ИЗУЧЕНИЕ КАРИОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ALLIUM HYMENORHIZUM LEDEB. В УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО УРАЛА И БАШКИРСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ

  • Авторы: Кутуева А.Г.1, Калашник Н.А.1, Маслова Н.В.2
  • Учреждения:
    1. Южно-Уральский ботанический сад-институт - обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
    2. Уфимский Институт биологии - обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
  • Выпуск: Том 20, № 5-3 (2018)
  • Страницы: 411-416
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://journals.eco-vector.com/1990-5378/article/view/88206
  • ID: 88206

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проведено изучение кариологической изменчивости редкого реликтового вида Allium hymenorhizum Ledeb. на примере популяций из Южного Урала и Башкирского Предуралья. Установлено, что число хромосом в соматической ткани исследуемого вида 2n=16, хромосомы средних размеров, метацентрического и субметацентрического типов, на трех парах встречаются вторичные перетяжки. Изменчивость кариологических показателей характеризуется очень низким, низким и средним значением коэффициента вариации. Значимые различия между популяциями наблюдаются по относительной длине 1 и 8 пар, центромерному индексу 5 пары, по абсолютной длине хромосом различия незначимы.

Полный текст

Лук плевокорневищный Allium hymenorhizum Ledeb. (сем. Alliaceae) - редкое растение Южного Урала и Предуралья, плейстоценовый реликт азиатского происхождения. Реликтовые популяции вида в Республике Башкортостан (РБ) весьма малочисленны и уязвимы [1], вследствие чего вид включен в «Красную книгу РБ» [2] отнесен к категории 1 (вид, находящийся под угрозой исчезновения). Основной его ареал располагается на Алтае (Россия, Монголия), он встречается также в горах Казахстана и Средней Азии [3]. На Южном Урале вид произрастает исключительно на пойменных солончаковатых лугах в верхнем течении р. Таналык (правый приток р. Урал) и в истоках р. Сапсал (левый приток р. Сакмара). В этом районе выявлено шесть пунктов произрастания вида. В четырех пунктах вид находится на грани вымирания [2, 1]. Также выявлен новый пункт произрастания вида в Башкирском Предуралье - Благоварский район, окр д. Новоконстантиновка [4]. Вид охраняется на территории ботанического памятника природы «Популяция лука плевокорневищного у д. Богачево» [4], проводится контроль над его популяциями и работы по увеличению их численности и созданию искусственных популяций в местах естественного произрастания вида [1, 2, 4]. Для разработки мероприятий по охране A. hymenorhizum необходимо дальнейшее комплексное изучение этого вида, в том числе с применением методов кариологического анализа. Кариологические исследования A. hymenorhizum проводились на территории Памиро-Алая [5-7], Казахстана [8], Алтайского края [9, 10], Таджикистана [11]. На территории Южного Урала и Башкирского Предуралья кариологических исследований A. hymenorhizum до настоящего времени не проводилось, в связи с чем, они являются очень актуальными. Цель настоящей работы - изучение кариологической изменчивости A. hymenorhizum на примере популяций Южного Урала и Башкирского Предуралья. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Материал для исследования был собран в 2017 г. в интродукционном питомнике редких и исчезающих растений флоры Южного Урала Уфимского Института биологии, находящегося на территории Южно-Уральского ботанического сада-института (г. Уфа). Происхождение образцов: 1) РБ, Баймакский р-н, окр. д. Бахтигареево (Южный Урал), интродуцирован живыми растениями в 2008 г.; 2) РБ, Благоварский р-н, окр. с. Новоконстантиновка (Башкирское Предуралье), интродуцирован живыми растениями в 2014 г. Далее образцы (популяции) для удобства называем по месту их происхождения (Бахтигареево, Новоконстантиновка). Семена для кариологических исследований были получены путем самоопыления и искусственного перекрестного опыления внутри каждой популяции с использованием изоляторов. Кариологические исследования проводили на давленых микропрепаратах [12]. В качестве материала использовали меристематическую ткань кончиков корешков проростков семян. Семена проращивали при комнатной температуре в лабораторных условиях. По достижении корешками длины 10-15 мм их переносили в чашку Петри на фильтровальную бумагу, смоченную 0,2 %-ным раствором колхицина, где они находились 4-5 ч. Затем корешки промывали дистиллированной водой в течение 1-2-х минут, избыток влаги удаляли фильтровальной бумагой и фиксировали их в смеси спирт - уксусная кислота (3:1) в течение 24 ч. Окрашивание материала проводили в 1 %-ном водном растворе ацетогематоксилина в течение 2-2,5 ч в термостате при температуре 60°С. Давленые микропрепараты исследовали под микроскопом БИМАМ Р-13, с использованием объектива x40, окуляра x7, насадки x2,5. По каждой популяции исследовали 30 метафазных пластинок. Кариологический анализ проводили по В.Д. Туркову с соавторами [13]. В результате исследований определяли числа хромосом, морфометрические параметры хромосом, а также морфометрические типы хромосом, согласно классификации В.Г. Грифа и Н.Д. Агаповой [14]. Для каждой хромосомы определяли следующие параметры: Lа - абсолютную длину хромосомы (сумма длин короткого и длинного плеча), мкм; Ic - центромерный индекс (отношение абсолютной длины короткого плеча хромосомы к абсолютной длине всей хромосомы), %; Lr - относительную длину хромосомы (отношение длины хромосомы к суммарной длине диплоидного набора хромосом), %; sc - локализацию вторичной перетяжки (отношение длины от центромеры до перетяжки к общей длине плеча) и частоту встречаемости вторичных перетяжек, %. Для каждой метафазной пластинки определяли: 2n - число хромосом на диплоидный набор; ∑La - суммарную длину диплоидного набора хромосом (сумма абсолютных длин всех хромосом диплоидного набора), мкм. По каждой паре хромосом находили средние значения и коэффициенты вариации всех морфометрических параметров. Расчет основных статистических характеристик выполнен по стандартной методике, сравнение средних значений показателей проведено по критерию Стьюдента [15]. Степень варьирования изучаемых признаков определяли по шкале уровней изменчивости С.А. Мамаева [16]: очень низкий (CV<7 %), низкий (CV=8-12 %), средний (CV=13-20 %), повышенный (CV=21-30 %), высокий (CV=31-40 %), очень высокий (CV>40 %). Определяли коэффициенты вариации, характеризующие изменчивость: CV, % - по выборке, CVср, % - среднее значение коэффициентов вариации признаков во всех выборках (внутрипопуляционная изменчивость), CVМср, % - вычисленный по среднему значению признака (межпопуляционная изменчивость). РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Для A. hymenorhizum исследованных популяций установлено соматическое число хромосом 2n=16. Микрофотографии метафазных пластинок представлены на рисунке 1, примеры систематизированных хромосомных наборов представлены на рисунке 2. В результате статистической обработки морфометрических параметров хромосом 30 метафазных пластинок каждой популяции установлено, что размеры хромосом в популяции Бахтигареево варьируют в пределах от 6,39±0,12 до 9,28±0,17 мкм, в популяции Новоконстантиновка - от 6,05±0,15 до 9,24±0,21 мкм. Относительная длина хромосом в популяции Бахтигареево варьирует от 5,18±0,03 до 7,52±0,04, в популяции Новоконстантиновка от 5,05±0,05 до 7,70±0,05. Центромерный индекс хромосом в популяции Бахтигареево варьирует от 39,73±0,80 до 46,44±0,32, в популяции Новоконстантиновка от 40,87±0,67 до 47,11±0,23 (табл. 1). Средняя суммарная длина диплоидного набора хромосом (2n) в популяции Бахтигареево составляет 123,37±3,17 мкм, в популяции Новоконстантовка - 119,92±3,91. Также установлено, что 1-7 пары хромосом метацентрического типа (Iс>40), а 8 пара хромосом субметацентрического типа (30<Iс<40%). На хромосомах метафазных пластинок обнаружены вторичные перетяжки. В частности, в популяции Бахтигареево вторичные перетяжки обнаружены на коротких плечах второй (sc=63,31), третьей (sc=54,50) и восьмой (sc=43,73) пар хромосом с частотой встречаемости 10,0%, 3,3%, 13,3%, соответственно, а в популяции Новоконстантиновка - на коротком плече только восьмой пары (sc=50,00) с частотой встречаемости 10,0%. Идиограммы кариотипов исследуемых популяций, составленные по средним морфометрическим параметрам хромосом, представлены на рисунке 3. Изменчивость кариологических показателей характеризуется очень низким, низким и средним значением коэффициента вариации. В обеих популяциях по абсолютной длине хромосом наблюдается средний коэффициент вариации, по относительной длине хромосом - очень низкий и низкий коэффициент вариации, а по значению центромерного индекса хромосом - очень низкий, низкий и средний коэффициент вариации. По результатам исследования внутрипопуляционная изменчивость по всем морфометрическим параметрам хромосом превышает межпопуляционную (табл. 1, 2). Суммарная длина диплоидного набора хромосом в популяции Бахтигареево варьирует от 88,44 до 164,67 мкм, в популяции Новоконстантиновка - от 84,81 до 163,68 мкм, коэффициент вариации этого показателя в обеих популяциях имеет средний уровень изменчивости и составляет 14,06 % и 17,84 % соответственно. Оценка различия популяций с использованием критерия Стьюдента показала, что значимые различия по относительной длине хромосом наблюдается по 1 и 8 парам, а по центромерному индексу по 5 паре хромосом, по абсолютной длине хромосом различия незначимы (табл. 3). Полученные нами результаты показали, что число хромосом и структура кариотипа, исследуемых популяций, в целом, совпадают с описанием кариотипа этого вида, произрастающего в других частях ареала. Так, определенное нами число хромосом в исследуемых популяциях (2n=16) соответствует большинству проведенных ранее исследований [5-7, 9, 10]. Исключением является популяция Заилийского Алатау, в которой выявлено число хромосом 2n=32 [8]. Длина отдельных хромосом и хромосомных наборов в исследованиях, проведенных другими авторами ранее несколько выше, чем в результатах, полученных нами, что может быть объяснено различиями в предобработке материала, которая могла повлиять на спирализацию хромосом. При сравнении результатов наших исследований с результатами, полученными ранее, наблюдается сходство по морфометрическим типам хромосом 1-7 пар, которые в обоих случаях являются метацентрическими, и различия по 8 паре, которая в наших исследованиях является субметацентрической, а в проведенных ранее исследованиях - субакроцентрической. Авторы, проведенных ранее исследований [2, 15], также описывают наличие у 8 пары большого спутника равного ширине плеча, мы же считаем, что эта пара хромосом имеет вторичную перетяжку с невысокой (10,0-13,3 %) частотой встречаемости. ВЫВОДЫ 1. Кариологические исследования показали, что число хромосом в соматической ткани исследуемого вида 2n=16, хромосомы средних размеров (от 6,05±0,15 до 9,28±0,17 мкм), метацентрического (1-7 пары) и субметацентрического (8 пара) типов, некоторые из них (2, 3 и 8 пары) имеют вторичные перетяжки с низкой частотой встречаемости (3,3-13,3 %). 2. Изменчивость кариологических показателей характеризуется очень низким, низким и средним значением коэффициента вариации. Внутрипопуляционная изменчивость по всем морфометрическим параметрам хромосом превышает межпопуляционную. 3. Использование критерия Стьюдента показало, что значимые различия между популяциями наблюдаются по относительной длине 1 и 8 пар, центромерному индексу 5 пары, по абсолютной длине хромосом различия незначимы. Рис. 1. Микрофотографии метафазных пластинок Allium hymenorhizum: a, б - Бахтигареево; в, г - Новоконстантиновка. Масштабная линейка равна 10 мкм Рис. 2. Хромосомные наборы Allium hymenorhizum: а - Бахтигареево; б - Новоконстантиновка. Масштабная линейка равна 4 мкм Таблица 1. Морфометрические параметры хромосом Allium hymenorhizum Рис. 3. Идиограммы кариотипов Allium hymenorhizum: а - Бахтигареево; б - Новоконстантиновка. Масштабная линейка равна 1 мкм Таблица 2. Изменчивость морфометрических показателей хромосом Allium hymenorhizum в исследуемых популяциях Таблица 3. Результаты оценки различий исследованных популяций Allium hymenorhizum по морфометрическим параметрам хромосом Примечание. Цифрами отмечены сравниваемые популяции: 1 - Бахтигареево, 2 - Новоконстантиновка; * - различия достоверны (tтеор=2,002 при p=0,05).
×

Об авторах

Алия Галеевна Кутуева

Южно-Уральский ботанический сад-институт - обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: alia-cutueva@mail.ru
аспирант

Надежда Александровна Калашник

Южно-Уральский ботанический сад-институт - обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: kalash.ufa@mail.ru
кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории генетики и биотехнологии растений

Наталья Владимировна Маслова

Уфимский Институт биологии - обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: maslovanv-ib-ufa@mail.ru
кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории геоботаники и растительных ресурсов

Список литературы

  1. Опыт реинтродукции редкого реликтового вида Allium hymenorhizum Ledeb. (сем. Alliaceae) на Южном Урале / А.А. Мулдашев, Н.В. Маслова, А.Х. Галеева, О.А. Елизарьева // Современная ботаника в России. Тр. III Съезда РБО и конф. «Научные основы охраны и рационального использования растительного покрова Волжского бассейна». Т. 3. Охрана растительного мира. Ботаническое ресурсоведение. Культурные растения. Ботаническое образование. Тольятти: Кассандра, 2013. C. 149-150.
  2. Красная книга Республики Башкортостан. Т. 1. Растения и грибы / под ред. д-ра биол. наук, проф. Б.М. Миркина. 2-е изд., доп. и перераб. Уфа: Изд-во МедиаПринт, 2011. 384 с.
  3. Фризен Н.В. Род Allium L. // Флора Сибири. Araceae - Orchidaceae. Новосибирск: Изд-во Наука, CO, 1987. C. 55-96.
  4. Мулдашев А.А., Маслова Н.В., Галеева А.Х. О находке реликтовой популяции Allium hymenorhizum Ledeb. (Alliaceae) в Республике Башкортостан // Флора и растительность Сибири и Дальнего Востока. Чтения памяти Л.М. Черепнина и материалы Шестой Всероссийской конференции с международным участием, посвященные 110-летию со дня рождения Л.М. Черепнина и 80-летию Гербария им. Л.М. Черепнина (KRAS). Красноярск, 2016. С. 145-150.
  5. Вахтина Л.И. Числа хромосом некоторых видов лука, распространенных на территории СССР // Ботанический журнал. 1964. Т. 49. № 6. С. 870-875.
  6. Вахтина Л.И. Сравнительно-кариологическое исследование некоторых видов лука секции Rhiziridium Don // Ботанический журнал. 1965. Т. 50. № 3. С. 387-394.
  7. Закирова Р.О., Вахтина Л.И. Цитофотометрические изучение некоторых видов лука секций Cepa Prokh. и Rizirideum Don // Функциональная морфология, генетика и биохимия клетки. Вып. 16. Л., 1974. С. 67-70.
  8. Вахтина Л.И., Кудряшова Г.Л. Цитотаксономические исследования некоторых видов Allium в Казахстане // Ботанический журнал. 1977. Т.62. № 4. С.539-547.
  9. Фризен Н.В. Числа хромосом представителей семейства Alliaceae из Сибири // Ботанический журнал. 1985. Т. 70. № 7. С. 1001-1002.
  10. Фризен Н.В. Луковые Сибири. Новосибирск: Изд-во Наука, Сиб. отд-ние, 1988. 185 с.
  11. Friesen N., Fritsch R.M., Blattner F.R. Phylogeny and new intrageneric classification of Allium (Alliaceae) based on nuclear ribosomal DNA ITS sequences // Aliso. 2006. Vol. 22. P. 372-395.
  12. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Изд-во Колос, 1980. 304 с.
  13. Хромосомные исследования растений в проблемах селекции, клеточной инженерии и генетическом мониторинге / В.Д. Турков, Ю.Л. Гужов, Г.А. Шелепина [и др.]. М.: Изд-во Ун-та дружбы народов, 1988. 64 с.
  14. Гриф В.Г., Агапова Н.Д. К методике описания кариотипов растений // Ботанический журнал. 1986. Т. 71. № 4. С. 550-553.
  15. Зайцев Г.Н. Методика биометрических расчетов. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Изд-во Наука, 1973. 256 с.
  16. Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений (на примере семейства Pinaceae на Урале). М.: Изд-во Наука, 1973. 284 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Кутуева А.Г., Калашник Н.А., Маслова Н.В., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах