4912

У хвойных эндосперм возникает до оплодотворения и его клетки гаплоидны. Зрелое пыльцевое зерно, попав на пыльцевход семяпочки, прорастает пыльцевой трубкой по направлению к архегониям. Поскольку у хвойных яйцеклетки не успевают созреть (у сосны целый год, у ели и лиственницы – несколько недель), то пыльцевые трубки приостанавливают свой рост. Как только яйцеклетки созреют, рост трубок быстро возобновляется. Это характерно для некоторых лиственных (семейства березовых, буковых, некоторые виды дуба). Достигнув архегония, пыльцевая трубка лопается, и один из спермиев устремляется к яйцеклетке. Происходит оплодотворение, возникает зигота с диплоидным набором хромосом, из которой развивается зародыш семени, окруженный эндоспермом. Полный генеративный цикл у хвойных

Рис. 3.6. Генеративный цикл у сосны обыкновенной.

1 – тетрада микроспор, образовавшихся в результате мейоза в клетке археспория пыльников; 2 – тетрада мегаспор (макроспор), образовавшихся в материнской клетке семяпочки; 3 – пыльцевые зерна (микроспоры) с воздушными мешками; 4 – созревшая пыльца с антеридиальной и преталлиальными клетками; 5 –

семяпочка с двумя архегониями в эндосперме; 6 - проросшая пыльца с двумя древесных пород показан на рис. 3.6.

спермиями; 7 – семяпочка перед оплодотворением: пыльцевая трубка со спермиями достигла архегония заростка, в котором сформировались яйцеклетки; 8 – оплодотворение: слияние спермия с яйцеклеткой; 9 – зародыш; 10 – семя; 11 – дерево сосны обыкновенной, выросшее из семени; 12 – семяпочка (макроспорангии) на семенной чешуйке (макроспорофилле); 13 – колосок микростроби-

лов с микроспорангиями (пыльниковыми мешками).

21

Апомиксис

У растений бесполосеменное размножение обычно называется апомиксисом в узком смысле этого слова. Встречается как гаплоидный, так и диплоидный апомиксис.

Гаплоидный апомиксис у растений встречается редко и приводит к возникновению совершенно стерильных растений с резко пониженной жизнеспособностью

Диплоидный апомиксис у довольно многих видов и разновидностей является единственной формой семенного размножения и полностью вытесняет нормальное половое размножение. Примером такого облигатного апомиксиса могут служить некоторые виды ежевик, роз и у одуванчиков.

Сотрудниками кафедры лесных культур и селекции ВГЛТА выявлен возможный апомиксис у березы повислой. На семейственной плантации березы получены семена без опыления, всхожесть которых колебалась от 1 % до 3 %. Это говорит о том, что у березы возможен апомиксис.

РАБОТА 4 Мутагенез и полиплоидия

Мутациями называют внезапные наследственные изменения у отдельных особей, в результате которых организм приобретает новые признаки и свойства. Мутационные изменения могут затрагивать самые разнообразные признаки и свойства организмов.

Мутации могут быть спонтанными, возникающими в природе, и индуцированными, вызванными воздействием различных факторов, называемых мутагенными.

Различают следующие типы мутаций: генные, хромосомные, геномные и плазменные.

Задача данной работы состоит в том, чтобы познакомить студентов со спонтанными и индуцированными геномными мутациями.

Задание1 . Рассмотреть микропрепараты, находящиеся в фазе метафазы и анафазы у спонтанных геномных мутантов тополя, зарисовать их.

Материал и оборудование:

1.Полупостоянные препараты пыльников и соматической ткани тополя.

2.Микроскоп.

3.Слайды.

Пояснения к заданию. Рассмотреть различные внутрихромосомные аберрации: делеции, инверсии и дупликации.

Делеция (нехватка) – выпадение участка хромосомы.

Инверсия – разрыв хромосомы в двух местах одновременно с сохранением внутреннего участка, который поворачивает на 180°.

Дупликация – удвоение одного и того же участка хромосомы. Транслокация – обмен участками между негомологичными хромосома-

ми.

Существует метафазный и анафазный метод хромосомных аберраций. Метафазный метод довольно точный, но его используют для четко различимых хромосом. Анафазный метод предусматривает анализ хромосомных аберраций в анафазе митоза. Чаще всего они представляют собой мосты и фрагменты.

Выполнение задания. На световом микроскопе подсчитать типы нарушений по фазам митоза или мейоза тополя э.с.-38, Хоперский 1 – геномных мутантов и занести в табл. 4.1.

В качестве контроля можно изучить любой диплоидный тополь.

Задание 2. Окрасить и определить размеры пыльцы геномного мутанта тополя э.с.-38 с помощью окулярмикрометра.

Материал и оборудование:

1.Пыльца тополя э.с.-38.

2.Предметные и покровные стекла.

3.Препаровальные иглы.

4.Микроскоп световой.

5. Реактив для окраски пыльцы (кармин или йод-хлоралгидрат) готовится за 2-3 суток: 5 г хлоралгидрата смешивают с 2 мл воды, добавляют кристаллический йод – 0,2 г, настаивают 2-3 суток.

