Содержание к диссертации
Введение
1. Генотипическая изменчивость культивируемых видов злаков и их сородичей по устойчивости к токсичным ионам алюминия 8
1.1. Некоторые аспекты физиологии устойчивости к ионной токсичности 8
1.2. Генетические основы устойчивости к алюминию у разных видов злаков 21
1.3. Пути расширения наследственного разнообразия злаков по реакции на стресс 33
2. Условия, материал и методы исследований 39
2.1. Условия проведения опытов 39
2.2. Материал исследований 41
2.3. Методы исследований 42
3. Наследственная изменчивость ячменя по устойчивости к токсичным ионам алюминия 48
3.1 Тестирование реакции растений ячменя на ионный стресс 49
3.2. Культивируемый вид ячменя 54
3.2.1. Реакция корня 54
3.2.2. Реакция ростка 58
3.2.3. Функциональная связь длины корня и ростка 64
3.3. Дикорастущие виды ячменя 67
3.4. Сравнительный анализ устойчивости ячменя и пшеницы к ионам алюминия 69
4. Толерантность ячменя к ионам алюминия в условиях почвенной культуры 71
4.1. Динамика появления всходов 71
4.2. Влияние А13+ на ростовые параметры растений 73
4.3. Элементы продуктивности 80
5. Гибридологический анализ устойчивости ячменя к токсичным ионам алюминия 82
5.1. Метод анализа 8 5
5.2. Характеристика F! 89
5.3. Анализ семей F3 92
5.3.1. Тестирование по длине корня 92
5.3.2. Тестирование по длине ростка 100
5.4. Анализ семей F4 Faust I х Colsess IV 108
Заключение 112
Выводы 115
Практические рекомендации 117
Список литературы
- Генетические основы устойчивости к алюминию у разных видов злаков
- Пути расширения наследственного разнообразия злаков по реакции на стресс
- Функциональная связь длины корня и ростка
- Влияние А13+ на ростовые параметры растений
Введение к работе
Ячмень - важная зернофуражная культура, посевы которой в России занимают 12,5 млн. га (Неттевич и др., 2001). Одним из основных факторов, сдерживающих рост урожайности ячменя, является повышенная почвенная кислотность и, особенно, присутствие в почве подвижных ионов алюминия. В последнее время отмечается тенденция к снижению почвенного плодородия и существенное увеличение площадей с кислыми почвами, так как резко снижено финансирование мероприятий по известкованию почв. По прогнозам специалистов к 2005 - 2010 г.г. в Нечерноземной зоне в 2-3 раза возрастут площади с высокой кислотностью (Жученко, 2001). В этих условиях наиболее рациональным является использование в качестве средства производства сортов с высокой адаптивностью к неблагоприятным эдафическим факторам. В настоящее время для районов Северо-Востока удалось создать продуктивный и толерантный к почвенной кислотности сорт ячменя (Родина, Щенникова, 2000). Однако для дальнейшего повышения эффективности селекции требуется анализ генетических систем, детерминирующих высокую устойчивость растений к токсичности кислых почв. Необходима также разработка основных направлений поиска и создания селекционно-ценного материала.
В тоже время сведений о характере полиморфизма культивируемого вида ячменя по устойчивости к токсичным ионам явно недостаточно. Мало изучены дикорастущие виды ячменя, которые могут представлять интерес для селекции как возможный источник генов, обуславливающих устойчивость к неблагоприятным почвенным факторам. В литературе есть отдельные сведения о контроле различий по устойчивости к ионам алюминия между сортами ячменя одним или несколькими генами (Reid, 1979; Aling et al., 1993; Tang et al., 2000). Подробная информация о генетической структуре, контролирующей устойчивость к токсичным ионам алюминия, и экспериментально созданные ценные реком-бинанты позволят существенно повысить результативность селекции высоко- урожайных и адаптивных к неблагоприятным условиям кислых почв сортов ячменя.
Цель и задачи исследования. Целью нашей работы было изучение наследственной изменчивости и генетического контроля устойчивости растений ячменя к ионам алюминия.
В программу исследований включены следующие задачи:
Модифицировать методы тестирования устойчивости растений ячменя к токсичным ионам алюминия.
