CC BY
46
УДК 576.353: 582.475
Г.И. Егоркина, канд. биол. наук, с.н.с., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, М.Е. Ананьев, канд. биол. наук, ООО «Степное», Алтайский край, E-mail: vkirillov@iwep.asu.ru
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЦВЕТОСЕМЕННЫХ ФОРМ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
Изучены цитогенетические параметры двух цветосеменных форм сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) из искусственных лесопосадок. Отмечен более высокий уровень пролифиративной активности клеток корневой меристемы и экспрессии рибосомных генов у проростков коричневых семян по сравнению с черными. В течение суток наблюдаются три пика митотической активности. Уровень мутационных событий в митозе не превышает спонтанного уровня.
Ключевые слова: сосна обыкновенная, цветосеменные формы, корневая меристема, митоз, аберрации хромосом, ритм митотической активности, митотический индекс, ядрышки.
Сосна обыкновенная (РІПШ 8ІІУЄ8ІГІ8 Ь.) является одной из наиболее ценных и распространенных древесных пород на территории России. Ее искусственные посадки занимают большие площади и нередко используются для заготовки семян. Изучение свойств семян в культурах представляет большой интерес, так как одновозрастность деревьев позволяет точнее определить взаимосвязи различных признаков, что служит дальнейшему развитию лесосеменного дела [1].
Окраска семян сосны обыкновенной - один из наиболее важных морфологических признаков, используемых в селекционных, генетических и экологических исследованиях вида. В многочисленных работах, посвященных изучению изменчивости этого признака, показаны закономерности изменения соотношения цветосеменных форм в потомстве по мере изменения эколого-географического положения популяций сосны. Отмечена также взаимосвязь цвета с хозяйственно-ценными признаками семян и деревьев [2-3]. Однако она неоднозначна и может принимать прямо противоположные значения у разных климатипов [3-4]. В связи с этим представляло интерес изучить наиболее важные цитологические характеристики семян разного цвета, собранных в искусственных посадках сосны в Алтайском крае.
Материалом для исследования послужили семена сосны обыкновенной общего сбора из искусственных лесопосадок, в которых выделили три цветосеменные формы: черные, коричневые и светлые. Их проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге при комнатной температуре. Для цитогенетического анализа фиксировали корешки длиной 1 см через каждые 1,5 часа в течение суток в спиртоуксусной смеси в соотношении 3:1. Материал мацерировали в растворе соляной кислоты, хромосомы окрашивали водным раствором фуксина, ядрышки - 50%-ным раствором азотнокислого серебра. Временные давленые препараты готовили по общепринятой методике [5] и просматривали с помощью микроскопа ЛЮ-МАМ ИЗ при увеличении 40х7х1,6 и 90х7х2,5.
При изучении митотической активности в каждый срок фиксации использовали не менее трех корешков, подсчитывая до 2000 клеток. Митотический индекс (МИ) определяли как процент числа делящихся клеток к общему числу учтенных клеток. При изучении ядрышковой активности в меристеме трех корешков просматривали по 50 клеток в интерфазе, подсчитывая в каждой клетке число ядрышек разного размера: очень крупных (ОК), крупных (К), средних (С) и мелких (М).
Для учета нарушений деления хромосом в митозе анализировали по 50-100 клеток меристемы на стадии ана-телофазы не менее чем у 20 корешков. При этом выделяли фракции быстро и медленно прорастающих семян. К аномальным относили клетки, содержащие фрагменты хромосом, отставания и забегания хромосом, микроядра, хромосомные и хроматид-ные мосты. Анализ данных проводили методами вариационной статистики [6].
Среди семян общего сбора почти половина (46%) имели коричневую окраску, остальные составили фракцию черных (29%) и светлых (25%) семян. Наиболее высокая масса 1000 семян была у черных семен - 10,85 г, у коричневых этот показатель равен 8,50 г, светлые оказались наиболее легковесными
- 2,15 г.
Черные и коричневые семена обладали высокой энергией прорастания (все семена проросли через семь дней после замачивания) и всхожестью: 94,5 и 83%, соответственно. Светлые семена оказались полностью невсхожими, поэтому цитологические характеристики изучали только у семян двух первых фракций.
