CC BY
10
К первой группе можно отнести следующие сорта «Borgrun», «Frida» «Tamara», «Vitory II», характеризующиеся низкой высотой растений, и интенсивным побегообразованием. Эти сорта могут успешно использоваться для получения довольно густого сплошного травостоя на газонах уже на следующий после осеннего посева год.
Во вторую группу входят сорта «Areta», «Franklin», «Jasper», «ГБС 202» и образец ssp. arenaria. Образцы этой группы могут представлять интерес в качестве кормовых.
Литература
Мальцев A.B. Изучение репродуктивной биологии овсяницы красной (Festuca rubra L.) при интродукции //Итоги интродукции и селекции травянистых растений на Урале. Екатеринбург, 2001. С. 225-240.
Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск, 1973. 320 с.
ГЕНЕТИКА И РЕПРОДУКТИВНАЯ БИОЛОГИЯ
РАСТЕНИЙ
УДК 581.48; 581.848
О ДВУХ ТИПАХ ПОЛИЭМБРИОНИИ У ЛИНИИ СОРГО ПЭ-32
Н.Х. Еналеева, И.В. Чеснокова Саратовский государственный университет им. II.] '. Чернышевского
Полиэмбриония или многозародышевость семян - явление, широко распространенное в растительном мире и с разной частотой встречается практически у всех исследованных видов покрытосеменных растений. Существует обширная информация о морфологическом проявлении, эмбриологических предпосылках и механизмах возникновения многозародышевости. Установлено, что некоторые типы многозародышевости тесно связаны с апомиксисом и гаплоидией -явлениями, имеющими прикладное значение, и нередко полиэмбриония используется в качестве надежного морфологического маркера для идентификации апомиктичных и гаплоидных форм (Хохлов и др., 1976; Селиванов, 1983).
Наименее изученным в настоящее время является генетический аспект полиэмбрионии. Поскольку для некоторых видов получены мутации, вызывающие значительное повышение частоты полиэмбрионии (Kenniclc, 1971; Green A.C., Salisbury, 1983; Huyghe, 1987; Linacero, Vazquez, 1994; Zhang, Somerville, 1997), а также показана возможность отбора на данный признак (Хохлов и др.» 1976; Селиванов, 1983), не вызывает сомнения тот факт, что многозародышевость детерминируется генетически. Для идентификации генетических систем, контролирующих определенные типы полиэмбрионии, необходимо получение линий, характеризующихся константным и высокочастотным проявлением конкретных типов полиэмбрионии в ряду поколений.
У сорго полиэмбриония встречается у многих форм, однако, как правило, с весьма низкой частотой -0,03-0,12% (Тырнов и др., 1971; Иванов, Селиванов, 1975; Ишин и др., 1987; Ross, Wilson, 1969; Tsvctova, 1994; Цветова и др., 1994; Цветова, 1996; 1997). Поэтому большой интерес представляет линия ПЭ-32, выделенная путем внутривидовой гибридизации и отбора (Тырнов, Еналеева, Беляева, не опубл.), у которой частота многозародышевости в шестом цикле отбора достигла 10%. Целью настоящей работы было изучение полиэмбрионии у данной линии с применением методов визуальной диагностики сухих зерновок, их анатомического исследования и проращивания.
Материал и методы
В качестве материала использовалось самоопыленное семенное потомство линии ПЭ-32 шестого цикла отбора на полиэмбрионию. Исследовались зерновки 15 случайно выбранных растений.
Методика определения частоты полиэмбрионии на сухих зерновках. Зерновки помещались в чашку Петри и анализировались на стереоскопическом микроскопе МБС-9 при увеличении X 20. Отбирались зерновки с двумя зародышами. Как правило, двухзародышевые зерновки были более крупного размера но сравнению с однозародышевыми и имели едва заметную разделительную бороздку на эндоспермальной части семсни.
Методика определения частоты полиэмбрионии при проращивании зерновок. Зерновки, предварительно выдержанные в течение 20 мину! в растворе диацида, оставлялись на сутки в воде при комнатной температуре, затем помещались в кюветы с влажной фильтровальной бумагой и накрывались светонепроницаемыми крышками. Кюветы оставлялись в камере при температуре 24-26°С на 3-4 суток. Проростки визуально анализировались и среди них выделялись двойни.
