2275
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический
университет им. Г.Ф. Морозова»
ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА, ЦИТОГЕНЕТИКА, АНАТОМИЯ И ГИСТОЛОГИЯ ДРЕВЕСИНЫ
Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению 35.06.02 - Лесное хозяйство (направленность программы - Лесные культуры, селекция, семеноводство)
Воронеж 2017
1
УДК630*165.6: 631.147(075.8)
Популяционная генетика, цитогенетика, анатомия и гистология древесины. Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению 35.06.02 - Лесное хозяйство (направленность программы - Лесные культуры, селекция, семеноводство)/ А. И. Сиволапов; Мин-во обр. и науки РФ, ФГБОУ ВО «Воронеж. гос. лесотехн. университет им. Г.Ф. Морозова». Воронеж, 2017. – 13 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова.
Рецензент д. с.-х. наук, профессор, зав. лабораторией селекции ВНИИЛГИСбиотех А.П. Царев
2
ВВЕДЕНИЕ
Популяционная генетика, цитогенетика, анатомия и гистология древесины введена аспирантам по той причине, что при сборе диссертационного материала по специальности «Лесные культуры, селекция, семеноводство» часто приходится сталкиваться в исследованиях с методами популяционной генетики, цитогенетики, анатомии и гистологии древесины.
Например, закономерности частоты встречаемости форм дуба черешчатого были обоснованы соискателем с Северного Кавказа на основе закона Харди-Вайнберга.
Цитогенетические исследования тополей в Хоперском заповеднике позволили выявить и отобрать впервые в России триплоидную форму тополя сереющего. Хорошо работает метод цитогенетического механизма влияния стимуляторов роста на всхожесть семян, устойчивость и рост сеянцев древесных растений. Важно знать патологии нарушений митоза и мейоза у интродуцированных растений.
Селекция тополей, ольхи и березы на качество и устойчивость древесины, использование еѐ для получения целлюлозы связана с исследованиями параметров древесинного либриформа.
Гистологический состав древесины важен для обоснования устойчивости тополей, ольхи, березы к сердцевинной гнили, что имеет большое значение в селекции этих древесных растений.
Занятия по данной дисциплине позволяют получить не только теоретические знания, но практические навыки исследовательской работы.
1 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Самостоятельная работа аспирантов
Аспиранты преимущественно изучают отдельные вопросы науки самостоятельно.
Содержание дисциплины даѐт лектор достаточно в полном объеме, но для глубокого изучения отдельных вопросов необходимо самостоятельное изучение.
Лектор сообщает аспирантам содержание разделов по дисциплине и рекомендует литературу для изучения. Кроме теоретических вопросов преподаватель демонстрирует методики проведения исследований применения популяционной генетики, цитогенетики, анатомии и гистологии древесины в селекции древесных растений.
3
2 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема 1. Введение. Понятие о внутривидовом полиморфизме. Внутривидовые таксоны по Л.Ф. Правдину. Категории и формы внутривидовой изменчивости по С.А. Мамаеву, методы изучения.
Цель работы: изучить роль изучения внутривидового полиморфизма в селекции древесных растений, изучить методы внутривидовой изменчивости по С.А. Мамаеву, внутривидовые таксоны по Л.Ф. Правдину.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить понятие популяции. Сходство между родственниками. Инбридинг. Коанцестри. Уставное число. Наследуемость. Селекция и генетический выигрыш. Генетика популяций. Популяция в аспекте микросистематики и экологии. Вид – качественный этап эволюционного процесса, структура вида. Популяция – элементарная единица эволюции; популяция в системе биогеоценоза. Структура популяции. Понятие о внутривидовом полиморфизме. Внутривидовые таксоны по Л.Ф. Правдину. Категории и формы внутривидовой изменчивости по С.А. Мамаеву, методы изучения.
Тесты для самоконтроля: Дать понятие внутривидового полиморфизма; дать характеристику внутривидовым таксонам по Л.Ф. Правдину, охарактеризовать категории и формы внутривидовой изменчивости по С.А. Мамаеву, методы изучения.
Тема 2. Понятие о чистых линиях и популяциях по В.И. Иоганнсену. Панмиктические популяции. Закономерности наследования
элементарных признаков в идеальных популяциях (закон Харди Вайнберга).
