close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

305

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
А К А Д Е М И Я НАУК СССР
ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ
/I ^^
(у
< ~~7П} _7,
**а правах
рукописи
ФАН —ФАЙ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ВЫЗЫВАНИЕ МУТАЦИЙ
НА РАННИХ СТАДИЯХ ОНТОГЕНЕЗА
У ЧЕРНУШКИ ДАМАССКОЙ
(Nigel la damascene L.)
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ
НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ
КАНДИДАТА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК
103— ГЕНЕТИКА
М о с к в а * 1971
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
^\&М*у%плл1,
it.O
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
АКАДЕМИЯ
НАУК
СССР
ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ
На правах
рукописи
ФАН ФАЙ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ВЫЗЫВАНИЕ МУТАЦИЙ
НА РАННИХ СТАДИЯХ ОНТОГЕНЕЗА
У ЧЕРНУШКИ ДАМАССКОЙ
(Nigella damascena L.)
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т ДИССЕРТАЦИИ
НА СОИСКАНИЕ У Ч Е Н О Й С Т Е П Е Н И
КАНДИДАТА Б И О Л О Г И Ч Е С К И Х НАУК
ШЯ ~ Г Е Н Е Т И К А
№
М о с к в а —1971
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена в лаборатории полиплоидии Института био­
логии развития АН СССР.
Научные
руководители:
Доктор биологических наук, профессор | В. В. САХАРОВ
Кандидат биологических наук В. С. АНДРЕЕВ
Официальные оппоненты:
Доктор биологических наук, профессор И. А. РАПОПОРТ
Профессор Московского Государственного университета
Д. А. ТРАНКОВСКИИ
Диссертация на заключение послана на кафедру генетики Мо­
сковского Государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Автореферат разослан I- 4L1
ноября 1971 года.
Защита диссертации состоится h —С
дккаб|ш 197^ года в
Институте биологии развития АН СССР, г. Москва В-334, ул. Вави­
лова, 26.
Ученый секретарь
И. В. ЧУДАКОВА
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Изучению различных аспектов мутационного процесса в на­
стоящее время посвящают свои усилия многие исследователи
разных стран мира. Это связано с тем, что без знания основных
закономерностей мутирования генетического аппарата клетки не­
возможно подойти к решению вопросов о тонкой структуре гена,
о механизме функционирования генетического материала и о
путях реализации генетической информации в процессе развития
организма.
Познание закономерностей мутационного процесса позволит
подойти к решению вопроса об искусственном вызывании направ­
ленных изменений организма.
Одним из перспективных путей к решению этой заманчивой
проблемы в настоящее время представляется изучение специфич­
ности мутационного процесса.
Сама постановка вопроса о специфичности действия мутаген­
ных факторов была сформулирована еще на заре изучения инду­
цированного мутационного процесса одним из первооткрывателей
химического мутагенеза В. В. Сахаровым (1933, 1935).
На основании сравнительного изучения спонтанных, а также
индуцированных химическими и физическими факторами мута­
ций им выдвинуто положение, согласно которому характер воз­
никающих мутаций зависит как от внутренних возможностей изу­
чаемых организмов, так и от специфических особенностей дейст­
вия применяемого внешнего агента (Сахаров В. В., 1938).
Многочисленные исследования, проведенные с тех пор на раз­
нообразных объектах и при разных уровнях генетического анализа,
полностью подтвердили сформулированное В. В. Сахаровым пра­
вило специфичности.
Исследования были направлены, с одной стороны, на поиски
веществ, способных с максимальной частотой индуцировать мута­
ционные изменения, а с другой стороны, на поиски условий обра­
ботки этими соединениями, способствующих максимальному выяв­
лению потенциальных возможностей организма к мутированию
под воздействием этих факторов.
В одних работах проводился анализ действия одного мутагена
на разные генотипы, другие исследования были посвящены изучеппю эффекта воздействия нескольких мутагенов на один и тот же
генотип (Рапопорт И. А., 1947, 1948, 1963; Зоз Н. Н., 1960, 1961;
Хвостова В. В., Можаева В. С , Эйгес Н. С , 1963; Енкеп В. Б.,
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1903, 1906; Валева С. Л., 1964; Шевченко В. В., 1964, 1966; Сидо­
рова К. К., 1965, 1966; Хвостова В. В., 1966 и др.).
Интенсивные исследования, выполненные прежде всего под
руководством И. Л. Рапопорта, привели к созданию химических
соединений с очень высокой мутагенной активностью (так назы­
ваемые супермутагены) и тем самым решили проблему количест­
венного вызывания мутаций. На очереди создание мутагенов, спо­
собных вызывать лишь определенный спектр мутаций.
Разные авторы проблему специфичности изучали на разных
уровнях генетического анализа. При воздействии мутагепов на ор­
ганизм обнаружены различия:
а — между частотами генных мутаций н хромосомных абер­
раций;
б — между разными типами хромосомных аберраций;
в — между распределением этих аберраций вдоль хромосом;
г — между частотами мутирования разных генов;
д — между частотами мутирования разных аллелей данного
гена;
е — между частотами мутирования разных сайтов данного гена
и другого рода различия (Оганесян М. Г., 1969).
Специфические различия в ответных реакциях организма вы­
явлены и при воздействии разными мутагенами на разные стадии
клеточного цикла (Дубинин Н. П., Сапрыкина Е. Г., 1964; Сидо­
ров Б. Н., Соколов Н. Н., Андреев В. С , 1965). Установлены су­
щественные различия в выходе мутаций при обработке растворами
мутагенов, имеющих различие в рН, температуре, ионной силе
буфера и т. д.
В последние годы появились работы, в которых сделана попыт­
ка расшифровать природу и механизм специфичности мутагенеза.
Было показано, что специфичность мутагенеза связана со своеоб­
разием процессов, протекающих с момента воздействия мутагеном
и до регистрации выхода мутаций. Основные этапы, через которые
осуществляется мутагенез, сводятся к тому, что мутаген должен
проникнуть в клетку, транспортироваться к гену, вступить с ним
в контакт, прореагировать с генными молекулами и эта первичная
реакция должна проявиться, выдержав давление отбора. На каж­
дом из этих этапов осуществляется ряд процессов, придающих свое­
образный характер мутагенезу (Оганесян М. Г., 1969).
В работах по искусственному мутагенезу у растений обработке
обычно подвергают сухие или набухшие семена, т. е. воздействуют
уже на вполне сформированный многоклеточный зародыш. При
этом имеют шансы выявиться в следующих семенных поколениях
лишь мутации, возникшие в небольшом числе инициальных кле­
ток, из которых впоследствии развиваются генеративные ткани.
Этот же фактор определяет и своеобразные числовые отношения,
к которых выявляются мутантпые особи в М2.
Мы же в своей работе поставили задачу выяснить специфику
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мутационного процесса после обработки мутагенами гамет и пер­
вых стадий развития зародыша.
Можно было ожидать, что особенности строения и функциони­
рования ранних стадий онтогенеза, по сравнению с зародышами
покоящихся семян, приведут к существенный различиям в способ­
ности мутагена преодолевать клеточные мембраны и обеспечат
лучшие условия для контактирования мутагена с геномом клетки.
Это могло сказаться на изменении не только частоты, но и харак­
тера возникающих мутаций. Малоклеточностъ обрабатываемой ста­
дии развития зародыша должна была способствовать выявлению
в М2 большей части возникших мутационных изменений.
Конкретные задачи нашего исследования сводились к следую­
щему:
1. Разработка методики воздействия мутагенами на гаметы,
зиготы и проэмбрио.
2. Эмбриологическое изучение влияния разных мутагенов на
процесс оплодотворения и развития зародыша.
3. Цитологический анализ перестроек хромосом, индуцирован­
ных мутагенами, в первых митозах и мейозе у растений Mj.
