкм); и самый маленький субметацентрик размером -1,5 мкм [Муратова, Владимирова, 20016]. Хромосомный набор P. glehnii систематизированный по данным поликариограммного анализа, представлен на рис. 64.
Нуклеолярные р а й о и w. В пределах группы I-VIII самая длинная хромосома набора (I пара) имеет перетяжку в проксимальном районе на коротком плече (sc=27,6%). Две пары хромосом (II и III) имеют перетяжку одинаковой локализации на длинном плече в дистальном (sc=71,0%) районе. Перетяжку в средней части длинного плеча (sc=50,6%) имеет IV пара хромосом. Две непостоянные перетяжки медиальной локализации на коротком (sci=42,8%) и на длинном (sc2=51,8%) плечах содержит V пара хромосом. На трех парах хромосом в кариотипе P. glehnii из группы I-VIII вторичных перетяжек не встречается. В соответствии со своей длиной по средним параметрам они занимают VI-VHI места. Хромосомы IX пары имеют вторичную перетяжку в медиальном районе (sc=53,8%) короткого плеча; на длинном плече X пары имеется две перетяжки (sci=46,3%; sc2=64,9%). По другим параметрам (длина и центромерный индекс) хромосомы X пары не отличаются от хромосом XI пары. У XII пары имеются две. перетяжки на длинном плече (sci=3l,0%; sc2=59,9%). Морфометрические параметры хромосом P. glehnii представлены в табл. 31, а характеристика вторичных перетяжек в табл. 32.