Цель работы: ознакомиться с понятиями чистая линия и популяция по В.И. Иоганнсену. Панмиктические популяции. Уяснить закономерности наследования элементарных признаков в идеальных популяциях (закон Харди-Вайнберга).
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить понятие о чистых линиях и популяциях по В.И.Иоганнсену. Панмиктические популяции. Закономерности наследования элементарных признаков в идеальных популяциях (закон Харди-Вайнберга). Разобраться в решении задач в лесоводстве с использованием закона Харди-Вайнберга.
Тесты для самоконтроля: Охарактеризовать понятия чистая линия и популяция по В.И. Иогансену, панмиктические популяции; дать характеристику закона Харди-Вайнберга.
Тема 3. Факторы генетической динамики популяций: мутации, изоляции, дрейф генов, миграции, давление отбора (работы
С.С.Четверикова, Н.П.Дубинина). Понятие о генетическом гомеостазе,
4
сбалансированном полиморфизме, видах естественного отбора (работы И.И.Шмальгаузена). Методы изучения генетического полиморфиэма популяций.
Цель работы: изучить факторы генетической динамики популяции. Уяснить понятие о генетическом гомеостазе, сбалансированном полиморфизме, видах естественного отбора, ознакомиться с методами изучения генетического полиморфизма популяций.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить факторы генетической динамики популяций: мутации, изоляции, дрейф генов, миграции, давление отбора (работы С.С.Четверикова, Н.П.Дубинина). Понятие о генетическом гомеостазе, сбалансированном полиморфизме, видах естественного отбора (работы И.И. Шмальгаузена). Методы изучения генетического полиморфизма популяций.
Тесты для самоконтроля: Охарактеризовать факторы генетической динамики популяции; дать характеристику генетического гомеостаза, сбалансированного полиморфизма; дать понятию естественного отбора, дать характеристику методов изучения генетического полиморфизма популяций.
Тема 4. Популяции и расы. Системы размножения растений. Локальные расы. Географические расы.
Цель работы: изучить понятия популяции и расы, локальные расы, географические расы. Системы размножений растений и популяция.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить понятие популяции и расы. Что такое локальные расы, географические расы. Системы размножения растений (вегетативные – корнеотпрысковое, поросль от пня, черенкование, прививки и семенные – амфимиксис и апомиксис). Панмиктическое опыление в популяции. Самоопыляющиеся растения – это не популяция.
Тесты для самоконтроля: Охарактеризовать понятия популяции и расы, дать характеристику систем размножения растений, что такое локальные расы, географические расы?
Тема 5. Полиплоидия и частота. Типы полиплоидов. Факторы, способствующие возникновению полиплоидов.
Цель работы: изучить понятия полиплоидии, частота возникновения полиплоидов. Типы полиплоидов, факторы, влияющие на возникновение полиплоидов.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить понятие полиплоидии, частота и причины возникновения полиплоидов в популяции
5
растений. Типы полиплоидов (аутополиплоиды и аллополиплоиды), размножение полиплоидов. Миксоплоидия, ее роль в формообразовании видов растений.
Тесты для самоконтроля: Что такое полиплоидия и частота встречаемости полиплоидов, типы полиплоидов, факторы, способствующие возникновению полиплоидов.
Тема 6. Цитогенетика растений. Растительная клетка. Митоз и мейоз, развитие мужского и женского гаметофитов. Оплодотворение,
развитие зародыша и эндосперма
Цель работы: изучить роль цитогенетики в селекции растений, митоз и мейоз, развитие мужского и женского гаметофитов. Оплодотворение, развитие зародыша и эндосперма.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить процесс митоза и мейоза, развитие мужского и женского гаметофитов. Оплодотворение, развитие зародыша и эндосперма.
Тесты для самоконтроля: Что такое цитология, строение растительной клетки, ход митоза и мейоза, развитие мужского и женского гаметофитов. Оплодотворение, развитие зародыша и эндосперма.