4. Изучение фенотипического эффекта мутагенов на расте­
ниях Mi.
5. Выявление и анализ морфо-физиологических мутаций в М2.
6. Проверка характера наследуемости и выделение новых мута­
ций в М3.
Глава I
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта исследования была взята чернушка дамас­
ская (Nigeria damascena L., сем. Ranunculaceae). У нее 6 пар хро­
мосом, хорошо различимых морфологически. Чернушка дамасская
представляет собой удобный объект для цитологических исследо­
ваний и все чаще привлекается для решения различных проблем
цитогенетики. Удобна она и для постановки генетических иссле­
дований. Поэтому мы и решили использовать ее для решения по­
ставленных задач.
В качестве мутагенных факторов были выбраны рентгеновское
облучепие и 4 химических мутагена *: этиленимин (ЭИ), нитро*
Мутагены были любезно предоставлены II. А. Рапопортом, за
что выносим ему глубокую благодарность.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
1
Влияние мутагенов на завязываемость семян при обработке ранних стадий
развития зародышей чернушки дамасской (схема и объем опыта)
Материал Мута­
ген
обработки
—
—
о
Is
о Й
о о
су
>>
u
Вариант
Контроль
(1)
Рх
Рг
Рз
Р4
Доза (р) Экспо­
концент­ зиция
рация (%) (чае.)
—
—
300
600
900
1200
—
Получено семян
Число
обработанных
семяпочек число
%
1385
974
70,32 + 1,22
1715
1638
1 724
1 419
639
617
548
375
37,26 + 1,16
37,66 + 1,20
31,78 + 1,11
26,42 + 1,17
6 496
2179
33,54+0,58
Ч
S°
0-
Среднее
1
о
Я
Р.
о
со
о
о,
а
а
ы
а
5й
Е
о
К
(го
ЭИ1
ЭИ 2
ЭИз
ЭШ
ЭИ 5
ЭИ 6
ЭИ 7
ЭИ 8
ЭИ 9
0,003
0,005
0,008
0,003
0,005
0,008
0,003
0,005
0,008
8
8
8
12
12
12
16
16
16
1 165
1216
1 468
1345
1625
1514
1395
1685
1842
647 5 5 , 5 3 + 1 , 4 5
615 50,57 + 1,43
523 3 2 , 6 2 + 1 , 1 9
558 4 1 , 4 8 + 1 , 3 4
617 3 7 , 9 6 + 1 , 2 0
474 3 1 , 3 0 + 1 , 1 9
468 33,55 + 1,26
346 20,53 + 0,98
325 17,64 + 0,88
н
Среднее
со
о
ев
ев
и
а
ш
CD
сг
о
S
ч
о»
о
п
о
Он
HMMi
НММг
НММз
HMxMi
HMMs
HMMe
НММ 7
нмм 8
0,008
0,01
0,005
0,008
0,01
0,005
0,008
0,01
8
8
12
12
12
16
16
16
13 255
4573
34,50+0,41
1275
1139
1315
1428
1359
1576
1558
1611
462
418
425
387
341
384
386
364
3 6 , 2 3 + 1,34
36,69+1,42
32,31 + 1,29
27,10 + 1,17
25,09 + 1,17
24,36+1,13
24,77 + 1,09
22,59 + 1,03
11261
3167
23,12-ЬО,42
н
и
ь-<
Среднее
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
о
с.
о
н
5
о
о
а,
о
ч
Я
н
Я
я
3
п
ь
СЗ
О
о
сухие
семена
гам
н
>вч
Я
ш
В
Я
ФЯ*
о
§ а
Я [С
2 о
Вариант
ДЭ&
ДЭС 2
ДЭСз
ДЭС4
ДЭС»
ДЭСб
Доза (р)
концент­
рация (%)
0,05
0,1
0,05
0,1
0,05
0,1
III
Материал Мута­
обработки ген
8
8
12
12
16
16
Среднее
TMOi
ТМФ2
ТМФз
0,01
0,01
0,01
8
' 12
16
Среднее
P-Ci
Р — Со
9 000
12 000
—
0,025
0,025
0,059
0,050
12
18
12
• 18
1 (продолжение)
Получено семян
Число
обработанных
семяпочек
0/
число
/0
1167
1255
1345
1264
1057
1418
715
687
589
501
437
425
61,26+1,42
54,74+1,40
43,79+1,35
39,63+1,37
41,34+1,51
29,97+1,21
7506
3354
44,68-tO,56
1427
1589
1705
235
287
218
16,46+0,98
18,06+0,96
12,78+0,89
4721
740
15,67-tO,52
—
—
—
о °
РЯ
в
о
н
ГО
ЭИ
ЭИ
ЭИ
ЭИ
— Сз
— d
—Со
—С6
—
—
(I) Нормальные семяпочки без обработки
зометилмочевина (НММ), диэтилсульфат (ДЭС) и триметилфосфат (ТМФ). Мутагенами обрабатывали сухие семена, а также га­
меты, зиготы и ранние стадии эмбриогенеза (табл. 1).
Чтобы иметь необходимый материал для опыта, в теплице были
выращены растения нулевого поколения (М 0 ).
Для проведения опытов по обработке химическими мутагенами
раныих стадий развития чернушки было выращено по 120—140
растений для каждого варианта. Обрабатывали только цветки глав2
З а к а з 3062
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пого стебля растений М0 одинакоиого возраста: в опытах с ЭИ и
ТМФ по 140 цветков Б каждом варианте, в случае НММ — по 100
цветков, а в каждом варианте с ДЭС — по 85 цветков. В условиях
теплицы у растений М0 в каждой коробочке формировалось в сред­
нем 20—40 семяпочек и лишь у единичных растений их число до­
стигало 80.
Воздействие химическими мутагенами проводилось сразу же
после онылепия *. Обработка осуществлялась в специальной ка­
мере, сделанной из оргстекла. Химические мутагены вносились
шприцем по 5 см3 в каждую коробочку с семяпочками и затем от­
мывались водой и 5% раствором гипосульфита натрия.
В каждом варианте опытов с облучением было подвергнуто
обработке по 115 растений. Облучение рентгеновыми лучами па
установке РУП—200 производилось через 4 часа после опыления
растении М0.
Сухие семена обрабатывали водными растворами мутагенов.
Для контрольного варианта было выращено 100 растений М0.
Для изучения скорости прорастания пыльцы и проникновения
спермиев в зародышевый мешок, сразу же после опыления были
зафиксированы в растворе Навашина завязи но 10 шт. в каждой
фиксации с 5 мин. интервалом в течение часа.
Для определения стадий развития зародышей фиксировали в
растворе Навашина завязи с семяпочками через каждые 2 часа в
течение 20 часов после обработки мутагенами, по 5 завязей в каж­
дой фиксации.
Были приготовлены постоянные препараты. Продольные разре­
зы семяпочек красились гематоксилином по Гейденгайыу. Исполь­
зовали также ускоренный способ окраски железным гематокси­
лином.
Для цитологического анализа индуцированных перестроек хро­
мосом в клетках зародышей проводили фиксацию материала, в
ацеталкоголе (3 : 1), начиная сразу же после обработки мутаге­
ном ц через каждые 2 часа в течение 80 часов по 15—20 семяпочек
на каждую точку фиксации.
Для определения частоты аберраций хромосом, индуцированных
при обработке сухих семян, часть семян проращивали при темпе­
ратуре 20—22°С. Отбирали равномерно наклюнувшиеся семена и
затем фиксировали в ацеталкоголе (3 : 1) кончики корешков (по
15—20 шт. па каждую точку). Фиксацию проводили каждые два
часа, начиная с 25 часов после замачивания до 80 часов.