Методика анатомического анализа зерновок. Зерновки на 14-16 часов помещали в воду для набухания, затем на сутки • в ацетоалкоголь (1:3) для фиксации. Под бинокуляром с помощью лезвия зерновки продольно разрезались и половинки помещались в чашки Петри с глицерином, подкрашенным ЛК. Срезы анализировались на стереомикросгсоие МБС-10 при увеличении Х20, Х40. Микрофотографирование срезов проводилось с помощью УНВ-камеры.
Статистическая обработка данных проводилась по стандартным методикам (Лают, 1990).
Результаты и обсуждение
Оценка частоты полиэмбрионии в самоопыленном потомстве линии сорго ПЭ-32 шестого цикла отбора. Из 13922 зерновок 15 растений 932 зерновки оказались двухзародышевыми, что составило 6,7%. Результаты анализа зерновок индивидуально но растениям показали, что процент полиэмбриопии варьирует в диапазоне от 3,1 до 10,0 (Табл. 1).
По данным лаборатории, максимальная частота полиэмбрионии в предыдущем поколении, т.е. пятом цикле отбора, соответствовала 5,1%, средняя же частота полиэмбрионии для этого цикла составляла 1,83%. Таким образом, частота полиэмбрионии в шестом цикле отбора повысилась. Однако, следует принять во внимание тот факт, что ранее оценка частот полиэмбрионии производилась на основе анализа результатов проращивания, т.е., двойни выделялись и подсчитывались на стадии проростков. Не исключено, что методы диагностики полиэмбрионии по сухим зерновкам и по проросткам дают неодинаковые
результаты, и в связи с этим было необходимо провести сравнение этих методов.
Таблица 1. Частоты двухзародышевых зерновок в потомстве растений сорго линии ПЭ-32 шестого цикла отбора на иолиэмбрионию
№ растения Число зерновок Частота полиэмбрионии, %
всего с 2 зародышами
1 727 72 9,9
2 425 19 4,5
3 509 27 5,3
4 864 62 7,2
5 306 14 4,6
6 1804 80 4,4
7 417 17 4,1
8 1819 181 10
9 584 44 7,5
10 747 38 5,1
11 1339 90 6,7
12 737 56 7,6
13 1271 126 9,9
14 1376 77 5,6
15 997 29 3,1
Всего 13922 932 6,7
Для опыта использовано семенное потомство растений №1,8 и 12, у которых, согласно приведенным выше данным, частоты иолиэмбрионии составляли 9,9%, 10% и 7,6%, соответственно. Полиэмбриониые и моноэмбриоиные зерновки отдельно замачивались и проращивались для каждого из трех растений. На стадии проростков производили выявление близнецов по стандартной методике в каждой группе.
Из 72 двухзародышевых зерновок выделено 60 двоен, что соответствует частоте иолиэмбрионии 8,3% (Табл. 2). Из 12 остальных двухзародышевых зерновок часть - не проросли, часть - оказались одноростковыми, что также, по-видимому, связано с непрорастанием одного из зародышей. Из 655 моноэмбрионных зерновок выделено 4 двойни, что составило 0,6%. Этот факт, по-видимому, объясняется тем, что в некоторых случаях ориентация зародышей не позволяет увидеть второй зародыш в зерновке. В сумме же процент близнецовых проростков для данного растения составил 8,9, что на 1% ниже показателя, установленного при апализе сухих зерновок. Сходные результаты были получены для двух других растений (Табл. 2). Различия в показателях полиэмбрионии между двумя вариантами анализа - недостоверны.
Следовательно, можно заключить, что зарегистрированное нами повышение значений полиэмбрионии для растений шестого цикла отбора носит объективный характер.
Таблица 2. Частоты полиэмбрионии у трех растений, выявленные при анализе сухих зерновок и при их проращивании
Сухие зерновки Проростки
№ Двухзаро- Число двоен из зерновок:
рас Всего дышевые % двух- одно- %
тен п/э зародышевых зародышевых п/э
ия шт. % шт. %
1 727 72 9,9 60 8,3 4 0,6 8,9
8 1819 181 10,0 167 9,2 13 0,7 9,9
12 737 56 7,6 45 6,1 2 0,3 6,4
Морфологический анализ двухзародышевых зерновок. Анализ на стереомикроскопе морфологии двухзародышевых зерновок показал, что они различаются по расположению зародышей относительно друг друга. В одних случаях зародыши сближены, в других - расположены на расстоянии друг от друга. 13 единичных случаях встречались сросшиеся зерновки.