Тема 7. Подготовка материала к фиксации. Фиксаторы и особенности фиксации различного цитологического материала
Цель работы: изучить подготовку материала к фиксации. Подготовку фиксаторов, предобработку материала для фиксации. Методика фиксации для получения метафазных пластинок при митозе и мейозе.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить технологию фиксации, проращивание семян или получение первых листочков, предобработка в колхицине или оксихиналине, промывка объекта, фиксация в фиксаторе Карнуа в стеклянной посуде. Мейотический материал (генеративные почки) фиксируют без предобработки.
Тесты для самоконтроля: Что такое фиксатор Карнуа, подробная технология приготовления мутагенов (колхицина и оксихиналина) для предобработки вегетативных тканей растений. Фиксация генеративных органов.
Тема 8. Методы приготовления цитологических препаратов.
Цель работы: изучить подготовки материала к приготовлению мейотических и митотических препаратов. Подготовку предметных и
6
покровных стекол, подготовка краски, жидкости Гойера. Техника приготовления препарата.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить технологию подготовки материала к приготовлению мейотических и митотических препаратов. Подготовку предметных и покровных стекол, подготовку краски, жидкости Гойера. Техника приготовления препарата демонстрируется преподавателем. Изучить нарушения митоза и мейоза.
Тесты для самоконтроля: Дать подробную технологию приготовления цитологических препаратов. Объяснить нарушения митоза и мейоза.
Тема 9. Методы получения и выделения полиплоидных форм
Цель работы: Изучить рекомендации по выявлению спонтанных полиплоидов, ознакомиться с морфологическими признаками, по которым выделяют триплоиды и тетраплоиды у тополя. Изучить методы получения индуцированных полиплоидов.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить технологию выявления спонтанных полиплоидов в лесных насаждениях по морфологическим признакам. Цитологический метод самый точный для выявления полиплоидов. Изучить технику получения индуцированных полиплоидов.
Тесты для самоконтроля: Дать подробную технологию выявления спонтанных полиплоидов в лесонасаждениях, перечислить морфологические признаки, характеризующие полиплоидию. Методы получения индуцированных полиплоидов.
Тема 10. Хромосомные перестройки и методы их учета
Цель работы: изучить частоту и спектр нарушений (патологий) митоза и мейоза в метафазе, анафазе, телофазе.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить технологию приготовления мейотических и митотических препаратов. Подготовку препаратов для просмотра под микроскопом МБИ-15. Частота патологий митоза вычисляется как отношение числа клеток с патологиями в мета-, ана-, телофазе митоза или мейоза к общему числу просмотренных делящихся клеток (на тех же стадиях), в %. Спектр патологических митозов или мейозов представляют как процентное отношение каждого вида патологий к общему числу патологических митозов и мейозов.
Тесты для самоконтроля: Дать подробную характеристику патологий в мета-, анателофазе митоза или мейоза. Как вычисляется частота и спектр нарушений митоза и мейоза.
7
Тема 11. Фертильность и жизнеспособность пыльцы
Цель работы: изучить жизнеспособность и фертильность пыльцы древесных пород (сосны обыкновенной, дуба черешчатого, тополей, березы, ольхи и др.). Значение исследований жизнеспособности пыльцы для гибридизации.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо изучить морфологию пыльцевых зерен разных древесных пород. Ознакомиться с разными методами изучения жизнеспособности пыльцы (проращивание в жидких, твердых средах, экспресс - метод). Фертильность пыльцы и еѐ оплодотворяющая способность.
Тесты для самоконтроля: Показать морфологию и строение пыльцевых зерен разных пород. Дать подробную технологию методов определения жизнеспособности пыльцы. Что такое фертильность пыльцы и еѐ определение.
Тема 12. Особенности работы с микроскопом при цитологических исследованиях
Цель работы: изучить важнейшие характеристики микроскопа, принадлежности и устройства к биологическим микроскопам.Изучить установку освещения, центрировку, фокусировку, выбор светофильтров, измерение объектов под микроскопом, переброску фото на монитор компьютера.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо изучить важнейшие характеристики микроскопа, принадлежности и устройства к биологическим микроскопам. Изучить установку освещения, центрировку, фокусировку, выбор светофильтров, измерение объектов под микроскопом, переброску фото на монитор компьютера.