В таблице 1 показаны дапные по завязываемости семян в М0
при обработке семяпочек разными мутагенными факторами. В за­
висимости от количества семян, полученных в М0, при посеве М)
*
8
Чернушка дамасская является факультативно самоопыляю­
щимся растением. Поэтому во всех опытах строго соблюдались
изоляции растений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
были взяты различные количества семян в разных вариантах
опыта,
В опыте с обработкой мутагенами сухих семян при выращива­
нии Mi было высеяно по 500 семян в каждом варианте. В контроле
было высеяно также 50 воздушно-сухих семян.
В Mi тщательно изучалось влияние мутагенов на рост и разви­
тие растений. Для цитологического анализа мейоза растений M t в
период бутонизации было зафиксировано в ацеталкоголе но 30 бу­
тонов для каждого варианта.
С целью изучения характера изменений, появившихся в Mi и
выявления новых изменений в последующих поколениях были соб­
раны семена с измененных и неизмененных растений М4 и высеяны
по семьям для получения М2. В каждом варианте было посеяно
50 семей и в каждой семье по 50 семян. Общее число изучавшихся
в Мг семей было 1800, а число растений Мг — 83 003. Для конт­
рольного варианта было посеяно 100 семей по 50 семян в каждой.
Частоту мутаций определяли: по % семей с мутациями и %
мутантных растений.
Изменения, появившиеся у растений Мг, могут быть не только
следствием выявившейся мутации, но и вызваны действием раз­
личных факторов среды. Поэтому в М 3 проводилась проверка на­
следуемости измененных признаков. Анализ М» дает возможность
выделять и новые мутации, не проявившиеся в М2. В М3 было по­
сеяно 2800 семей с 142 000 растениями.
Г л а в а II
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
I. Эмбриологическое и цитологическое изучение
оплодотворения и ранних стадий развития зародышей
Проведенные исследования показали, что у чернушки дамасской
женскпй археспорий — одноклеточный. Зародышевый мешок нор­
мального типа, восьмиядерныи с тремя крупными одноядерными
антиподами и небольшой яйцеклеткой.
В случае благоприятной ногоды, пыльца чернушки начинает
прорастать на рыльцах через 10 минут после опыления. Через 35—
40 мин. после опыления пыльцевые трубки достигают конца стол­
бика и входят в завязь, а через 50 минут было обнаружено наличие
спермиев в зародышевом мешке и слияние их с женскими ядрами.
Неоднократно наблюдалось присутствие добавочных спермиев (от
2*
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 до 8, вместо 2) в одном и том же зародышевом мешке. После оп­
лодотворения ядра яйцеклетки и эндосперма у чернушки имеют
небольшой период покоя, затем первым делится ядро эндосперма.
Первое деление ядра эндосперма у чернушки обнаружено через
3 часа после опыления. Через 4 часа образуется двухклеточный
зародыш и двуядерный эндосперм. Через 6 часов — четырехклеточкый зародыш и 4-х ядерный эндосперм. После 7 часов с момента
опыления деление зародыша и эндосперма становится более интен­
сивным и через 10—12 часов после опыления образуются много­
клеточные зародыши и эндосперм. Через двое суток у зародыша
намечаются семядоли и через 4—5 дней зародыш вполне сформи­
рован. Через 6 дней обнаружены зачатки корня, чехлика и стебля.
Так происходит развитие зародыша и эндосперма у диплоидной
чернушки дамасской в условиях теплицы при температуре 25—
28° С. Изменение внешних условий приводит к сильному наруше­
нию нормального развития.
Изучение влияния испытывавшихся мутагенов на процесс оп­
лодотворения и скорость развития зародыша показало, что хими­
ческие мутагены резко затормозили протекание этих процессов.
Наиболее сильный эффект оказали ЭИ и ТМФ, особенно при боль­
ших дозах. Это проявилось, в частности, в том, что вплоть до 12 ча­
сов после опыления можно было обнаружить неоплодотворенпые
яйцеклетки, а многоклеточные (более 7 клеток) зародыши и эн­
досперм проявились только через 20 часов после опыления. Мно­
гие семяпочки у растений этих вариантов впоследствии погибали
на разных стадиях развития. Менее заметное влияние оказал ДЭС:
в его присутствии скорость развития замедлилась лишь на 2—4 часа
по сравнению с контролем. Воздействие НММ и рентгеновским
облучением оказало промежуточное влияние.
Таким образом, при выбранной нами методике обработки при
меньшей экспозиции (8 час.) воздействию мутагенами подверга­
лись преимущественно гаметы, зиготы и, при слабых концентра­
циях, первые стадии развития зародыша. При 16-часовой экс­
позиции можно было ожидать индуцирования мутаций, кроме того,
и в относительно многоклеточном зародыше. Воздействию же рент­
геновых лучей, поскольку облучение производилось через 4 часа
после опыления, подвергались преимущественно оплодотворенные
яйцеклетки и двуклеточные зародыши.
В связи с имеющимися в литературе указаниями о достаточно
длительном протекании индуцированного мутационного процесса
после прекращения воздействия химическими мутагенами (Дуби­
нин Н. П., Сапрыкина Е. Г., 1964; Сидоров Б. Н., Соколов Н. Н.,
Андреев В. С , 1965) мы решили проверить, сколько времени бу­
дет продолжаться мутационный нроцесс после обработки изучае­
мыми мутагенами начальных этапов онтогенеза и зародышей
семян. Критерием служили перестройки хромосом. Материал ана­
лизировался до 80 часов после начала обработки мутагенами. Воз10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
действие мутагенами привело к значительной задержке начала
вступления клеток в митоз (особенно при больпгих дозах ЭИ и
ТМФ) и увеличило продолжительность митотического цикла.
Максимальное число клеток с аберрациями после облучения
было обнаружено через 10—14 часов после обработки, в то время
как после обработки химическими мутагенами наибольший эффект
проявился лишь к 22—28 часам.
После облучения мутационный процесс практически прекра­
тился к 40 часам. Вновь возникающие аберрации хромосом (хроматидного типа) после воздействия химическими мутагенами обна­
руживались вплоть до конца срока фиксации, т. е. до 80 часов.
Следовательно, в этом случае индуцированный мутационный про­
цесс продолжался еще длительное время после отмывания мутаге­
нов, уже в почти полностью сформированных зародышах.
Как следует из таблицы 2, после облучения зигот и проэмбрио
обнаруживается значительное количество нарушения хромосом в
клетках зародышей (Р 4 — 23,65 ± 4,40%). ЭИ и НММ вызывают
также большой процент перестроек хромосом (ЭИ? — 22,04 ±
± 2,65%, НММв— 19,01 ± 2,52%). Самая высокая частота клеток
с перестройками хромосом после воздействия химическими мута­
генами наблюдается после обработки зародышей ТМФ 2 (23,68 ±
± 2,44%). ДЭС вызывает наименьший процент нарушений (мак­
симально при ДЭС6 — 16,35 ± 2,53%).
Таким образом, установлено, что испытывавшпеся мутагены
оказали достаточно сильное влияние на скорость развития заро­
дышей, причем индуцированный мутационный процесс после воз­
действия химическими мутагенами продолжается длительное вре­
мя после прекращения обработки мутагенами.
2. Результаты исследования М]
Обработка мутагенами привела к существенным сдвигам про­
цессов роста и развития и обусловила значительное снижение ПЛО­
ДОВИТОСТИ растений М,.
В вариантах с облучением зигот и проэмбрио низкими дозами
всхожесть (94,80 ± 0,98%) и выживаемость растений (98,10 ±
± 0 , 6 3 % ) почти не отличаются от контроля (95,60 ± 0 , 9 1 % и
98,74 ± 0,51%). С повышением доз облучения наблюдается резкое
снижение этих показателей (соответственно 60,86 ± 2,61% и
78,40 ± 2 , 8 2 % ) .
Всхожесть и выживаемость у растений, подвергнутых действию
химических мутагенов, также достоверно снижены. При этом наб­
людается зависимость от концентрации и экспозиции мутагенов.