С учетом этих признаков зерновки 10 растений были разделены на группы, и результаты подсчетов частот встречаемости каждого из морфологических типов представлены в таблице 3. Сросшиеся зерновки составляют немногочисленную группу и отмечены лишь в потомстве четырех растений, при этом их частоты составили 0,5%, 0,2%, 0,07% и 0,1%. Соотношение двухзародышевых зерновок с расположением зародышей "рядом друг с другом" и "на расстоянии" у разных растений варьирует. В одних случаях они представлены почти в равном количестве, в других - явно доминируют зерновки с близким расположением зародышей (у растений № 4 и № 8). Особенно отчетливо эта тенденция видна на гистограмме (Рис.1).
Анатомический анализ зерновок. Двухзародытевые зерновки из потомства 5 растений, различающиеся положением зародышей, продольно разрезались лезвием, и после обработки ЛК срезы анализировались под стереомикроскопом при верхнем освещении.
Вследствие окраски в гемно-фиолетовый цвет крахмала эндосперма, на срезах довольно хорошо различались 2 зародыша и 2 эндосперма, а также можно было видеть контуры семенной и плодовой оболочек (Рис. 2).
Таблица 3. Соотношение разных типов зерновок в потомстве растений
сорго линии ПЭ-32
№ растения Число зерновок Зерновки, % с:
1 зароды шем 2 зародышами, расположенными Сросшихся
рядом друг с другом на расстоянии
1 727 90,0 5,7 3,8 0,5
3 509 95,0 2,4 2,6 0
4 864 94,5 4,2 0,3 0
5 306 96,0 2,0 2,0 0
8 1819 90,0 8,5 1,5 0
9 584 93,3 3,6 зд 0
12 737 93,5 4,5 2.0 0
13 1271 90,8 6,3 2,7 0,2
14 1376 96,0 3,1 0,8 0,1
15 997 97,0 2,2 0,7 0,1
9
5«
i8 в
2 7
а
8 6
е-3
и
ил НИ
Л
Отдельные растения
Рис. I. Соотношение частот встречаемости полиэмбрионных зерновок с разным расположением зародышей у растений линии ПЭ-32. 1 1 зародыши, расположенные близко друг к другу -//- на расстоянии
Установлено, что, как правило, на срезах зерновок с близкорасположенными зародышами семенная кожура окружала оба эндосперма и зародыша, а на срезах зерновок с удаленными друг от друга зародышами семенная кожура проходила через центр зерновки, т. е. окружала каждый из эндоспермов. На срезах сросшихся зерновок можно было видеть, что каждый из эндоспермов окружен и семенной, и плодовой оболочками. Схематически все три варианта представлены на рисунке 4. Полученные результаты анатомическог о анализа свидетельствуют о том, *гго двухзародышевость зерновок может быть разной природы. В первом
случае. очевидно, оба зародыша и ждоснерма возникли г? одной семяпочке, но из разных
Ряс ?. Зерновки сорго линии ГПо2: a-i ~ внешний АИЛ. » * продольные сре-ш; а л олиозаролышоиая; 6. е лву «зародышевая с близкорасtюножеиными зародышами: в, ж лвухзвролышевая с гаролмшамн, расположенными на расстоянии л руг <уг друга: г. з сроем шсся черипкки.
зародышевых мешков или одного зародышевого мешка. Второй случай -наличие семенной кожуры, окружающей каждый из эндоспермов, говорит о существовании другого типа полнэмбрионии. Для него характерно наличие в завязи двух семяпочек, в каждой из которых развивается своп зародышевый мешок. Анатомический анализ выборок двухзародышевых зерновок с зародышами, расположенными "рядом" и "на расстоянии", у 5 разных растений показал, что в зерновках первого типа от 86,4% до 100% случаев оба зародыша развиваются в одной семяпочке. В зерновках второго типа от 40% до 100% оба зародыша развиваются в двух разных семяпочках (Табл. 4). Суммарные данные по всем 5 растениям говорят о том, что в 91,7% зерновок с близкорасположенными зародышами зародыши происходят из одной и той же семяпочки, а в 89,5% зерновок с зародышами, расположенными на расстоянии друг от друга, зародыши происходят из разных семяпочек.
Рис.3. Схематическое изображение разных типов зерновок сорго линии ПЭ-32: а - однозародышсвая; б -двухзародышевая, оба зародыша и эндосперма в одной семяпочке; в - двухзародышсвая. зародыши и эндоспермы в разных семяпочках; г - сросшиеся зерновки.
_перекариий, ......... семенная кожура,
эндосперм, ЦЦ зародыш.
Таким образом, очевидно, что для линии 17Э-32 характерно наличие двух разных типов полиэмбрионии. Соотношение этих двух типов у разных растстшй варьирует. У некоторых растений оба типа встречаются почти в равном количестве, у других - существенно преобладает односемяпочковый тип полиэмбрионии. В ходе дальнейших исследований предполагается установить возможность отбора на конкретный тип полиэмбрионии, используя в качестве исходного материала близнецовое потомство соответствующих форм.
Таблица 4. Результаты анатомического анализа двухзародьтшевых __ зерновок с разным расположением зародышей
№ растения Расположение зародышей в зерновке относительно друг друга Число зерновок Зерновки с:
одной семяпочкой двумя семяпочками
шг. %* шт. %*
3 Рядом 11 11 Гоо 0 0
Па расстоянии 12 0 0 12 100
4 Рядом 27 26 96,3 1 3,7
На расстоянии 5 3 60 2 40
13 Рядом 49 45 91,8 4 8,2
На расстоянии 23 0 0 23 100
14 Рядом 37 32 86,4 5 13,6
На расстоянии 10 2 20 8 80
15 Рядом 21 19 90,4 2 . 9,6
На расстоянии 7 I 0 14,8 6 85,2
Всего Рядом 145 133 91,7 12 8,3
11а расстоянии 57 6 10,5 51 89,5
Примечание: * - проценты от числа двухзародьтшевых зернонок
Второе важное заключение состоит в том, что частота полиэмбрионии у сорго может быть выявлена в результате визуальной диагностики сухих зерновок. Преимущество такого способа оценки частоты полиэмбрионии, но сравнению с традиционным методом проращивания, заключается, во-первых, в упрощении этой процедуры, во-вторых, исключается возможность гибели материала во время проращивания из-за поражения грибковыми заболеваниями, которое в некоторые годы носит массовый характер. Получаемая в таких случаях информация о частотах полиэмбрионии бывает искаженной или неполной. В-трстьих, работа но выявлению полиэмбрионии может происходить в любое время года, а не быть приуроченной к весеннему периоду в связи с необходимостью высадки в грунт выделенных двоен, к тому же, двухзародышевые зерновки можно непосредственно высевать в грунт. Проведенный нами эксперимент показал, что технически осуществлять диагностику зерновок оказалось несложно, поскольку
двухзародышевость достаточно отчетливо выявляется при небольшом увеличении бинокуляра, ручной лупы и даже без увеличения. Данные сравнительного анализа частот полиэмбрионии, выявленные методом морфологического анализа сухих зерновок и традиционным методом проращивания по трем растениям, показали отсутствие достоверных различий между полученным показателями (9,9% - 8,9%; 10,0%-9.9%; 7,6%-6,4%) и, следовательно, сопоставимость этих двух методов.
Дополнительным преимуществом «сухого» метода оказалось то, что визуально регистрируемый признак - расположение зародышей относительно друг друга в полиэмбрионных зерновках, как оказалось в результате анатомического анализа таких зерновок, может служить маркером разных типов полиэмбрионии, что позволяет вести направленный отбор по ее конкретному типу.
Литература
Иванов Г.И., Селиванов A.C. О многозародышевости семян у сорго// Вопросы ботаники и генетики. Саратов. 1975. Вып. 1. С. 30-32.
Ишин А.Г., Эльконин Л.А., Тырнов B.C. Сорго: проблемы генетики и селекции. Саратов,. 1987. 120 с.
Селиванов A.C. Многозародышевость семян и селекция. Саратов, 1983. 84 с.
Тырнов B.C., Ишин AT., Завалюпина А.Н. О полиэмбрионии и гаплоидии у сорго// Тр. Сарат. с.-х. ин-та. Т.28. Генетика и селекция зерновых культур в Поволжье. 1971. С.214-220.
Хохлов С.С., Тырнов B.C., Гришина F..В. Гаплоидия и селекция. М, 1976. 221 с.
Цветова М.И. Исследование полиэмбрионии сорго с целью получения гаплоидов для практической селекции// Сельхоз. биология. 1996. N1. С. 86-91.