Пояснения к заданию. Качественный и количественный состав формирующейся пыльцы в значительной степени определяется динамикой и характером поведения хромосом в мейозе при микроспорогенезе.

Известно также, что между размерами пыльцевых зерен и их плоидностью существует прямая зависимость. Исходя из этого, по такому морфометрическому показателю, как диаметр пыльцы, можно опосредованно судить об особенностях развития мужского гаметофита исследуемых организмов, об их генетической природе, в частности о возможной гибридной, мутантной или полиплодной природе. Это важно учитывать при использовании деревьев в качестве опылителей при гибридизации.

Выполнение задания. В 3-5 полях зрения под большим увеличением (ок.х 10, об.х 40) выполнить замеры пыльцы окулярмикрометром и занести в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Диаметр пыльцы у исследуемых деревьев тополя, в делениях окулярмикрометра

Выводы. Изучение соматической и генеративной ткани тополя э.с.-38 показывает, что этот тополь является геномным мутантом.

РАБОТА 5 Гибридологический анализ. Статистическая обработка данных гибридологического анализа

При изучении закономерностей расщепления в гибридном потомстве сопоставляют фактически полученные в опыте данные с теоретически ожидаемыми в соответствии с формулой расщепления. Фактически полученные

данные могут совпадать или не совпадать с теоретически ожидаемыми в различной степени.

Статистическая оценка разницы между фактически полученными и теоретически ожидаемыми данными дает возможность решить, в каких случаях и насколько эта разница существенна и в каких случаях она несущественна и случайна.

Задание 1. Ознакомиться со статистическим характером расщепления при моногибридном скрещивании.

Материал и оборудование

1.Семена гороха, полученные при гибридологическом анализе.

2.Таблицы значений 2 по П. Ф. Рокицкому.

Пояснения к заданию. В генетико-селекционных работах необходимо сравнить эмпирические частоты (Рэмп.) с теоретически ожидаемыми (Ртеор.). Например, требуется определить, достоверно ли отклоняются наблюдаемые частоты расщепления генотипов во II поколении гибридного потомства гороха от теоретически ожидаемых частот при расщеплении по второму закону Г. Менделя при моногибридном скрещивании на генотипы 1(АА) :

2(Аа) : 1(аа).

Чтобы оценить степень соответствия фактически полученных в опыте данных с теоретически ожидаемыми, К. Пирсон (1900) предложил использовать критерий ХИ-квадрат (χ2) или критерий соответствия.

Критерий χ2 определяется отношением квадрата разности ожидаемых и теоретических частот на частоту теоретическую.

2 (Рэмп. Ртеор.2)

,

Ртеор

где Рэмп. – частота эмпирическая (наблюдаемая); Ртеор. – частота теоретическая.

Величина χ2 выражается любым положительным числом. Для оценки степени соответствия фактически полученных в опыте данных с теоретически ожидаемыми пользуются, таблицей значений χ2 при разных степенях свободы. Для этой таблицы используют данные по анализу моногибридного скрещивания гороха. В таблицу вносят фактически полученные данные

(Рэмп.) , теоретически ожидаемые данные ( Ртеор. ) в соответствии с формулой расщепления (при моногибридном скрещивании 3 : 1), затем определя

Рэмп. Ртеор.

ют отклонение ( ), возводят в квадрат, полученную величину делят на теоретически ожидаемое число семян для данного фенотипа (желтых или зеленых семян). Суммируя частные, получают χ2.

Вычисление χ2 при дигибридном скрещивании производится аналогичным образом. Используют данные, полученные при анализе дигибридного скрещивания гороха. Вычисление удобно вести, пользуясь табл. 5.3.

Выполнение задания. Установить, соответствуют ли результаты опыта теоретически ожидаемому (в соответствии с Менделевским расщеплением) отношению желтых и зеленых как 3 : 1. Разобрать полученную выборку семян на желтые и зеленые. Определить ожидаемые частоты признаков. Рассчитать показатель сходства χ2 по табл. 5.3. Дать заключение о соответствии или несоответствии фактических (наблюдаемых) и теоретических результатов расщепления.

Таблица 5.1

Вычисление χ2 при моногибридном скрещивании гороха

2 (Рэмп. Ртеор.)

Ртеор. 0,31+0,947=1,257

Исходя из соответствия 3 : 1, определить теоретически ожидаемые частоты. Из табл. 5.3 следует, что величина χ2 зависит от двух величин: числа степеней свободы (df) и вероятности (Р). Для уяснения понятия ―степень свободы‖ достаточно привести простейший пример. Допустим, что имеется

гибрид гороха, давший расщепление по окраске семян на 2 фенотипа (класса):

110 желтых семян и 44 зеленых. Их можно представить как сумму, в которой одно из слагаемых устанавливается свободно, а другое зависит от первого. В таком случае только одно слагаемое берется свободно и, следовательно, степень свободы только одна. При трех классах особей будет 2 степени свободы, при четырех – 3 степени свободы и т.д., при n классах df = n-

1.

