Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время обеспечение населения продуктами питания уже немыслимо без устойчивого-роста величины и качества урожая основных сельскохозяйственных культур. В этом процессе все большую и большую роль будут играть сорта, поскольку именно от сорта, его продуктивности и устойчивости, в значительной мере зависит степень биологизации интенсифика-' ционных приемов, уровень техногенного воздействия на агроэко-зистемы и биосферу в целом. Необходимость ограничения таких воздействий на биосистемы, а также наличие стрессовых нерегулируемых факторов среды, создают такую ситуацию, когда дальней-аее повышение урожайности будет происходить в значительной мере за счет селекции. В связи с этим, создаваемые новые сорта должны сочетать в одном геноме высокую потенциальную продуктив-юсть и устойчивость к основным экологическим стрессовым факторам, что достигается, как отмечает Н.И.Вавилов (1935), широким вовлечением в селекционный процесс диких видов и полукультур-інх разновидностей, а также индуцированием мутационной и реком-5инационной генетической изменчивости, позволяющих получать но-зые ценные признаки и адаптивные их комбинации. Однако, как показала практика, в ходе селекционного процесса происходят значительные потери ценных рекомбинантных генотипов, что не только удлиняет данный процесс, но и делает практически невозможным решение некоторых поставленных задач.
В последнее время все больше исследователей ( Ciegg et al, 1978; Mulcahy et al., 1979; Ottaviano et el., 1982; їфав-іенко, 1988) указывают на возможность проведения гаметофитной, іьшьцевой или же гаметной селекции у растений и разработку
принципиально новых методов эффективного отбора.
' Селекция гаметофитов по тому или иному признаку возможна тогда, когда существует экспрессия их геномов ( Mulcahy , 1979). Доказательство экспрессии генов в гаметофите было получено еще при изучении генов Waxy, алкагольдегодрогеназы и др. ( Schwartz, 1971). Злектрофоретическое изучение изоферментов показало, что у томатов ( Tankeley et al., 1981), кукурузы ( Sari-Gorle et al., 1984), ЯЧМЄНЯ ( Pedersen et al., 1984) более 60$ изученных генов экспрессируегся в спорофите и гаметофи-те, Кроме того, обнаружена положительная корреляция между конкурентноспособностью пыльцы и такими признаками спорофита как масса сеянцев, время их прорастания, устойчивость проростков к металлам ( Mulcahy, 1971; 1974; Searcy and Mulcahy, 1985a, І985в). У томатов установлена также возможность изменения качества спорофитного поколения путем отбора пыльцы, устойчивой к-высокой температуре (Тараканов, Доведар и др., 1978; Калягина, Пугачев, 1981; Кравченко, Лях и др., 1988).
Однако на процесс отбора устойчивых генотипов в значительной степени будет сказываться и физиологическое состояние различных признаков растения (спорофита) и особенно изменчивость самого мужского гаметофита ( Kick , 1969; Aung , 1976; Альтергот, I98D.B настоящее же время при проведении пыльцевой, а'также обычной селекции, физиологическое состояние пыльцы и связанные с этим явлением процессы фактически не учитываются, что приводит к получению неоднозначных результатов и значительно снижает эффективнасть селекционной работы. Поэтому нами и проведены исследования по выявлению закономерностей и особенностей влияния факторов среды на развитие мужского гаметофита, по установлению степени их воздействия на процесс отбора и ге-
нотипическую изменчивость в расщепляющихся популяциях Pp.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является изучение влияния различных факторов среды на процесс формирования и развития мужского гаметофита, а также исследование возможности отбора, с учетом возникшей изменчивости пыльцы, устойчивых к высоким температурам генотипов томатов при внутривидовой гибридизации.
В соответствии с этим в диссертационной работе ставились следующие задачи:
-
В зависимости от условий формирования мужского гаметофита и воздействий на него повшенными температурами выявить изменчивость таких его признаков как: а) жизнеспособность, жаростойкость, прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок, оплодотворяющая способность; б) периметр, площадь пыльцевого зерна и ядер вегетативной и генеративной клеток, а также количество ДНК в ядрах и дисперсия хроматина.
-
Изучить влияние условий формирования и отбора пыльцы на устойчивость спорофитных популяций к повышенной температуре по таким параметрам как жаростойкость, изменение высоты растений, числа листьев, массы сеянцев на температурном фоне.
-
Установить особенности изменения частоты рекомбинации и моногибридного расщепления в Fg в зависимости от условий формирования мужского гаметофита и интенсивности отбора пыльцы.
Новизна и практическая значимость результатов исследований. Впервые показано влияние факторов среды на процесс формирования и развития мужского гаметофита, отбор устойчивых генотипов и спектр генотипической изменчивости в ?. Кроме того разработаны некоторые методы более эффективного отбора гаметофитов
с целью повыпения устойчивости спорофитных популяций.
'Установлено, что .повышению жизнеспособности и устойчивости пыльцы к высокой температуре способствует обрив бутонов, обработка гиббереллином и мелангозидом. Выявлено также, что услрвия формирования мужского гаметофита влияют на длину пыльцевых трубок. Отмечена значительная гетерогенность популяций пыльцы по данному признаку.
Установлено, что ядро вегетативной и генеративной клеток пыльцевого зерна, размер пыльцы значительно изменяются в зависимости от генотипа и длительности действия стрессовых факторов. Отмечено, что влияние изученных факторов среды способствует изменению функциональной активности генома.
Показано, что устойчивость пыльцы изменяется в зависимости от факторов среды и поэтому ее отбор приводит к увеличению или уменьшению частоты устойчивых к повыиенной температуре генотипов в популяциях Fg.
Установлено, что селективная элиминация генотипов на стадии' формирования пыльцы и особенно прорастания,и роста пыльцевых трубок являются одной из причин изменения спектра геноти-пической изменчивости по маркерным признакам. Выявлено, что не-рекомбинантные генотипы на этапах всходов, формирования и развития проростков чаще получают преимущество перед рекомбинанта-ми: Причем, уровень элиминации у менее устойчивого гибрида выше,чем у более устойчивого.
Расмотренные в работе подходы могут найти успешное применение в развитии теоретических и практических вопросов пыльцевой и спорофитной селекции растений.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и
обсуждались на республиканской конференции молодых ученых (Кишинев, 1986), республиканской школе-семинаре молодых ученых и специалистов (Кишинев, 1987), Всесоюзной конференции по экологической генетике растений и животных (Кишинев, 1987), Второй республиканской конференции молодых исследователей (Кишинев, 1989), заседании ученого совета ИЭГ АН ССРМ (1990).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 161 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материала и методов, трех экспериментальных глав и их обсуждения, выводов и списка использованной литературы. В работе приведены 25 таблиц, 18 рисунков. Отесок литературы включает 181 наименование, в том числе 96 иностранных авторов.