Экспериментальная полиплоидия лесных древесных пород

Для искусственного получения полиплоидов используют различ­ные факторы воздействия: физические (температура, ионизирую­щие излучения), химические (колхицин, хлороформ, закись азота, супермутагены и др.) и механические (декапитация). По способу по­лучения полиплоиды делятся на митотические, мейотические и зиготические (М.Е. Лобашов, 1967; Е.П. Раджабли и др., 1967; А.И. Колес­ников, 1972; О.С. Машкина, 1995).

Митотические полиплоиды возникают из соматических клеток при воздействии полиплоидогенными веществами (колхицином и др.) на вегетативные части растений (семена, точки роста, проростки и т. п.) при погружении их в раствор, помещении под капли раствора мутагена, наложении на них ватного тампона, инъекции и т.п.

Эффективность полиплоидизации в значительной степени определяется генетическими особенностями обрабатываемого мате­риала, стадией его развития в момент обработки, способами обра­ботки, концентрацией и температурой применяемого раствора, про­должительностью воздействия. Оптимальные условия обработки устанавливают для каждого объекта опытным путем. Метод обра­ботки семян дает лучшие результаты у быстрорастущих растений — осины, тополя и др.

Недостаток этого способа — возникновение преимущественно миксоплоидных растений (т.е. особей, содержащих в различном соотношении клетки и ткани разного уровня плоидности, в част­ности диплоидных и тетраплоидных). При достаточно высоком со­держании диплоидных клеток (до 50% и выше) в таких миксоплои-дах появляется опасность их деполиплоидизации, т.е. возвращения растения на исходный диплоидный уровень. Поэтому для сохране­ния полиплоидной ткани необходима дополнительная работа по расхимериванию, для чего срезают растения на пень, удаляют диплоидные быстрорастущие ветви, стимулируя развитие более медленно растущих тетраплоидных побегов.

Мейотические полиплоиды возникают от участия в гибридизации нередуцированных диплоидных, триплоидных и даже тетраплоидных гамет. Продуцентами таких гамет могут быть полиплоидные или мутантные диплоидные растения. Возникающие при этом полиплоиды будут устойчивыми, цитологически стабильными. Мейотические полиплоиды можно получать различными путями, в частности:

• выявлением, отбором и вовлечением в скрещивание есте­ственных или искусственно полученных мутантных диплоидных форм с генетически обусловленной склонностью к формированию диплоидных гамет;

• гибридизации на разнохромосомном уровне и при свободном опылении полиплоидов (2Хх 4Х, 4Хх IX, 2Хх ЗХ, ЗХх IX, ЗХх ЗХ);

• искусственным получением диплоидной пыльцы с последу­ющим использованием её в гибридизации с диплоидными растени­ями; такую пыльцу у древесных растений получают с помощью кол­хицина, низкой и высокой температуры, ионизирующей радиации, химических супермутагенов или собирают с природных деревьев-продуцентов (чаще всего гибридов) нередуцированой пыльцы.

Зиготические полиплоиды получают путем полиплоидизации зи­готы в период её первого деления. Такие полиплоиды получены колхицинированием у видов рода Populus.

Способ получения полиплоидов откладывает отпечаток на их многие показатели. Полиплоиды, полученные в сочетании с гибридизацией (мейотические и зиготические), более гетерозиготны, сбалансированы, фертильны и продуктивны, а поэтому более пригодны для селекции, чем митотические, возникшие за счет простого умножения числа хромосом, содержащихся в вегетативных час­тях растений.

На первых этапах развития полиплоидные растения отличаются от своих диплоидных собратьев по следующим признакам: угнетен­ный или мощный рост; наличие листовых пластинок, сидящих на утолщенных коротких черешках; появление кожистых листьев тем­но-зеленой окраски; присутствие морщинистых асимметричных листовых пластинок; увеличенные размеры устьичных клеток и уменьшенное их количество на единицу площади листа; большое количество хлоропластов в замыкающих клетках устьиц; большие размеры пыльцевых зерен и большее число пор на их экзине. Окон­чательный отбор полиплоидов проводят только на основании пря­мого подсчета числа хромосом в их соматических клетках. Свой­ства экспериментальных полиплоидов лесных древесных растений могут проявиться не сразу, а постепенно в течение онтогенеза. По­этому изучение и отбор индуцированных растений должны прово­диться на протяжении нескольких лет.