Вероятность (Р), от которой также зависит величина χ2 в сельскохозяйственных и лесоводственных исследованиях, условно принимают равной 0,05. Это означает, что если вычисленное значение χ2 не превышает табличного значения χ2, находящегося в графе с вероятностью 0,05, то фактически полученные данные соответствуют теоретически ожидаемым. Если вычисленное значение χ2 меньше табличного при вероятности 0,05, то фактически полученные данные более точно соответствуют теоретически ожидаемым. Если, наоборот, вычисленное значение χ2 больше табличного значения при вероятности 0,05, то фактически полученные данные не соответствуют теоретически ожидаемым.

В рассмотренном выше примере χ2 при моногибридном скрещивании гороха равен 1,257. Так как число классов (фенотипов) в этом случае равно двум (желтые и зеленые семена), то число степеней свободы df равно 1 (2-1). Из табл. 5.3 следует, что значение χ2, равное 1,257, соответствует вероятности 0,25, то есть находится левее графы с вероятностью 0,05. Это означает, что фактически полученное расщепление вполне соответствует теоретически ожидаемому отношению 3 : 1.

Задание 2. Ознакомиться со статистической обработкой данных при дигибридном скрещивании. Вычислить критерий соответствия χ2.

Материал и оборудование

1.Данные по гибридологическому анализу при дигибридном скрещивании гороха.

2.Таблица значений χ2 по П. Ф. Рокицкому.

Пояснения к заданию. При дигибридном скрещивании вычисленное значение χ2 равно 0,761 (табл. 5.2.). Так как фенотипов семян в этом случае 4, то число степеней свободы равно 3 (4-1). Из таблицы значений 2 (табл.5.3) следует, что такое значение χ2 также находится левее графы с вероятностью

0,05 (между Р = 0,75 и Р = 0,90). Это значит, что фактически полученное расщепление вполне соответствует отношению 9 : 3 : 3 : 1.

Таблица 5.2

Вычисление χ2 при дигибридном скрещивании гороха

Выполнение задания. Установить, соответствуют ли результаты опыта теоретически ожидаемому (в соответствии с Менделевским расщеплением) отношению желтых гладких, желтых морщинистых, зеленых гладких, зеленых морщинистых как 9 : 3 : 3 : 1. По имеющимся данным, определить ожидаемые частоты признаков. Рассчитать показатель сходства χ2 по табл. 5.3. Дать заключение.

РАБОТА 6 Географическая изменчивость сосны обыкновенной

Занимая обширный ареал, сосна обыкновенная образует насаждения в разных климатических условиях. Под влиянием естественного отбора из большого разнообразия наследственных форм возникают климатические экотипы (климатипы), деревья которых объединяются по ряду общих наследственных особенностей, обуславливающих их устойчивость в данных условиях среды. Поэтому сосна обыкновенная из различных мест ее ареала обладает разными наследственными свойствами.

Для выяснения вопроса о возможности и эффективности применения семян сосны разного происхождения в определенном районе создаются географические культуры. В нашей стране создана государственная сеть географических культур основных лесообразующих пород. На основе исследования географических культур разработано Лесосеменное районирование основных лесообразующих пород в СССР (1982). Географическая изменчивость сосны показана в работе А.И. Чернодубова и др. (2005).

Задание1. Ознакомиться с теоретическим материалом межпопуляционной изменчивости, экспериментальной основой которой являются географические культуры. У четырех климатипов сосны обыкновенной выявить различия в среднем годичном приросте по высоте и диаметру, длине хвои, размерах и массе шишек и семян.

Материал и оборудование:

1.Поперечные срезы стволов модельных деревьев изучаемых экотипов

сосны.

2.Семена и шишки.

3.Гербарные образцы сосновых ветвей.

4.Весы.

5.Линейки.

Пояснения к заданию. В популяции варьируют, по существу, все признаки растения: морфологические, анатомические, физиологические и биохимические. Определенная изменчивость наблюдается и в пределах кроны каждой особи (эндогенная изменчивость), а также в связи с возрастом и соотношением мужских и женских генеративных органов. Изменчивость каждого признака зависит от соотношения и варьирования генетической и паратипической изменчивости компонент общей изменчивости особей по данному признаку. Изучая изменчивость некоторых параметров географических экотипов сосны, получая средние данные по отдельным районам, можно судить о возможности перемещения семян этих экотипов, например, в боровые условия Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА.

Выполнение задания. Вычертить вспомогательную таблицу (6.1). Провести обмеры и взвешивания образцов отдельно по каждому климатипу: на поперечных срезах стволов по одному из радиусов измерить ширину всех годичных слоев с точностью до 0,1 мм; измерить длину 25 хвоинок с точностью до 1 мм; измерить длину и ширину 25 шишек с точностью до 1 мм; из образца семян отсчитать 100 шт. и определить их массу с точностью до 0,01 г: средний прирост по высоте имеется.

Вычислить средние показатели, полученные данные вписать в табл. 6.1. Сделать заключение о влиянии различного географического происхождения сосны обыкновенной на изученные показатели. Для характеристики вариационных рядов у древесных растений широко применяется шкала уровней