Изучить реакцию генотипов ячменя на ионный стресс в разные периоды онтогенеза.
Определить величину наследственной изменчивости видов ячменя и их эколого-географических групп по устойчивости к токсичным ионам алюминия и выделить селекционно-ценные генотипы.
Выявить закономерности наследования устойчивости ячменя Hordeum vulgare L. к ионам алюминия и определить генетическую детерминацию признака.
Научная новизна. Дан сравнительный анализ методов тестирования устойчивости растений ячменя к токсичным ионам алюминия. Модифицированы методы оценки алюмоустойчивости по индексу длины корня и по окрашиванию корней проростков эриохром цианином R. Показана сходимость результатов лабораторной диагностики алюмоустойчивости с данными тестирования в почвенной культуре. Выявлен значительный генетический потенциал видов и эколого-географических групп культивируемого вида Н. vulgare L. по устойчивости к ионам алюминия (185 мкМ А13+, рН 4,0). Впервые выявлены формы ячменя, контрастно различающиеся по реакции корня и ростка на действие ионного стресса, что является следствием различий в генетическом контроле устойчивости этих частей растений. Генотипы ячменя, тестированные в ювениль-ный период как высокоустойчивые к ионному стрессу, могут существенно различаться по этому признаку на более поздних фазах развития. Впервые выявле- ны закономерности наследования устойчивости к фитотоксичным ионам алюминия гибридами Fi - F4 и F2BCi различных по устойчивости сортов ячменя. Реакция корней ячменя на ионный стресс, помимо множественных генов с малым эффектом, может быть детерминирована одним - двумя главными генами. Впервые показано, что реакция ростка на ионы алюминия может быть детерминирована одним главным геном и одним доминантным геном-ингибитором, препятствующим проявлению высокой устойчивости растенй ячменя. Определено независимое наследование устойчивости корня и ростка ювенильных растений ячменя.
Практическая значимость. Определено направление поиска наиболее адаптированных к ионному стрессу генотипов ячменя. Модифицированный метод тестирования устойчивости к ионам алюминия (окрашивание корней проростков эриохром цианином R) позволяет более эффективно вести отбор неустойчивых генотипов по этому признаку. Из мировой коллекции ячменя ВИР выделены неизвестные ранее высокоустойчивые к ионам алюминия образцы. Дикорастущие виды ячменя могут служить источником эффективных генов устойчивости к алюминию в селекции культивируемого вида на адаптивность к экстремальным факторам среды. Экспериментально созданы селекционно-ценные рекомбинанты ячменя с более высокой устойчивостью к ионному стрессу, чем исходный сорт Faust I.
При подборе родительских пар и отборе рекомбинантов в процессе селекции по устойчивости к токсичным ионам алюминия необходимо учитывать различия генетических систем, контролирующих реакцию на стресс корня и ростка ювенильных растений ячменя.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на II Международном симпозиуме «Зерновые - патогены и взаимодействие стрессовых факторов» (Познань, Польша, 1997); конференциях молодых специалистов ВИР (Санкт-Петербург, 1998, 1999, 2000); Научной сессии «Новые методы селекции создания адаптивных сортов сельскохозяйственных культур; результаты и пер- спективы» (Киров, 1998); II съезде Всероссийского общества генетиков и селекционеров (Санкт-Петербург, 2000); VII Международном симпозиуме по генетике ячменя (Аделаида, Австралия, 2000); Международном симпозиуме «Растение в условиях стресса» (Москва, 2001); Международной научно-практической конференции «Генетические ресурсы культурных растений» (Санкт-Петербург, 2001).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе каталог мировой коллекции ВИР: Ячмень. Ла-бораторная оценка образцов ячменя на кислотоустойчивость (Al , Мп ).
На защиту выносятся следующие положения:
Вид Hordeum vulgarе L., а также другие виды ячменя (И. spontaneum С. Koch, и Н. murinum L.) высоко дифференцированы по устойчивости растений к ионам алюминия. В ювенильный период высокоустйчивые формы ячменя не V уступают по устойчивости образцам пшеницы. Эколого-географические группы ячменя существенно различаются по встречаемости среди них образцов с высокой устойчивостью к токсичным ионам алюминия. Реакции корня и ростка растений ячменя на действие ионного стресса наследственно различаются.