Характеристикой нормального течения митоза служит доля клеток с различными аномалиями деления хромосом и цитокинеза. В нашем исследовании стабильность митоза в проростках семян обеих цветосеменных форм была высокой: частота клеток с нарушениями не превышала 1 % (табл. 1), что соответствует спонтанному уровню мутирования в популяциях сосны обыкновенной. В то же время заметна тенденция повышения частоты аберрантных клеток в семенах коричневого цвета по сравнению с черными и увеличения нестабильности митоза примерно в два раза в проростках, появившихся на два дня позднее первых.
Давно замечено, что все биологические процессы происходят с циклическими изменениями их активности. Большинство естественных ритмов носит циркадный, т. е. околосуточный характер. Не составляет исключения и митотическая активность в меристемах растений: ее суточный ритм генетически запрограммирован и специфичен для каждого вида [7]. Также наследуется потомством и уровень пролифиративной активности [8]. В силу генетической обусловленности эти признаки являются важной цитологической характеристикой вида. Мы исследовали их внутривидовую изменчивость у сосны, сопряженную с окраской семян.
Таблица 1
Частота клеток с нарушениями деления хромосом в митозе корневой меристемы проростков сосны обыкновенной, %
Цвет семян Время прорастания семян
5 дней 7 дней
Черные 0,33 0,62
Коричневые 0,58 1,0
Анализ митотической активности клеток апикальной меристемы в прорастающих семенах сосны показал, что у обеих цветосеменных форм деление клеток происходит интенсивно на протяжении суток. Период полного отсутствия делений не отмечен. В то же время имеет место определенная периодичность трех подъемов и спадов МИ. Наибольший спад интенсивности делений отмечен в 10 час 30 мин, а наибольший
подъем - в 16 час. 30 мин (табл. 2). Особенно четко три пика митотической активности видны на графике (рис. 1). Кривые суточного ритма обеих цветосеменных форм изменяются синхронно. Статистический анализ данных методом Х2 показал сходство распределения МИ в течение суток (Х2факг.= 1,01 при £=12). Различия касаются значений величины МИ, которые устойчиво выше у коричневых семян в каждый срок фиксации
корешков, за исключением дневного времени с 13 час 30 мин до 15 час., когда митотическая активность одинаково низкая у обеих форм или несколько выше у черных семян. В среднем за сутки МИ достоверно выше при высоком уровне значимости у коричневых семян (табл. 2).
Таблица 2
Суточная динамика митотической активности в корневой меристеме проростков семян сосны обыкновенной, %____________
Время фиксации Цвет семян
черные коричневые
1200 7,52±0,65 8,59±0,69
1330 7,92±0,67 7,94±0,65
1500 9,42±0,72 8,26±0,68
1630 10,82±0,76 12,59±0,80
1800 7,98±0,67 12,18±0,79
1930 7,46±0,65 9,14±0,71
2100 9,96±0,73 10,93±0,76
2230 9,20±0,74 11,92±0,78
2400 8,22±0,70 10,16±0,72
130 8,11±0,66 9,14±0,71
300 7,85±0,67 8,70±0,70
600 8,42±0,68 10,14±0,76
7^0 9,47±0,72 10,43±0,65
900 8,98±0,71 9,64±0,72
1030 6,25±0,60 7,24±0,64
Среднее 8,52±0,18 9,83±0,19***
Уровень пролифиративной активности клеток меристемы и интенсивность ростовых процессов организмов на цитогенетическом уровне характеризует не только МИ, но и степень экспрессии рибосомных генов, локализованных в районе вторичных перетяжек хромосом. В результате функционирования этих генов (ядрышковых организаторов) в клетках формируется одно или несколько ядрышек. Эти структуры обязательны для интерфазных клеток эукариотов. Они ответственны за белковый синтез и регуляцию клеточного цикла, а весь аппарат белкового синтеза считается важнейшим адаптивным комплексом [9].
Время, час
Рис. Ритмы суточной митотической активности в проростках семян черного (1) и коричневого (2) цвета
В исследованиях с растениями и животными показана видовая специфичность ядрышкообразующей функции, которая начинает проявляться с начальных этапов индивидуального развития [10; 11]. Оценка генетической гетерогенности природных популяций сосны обыкновенной по признаку изменчивости ядрышкового материала на стадии проростков показала, что в зависимости от условий произрастания популяций и морфологии семян ядрышковая активность убывает в ряду: экотип степной < лесостепной < предгорный; семена светлые < темные, мелкие < крупные. Отмечено также, что лучше всего характеризует ядрышковую активность не среднее число ядрышек на клетку, а их суммарная площадь [12].