Ф.Л. Щепотьев (1982) отмечает, что первые тетраплоиды у со­сны были получены Мировым и Стокуэллом в 1939г. Затем в опытах Н. Jensen and A. Levan были выделены тетраплоиды секвойи ги­гантской. ДА. Комиссаров получил триплоидные растения у сосны обыкновенной. В бывшей ГДР в результате колхицинирования се­мян выявлены тетраплоиды у ели обыкновенной, а у девяти видов пихты получены как тетраплоиды, так и октоплоиды.

Значительно шире полиплоидия распространена среди листвен­ных пород. Особенно много полиплоидных форм отмечено в семей­ствах Salicaceae, Betulaceae, Rosaceae, Fagaceae и др. Ниже приведе­ны данные по получению спонтанных (найденных в природе) и индуцированных полиплоидов у некоторых древесных пород.

Особый интерес представляет исследование полиплоидии рода дуба из семейства Fagaceae. У большинства его видов галоидное число хромосом равно 12, а диплоидное — 24. Однако у ряда севе­роамериканских видов дуба (каштановый, виргинский, мерилендский, Мишо) гаплоидное число хромосом равно 6, а диплоидное 12. Наличие в роде Quercus двух разных групп по кариотипу позво­ляет предположить, что виды с In = 24 являются тетраплоидами, а с In =12 — диплоидами. Следовательно, считающийся диплоидным Q. robur L. должен бы рассматриваться как тетраплоид. Спонтан­ные полиплоиды дуба черешчатого возникают также из многоза­родышевых желудей. Впервые триплоиды такого типа были заме­чены в Швеции. В Воронежской области естественный триплоид дуба был обнаружен В.В. Иевлевым(В.В. Иевлев и др., 1978). Ис­следования, проведенные в лесах Донецкой области, показали, что встречаемость спонтанных триплоидов среди проростков дуба че­решчатого может достигать 1,2%.

Искусственная полиплоидизация дуба черешчатого с помощью колхицина была проведена в Швеции в 1939 г. При этом были по­лучены миксоплоидные ткани с тетраплоидными (4 п = 48) клетка­ми. Близкие результаты получены и Ф.Л. Щепотьевым.

В семействе Salicaceae наиболее известны спонтанные триплои­ды осины. Выделены спонтанные и искусственно полученные по­липлоиды у тополей белого, сереющего, черного и бальзамическо­го, а также у ряда ив. Некоторые данные по полиплоидам можно найти в разделах, посвященным частной селекции этих пород.

В семействе Betulaceae полиплоиды встречаются в родах березы, ольхи и граба. Так, береза пушистая, распространенная в более су­ровых условиях севера России, является тетраплоидом (4л = 56), в то время как более южный вид (береза повислая) относится к дип-лоидам (2и = 28). Другие северные виды обладают еще более высокой плоидностью. Так, береза желтая (В. lento) — гексаплоид (6п = 84), даурская — септаплоид (7п = 98). В естественных насаждениях встречаются также триплоидные формы. С помощью колхицина X. Йонссон в Швеции получил тетраплоидные растения ольхи черной. Последующим скрещиванием с диплоидными растениями он создал триплоидные формы, которые превосходили диплоидные контрольные растения ольхи черной по продуктивности древесины на 55%.

Полиплоидные формы выделены также среди представителей семейств конскокаштановых, кленовых, липовых, лоховых (обле­пиха) и др. (Г.Ф. Привалов, 1974; Ф.Л. Щепотьев, 1982; Н.С. Ща­пов, В.К. Креймер, 1988). Во многих случаях они представляют прак­тический интерес.