Тесты для самоконтроля: Дать характеристику микроскопа МБИ-6, МБИ-15, технику центрировки, фокусировки, выбор светофильтров, измерение объектов, показать переброску фото на монитор компьютера.
Тема 13. Анатомическое строение древесины
Цель работы: изучить анатомию древесины хвойных и лиственных древесных растений, анатомию листового аппарата.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо изучить анатомические особенности древесины лиственных и хвойных древесных пород, необходимых при селекционном отборе. Анатомию листьев (детально изучить устьица).
Тесты для самоконтроля: Дать характеристику строения древесины
8
древесных растений (либриформ, сосуды, трахеиды, древесная паренхима), показать строение устьиц и их роль в плоидности растений. Можно ли вести отбор полиплоидов по замыкающим клеткам устьиц.
Тема 14. Анатомия древесинного волокна. Значение изучения длины, ширины и толщины стенки древесинного волокна
Цель работы: изучить анатомию древесинного волокна, роль изучения длины, ширины и толщины стенки либриформа для селекционного отбора на качество древесины. Освоить методику приготовления анатомических препаратов изучения древесинного волокна.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо изучить анатомические особенности древесинного волокна, отработать технологии определения длины, ширины и толщины стенки древесинного волокна с помощью микроскопа и окуляр-микрометра.
Тесты для самоконтроля: Дать характеристику строения либриформа, сосудов, трахеидов, древесной паренхимы, рассказать технологии определения длины, ширины и толщины стенки древесинного волокна с помощью микроскопа и окуляр-микрометра.
Тема 15. Сравнительный анализ размеров древесинного либриформа
Цель работы: изучить применение методов биометрии для анализа размеров древесинного волокна.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо сделать сравнительное изучение древесинного волокна, сделать статистически достоверные замеры длины, ширины и толщины стенки древесинного волокна с помощью микроскопа и окуляр-микрометра, рассчитать сравнение средних и сделать выводы.
Тесты для самоконтроля: Рассказать технологии определения длины, ширины и толщины стенки древесинного волокна с помощью микроскопа и окуляр-микрометра, как выполнить расчет биометрических показателей для анализа размеров древесинного волокна.
Тема 16. Гистологический состав тканей древесины хвойных и лиственных пород.
Цель работы: изучить гистологический состав тканей древесины лиственных и хвойных древесных пород. Состав древесины для определения содержания механической ткани, что является важным показателем в селекции древесных пород на качество древесины и устойчивость.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо отработать методику работы
9
с микротомом, приготовление микротомных препаратов, окраску древесины специальными красителями, приготовление постоянных препаратов. Провести подсчет количества (содержание) механической, проводящей и запасающей ткани с помощью специального измерительного микрометра.
Тесты для самоконтроля: Рассказать технологии приготовления препаратов для изучения гистологического состава древесины. Значение процентного содержания механической ткани для устойчивости растений и качества древесины.
Тема 17. Окуляр-микрометр и его применение для измерения параметров либриформа
Цель работы: изучить цену деления окуляр-микрометра для различного сочетания объективов и окуляров с помощью объект-микрометра.
Методические рекомендации
Впроцессе проработки темы необходимо отработать методику работы
сокуляр-микрометром и объект-микрометром. Выполнить замеры длины, ширины и толщины стенки либриформа, сделать биометрическую обработку данных.
Тесты для самоконтроля: Рассказать технологию определения цены деления окуляр-микрометра для различного сочетания объективов и окуляров с помощью объект-микрометра. Какие методы математической обработки используются для анализа параметров древесинного либриформа.
Тема 18. Значение анатомо-гистологических и цитологических исследований для селекции на продуктивность и качество древесины
Цель работы: изучить важность анатомо-гистологических и цитологических исследований для селекции древесных растений на устойчивость, качество древесины и продуктивность.
Методические рекомендации
В процессе проработки темы необходимо уяснить закономерности влияния цитогенетических, анатомо-гистологических показателей для селекции древесных растений на устойчивость, качество древесины и продуктивность.
Тесты для самоконтроля: Рассказать значение анатомогистологических и цитологических исследований для селекции древесных растений на устойчивость, качество древесины и продуктивность.
.
10