В данном исследовании мы выделяли четыре группы ядрышек, диаметр которых в среднем составил: ОК - 9,75, К -6,38, С - 3,75, М - 1,88 мкм. Вычислив их среднее число на клетку каждого размера, определили суммарную площадь для исследованного образца семян. Клетки меристемы проростков коричневых семян содержали большую долю очень крупных ядрышек, суммарная площадь которых была больше, чем в клетках проростков черных семян (табл. 3). Поскольку установлена прямая связь размера ядрышек с их функциональной активностью [13], это позволяет утверждать, что в данной партии семян черные обладали меньшей ядрышковой активностью, чем коричневые.
Таблица 3
Доля ядрышек разного размера и их суммарная площадь в корневой меристеме проростков цветосеменных
Цвет Ядрышки, % Площадь,
семян ОК К С М мкм2
Коричневые 11,0 29,4 39,4 20,2 115,5
Черные 7,6 33,1 43,4 15,8 103,6
Таким образом, приведенные данные показывают, что в проростках коричневых семян имеет место более высокий уровень пролифиративной активности клеток меристемы и экспрессии рибосомных генов, чем в проростках черных семян. Уровень нарушений митоза апикальной меристемы не превышает спонтанного уровня мутирования, известного для данного вида.
Деление клеток происходит интенсивно на протяжении суток. Период полного отсутствия делений не отмечен. В то же время имеет место определенная периодичность подъемов и спадов митотической индекса: в течение суток отмечены три пика митотической активности. Приэтом в проростках коричневых семян имеет место достоверно более высокий уровень пролифиративной активности клеток меристемы и экспрессии рибосомных генов, чем в проростках черных семян.
Библиографический список
1. Кисарина, А.П. Изменчивость семян в культурах сосны обыкновенной / А.П. Кисарина, П.П. Попов // Лесное хозяйство. - 2007. - № 1.
2. Черепнин, В.Л. Изменчивость семян сосны обыкновенной. - М.: Наука, 1980.
3. Новикова, Т.Н. Анализ потомства цветосеменных форм сосны обыкновенной // Лесоведение. - 2007. - №1.
4. Кузьмина, Н.А. Особенности генеративных органов сосны обыкновенной разного происхождения в географических культурах / Н.А. Кузьмина, С. Р. Кузьмин // Хвойные бореальной зоны. - 2007. - Т. XXIV. - № 2-3.
5. Паушева, З.П. Практикум по цитологии растений. - М.: Агропромиздат, 1988.
6. Урбах, В.Ю. Биометрические методы. - М.: Наука, 1964.
7. Гриф, В.Г. Ритмы митотической активности и клеточные циклы в меристемах растений / В.Г. Гриф, Э.М. Мачс // Цитология. - 1994. - T. 36. - № 11.
8. Козак, М.Ф. Ритмы митоза у представителей рода Glycine L. // Цитология и генетика. - 2004. - № 6.
9. Зацепина, О. В. Современные представления о свойствах и функциях ядрышка: ядрышко как мишень стрессовых воздействий на клетки //
Цитология. - 2007. - № 9.
10. Дуброва, Н.А. Ядрышковые организаторы хромосом как адаптивный элемент вида / Н.А. Дуброва // Журнал общей биологии. - 1989. - Т. 50. - № 2.
11. Архипчук, В.В. Закономерности изменений ядрышкообразующей функции в онтогенезе карповых рыб / В.В. Архипчук, В. Д. Романенко, Т. А. Макарова // Успехи современной биологии. - 1993. - Т. 113. - № 5.
12. Егоркина, Г.И. Ядрышковая активность в меристеме проростков сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на южной границе ареала вида (Алтайский край) /Г.И. Егоркина, Е.А. Пушкарская: Материалы конференции “Лесной и химический комплексы - проблемы и решения”, 11-13 октября 2005 г. - Красноярск, 2006. - Т. 2.
13. Челидзе, П.В. Морфофункциональная классификация ядрышек / П.В. Челидзе, О.В. Зацепина // Успехи современной биологии. - 1988. - Т. 105. - Вып. 2.
Статья поступила в редакцию 10.06.10
УДК 616.993-036.22+614.449:595.42(571.151)
Л. В. Щучинов, руководитель Управления Роспотребнадзора по Республике Алтай, г. Горно-Алтайск,
Л.Д. Щучинова, канд. мед. наук, гл. спецалист-эксперт Управления Роспотребнадзора по Республике Алтай, г. Горно-Алтайск, Email: liliya_yusupova@pochta.ru
ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЙ НАДЗОР ЗА ИНФЕКЦИЯМИ, ПЕРЕДАЮЩИМИСЯ КЛЕЩАМИ,
В РЕСПУБЛИКЕ АЛТАЙ
В работе дан анализ эпидемиологической ситуации и описаны мероприятия, обеспечивающие профилактику инфекций, передающихся клещами, в Республике Алтай.
Ключевые слова: инфекции, передающиеся клещами, микст-инфекции, иммунизация против клещевого энцефалита, акарицидные обработки, серопрофилактика, предотвращенный экономический ущерб.
Республика Алтай — одна из самых неблагополучных территорий Российской Федерации по инфекциям, переносчиками которых являются иксодовые клещи. В республике выявлено 10 видов иксодовых клещей, 90 видов млекопитающих, 300 видов птиц [1, с. 11]. Почти все они имеют эпизо-отологическое и эпидемиологическое значение, активно участвуя в циркуляции клещевых патогенов. Обилие и разнообразие фауны обеспечивает напряженность очагов инфекций, передающихся клещами, и обуславливает высокую заболеваемость населения. Так, среднемноголетний показатель заболеваемости клещевым энцефалитом в Республике Алтай составляет 26,0 на 100 тыс. населения (в 6раз выше российского показателя), клещевым риккетсиозом — 71,1 на 100 тыс. населения (в 41 раз выше, чем по РФ), а иксодовыми клещевыми боррелиозами — 10,4 на 100 тыс. населения (в 1,9 раза выше показателя заболеваемости по России).
Видовой состав клещей в Республике Алтай представлен 10 видами иксодид: Ixodes persulcatus Р.Schulze, Ixodes pavlovskyi Pom., Ixodes trianguliceps Bir., Ixodes crenulatus Koch, Ixodes apronophorus P.Sch., Dermacentor reticulatus Fabr., Dermacentor marginatus Schulz., Dermacentor silvarum Ol., Dermacentor nuttalli Ol., Haemaphisalis concinna Koch. Распределены они по территории неравномерно. Виды иксодовых клещей тесно связаны с ландшафтом местности: в таежных районах доминирует I.persulcatus, в горно-степных районах -D.nuttalli. Средняя плотность клещей в период активности
очень высока - 60 - 180 экз. на 1 км маршрута. Расселены они повсеместно - нет ни одного населенного пункта, в окрестностях которого отсутствовали бы случаи нападения клещей на людей, причем 40-70% покусанных людей подвергаются нападению клещей прямо в черте населенных пунктов.
Инфицированность иксодовых клещей возбудителями инфекций, опасных для людей, является важнейшим показателем напряженности природных очагов. Исследования показывают, что иксодовые клещи республики заражены вирусом клещевого энцефалита (13±2%), боррелиями (21±6,9%), рик-кетсиями (86,6±4,5%).
В последние годы на территории Республики Алтай выявлена зараженность клещей 1.репи1са1т новыми патогенами
- эрлихиями (5,26±3,7%) и анаплазмами (1,2±1,8%), и доказано, что среди людей, заболевших инфекциями, передающимися клещами, 5,8±1,7% больных серопозитивны к грануло-цитарному анаплазмозу и 3,3±3,1% - к моноцитарному эрли-хиозу человека.
В целом вся территория республики - это сочетанный очаг клещевого энцефалита (КЭ), клещевого риккетсиоза (КР), иксодовых клещевых боррелиозов (ИКБ), гранулоцитар-ного анаплазмоза человека (ГАЧ), моноцитарного эрлихиоза человека (МЭЧ), обусловленный общностью переносчиков и прокормителей, поэтому нередко больные переносят смешанные инфекции в самых разных сочетаниях [2, с. 593]. Чтобы