Самая низкая всхожесть наблюдается в вариантах с ТМФ 3 —
52,50±3,52% и ЭИ„ — 57,43±2,64%. В этих же вариантах при
цитологическом анализе наблюдалось сильное нарушение нормаль­
ного деления клеток.
В опытах с воздействием мутагенов на сухие семена показано,
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
2
Цито-генетический аффект радиации и химических мутагенов
у чернушки дамасской
Перестройки хромосом
в митозе
§2
м ^
Оно
Вариант
So
о
Н
VD
с
иго
С
2
н
и
S
Хромосомные
мосты (%)
Микроядра
<%)
—
i 0,86 + 0,82
237
1,26 + 1,12
118
Pi
Pi
Рз
Р4
102
102
194
93
16,67+3,69
15,69+3,60
21,65+2,96
23,65+4,40
100
115
130
120
Сродпео
491
19,75+1,79
465
ЭИХ
ЭИ 2
ЭИ 3
ЭИ 4
ЭИ 5
ЭИв
ЭИ 7
ЭИ в
204
228
203
214
247
249
245
ЭИ в
—
Сроднее
Количество клеток (%),
имеющих
Максимальная
Число
Число
клеток
изученных счастота
перестройками изученных
клеток
клеток
хромосом (%)
Коптроль
—
1590
HMMi
НММ 2
HMMi
НММз
НММв
ИММ 7
402
410
409
2i2
ИММ 3
—
Среднее
12
Перестройки хромосом в мейозе
1463
3,13+1,27
9,64+1,95
9,85+2,09
14,0+2,37
17,0+2,39
17,67+2,42
22,04+2,65
Сильное нару­
шение деления
клеток
То ж е
13,77+0,86
5,47+1,32
9,76+1,46
13,48+1,69
19,01+2,52
Сильное нару­
шение деления
клеток
То ж е
11,14 + 0,82
56
38
31
115
100
115
115
100
130
800
1,00+0,99
2,60+1,58
4,61+1,91
6,66+2,28
4,30+0,94
1,00+0,99
2,60+1,58
3,85+1,68
5,83+2,16
3,44+1,85
—
—
_
—
—
0,86+0,82
1,00+0,99
0,86+0,82
1,73+1,33
3,00+1,73
0,86+0,82
1,00+0,99
1,73+1,33
1,73+1,33
3,00+1,73
3,07+1,75
1,50 + 0,42
4,61+1,91
1,87 + 0,47
79
71
—
—
106
115
115
—
0,94+0,96
1,73+1,33
2,60+1,58
0,94+0,96
0,86+0,82
1,73+1,33
115
2,60+1,58
2,60+1,58
601
1,49 + 0,49
1,16 + 0,43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
Перестройки х ромосом
в митозе
Вариант
So
*Ч О
2 (продолжение)
Перестройки хромосом в мейозе
См. стр. 12
Максимальная
Число
Число
клеток
из ученных счастота
изученных
перестройками
клегок
Хромосомные Микроядра
клеток
хромосом (%)
мосты (%)
(%>
О
Р-,
%
о
о
ДЭСз
ДЭС 4
ДЭСо
ДЭС 6
226
207
210
214
3,98+1,30
8,69+1,96
14,28+2,41
16,35+2,53
—
Среднее
875
10,51 + 1,03
—
ТМФг
282
304
13,47+2,03
23,68+2,44
Сильное нару­
шение деления
клеток
со
ТМФз
а
—
—
—
—
115
115
130
0,86+0,82
2,60+1,58
5,38+2,08
1,73+1,33
2,60+1,58
5,38+2,08
Среднее
586
18,77 + 1,61
360
3,05 + 0,90
3,33±0,94
P-Ci
Р — С2
238
242
21,0+2,64
30,16+2,95
100
100
4,00+1,95
10,00+3,0
4,00+1,95
8,00+2,71
Среднее
480
25,62+;1,99
200
7,0 + 1,80
6,0 + 1,68
ЭИ—С3
ЭИ — С *
ЭИ — С 5
Э и — Се
214
237
224
211
12,14+2,23
19,83+2,59
23,66+2,81
29,38+3,13
100
100
100
100
2,00+1,40
4,00+1,95
6,00+2,37
6,00+2,37
1, "0+0,99
2,00+1,40
4,00+1,95
6,00+2,37
Среднее
886
21,21-ь1,37
400
4 , 5 + 1,03
3,25±0,88
<я
Сухие с
S3 '
что большие концентрации ЭИ сильнее влияют на всхожесть и вы­
живаемость растений Mi по сравнению с облучением. Такой низкой
всхожести (48,20+2,23%) и выживаемости (5б,25±3,19%)
пе
наблюдалось в опытах с обработкой мутагенами гамет, зигот и
пр)эмбрио.
Аналогичная картина выявляется и при анализе роста расте­
н и я Mi. При облучении зигот и проэмбрио низкими дозами наблю13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дается даже определенная стимуляция роста. Высота растений
этих вариантов (Р, — 57,59±1Д0 см и Р 2 — 56,82±1,15 см) в
период цветения несколько больше, чем у контроля (54,72 ±
±1,14 см). Повышение доз мутагенов вызывает сильное сниже­
ние роста растений М4. Наибольший размах изменчивости но высо­
те растений наблюдается в вариантах с самыми высокими дозами.
Наибольшая задержка в росте наблюдается после обработки гамет,
зшот и прозмбрио ТМФ и ЭИ (ЭИ9 — 32,G0± 1,99 см и ТМФ 3 —
30,84±1,99см).
Облучение сухих семян большой дозой вызывает существенное
торможение роста (Р — С2 : 48,71±1,16 см), тогда как меньшая
доза не повлияла на рост растений (Р — С( : 56,63 ± 1,51 см). При
обработке сухих семян ЭИ наблюдается сильное торможение роста
(ЭИ — Сб : 30,14±1,69 см) — самое сильное в наших опытах.
Эффект мутагенов сказался и на ветвистости растений M t .
Число ветвей у растений Mi коррелирует с их высотой.
Анализ мейоза у растений М, показал, что после обработки
мутагенами значительная часть индуцированных аберраций хро­
мосом (по-видимому, в первую очередь симметричные транслока­
ции и инверсии), сохраняется до зтой стадии развития и может
быть обнаружена в анафазе I. Особенно много аберраций в анафа­
зе [ обнаруживается после облучения рентгеновыми лучами как
ранних стадий развития, так п, особенно, сухих семян.
Из химических мутагенов наиболее эффективным в вызывании
крупных структурных нарушений хромосом оказался ТМФ. В то
же время после воздействия, даже самыми сильными дозами НММ
обнаружен относительно низкий процент клеток с аберрациями в
анафазе I.
При сравнении результатов воздействия ЭИ на ранние этапы
развития и сухие семена выяснилось, что после обработки сухих
семян доживает до анафазы I мейоза значительно больше клеток
с аберрациями, хотя разница, в связи с относительно небольшим
обп,омом выборки, не всегда статистически достоверна.
Сопоставление средней частоты клеток с аберрациями хромо­
сом в первых митозах с фертилыюстью растений Mi указывает па
тесную соподчпнепность этих процессов.
Так, после воздействия на гаметы, зиготы и проэмбрпо ЭИ н
НММ получены близкие значения по максимальной частоте кле­
ток с аберрациями хромосом. В соответствии с этими данными на­
ходятся и близкие результаты по фертильности растений. ДУС
оказался наименее эффективным по вызыванию аберрации хромо­
сом и, соответственно, в вариантах с обработкой ДЭС выявлена
наибольшая плодовитость. При обработке же ТМФ установлен
максимальный процент клеток с аберрациями и минимальная за­
вязываем ость семян (табл. 1).
