Спектр хромосомных нарушений в клетках корневой меристемы

Спектр хромосомных нарушений

Нарушение хромосомного аппарата клеток является одним из убедительных доказательств повреждающего действия мутагенов и основным показателем генетической изменчивости организмов на клеточном уровне [1, 2]. Это, прежде всего, связано со структурными изменениями хромосом, состоящие из различных перестроек, основанные на разломах или разрывах в пределах одной или нескольких пар хромосом [3]. Отныне доказана роль хромосомных перестроек в мутационной селекции, генетическом мониторинга, канцерогенезе и эволюции культурных растений [1].

Для повышения урожайности пшеницы, качества зерна, экологической пластичности и устойчивости растений против абиотических и биотических факторов окружающей среды применяют различные химические препараты, большинство из которых являются вредными для почвы и водных источников, опасными для людей и животных. Поэтому разработка экологически безопасных технологий выращивания сельскохозяйственных культур приобретает особенную актуальность. В первую очередь это касается вопроса допосевного обработки семян с целью усовершенствования методов преодоления несхрещуваности при отдаленной гибридизации.

Мы изучали влияние пониженной температуры на семена твердой и мягкой пшеницы яровой. В результате проведенных исследований нами установлено, что действие низкой температуры на семена материнских форм положительно влияет на скрещиваемость различных видов и сортов пшеницы яровой с рожью ярым [4].

С целью выяснения причин повышения схрещуваности нами изучены спектр хромосомных нарушений в клетках корневой меристемы прорастающих семян пшеницы яровой. Исследование закономерностей хромосомных нарушений у

© Е.А. Криштоп, 2011.

ISSN 0582-5075. Селекция и семеноводство. 2011. Выпуск 100.

клетках корневой меристемы позволяет объяснить, в некоторой степени, пути повышения схрещуваности различных видов и сортов пшеницы яровой с рожью ярым.

Материалы и методы исследования. Экспериментальные опыты проводили в лабораторных условиях с семенами пшеницы яровой (Triticum durumDesf. Число хромосом 2n = 28) сорта Харьковская 27 (var. leucurum) и (Triticumaes-tivumL. Число хромосом 2n = 42) сорта Харьковская 26 (var. lutestens). Семена разных видов пшеницы, влажность которого была на уровне 14-14,5%, выдерживали в морозильных камерах при температуре (-14 ° С) в течение 72, 168 и 192 часов. Как контроль использовали семена пшеницы без обработки. После обработки семян проращивали на увлажненной фильтровальной бумаге в чашках Петри при температуре 23-25 ??° С в течение 3-4 суток до появления ростков не меньше длины семян и корешков длиной 2-3 см. Корешки фиксировали в фиксаторе Кларка и хранили в 70% спирте в холодильнике.

Спектр хромосомных нарушений определяли по методике С. В. Аб-рамовои [5]. Цифровые данные сравнивали с учетом u — критерия Фише-ра для судьбы варианс [6]. Вычисление выполняли отдельно для обнаруженного типа аберраций и для каждой стадии, а также в среднем. В исследованиях использовали микроскоп «Биола» (увеличение х 400). Фотографирование осуществляли с помощью цифрового фотоаппарата «Canon».

Результаты исследования. Изучение спектра хромосомных время-шеньна стадии профазы и метафазы в клетках корневой меристемы пшеницы яровой показало, что воздействие низкой температуры повышает частоту клеток с хромосомными нарушениями по отношению к контролю (табл. 1).

Анализ спектра хромосомных нарушений показал его значительное расширение на опытных вариантах по сравнению с контролем. Так, в клетках корневой меристемы обеих исследуемых видов на стадии профазы на контрольном варианте выбросов хромосом не наблюдали. Действие низкой температуры спровоцировала некоторое уменьшение количества клеток с выбросами длительностью обработки 72 и 192 часа, тогда как в варианте опыта с длительностью обработки 168 часов этот показатель возрастал и составил 0,20% для Triti-cumaestivumL. и 0,40% для Triticum durumDesf. (См. табл. 1).

На хромосомные нарушения на стадии метафазы, мы заметили сильную изменчивость. Так, в клетках корневой меристемы вида Triti-cumaestivumL. действие низкой температуры в течение 168 часов увеличивала частоту забегания хромосом на стадии метафазы до 1,40% (см. табл. 1), тогда как на контрольном варианте она составляла 0,20%. В виду Triticum durumDesf.m контрольном варианте забегания хромосом не обнаружено, тогда как на опытных вариантах этот показатель возрастал и самым он был в варианте опыта 168 часов — 0,60% соответственно.

Наряду с изменениями спектра хромосомных порушеньна стадии профазы и метафазы в клетках корневой меристемы пшеницы яровой действие низкой температуры повышала частоту нарушений на стадии анафазы по отношению к контролю (табл. 2). Общей закономерностью, отмеченной нами в обоих случаях, была четкая появление одинарных (рис. 1) и двойных мостов

(Рис. 2), которые возникают вследствие формирования так называемых дицентричних хромосом, а также появление мостов с фрагментами и фрагментов, причиной является разрыв отдельных участков хромосом [3].

Таблица 1.

Спектр хромосомных нарушений на стадиях профазы и метафазы в клетках корневой меристемы различных видов пшеницы яровой зависимости от действия низкой температуры

Примечание. # — Отличие от абсолютного контроля достоверны при р <0,05 На всех опытных вариантах, как это видно из табл. 2, происходил рост по сравнению с контролем судьбы одинарных мостов на стадии анафазы. В клетках корневой меристемы контрольного варианта вида Тгиииситаеи-ииуитЬ. обнаружено 0,10% одинарных мостов, при экспозиции обработки до 72 часов доля клеток с этими нарушениями увеличивается до 0,30%, 168 часов - 1,00%, 192 часа - 0,40%. Действие низкой температуры в варианте опыта 72 часа спровоцировала появление двойных мостов - 0,20% и 0,40% на опытном варианте 168 часов. Мостов с фрагментами в варианте опыта 72 часа обнаружено 0,10%, а на опытном варианте 168 часов этот показатель увеличивался до 0,20%. При этом, на контроле и в опытном варианте 192 часа анафазних клеток с хромосомными нарушениями (двойных мостов и мостов с фрагментами) не выявлено. Аналогичные результаты получены нами в виду Тгигисит durumDesf. Характерно, что для активно пролиферацийнои ткани преимущество появления мостов в спектре хромосомных нарушений свидетельствует о росте репара-тивной способности клеток корневой меристемы проростков пшеницы яровой. По нашему мнению, воздействие низкой температуры в течение 168 часов активирует репара-ные возможности и меняет цитогенетические показатели в клетках корневой меристемы. Рис. 1. Одинарный мост на стадии анафазы Рис. 2. Двойной местная стадии анафазы Обусловлено это тем, что генетическая система растительного организма выходит после стрессовой нагрузки на новый триггерных ривень.Дия низкой температуры вызвала существенный рост фрагментов на стадии анафазы в клетках корневой меристемы обоих видов. Так, на контроле в виду Тгигиеиш авиииуит Ь. этот показатель составлял - 0,20%. На опытных вариантах эти типы хромосомных нарушений соответственно составляют 0,40; 1,20 и 0,60%. В виду Тгигиеит durumDesf. обнаружено фрагментов на контроле - 0,40%, тогда как на опытных вариантах соответственно - 0,8; 1,0 и 0,60% (см. табл. 2). При увеличении длительности экспозиции не возникает или уменьшается доля анафазних клеток с нарушениями хромосом (одинарных, двойных мостов и мостов с фрагментами). Действие низкой температуры в течение 192 часа подавляет системы репарации клеток корневой меристемы, что приводит к уменьшению доли мостов. Таблица 2. Спектр хромосомных нарушений на стадии анафазы в клетках корневой меристемы различных видов пшеницы яровой зависимости от действия низкой температуры Примечание. # - Отличие от абсолютного контроля достоверны при р <0,05 Одновременно действие низкой температуры приводит к появлению более существенных структурных повреждений хромосом и вызывает появление других типов хромосомных нарушений на стадии телофазы. Среди них следует отметить увеличение количества несинхронных разделов по сравнению с контролем. Например, в клетках корневой меристемы вида ТгШеит durumDesf. несинхронные разделения на контрольном варианте отсутствовали, тогда как на опытных вариантах действие низкой температуры вызвала рост этих типов хромосомных нарушений. Так, в варианте опыта с длительностью обработки 72 часа этот показатель составлял 0,20%, при экспозиции обработки 168 часов наблюдали 0,30% несинх-ронней делений, тогда как при увеличении продолжительности доля клеток с этим типом нарушений снова снижалась до 0,20%. В клетках корневой меристемы вида ТгШситаеиииуитЬ. несинхронные разделения наблюдали как на контроле, так и на опытных вариантах (см. табл. 3). Таблица 3. Спектр хромосомных нарушений на стадии телофазы в клетках корневой меристемы различных видов пшеницы яровой зависимости от действия низкой температуры Примечание. # - Отличие от абсолютного контроля достоверны при р <0,05 Действие низкой температуры увеличивает количество микроядер в клетках корневой меристемы вида ТгиииситавиииуитЬ. Так, как на контроле, так и в варианте опыта 72 часа наблюдали одинаковое количество клеток с мик-роядрамы - 0,20%, тогда как в варианте опыта с длительностью обработки 168 часов этот показатель увеличивался и достиг 0,80%, но при увеличении экспозиции обработки до 192 часов происходило снижение - 0,40%. Аналогичный результат получен нами в виду Тгигисит durumDesf., За исключением того, что в варианте опыта с длительностью обработки 192 часа хромосомных нарушений не происходило, что наверняка связано с подавлением систем репарации клеток корневой меристемы (см. табл. 3). К тому же, кроме перечисленных нарушений в клетках корневой ме-ристемы пшеницы яровой при воздействии низкой температуры встречались 3-полюсные (рис. 3) и 4-полюсные митозы (рис. 4), а также мосты с фрагментами. Так, у обоих видов пшеницы яровой в клетках корневой меристемы доля клеток с многополюсными митозами наблюдалась нами как на контроле, так и на опытных вариантах. Максимальный спектр появления мостов был отмечен нами при экспозиции обработки семян 168 часов - 0,60% для вида ТгиииситаеиииуитЬ. и 0,40% для Тгигисит durumDesf. по сравнению с контроля 0,20 и 0,10% соответственно (см. табл. 3). Рис. 4. 4-полюсный митоз и фрагменты ?244a Выводы. Таким образом, выяснены основные структурные изменения в процессе активации клеток корневой меристемы прорастающих семян разных видов пшеницы яровой зависимости от действия низкой температуры. Полученные результаты свидетельствуют, что у обоих видов пшеницы яровой независимо от продолжительности обработки при температуре (-14 ° С) в клетках, находящихся на одной стадии клеточного цикла, обнаружены разное количество хромосомных нарушений. Это означает, что клетки корневой меристемы прорастающих семян различаются по устойчивости к низкой температуре. Спектр хромосомных нарушений в клетках корневой меристемиза-лежит от генотипических особенностей растений пшеницы яровой, действия низкой температуры и ее продолжительности. По всей вероятности, чувствительность клеток в разных фазах митотического цикла, которая является универсальной, генетически детерминированной свойством, что обеспечивает высокую надежность в структурной и функциональной перестройке растительной клетки при действии низкой температуры, зависит от вида. Интерпретация полученных результатов с этих позиций позволяет сделать вывод: повышение схрещуваности объясняется действием низкой температуры на процессы деления клеток материнского растения, что приводит к хромосомных нарушений, которые возникают в корневых меристемах прорастающие семена пшеницы, в результате чего повышается скрещиваемость различных видов и сортов пшеницы яровой с рожью ярым.