Высокая устойчивость растений ячменя к ионам алюминия (185 мкМ Al +, рН 4,0), судя по реакции корня, детерминирована одним - двумя доминантными главными генами и генами с малым эффектом; различия растений по реакции ростка детерминированы одним главным геном и доминантным геном-ингибитором, изменяющим экспрессию главного гена устойчивости.
Генетические основы устойчивости к алюминию у разных видов злаков
В мире почти 25 % почв оказывают на растения вредное действие за счет влияния металлических ионов (Dudal, 1976; Clark, 1982; Foy, 1983). Естественное развитие растительных сообществ на разных типах почв привело к образованию экотипов растений, в разной степени приспособленных к различным концентрациям токсичных ионов. Наиболее полно изучено накопление, перемещение и распределение токсичных ионов металлов у зерновых культур (Vlamis, Williams, 1967; Foy, 1973; Stenstrom, Lonsjo, 1974; Mugwira et al.,1981; Duke, 1982; Chang et al., 1982; Saric, 1983; Kuboi et al., 1986; Jackson, Alloway, 1992; Choudhary et al., 1994; Yang et al., 1995; Buckley et al., 1997; Clark et al, 1997). Как отмечено выше, токсичность ионов алюминия обычно усиливается низким рН почвы. Так как алюминий является наиболее распространенным металлом в земной коре, то его токсичность расценивается как главный вредный фактор для роста растений на почвах с рН 5,0. Практически все дерново-подзолистые почвы содержат до 9% алюминия (Небольсин и др., 2000). В некоторых типах почв при низком значении рН, марганец может быть главным токсичным элементом (Foy et al., 1988). Токсичность алюминия наиболее сказывается на развитии корневой системы, тогда как токсичность марганца больше на развитии надземной части растения. Предполагается, что устойчивость растений к токсичным ионам этих металлов обусловлена различными генетическими системами. В связи с этим, особое значение приобретает изучение генетики устойчивости к ионной токсичности, и в частности, устойчивости растений к токсическому действию ионов алюминия в почве.
Согласно многочисленным исследованиям наблюдаются четко выраженные различия по уровню устойчивости к подвижным ионам алюминия, как между разными сельскохозяйственными культурами, так и отдельными их видами. На основании этого существуют различные классификации основных сельскохозяйственных культур по степени их кислотоустойчивости. Так, по чувствительности к избытку ионов алюминия в почве Палавеев (1983) располагает некоторые культуры в следующем порядке: рис табак кукуруза мята сорго. По снижению урожайности в условиях повышенной концентрации подвижного алюминия некоторые культуры можно расположить в следующий нисходящий ряд: пшеница озимая ячмень клевер луговой свекла капуста белокочанная (Небольсин и др., 2000). Среди зерновых культур ряд, устойчивых к кислотному стрессу, представлен так: овес - пшеница - кукуруза - ячмень; от овса к ячменю устойчивость снижается (Foy et al., 1965). Другие исследователи выделяют ячмень {Hordeum vulgare L.) и пшеницу (Triticum aestivum L.) - как наиболее чувствительные к высокой концентрации алюминия, а овёс (Avena sativa L.) и рожь {Secale cereale L.) - как наиболее устойчивые (Kerridge et al., 1971). Большинство авторов относят ячмень к культурам наиболее чувствительным к избыточной почвенной кислотности (Мещеряков, 1937; Богданов и др., 1989; Foy et al., 1965; Clarkson, 1966; Foy et al., 1967; Minella, 1989).
Культивируемые злаки характеризуются межвидовым и внутривидовым разнообразием по признаку алюмоустойчивости. Так, изучалась изменчивость степени развития и глубине проникновения корневой системы на кислых почвах у различных видов зерновых: Т. aestivum, Н. vulgare, A. strigosa, S. cereale (Peruzzo, Arias, 1996). В полевых условиях в течение нескольких лет оценивалось развитие корневой системы в почвенном горизонте до 60 см. Отмечено, что в кислых почвах у зерновых с низкой алюмоустойчивостью корни располагаются в верхнем слое почвы. Корни ячменя проникали на глубину всего лишь 25 см, тогда как отдельные корни других изучаемых видов зерновых проникали на глубину до 60 см. У пшеницы 2% всех корней достигали наибольшей глубины, у ржи и овса - 2,4 и 3,3 % соответственно, что можно связать с их устойчивостью.