Таким образом, прослеживается. четкая взаимосвязь между
частотой индуцируемых мутагенами перестроек хромосом и осо­
бенностями роста, развития и плодовитости растений М,.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эффект мутагенов ярко проявился также и в количестве из­
мененных растений Mi. Наиболее эффективной оказалась обработ­
ка ЭИ ранних стадий развития (ЭИ 9 —20,85±3,19%). Количество
радиоморфозов в этом случае несколько мепыие (Р 4 — 16,80 ±
±2,89%).
В опытах с обраооткой сухих семян при максимальной дозе
ЭИ обнаружено в 1,5 раза больше изменений, чем при облучении
(соответственно 15,55 ± 3,11% и 9,38 ± 3,06%).
После обработки гамет, зигот и проэморио в Mi было обнару­
жено 27 разных типов изменений. Наибольший процент измене­
ний приходится на разнообразные отклонения в форме и окраске
листьев, стеблей и цветков. ЭИ вызывает самое большое число ти­
пов изменений. Использованные в нашей работе мутагены по спо­
собности вызывать изменепия у растений Mi располагаются в сле­
дующем порядке:
ЭИ > НММ > ДЭС > ТМФ > Р
. После действия мутагенов на сухие семена спектр изменений
у растений Mi был очень узким. Во всех вариантах этого опыта
было обнаружено лишь 9 типов изменений.
В наших опытах наблюдалось появление растений с двумя,
тремя и даже четырьмя измененными признаками. Обычно изме­
нения в Mi появляются в виде химерных структур. При повыше­
нии дозы мутагенов количество химерных растений уменьшалось.
Иначе говоря, с повышением доз мутагенов увеличивается число
целиком измененных растений, при слабых дозах чаще встречают­
ся химерные растения.
Следует отметить, что после обработки гамет, зигот и проэморио
процент химерных растений (13,74±2,13%) от общего числа из­
менений почти в три раза меньше по сравнению с числом химер­
ных растений в опытах с обработкой сухих семян (42,51 ± 4 , 3 8 % ) .
3. Результаты исследования Мг
Как следует из таблицы 3, в потомстве растений, обработанных
мутагенами на ранних стадиях развития, возникло в два с лиш­
ним раза больше изменений, чем при обработке сухих семян (как
при анализе усредненных показателей по всем дозам одного мута­
гена, так и по максимально выявленной частоте изменений). Прн
этом интересно отметить, что это соотношение оказалось примерно
одинаковым при обработке н химическими и физическими мутаге­
нами. Так, средняя частота семей с изменениями при обработке
гамет, зигот и проэморио рентгеновыми лучами и ЭИ составляет
45,50% и 72,22%, а при обработке сухих семян соответственно
22,0% и 37,0%.
Эти^ данные также показывают, что химические мутагены на­
много более эффективны по сравнению с физическими во всех оны15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тах как с обработкой гамет, зигот и проэмбрио, так и с воздействием
мутагенов на сухие семена. По слособности вызывать изменения
в Мг эффективность мутагенов, использованных в наших опытах,
находится в следующем порядке:
ЭИ > НММ > ТМФ > ДЭС > Р.
Последовательность эффективности мутагенов не зависит от
способа учета.
Обработка гамет, зигот и проэмбрио химическими мутагенами
вызывает очень высокую изменчивость в М2. Наибольшая измен­
чивость наблюдается после обработки ЭИ7 — 96,0 ± 2,77 и НММ7 —
88,0 ± 4,59, т. е. почти в каждой семье обнаруживается какое-либо
изменение.
При обработке сухих семян ЭИ изменения выявлены менее чем
у половины изученных семей (ЭИ — С 4 :46,0 ± 7,04).
Из всех вариантов опыта с рентгеновским излучением, облуче­
ние зигот и проэмбрио дозой 900 р. оказалось наиболее эффектив­
ным (процент семей с изменениями при Р 3 = 58,0 ± 6,97 % ) . G по­
вышением дозы (1200 р.) наблюдается теиденция к падению из­
менчивости (Р4 — 46,0 ± 7,04%). При облучении сухих семян
максимальная частота семей с изменениями достигла лишь 28%
(Р — С : 28,0 ± 6 , 0 2 ) .
Анализ литературных данных позволяет заключить, что в боль­
шинстве случаев хлорофильные мутации не связаны с крупными
перестройками хромосом, а обусловлены точковыми изменениями
или микро-аберрациями.
Изучение частоты хлорофильных мутаций, полученных в наших
экспериментах, показало, что с наибольшей частотой точковые му­
тации возникают под действием химических мутагенов на гаметы,
зиготы и проэмбрио. Максимальное количество семей с хлорофильными мутациями индуцируют ЭИ (ЭИ6 я 7 — 24,0 ± 6,04%) и НММ
(НММ 7 — 20,0 + 5,65%).
В вариантах с высокими дозами наблюдается тенденция к паде­
нию частоты хлорофильных мутаций (ЭИ9 и НММ 8 — 8,0 ± 3,82%,
Э И - С 8 : 4,0 ± 2 , 7 7 % ) .
При обработке сухих семян ниже не только встречаемость
семей с хлорофильными дефектами, но и проявляется тенденция
к уменьшению их доли от общего числа возникающих мутаций.
Так, после обработки проэмбрио ЭИ хлорофильные мутации в не­
которых вариантах (ЭИ6 и ЭИ7) составляют 'Д всех мутаций, тогда
как при обработке сухих семян ЭИ их доля не превышает 15%
(в среднем по всем дозам соответственно 18,05 ± 6,42% и-11,74 ±
± 7,48 % ) . Та же закономерность наблюдается и при рентгенов­
ском облучении (соответственно 13,95 ± 7,26% и 8,16 ± 8 , 2 5 % ) .
После обработки гамет, зигот и проэмбрио химическими мута­
генами наименьшая доля хлорофильных мутаций обнаружено по­
сле воздействия ТМФ — 13,22 ± 6,59%. Таким образом, просле16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Материал
обработки
Таблица 3
Частота изменений в М2 у чернушки дамасской после'обработки гамет,
зигот, проэмбряо и сухих семян мутагенами
Вариант
Частота семей
с изменения­
ми (%)
0,12 + 0,05
6,0 + 2,37
5,21+0,44
3,21+0,17
5 8 , 0 + 6,97
45,50 + 7,04
18,55 + 0,82
8,35 + 0,19
96,0 + 2,77
72,22+6,33
6
9.663
311
ЭИ
20.630
1722
max (ЭИ 7 )
среднее
нмм
18.830
1046
88,0 + 4,59
m a x (НМ\Ь) 1 0 , 3 3 + 0 , 6 3
среднее
5,55 + 0,16 6 1 , 2 5 + 6 , 8 9
ДЭС
14.395
695
max (ДЭС„)
среднее
7,83 + 0,54
4 , 8 3 + 0,17
66,0 + 6,69
53,33 + 7,06
ТМФ
6.810
351
m a x (ТМФо)
среднее
7,21+0,53
5,15+0,26
70,0 + 6,47
52,66 + 7,06
Р —С
4.106
69
m a x (P—Ci)
среднее
2,03 + 0,29
1,68 + 0 , 2 0
23,0+6,02
22,0 + 5,56
ЭИ — С
8.569
353
m a x ( 0 1 1 - О ) 9,03 + 0,60
средпее
4,12 + 0 , 2 1
46,0+7,04
37,0 + 6 , 8 3
Р
пгбты и проэмбрис
Частота изменений (%)
4924
Контроль
а
Число
Число
изменен­
изученных
ных
растений растений
jnax (Рз)
средпее
Сухпе семена
1ч
живается обратная зависимость между способностью мутагенов
вызывать структурные перестройки хромосом и частотой возни­
кающих хлорофильных мутаций.
После обработки гамет, зигот и проэмбрио разными мутагенами
в М2 было обнаружено 10 типов хлорофильных мутаций: albina,
viridis, chlorina, virescens, xantha, xantha-virescens, vario-micromaculata, yellow-variegated, растения коричневые и растения чер­
неющие (табл.4).
17
Мое,.I >,,.
!
.:,
•• , ,.:- • „. - ^ . « к в т е и
•"••
"*'
•.«.>!„.%
1?#~*3$£Ф\
Контроль
300
1,25
±0,55
1,55
±0,58
2,0
±0,89
Число
0,42
±0,15
1
1
t
Xantha
4,88
+1,01
0,66
±0,47
0,88
±0,44
1,33
±0,46
0,75
±0,43
3,0
±1,20
1,0
±0,50
1,84
±0,31
VarioXantha- micromavircsccrb culala
E
3,66
+1,08
l.ii
±0,49
1,0
±0,70
ел
*-
1
0,63
±0,18
i
1,0
+0,57
1,25
±0,55
0,88
+0,44
1
=й
СП
I
1
*>
1
Число
Г
1
0,88
±0,44
1
1,0
±0,70
2,0
-fc0,32
S?
Virescens Ghlorina
0,66
±0,47
1
Virldis
0,66
±0,47
2,0
±1,14
#-
•g
аз
0,26
±0,11
&
2,5
+0,84
150
*1,0
±0,99
1,0
±0,70
1
<<
1
оо
200
ТМФ
2,0
±1,40
1,26
±0,25
Число
to
о ~
СО
Число
ел
о?
IоT» £ -
ев
1,77
±0,62
P-G
1,37
±0,26
1
,
Число
to
450
ЭИ-С
1900 .
1
1
IO
400
Всего-.
со
to
СЭ
а
ю
CO
S?
S?
to
to
CO
СП
ел о
сэ
1
to
Сл
1+_
1
Число
• » •
Ю
to
to
-
СО
-J
3'
ел
to
*-
Вариант
to
to
Со
1+
о —•
оо
§
Число
изученных
семей
Число
>
to
СП
1+
•с
8
Материал
обработки
Гаметы, зиготы и проэмбрио
Сухие семена
п
и
003
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8J
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
5
Типы изменений в >Ь и наследуемость их у растений Мз
Л»
пп
Материал
обработки
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
о
Н
со
о
а,
а
12
-
13
14
а
15
16
17
18
м
о
а
•в
19
20
21
22
23
24
25
26
Типы изменений и M2
Растении с тремя семядольными листьями
Растения с округлыми семядольными листьями
Растения с удлиненными семядольными листь­
ями
Растения с измененным расположением семя­
дольных листьев (семядольные листья располо­
жены с одной.стороны стебля)
Растения с изменением морфологической струк­
туры I и II листьев
Растения с волосовидными листьями, часто сте­
рильные
Растения с мелкими листьями
Растения с нарушенным функциоиироианием
верхушечной точки роста
Растения с фасциированнымн стеблями
Растения слабо ветвистые
Растения с сильным ветвлением у основания
стебля
Растения с сильным ветвлением верхней части
стебля
Растения с короткими междоузлиями
Тонкостебельные растения с удлиненными меж­
доузлиями
Слабо развитые растения
Карликовые растения
Скороспелые растения
Высокорослые, хорошо облиственные, поздне­
спелые
Растения с розовой окраской листьев и стебля,
часто стерильные
Растения, окрашенные в бурый цвет, часто сте­
рильные
Растения с черной окраской стебля, ветвей и
коробочек
Растения с махровыми цветками
Растения с длинными тычинками, часто стериль­
ные
Растения с короткими тычинками, часто сте­
рильные
Растения с мужской стерильностью
Растения с короткими рыльцами, часто сте­
рильные
Наследуе­
мость в м„
+
+
+
+
•
+
+
+
+
+
-г
—
+
+
+
+
—
—
+
—
+
+
+
+
+
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
Материал
обработки
27
28
29
30
31
32
33
34
35
30
37
38
о
Рч
VO
Л
О
в
я
3
н
о
t,
39
40
со
„
41
£3
н
ф
42
*ч
ее
43
44*
45*
5 (продолжение)
Типы изменений в Мз
Наследуе­
мость В Ms
Растения с очень длинными тонкими рыльцами,
часто стерильные
Растения с удлиненной завязью, часто стерильные
Растения с мелкими коробочками, часто стери­
льные
Растения с к р у п н ы м и коробочками, мощные
Растения с измененной формой коробочек
Растения с химерной окраской плодов
Растения с бело-черной окраской семян
Растения с коричневой окраской семян
Растения с желтой окраской семян
Растения с превращением листочков обвертки
в лепестки
Растения
с переходом
листочков обвертки
и лепестков в листовки с открыто сидящими
семяпочками
Растения с отсутствием лепестков и увеличен­
ным числом листочков обвертки
Растения с увеличенным числом нектарников
Растения без тычинок с очень большим числом
нектарников
Растения с увеличенным числом нектарников,
часть которых превращается в лепестки
Растения без тычинок с увеличенным числом
листовок с открыто сидящими семяпочками
Растения с махровыми цветками, имеющими
листовидные лепестки
Растения с превращением разных элементов
цветка, кроме пестика, в л и с т ь я
Растения с превращением всех элементов I
цветка в листья
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
* Примечание. В случае мутаций, затрагивающих структуру генератив­
ных органов, приводится описание первого цветка. Как правило, в этих
случаях наблюдается градиент по степени мутационного изменения цвет­
ков разного возраста: позже развивающиеся цветки имеют практически
нормальное строение и способны завязывать семена при самоопылении.
Из таблицы следует, что обработка проэмбрио приводит к зна­
чительному увеличению спектра мутаций по сравнению с обработ­
кой сухих семян. При этом мутагены, наиболее активные в вызы­
вании хлорофильных дефектов, дают и наиболее широкий их
спектр (ЭИ и НММ). Из химических мутагенов самый узкий
спектр хлорофильных мутаций вызвал ТМФ — примерно на уров­
не с рентгеновским облучением.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
6
Число семей с морфо-физиологическими мутациями, возникших после
обработки гамет, зпгот, проэмбрио и сухих семян чернушки дамасской
(Данные после проверки в Мз)
%
1
3 га
2
3
4
5
6
7
8
9
11
12
14
15
16
17
20
22
23
24
25
26
i
1
к
PS
'<
Мутагены
1
а,
II
4
6
1
2
1 2 — 8
К)
4 — —
4
9
6 — 8
3
4 — —
—
—
—
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
A3
44
45
К
8
14
9
17
6
14
6
5
17
9
8
6
6
13
6
9
5
5
18
4
14
6
8
3
5
9
Г.
4
7
7
4
12
—
5
«3
02
а"
В
м у таг сны
УЗ
Ь
6
12
Рч
5
8
8
-
—
_
10
7
8
6
__
—
4
5
4
8
О
2
-
—
—
3
8 —
— —
10
5
4
—
—
—
—
5
3
— _ __ _ — —
— — — — 6 — —
5
4
4
3
3 — —
И сего типов мутации
В сего мутинтных семей
39
687
1
1
<-|
С1
1
1
1-4
7
га
4
3
}
1
1
1
а.
р.
2
5
2
— 3 — — —
— — — — 4 — 4
12
9 10 — 2 — —
3 — — 3 —
4
2
2
4
4
4 — •з —
2 —. — — —
3
3
4
3
—
3
1
—.
3 — — — —
4
3
2
4
3
2
2
4
2
2
3
1
2
.
—
—
1 — — —
— 1 — —
1
1 — —
—
.
— — 1
2
3
4
2
1
2
37 31 21
231 160 111
2
15
55
1
12
64
9
45
—
—
—
—
—,
5
12
Наибольшего внимания заслуживают специфические различия
и появлении отдельных типов хлорофильных мутаций после воз­
действия разными мутагенами. Так, в результате обработки ЭИ
отмечается достоверное повышение выхода мутации «chlorina»,
тогда как в случае с НММ отмечается большой пик мутации
«xantha».
