Введение к работе
Актуальность проблемы. Использование различных методов экспериментальной отдаленной гибридизации, индуцированной агамоспермии, генетического, цитоэмбриологического, биохимического анализов делает возможным изучение роли отдельных репродуктивных процессов в становлении и сохранении биоразнообразия, филогенетических взаимоотношений, ресинтеза видов. Генетическая изученность репродуктивных признаков обеспечивает возможность прогнозирования появления новых генотипов с широкой нормой реакции и позволяет осуществить моделирование комбинаций систем и способов репродукции в природных популяциях.
Двуродительский способ семенного размножения (слияние гамет двух особей) обусловливает сегрегацию и рекомбиногенез, то есть детерминирует изменчивость и создает материал для отбора наиболее приспособленных генотипов. Однородительское воспроизведение - вегетативное размножение, агамос-пермия, инбридинг - дает возможность длительного сохранения и неограниченного воспроизведения генотипической и фенотипической относительной однородности потомков (Малецкий и др., 2004). При апомейотической агамоспермии и вегетативном размножении возможно сохранение высокогетерозиготных полиплоидных генотипов (Петров, 1988; Nogler, 1984; Allard, 1999).
У дикорастущих представителей рода Fragaria L. (Земляника) из семейства Rosaceae Juss. (Розоцветные) возможность прогрессивной эволюции определяет сочетание полноценного семенного воспроизводства с интенсивным вегетативным размножением. Этот комплекс обеспечивает пластичность и быструю реакцию на изменение среды, поэтому они относятся к вегетативно-подвижным (Серебряков, 1962). У Fragaria * ananassa Duch. (земляники крупноплодной) при агамоспермии в матроморфном потомстве наблюдается генетическая изменчивость, обусловленная мейотическими процессами в мегаспорогенезе (Шангин-Березовский, 1962, 1963; Батурин, 1997). Однако возможности этой изменчивости в формообразовательном процессе вида до сих пор остаются слабо изученными. Эти обстоятельства обусловливают необходимость проведения исследований, направленных на выяснение возможностей изменчивости у F. * ananassa при агамоспермии для формообразовательного процесса.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучение формообразования при агамоспермии у сортов и гибридов Fragaria х ananassa, 2n = 8х = 56.
Были поставлены следующие задачи:
получить агамоспермное потомство первого и второго поколений при чужеродном опылении;
исследовать микроспорогенез у агамоспермных и гибридных сеянцев;
оценить перспективы использования сеянцев агамоспермного происхождения в направленных скрещиваниях;
произвести отбор и клонирование агамоспермных и гибридных сеянцев с ценными признаками для селекционно-генетического изучения.
Научная новизна. При сравнительном анализе агамоспермных потомков
первого и второго поколений F. х ananassa установлена изменчивость по морфологическим и репродуктивным признакам, в том числе, по качеству пыльцы. При этом выделены высокофертильные и полностью стерильные сеянцы. Выявленное варьирование значений фертильности пыльцы по годам у одного и того же потомка свидетельствует о зависимости генетических систем, ответственных за формирование полноценного мужского гаметофита, от метеоусловий года. Изучение микроспорогенеза, проведенное у растений сорта Пурпуровая и его агамоспермных потомков, показало, что ключевым периодом для формирования фертильной пыльцы является период после распада тетрад микроспор, то есть увеличения цитоплазмы, деления ядра и быстрого роста оболочек пыльцевого зерна. Показано, что всхожесть семянок у агамоспермных потомков при половом процессе (инбридинге и аутбридинге) существенно выше, чем у сорта, от которого они произошли. Высокая всхожесть семянок у образцов F. х ananassa ага-моспермного происхождения позволяет их использовать в селекции ремонтантной земляники, размножаемой семенами. Защищаемые положения.
-
Индукция нередуцированного партеногенеза позволяет реализовать в семенном потомстве Fragaria * ananassa гаметическую изменчивость, в том числе по такому важному репродуктивному признаку как качество пыльцы.
-
Изменчивость в агамоспермном потомстве способствует появлению фенотипов, существенно отличающихся от исходной материнской формы, как в первом, так и втором семенном поколении.
-
Изменчивость по фертильности пыльцы среди потомков агамоспермного происхождения открывает перспективы отбора сеянцев, стабильно обладающих гораздо лучшей фертильностью пыльцы, чем исходный материнский сорт, для дальнейшего их включения в селекционные программы.
Практическая значимость работы. Изучение генетической изменчивости в матроморфном потомстве перспективно для выяснения селекционно-генетических возможностей использования агамоспермии, обогащения генофонда земляники крупноплодной, генетического анализа по результатам гаметического расщепления. Так, агамоспермные сеянцы, имеющие ценные свойства исходной материнской формы, могут быть успешно использованы в гибридизации в качестве опылителя, благодаря улучшенной фертильности пыльцы. Поскольку использование в гибридизации земляники крупноплодной сеянцев партеногенетического происхождения с улучшенным качеством пыльцы снижает в гибридном потомстве количество самобесплодных сеянцев и увеличивает число сеянцев с высокой мужской фертильностью, следует активно использовать этот методический прием для оптимизации селекционного процесса Fragaria х ananassa.
Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на II Международной научной конференции «Биологическое разнообразие. Интродукция растений» (Санкт-Петербург, 1999), на 7-й Международной научной конференции «Международная встреча молодых ученых сельского хозяйства» (Ледница, 1999), на II съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Санкт-Петербург, 2000), на VII Молодежной конференции ботаников в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 2000), на Международной конференции
«Биоразнообразие и динамика экосистем Северной Евразии» (Новосибирск, 2000), на 2-й Международной конференции по апомиксису АПО2001 (Комо, 2001), на Молодежной конференции «Исследования молодых ботаников Сибири» (Новосибирск, 2001), на 9-й Международной сельскохозяйственной конференции (Ледница, 2001), на 2-й конференции Московского общества генетиков и селекционеров имени Н.И. Вавилова «Актуальные проблемы генетики» (Москва, 2003), на научной конференции молодых ученых и аспирантов «Аграрная наука России в новом тысячелетии» (Омск, 2003), на Всероссийской конференции с международным участием «Ботанические сады и актуальные проблемы интродукции растений на современном этапе» (Томск, 2010), на Международной конференции: «Биология развития: морфогенез репродуктивных структур и роль стволовых клеток в онтогенезе» (Санкт-Петербург, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 4 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, включающего 197 источников, из них 78 - на иностранном языке. Работа изложена на 151 странице, содержит 34 рисунка и 17 таблиц. В работе имеется приложение. Общий объем работы, включая приложение, составляет 189 страниц.