По отношению к почвенной кислотности проведена оценка межвидового разнообразия ячменя (Н. vulgare), мягкой пшеницы (Т. aestivum) и твердой пшеницы (Т. durum) (Ben, Arias, 1996). Показателями устойчивости служили: высота растения, масса сухого вещества ростка и масса сухого вещества корня. Как оказалось, устойчивый сорт мягкой пшеницы BR 35 отличался наиболее высокими значениями исследуемых признаков. Твердая пшеница в этих опытах имела низкий уровень устойчивости. Среди изученных сортов бразильских ячменей выделены генотипы, превосходящие по устойчивости чувствительные сорта мягкой и твердой пшеницы. Таким образом, в пределах неустойчивого вида возможно выделение устойчивых генотипов.
Пути расширения наследственного разнообразия злаков по реакции на стресс
Использование в практической селекции достижений генетики расширяет наследственный потенциал исходного материала, способствует более целенаправленному созданию новых высокопродуктивных сортов, приспособленных к различным видам абиотических стрессов, повышает эффективность селекционной работы. В основе расширения наследственного потенциала злаковых растений по устойчивости к эдафическим факторам лежат традиционные для селекции методы комбинативной селекции и отбора ценных наследственных вариантов. Особенностью селекции в этом направлении является использование «стресс - нагруженных фонов» для идентификации и отбора ценных генотипов и их характеристики по специфическим параметрам устойчивости.
В настоящее время в условиях Восточной Сибири развернуты широкие исследования по созданию высокопродуктивных сортов ячменя с высокой адаптивностью к неблагоприятным почвенным и климатическим факторам среды. Проведены конвергентные скрещивания сортов - представителей различных экологических групп и местных сортов стародавней селекции, характеризующихся выносливостью к экстремальным условиям возделывания. Выделены перспективные линии, которые на кислых почвах превосходят по устойчивости районированные сорта интенсивного типа (Сурин, 2001).
Использование в скрещиваниях высокоустойчивых к кислым почвам бразильских сортов мягкой пшеницы позволило создать высокопродуктивные и толерантные к подвижным ионам алюминия линии (Ittu, Saulescu, 1988).
В программах по расширению наследственного разнообразия злаков по толерантности к эдафическим стрессам возможно применение отбора среди сортов зерновых культур доноров полигенных систем адаптивности, аттракции и микрораспределения пластических веществ в колосе, оплаты минерального питания. В частности, таким способом выделены 60 образцов ячменя с высокими положительными сдвигами по адаптивности. Некоторые из них могут быть универсальными донорами полигенных систем, так как обладают хозяйственно-ценными признаками и стабильным проявлением других физиолого-генетических систем (Суркова, Козленке, 2001).
В настоящее время в селекционном процессе весьма перспективным является использование достижений клеточной и генной инженерии растений. В процессе клеточной селекции на провокационных фонах проводят отбор на уровне культивируемых in vitro клеток и растений - регенерантов с новыми наследственными признаками. Приемы культивирования клеток in vitro и регенерации из них растений разработаны для многих важнейших сельскохозяйственных культур, что позволяет использовать возможности клеточной селекции для создания новых сортов растений. Таким путем получены мутанты с ценными селекционными признаками, характеризующиеся устойчивостью к стрессовым факторам, гербицидам, различным грибным, вирусным заболеваниям (Сидоров, 1990). Значительным источником генетического разнообразия является сома-клональная изменчивость, возникающая при прохождении растениями стадии неорганизованного роста, которая позволяет вести селекцию in vitro.
При создании устойчивых к стрессовым факторам растений особое значение приобретают знания экспрессии генов устойчивости к внешнему стрессу, стресс - индуцирующих белков и кодирующих их генов, что расширяет возможности создания более толерантных растений. Однако недостаточные знания о клеточных и молекулярно-генетических механизмах устойчивости создают некоторые ограничения в применении методов клеточной селекции для улучшения культурных растений.
Наиболее перспективным является использование технологий клеточной селекции на устойчивость растений к ионным стрессам, при которых создаются специальные питательные среды, почти соответствующие естественным стрессовым условиям, что способствует отбору нужных наследственных вариантов. При селекции на устойчивость к ионам алюминия необходимо создание специальных питательных сред, так как ионы алюминия при высоких значениях рН находятся в виде А1(ОН)3, а при низких (рН 5) - агаризованная среда не застывает. В таких случаях Conner, Meredith (1985) рекомендовали питательные среды, содержащие алюминий в виде А1-ЭДТА, что позволяет использовать агари-зованные среды со стандартным значением рН (5,8) и жидкие среды с низким рН (4,0).
Способность к каллусообразованию, регенерации растений, а также степень разнообразия сомаклонов зависит от исходного генотипа, природы и стадии развития эксплантата. Зависимость каллусообразования и регенерации растений от генотипа изучена для некоторых злаковых культур (Гапоненко и др., 1985а, б). Для злаков особенно важна природа эксплантата, в качестве которого используют гипокотили проросших семян (Parrot, Bouton, 1990), незрелые зародыши (Внучкова и др., 1987; Исаева и др., 1988; Van Sint et al., 1997), незрелые соцветия (Родин и др., 1998), пыльники (Karsai, Bedo, 1990).
Устойчивые к алюминию клеточные линии, а также растения - регенеран-ты получены у ячменя (Внучкова и др., 1989; Mu-yuan et al., 1990). Такие линии созданы у сорго (Smith et al., 1986), риса (Van Sint et al., 1997), овса (Широких, Абубакирова, 1998).
Функциональная связь длины корня и ростка
В нормальных условиях у растений между побегом и корнем существует сложная взаимосвязь гормональных, трофических и электрических компонентов и рецепторов в клетках. Побег поставляет в корни ауксины, тиамин, пири-доксин, никотиновую кислоту и другие физиологически активные вещества. Корень влияет на развитие побега при помощи цитокининов и гиббереллинов. На рост первичных листьев влияют органические запасные вещества и гормоны. Таким образом, существует упорядоченная взаимосвязь отдельных частей растения, их относительный (коррелятивный) рост (Полевой, Саламатова, 1991). Под влиянием неблагоприятных факторов среды происходит изменение гормонального баланса и функционирования других процессов, что ведет к перестройке коррелятивных связей, к изменению регуляции морфогенетических процессов.
В связи с этим, мы исследовали взаимосвязь между двумя признаками: длиной корня и длиной ростка в воде и в воде с добавлением алюминия в виде А1С13х6Н20. В качестве объекта исследований было взято 5 сортов ячменя, различающихся по устойчивости к ионам алюминия. Устойчивость была оценена с использованием индексов длины по методике, описанной в главе 2.
Согласно данным таблицы 3.5 у всех исследованных сортов индексы длины ростка (ИДР) были существенно выше индексов длины корня (ИДК). Диапазон изменчивости индексов этих признаков статистически не различался. Так, у сорта Московский 121 индекс длины корня равен 0,52 (пределы его варьирования - 0,45 - 0,66), индекс длины ростка - 0,73 (пределы варьирования - 0,65 -0,78), у сорта Colsess IV соответственно 0,24 (0,20 - 0,27) и 0,65 (0,52 - 0,82).
Взаимосвязь между ростом корня и ростка ювенильных растений ячменя изучали при выращивании их в дистиллированной воде и в воде с добавлением солей алюминия. Как следует из таблицы 3.5 , при выращивании в воде коэффициент корреляции между этими признаками колебался в зависимости от сорта в пределах от 0,59 ± 0,09 (Faust I) до 0,96 ± 0,04 (Colsess IV). В варианте с добавлением А1С13х6Н20 взаимосвязь между этими признаками существенно нарушалась. Так, у сорта Полярный 14 взаимосвязь между ростом корня и ростка в условиях ионного стресса была достоверно ниже, чем в воде (0,54 ±0,11 и 0,72 ± 0,09 соответственно). Величина коэффициента корреляции в водных растворах с ионами алюминия колебалась от 0,19 ± 0,12 (Faust I) и 0,88 ± 0,07 (Colsess IV). Возможно, существует сортовая специфичность характера взаимосвязи развития и роста корня и ростка. В условиях эдафического стресса различия между сортами проявляются наиболее четко: перестройка коррелятивных связей под влиянием стресса идет гораздо интенсивнее, чем у других. Такие явления были отмечены нами в экспериментах с большим набором сортов разных эколого-географических групп ячменя.
Среди дикорастущих видов известны формы, произрастающие на кислых и засоленных почвах, где рост культурных растений может быть затруднен. Так, дикорастущий ячмень {Hordeum spontaneum С. Koch.) на засоленных почвах способен синтезировать больше органического вещества на единицу поглощаемых азота, фосфора и калия, чем культурные формы (Климашевский, 1991). Поэтому многие дикорастущие виды ячменя представляют интерес для селекции как возможный источник чужеродных генов, обусловливающих устойчивость к экстремальным почвенным факторам.
Нами изучено два вида дикорастущих ячменя Н. spontaneum С. Koch, и Н. murinum L. Виды относятся к Старосветскому генцентру, расположенному на территории современных Передней, Средней Азии и Средиземноморья (Тро-фимовская, 1972). Отдельные представители Н. murinum в качестве сорных растений продвинулись в некоторые европейские страны. Вид Н. murinum по морфологии хромосом отнесен к аллотетраплоидам (Кошелева, Фадеева, 1986).
Диагностику алюмоустойчивости дикорастущих образцов ячменя проводили на ранних этапах развития растений по методике, описанной в главе 2.
Изученные дикорастущие виды ячменя имели достаточно высокую устойчивость к токсичным ионам алюминия (табл. 3.6). У вида Н. murinum отмечено широкое варьирование образцов по алюмоустойчивости (ИДК от 0,28 до 0,98). Среди образцов этого вида отмечено больше форм с низким уровнем устойчивости к стрессу, чем у культурного ячменя (5,36% и 3,17% соответственно). Из гексаплоидных форм выделен устойчивый образец in 14 из Азербайджана -ИДК 0,84. Две тетраплоидные формы Н. murinum (и-0118919) и (и-0118916) имели индекс длины корней 0,28 и 0,32 соответственно.
Вид Н. spontaneum был представлен 57 образцами из Армении, Ирака, Сирии, Турции, Израиля. Из них 21,05% образцов оказались с высокой устойчивостью к стрессу (ИДК 0,91). Среди представленных образцов не выделено форм с низким уровнем устойчивости (ИДК 0,21 - 0,30).
Влияние ЬҐ и А13+ на ростовые параметры растений
Согласно нашим экспериментам сорта ячменя существенно различаются по реакции на токсическое действие ионов алюминия. У устойчивого сорта Faust I при концентрации 5 мг АІСІ3Х6Н2О/ЮО г почвы продуктивность повышалась на 1-1,5%, а при концентрации соли 10 мг значения отдельных элементов продуктивности незначительно снижались по сравнению с контрольным вариантом. Растения образца к-9736 снижали массу зерна с главного колоса и массу 1000 зерен по сравнению с контролем в два раза при концентрации 10 мг соли алюминия (табл. 4.3).
Неустойчивый сорт Colsess IV при концентрации 5 мг А1С1зх6Н2О/100 г снижал массу зерна с главного колоса и массу 1000 зерен на 41% и 49% соответственно по сравнению с контролем. Индекс продуктивности по массе 1000 зерен составил в среднем 0,51. При концентрации соли Юмг/100 г почвы растения погибли на начальных фазах роста и не смогли сформировать урожай. Сорт Himalaya в зависимости от концентрации алюминия снижал значения всех элементов продуктивности. Так, масса зерна с главного колоса при концентрации 5 мг А1С13х6Н2О/100 г снизилась на 36% по сравнению с контролем и составила в среднем 12,9 г, при концентрации 10 мг соли алюминия - на 50,8%, что составило 11,6 г. Масса 1000 зерен снижалась на 37% и 52% соответственно с повышением концентрации алюминия. Индекс продуктивности - 0,48.