Идет ли здесь речь о преимущественном мутировании опреде­
ленных локусов или мы имеем дело с фепотшщчески сходным
проявлением мутаций разных генов мояшо будет сказать лишь
после проведения соответствующего генетического анализа.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Под действием физических и химических мутагенов на гаметы,
зиготы и проэмбрио в М2 было получено кроме хлорофильных му­
тации 45 типов морфо-физиологических измепений, из них 10 ти­
пов изменений генеративных органов, затрагивающих структуру
цветка (типы 36—45) (табл. 5). Химические мутагены дают на­
иболее широкий спектр изменений. При этом повышение разнооб­
разия типов изменений под действием алкилирующих соединений
сопровождается увеличением частоты фертильных типов измене­
ний. Самый широкий спектр морфо-физиологических изменений
был получен в М2 после обработки гамет, зигот и проэмбрио ЭИ
(43 типа). По количеству типов морфо-физиологических изменений
НММ располагается на втором месте (37 типов), а ДЭС и ТМФ
значительно уступают двум первым мутагенам (соответственно
27 и 21 тип). При облучении зигот и проэмбрио спектр морфо-фи­
зиологических изменений еще уже (18 типов).
Самый узкий спектр морфо-физиологических изменений был
получен после обработки сухих семян (всего лишь 13 типов при
обработке ЭИ и 8 типов при облучении). Во всех вариантах опыта
с обработкой сухих семян ни одного изменения, затрагивающего
структуру генеративных органов, обнаружено не было.
В М% во многих случаях было получено по нескольку изменений
в пределах одной семьи. Количество семей с множественными из­
менениями возрастает с повышением (до определенного предела)
дозы мутагенов. Оно особенно велико поело обработки гамет, зи­
гот и проэмбрио ЭИ (ЭИ,—37,50±6,99%) и НММ (НММ,—
29,54 ± 6 , 8 8 % ) . При облучении сухих семян процент семей с мно­
жественными изменениями намного меньше ( Р — d : 14,28±
±9,35%).
Полученные пами данные показывают, что метод обработки
гамет, зигот и проэмбрио является очень эффективным для инду­
цирования мутаций. Для данного объекта и метода обработки оп­
тимальной дозой, индуцирующей высокую частоту изменений (до
96% семей с изменениями) являются ЭИ — 0,003% (16 ч а с ) ,
НММ — 0,005% и 0,008% (16 ч а с ) . Метод обработки сухих семян
оказался намного менее эффективным и уступает по всем изу­
ченным показателям методу обработки гамет, зигот и проэмбрио.
4. Результаты исследования Мз
Данные по проверке характера унаследования в М3 изменен­
ных признаков, выявленных у растений М2 после обработки гамет,
зигот и проэмбрио (табл. 5 и 6) показывают:
1. Полностью повторили родителей следующие 33 типа изме­
нений: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 14, 15, 17, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29,
30, 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45. Можно предполо­
жить, что эти мутанты гомозиготны по соответствующим генам.
2. Вторая группа растений дала расщепление по изучаемым
мутантным признакам. К таким признакам относятся карликовые
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
растения, изменение окраски листьев, стеблей и коробочек, расте­
ния с фасциированными стеблями, растения с нарушенным функ­
ционированием верхушечной точки роста (типы 8, 9, 16, 20,
31 и 32).
3. Не унаследовалисъ типы изменений: 1, 10, 13, 18, 19 и 21.
По-видимому, изменчивость этих признаков была обусловлена
влиянием каких-то случайных внешних условий.
В опытах с обработкой сухих семян 10 из 13 типов изменений
у растений М2 унаследовалось в М3При обработке гамет, зигот и проэмбрио в М» было обнаружено
Б типов новых изменений. В вариантах с обработкой химическими
мутагенами обнаружена относительно высокая частота новых из­
менений (36,42%) по сравнению с облучением (16,0%). После
обработки мутагенами сухих семян новые изменения в М3 наблю­
дались с малой частотой (11,0%).
Проверка характера наследуемости показала, что все новые
изменения, возникшие у растений М3, полностью унаследова­
лисъ в М4.
ОБСУЖДЕНИЕ
В работах по изучению индуцированного мутагенеза в зависи­
мости от исследуемого объекта и поставленных целей обычно под­
вергают воздействию мутагенами сухие семена, клубни, черенки,
почки и пыльцу растений.
Наиболее удобно обрабатывать семена, паиболее эффективно
воздействуя на пыльцу и почки. Клубни, черенки и другие вегета­
тивные части растений более чувствительны, чем семена (Ehrenberg L. и др., 1961; Зоз Н. Н., 1966). Некоторые авторы проводили
обработку вегетирующих растений в условиях хронического облу­
чения. Было выявлено, что некоторые закономерности реакции на
действие мутагенов сходны у семян и вегетирующих растений
определенных видов, хотя положительная корреляция между сте­
пенью чувствительности вегетирующих растений и их семян на­
блюдается не всегда (Спэрроу А., Ганкель Д., 1956). Интересный
метод обработки верхушечных точек роста был предложен Н. Д. Тарасенко (Тарасенко Н. Д., 1971). По данным автора, при этом ме­
тоде обработки частота семей с хлорофилышми мутациями воз­
росла в 2,5 раза по сравнению с частотой последних в вариантах
с обработкой сухих семян.
Представляют большой интерес немногочисленные пока работы
по изучению действия мутагенов на ранние стадии онтогенеза
(Mericle L. и др., 1957, 1961, 1967; Devrenx M. и др., 1962, 1964;
Caspar А. и др., 1965; Bhaduri P. и др., 1969; Broertis, 1970). Эти
авторы использовали в своих работах физические факторы и по­
казали, что действие ионизирующей радиации на ранние стадии
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
онтогенеза дает наибольший выход мутаций, имеющих высокую
фертильность.
В пашей работе наряду с физическими мы применили и раз­
ные химические мутагены, воздействуя на ранние стадии развития
зародышей, а также на сухие семена.
Эмбриологическое и цитогенетическое изучение обработанных
семяпочек показало, что примененный метод обработки дает воз­
можность подвергать воздействию мутагенами гаметы (яйцеклет­
ки и спермин), зиготы и первые стадии дробления. В связи с сохра­
нением мутационной активности химических мутагенов и после
их отмывания, процесс индукции мутаций (хромосомных аберра­
ций), как показывают наши эксперименты, продолжается minimum
80 час. после введения мутагенов, т. е. уже в многоклеточном за­
родыше. Таким образом, обработке подвергалась относительно дли­
тельная стадия развития зародышей.
В последнее время работами ряда авторов была показана по­
ложительная корреляция между количеством перестроек хромосом
и торможением роста и развития растений (Caldecott R., 1961;
Хвостова В. В. и др., 1958, 1966).
Данные, полученные нами, показывают, что рост, развитие п
фертильность растений М4 коррелируют с количеством нарушений
хромосом в клетках зародышей и меристемы корешков. Однако по
частоте мутаций в М2 не удается получить прямую пропорциональ­
ность картине M f . Варианты с высокими дозами мутагенов, вы­
зывавшие сильное нарушение структуры хромосом в клетках
зародышей и большую задержку в росте и развитии у растений M l t
индуцируют низкий процент мутаций в М2. В этих же вариантах
наблюдается и уменьшение количества семей с множественными
мутациями и поздними мутациями.
Специфика обрабатываемой стадии развития растений привела,
с одной стороны, к существенному увеличению частоты индуци­
руемых мутаций, а с другой стороны дала возможность получить
своеобразные типы мутаций, не появлявшиеся после обработки
сухих семян.