Таким образом, наличие ионов алюминия в питательном субстрате существенно влияет на формирование урожая. Слабое кущение растений, уменьшение величины колоса, слабый налив зерна являются следствием токсического действия ионов алюминия на растения. Наибольшее снижение продуктивности наблюдается у неустойчивых сортов. Особенно снижаются такие элементы продуктивности как масса зерна с главного колоса и масса 1000 зерен. В условиях ионной токсичности снижается интенсивность фотосинтеза, и тормозятся процессы оттока пластических веществ из вегетативных органов в развивающиеся зерновки, и как следствие снижение общей продуктивности растений.
Устойчивость ячменя к токсичным ионам алюминия относится к количественным, мерным признакам. Для них характерна большая величина средовой изменчивости, а также экспрессия многих генов. Поэтому оценить фенотип можно лишь по совокупности особей одного генотипа (Соколов и др., 1997). Генетический анализ количественных признаков проводили с использованием различных методов: менделевского, феноменологического, биометрического, эколого-генетического (Драгавцев, Утемишева, 1975; Гинзбург, 1984; Драгав-цев и др., 1984; Мазер, Джинкс, 1985; Соколов и др., 2000).
Предложены методы расчета числа генов, контролирующих количественные признаки растений, с использованием принципов феноменологического и менделевского анализов. Так, существует метод, основанный на сравнении фактических и теоретических распределений в расщепляющихся потомствах растений (Collins, 1967). Он не требует вычисления средних арифметических, дисперсий и других элементарных статистических показателей. Другой, метод Пауэрса (Powers, 1951), основан на разложении расщепляющихся поколений растений на компонентные генотипы путем вычисления среднего фенотипиче-ского значения признака и нормы реакции, так как гены, обуславливающие фе-нотипическое разнообразие признака, определяют и норму реакции по этому признаку. Автор показал возможность использования распределения родительских сортов для вычисления аналогичных им генотипов среди гибридов F2 и F Ci. Этим методом можно определить типы взаимодействия генов, силу их действия и сцепление. Аналогичный подход к изучению генетики количественных признаков лежит в основе метода решеток пропорций, который позволяет манипулировать генетической структурой признака как целостной системой (Перший, 1987). Метод учитывает ситуацию, когда изменение какого-либо па раметра генетической структуры признака закономерно сказывается на значении всех генотипов сразу.
Интересный и, может быть, наиболее убедительный метод анализа количественных признаков предложен Мережко (1984, 1994). Автор предлагает выделять количественные признаки, которые обусловлены сравнительно малым числом генов (олигогены) и признаки, контролируемые множеством генов (полигены). Олигогенные признаки, по мнению автора, можно изучать с помощью гибридологического анализа, полигенные - методами биометрической генетики или с помощью ДНК-маркеров.
При экспрессии количественных признаков в разных условиях среды отмечено явление «переопределения генетической формулы количественного признака» (Драгавцев, Аверьянова, 1983; Dragavtsev, 1991). Согласно эколого-генетической модели количественные признаки растения (продуктивности, устойчивости к экстремальным факторам) есть не только (и не столько) продукт действия генов, сколько результат взаимодействия лимитирующих факторов внешней среды с системами генных комплексов (Dragavtsev, 2002). К числу таких сложных признаков растений относятся адаптивность к биотическим и абиотическим стрессам, аттрагирующая способность пластических веществ к акцепторным центрам и другие. По мнению Драгавцева (2001) сложный признак детерминирован «блуждающим» спектром генов: при смене лимитирующего фактора внешней среды меняется число и набор генов, обуславливающих изменчивость количественного признака. Такой подход, по мнению автора, дает возможность раскрыть генетический механизм взаимодействия генотип -среда и прогнозировать эти эффекты. Это, в свою очередь, «является базой для разработки методологии инвентаризации генофонда видов растений по основным генетико-физиологическим системам, контролирующим сложные признаки продуктивности, качества и устойчивости к биотическим и абиотическим факторам среды, а также новых эффективных методов для выявления ценных генотипов для селекционных программ» (Гончарова и др., 2001).