Анализ частоты мутаций в М2, возникших после обработки
зигот, проэмбрио и сухих семян разными мутагенами показывает,
что химические мутагены превосходят физические при всех спо­
собах учета частоты мутаций. Это согласуется с выводами других
авторов, работавших с иными объектами (Ehrenberg L. и др., 1961;
Эйгес Н. С , 1965; Войтович К. А. и др., 1965).
Известно, что перестройки хромосом и видимые мутации — два
типа изменений, которые могут возникать независимо друг от
друга. Для получения большего выхода жизнеспособных мутаций
важно уменьшить количество крупных перестроек хромосом, от­
ветственных за нарушение генного баланса и гибель клеток.
Большой выход • точковых мутаций при действии химических
мутагенов в нашей работе связан, по-видимому, с большей их
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
способностью индуцировать относительно «мягкие» изменения раз­
личных локусов. Имеются данные о большей избирательное! и их
действия на отдельные локусы, а также известно, что после их
воздействия возникают более редкие и разнообразные мутации,
что, однако, возможно связано с общим увеличенном частоты му­
таций (Ehrenberg L. 1960; Хвостова 13. В. и др., 1965; Рапо­
порт И. А., 1971).
При сопоставлении частоты хлорофнльных мутаций с частотой
остальных морфо-физиологических мутаций, полученных в наших
опытах, установлено, что вклад хлорофнльных мутаций в общую
мутабильность выше при обработке ранних этапов онтогенеза.
Морфо-физиологические мутации, возникшие под действием
химических мутагенов, по-видимому, в значительно меньшей сте­
пени связаны с перестройками хромосом, чем они же, индуциро­
ванные излучением. Этим, возможно, и объясняется то, что в опы­
тах с обработкой химическими мутагенами наблюдалось появле­
ние значительно большего числа фертнльных мутаций, чем при
облучении.
Примененный нами метод обработки гамет, зигот и проэмбрио
физическими и химическими мутагенами превосходит метод обра­
ботки сухих семян по всем показателям. Обработка ранних стадий
онтогенеза индуцирует не только частоту мутаций, в два с лишним
раза превышающую частоту мутаций при обработке сухих семян,
но и дает наиболее широкий спектр мутаций. Всего в М2 и Мз
Получено 54 типа наследственных изменений, затрагивающих
строение как вегетативных, так и генеративных органов. Особый
интерес представляют мутации, изменяющие структуру генератив­
ных органов цветка. Повышение разнообразия мутаций очень
важно, поскольку получение большого спектра изменений дает
возможность изучать тонкую структуру признака; устанавливать
число генов, контролирующих развитие изучаемого признака, по­
следовательность включения их в онтогенезе, особенности взаимо­
действия этих генов. Познание тонкой структуры признака позво­
лит целенаправленно конструировать организмы с желательными
признаками и свойствами.
ВЫВОДЫ
На основании полученных результатов по изучению мутаген­
ного эффекта у растений М0, М,, Мг и Ма после обработки гамет,
зигот, проэмбрио и сухнх семян чернушки дамасской различными
физическими и химическими мутагепами можно сделать следую­
щие выводы:
1. Воздействие мутагенами сразу после опыления растений
приводит к замедлению процессов оплодотворения и скорости де25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ления клеток зародыша и эндосперма. Наиболее сильное влияние
оказывают большие дозы ТМФ и ЭИ.
2. Мутационный процесс в клетках зародышей продолжается
но крайней мере в течение трех суток после отмывания химичес­
ких мутагенов.
3. Установлено резкое снижение всхожести и выживаемости
растений, а также сильное торможение роста в вариантах с наи­
большим процентом перестроек хромосом в клетках семяпочек и
меристемы корешков.
4. У обработанных растений достоверно повышается частота
перестроек хромосом в анафазе I мейоза по сравнению с контро­
лем, особенно после облучения рентгеновыми лучами, в связи с чем
увеличивается количество стерильной пыльцы и снижается пло­
довитость растений Mi.
5. При обработке как химическими, так и физическими мута­
генами ранних этапов развития чернушки получено в два раза
больше мутационных изменений, чем при воздействии на сухие
семена.
6. Мутационная эффективность химических мутагенов (осо­
бенно ЭИ и НММ) намного выше рентгеновых лучей.
7. При обработке гамет, зигот и проэмбрио получено 54 типа
наследственных изменений (в том числе 10 типов хлорофильных
мутаций). Химические мутагены дают наиболее широкий спектр
хлорофильных и морфо-физиологических мутаций, при этом по­
вышение разнообразия сопровождается и увеличением частоты
фертпльных типов мутаций.
8. Особый интерес представляют мутации, затрагивающие
структуру генеративных органов, возникшие только после обра­
ботки химическими мутагенами ранних этапов онтогенеза чернуш­
ки дамасской
9. Данные настоящей работы показывают, что, несмотря на тру­
доемкость предложенной методики обработки мутагенами гамет,
зигот и проэмбрио, этот метод является очень эффективным и от­
крывает широкие перспективы в работе с экспериментальным му­
тагенезом.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ БЫЛИ ДОЛОЖЕНЫ АВТОРОМ
на Всесоюзной конференции по химическому мутагенезу.
Москва, 1969;
на Всесоюзном симпозиуме по экспериментальному мутагенезу.
Москва, 1970;
на научной сессии Института биологии развития АН СССР.
Москва, 1970 (см. статью И. В. Чудаковой. Онтогенез, 5, 1970);
на Всесоюзном симпозиуме по химическому мутагенезу.
Москва, 1971;
на Объединенном ученом совете Министерства высшего и сред­
него образования и Госкомитета по науке и технике ДРВ.
Ханой 1971;
на заседании общества генетиков и селекционеров ДРВ.
Ханой, 1971;
на научном семинаре Института генетики и селекции сельско­
хозяйственных культур ДРВ под председательством профессора
Лыонг-динь-Куа (L. D. Cua). Ханой, 1971.
Работа также включена в программу II съезда Всесоюзного
общества генетиков и селекционеров им. Н. И. Вавилова.
СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. ФАН ФАЙ. Действие мутагенов на ранние стадии развития зароды­
шей чернушки дамасской (Nigella damascene L,). Теория химического
мутагенеза: 69—75. Наука, 1970.
2. ДЖАЛШЛОВА X. X., ФАН ФАЙ. Микроспорогенез у чернушки дамас­
ской (Nigella damascene L.). Бюлл. Глав. бот. сада АН СССР, вып. 82
78—85, М., 1971.
3. ФАН ФАЙ, БАРАКАНОВ Б. Д. Экспериментальное вызывание мута­
ций на ранних стадиях онтогенеза у чернушки дамасской (Nigella damascena L.)- Химический мутагенез и создание мутационного материала. Наука. (В печати).
4 JCAXAPOB В. В.\, АНДРЕЕВ В. С, ФАН ФАЙ. Эффект действия хи­
мических и физических мутагенов на гаметы, зиготы и проэмбрио у чер­
нушки дамасской. Тез. докл. на II съезде Всесоюзного общества ге­
нетиков и селекционеров им. Н. И. Вавилова.
5. PHAN PHAI. Phuong phap gay dot bien о giai doan hop tu va tien
phoi — Tin tuc ho at dong khoa hoc. 11: 19—23. Hanoi, 1971.
6. XAKHAROV V. V.\, ANDREEV V. X., PHAN PHAI. Nhung dan lieu ve
nguon goc va su tien hoa cua со quan sinh san о thuc vat hi tu. Tin tuc boat
dong khoa hoc. Hanoi. (В печати).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Формат 60 хЭО'Аа. Печ. л. 1,75. Тираж 200 экз. Т-19813. Тип. зак. 3062.
Издательство «Наука». Москва К-62, Подсосенский пер., 21.
2-я типография издательства «Наука», Москва Г-99, Шубинский пер.. (О
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
750 Кб
Теги
305
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа