Частота и спектр хромосомных аберраций у сортов и форм чая при спонтанном мутагенезе

Известно, что у одних растительных видов частота естественной наследственной изменчивости больше, у других — меньше, то есть этот признак высокоспецифичен (10). К примеру, у растений чая в природных условиях наблюдается высокая пластичность. При этом имеют место как отдельные модификации, проявляющиеся на кусте в результате соматических мутаций (11), так и целиком измененные формы. Последние часто возникают на участках семенного размножения вследствие рекомбиноге-неза или спонтанного мутагенеза и могут служить материалом для получения новых сортов чая (12).

Спонтанная изменчивость у чая и возможности ее использования в селекции далеко не исчерпаны. Спектр соматических мутаций у этой культуры представлен морфологическими, физиологическими и пластидными модификациями (13). Среди морфологических признаков наиболее часто встречаются отклонения по длине, ширине, форме, свойствам поверхности (гладкая, пузырчатая) и степени зазубренности листа, расположению листьев на побеге, длине междоузлий. Физиологические мутации проявляются в виде изменения окраски листа от светло- до темно-зеленой, а также различными оттенками антоциановой окраски. К этому же типу изменений относятся формы с удлиненным вегетационным периодом и сниженной генеративной активностью, а также с высокой урожайностью. Пластидные мутации представлены секториальными и периклинальными химерами. Интересны формы с измененной фотосинтетической активностью, улучшенными биохимическими и органолептическими показателями (14).

Нашей целью было установление корреляции между частотой соматических мутаций и частотой клеток с аберрациями, а также анализ изменений в структуре хромосом в митозе у разных сортов и форм чая.

Методика . Наблюдения проводили в 2003-2007 годах. Объектом изучение были сорта чая Camellia sinensis (L.) Kuntze — Колхида (эталон по признакам продуктивности и качества), Кимынь (крупнолистные китайские разновидности) и местная популяция (смесь китайской, индийской и японской разновидностей), а также их мутантные формы, выращиваемые в трех районах промышленного возделывания чая (Гудаутский, Сухумский, Очамчирский; Республика Абхазия). Оценивали соматические отклонения (размер, форма, окраска и пузырчатость листа, полностью измененные растения).

В указанных районах в сентябре—октябре собирали семена, которые проращивали в термостате при температуре 27-30 ° С. При анализе спектра аберраций использовали семена с растений, произрастающих в Сухумском районе. Цитологические и кариологические исследования проводили на меристематических клетках корешков по общепринятой методике (в анафазах I митоза учитывали частоту хромосомных аберраций, тип перестроек, проводили кариологический анализ) (3). Для этого корешки длиной около 1 см фиксировали в смеси Карнуа и готовили временные ацетокарминовые препараты. В цитологических опытах применяли стандартные методики (15).

Для статистической обработки экспериментальных данных использовали метод Фишера для любых долей и определения х -квадрата (16).

Результаты . Колхида — сорт-эталон, сочетающий высокую урожайность (65,0 ц/га) и показатели качества, тогда как урожайность у местной популяции составляет 35 ц/га.

При анализе спектра аберраций использовали только семена с растений, произрастающих в Сухумском районе, где наблюдали самую высокую частоту появления соматических мутаций — 3,95±0,20 % (для сравнения наименьший показатель регистрировали в Очамчирском районе — 2,00±0,03 %). В меристематических клетках корешков проростков в анафазах I митоза наибольшую частоту хромосомных перестроек отмечали у сорта Кимынь (2,18±0,20-5,92±0,47 % в зависимости от места семенной репродукции) (табл. 1).

Следует отметить выраженную корреляцию между частотой соматических мутаций и частотой клеток с аберрациями. Так, у сорта Кимынь по сравнению с другими сортами наблюдалась наибольшая частота как соматических, так и структурных мутаций. Кроме того, у растений чая, произрастающих в Сухумском районе, частота соматических мутаций и аберраций оказалась выше, чем у растений в других районах.

1. Частота спонтанных хромосомных аберраций у сортов чая Camellia sinensis (L.) Kuntze в зависимости от района семенной репродукции (Республика Абхазия, 2007 год)

Сорт, популяция	Гудаутский район			Сухумский район			Очамчирский район
	число анафаз	измененные анафазы		число анафаз	измененные анафазы		число анафаз	измененные анафазы
		число	| доля, %		число	| доля, %		число	| доля, %
Колхида Местная	2550	38	1,49±0,22	2600	78	3,00±0,33	2505	21	0,84±0,17
популяция	2501	36	1,44±0,24	2511	80	3,19±0,35	2499	19	0,76±0,17
Кимынь	5580	181	3,24±0,24	2501	148	5,92±0,47	5410	118	2,18±0,20

Примечание. Для доли приведены значения X ± 5_Х 7

Сорт Колхида и местная популяция характеризовались меньшей частотой измененных анафаз. В вариантах с семенами, полученными в Сухумском районе, по сравнению с образцами из других районов наблюдались большие отклонения по частоте хромосомных аберраций. Отмеченные различия были статистически достоверными у сорта Кимынь (Р < 0,001), а также у местной популяции (Р < 0,05).

Явная тенденция к увеличению частоты хромосомных перестроек (17) имелась у проростков из семян, репродуцированных в Сухумском районе. Возможно, это объясняется большой загрязненностью расположенной здесь чайной плантации (пос. Гвандра) из-за ежегодного применения высоких доз минеральных удобрений (по действующему веществу N — 300, Р2О5 — 150, К2О — 120 кг/га). Кроме того, участок расположен на склоне, выше которого находятся плантации цитрусовых, где 5-6 раз за вегетацию применяются пестициды (Би-58, цинеб и др.). В результате при обильных осадках загрязненные этими химическими соединениями воды попадают на чайную плантацию.

2. Спектр и число хромосомных аберраций у сортов чая Camellia sinensis (L.) Kuntze и их мутантных форм при семенной репродукции в Сухумском районе (Республика Абхазия, 2007 год)

Сорт, форма Число анафаз Тип аберрации всего | с аберрациями I 1 II [ 1 [- 1 [= 1 X 1 X- Х= Кимынь (контроль) 2508 136 75 41 10 6 2 0 2 0 № 333 506 39 22 15 1 1 0 0 0 0 № 444 505 28 16 11 1 0 0 0 0 0 № 477 489 26 17 8 1 0 0 0 0 0 Колхида (контроль) 2511 75 51 24 0 0 0 0 0 0 № 555 2510 77 55 22 0 0 0 0 0 0 № 588 2514 68 40 28 0 0 0 0 0 0 Примечание. «I» — одиночный фрагмент, «II» — двойной фрагмент, «[» — одиночный мост, «[-» — одиночный мост с фрагментом, «[=» — одиночный мост с двумя фрагментами, «X» — двойной мост, «X-» — двойной мост с одним фрагментом, «Х=» — двойной мост с двумя фрагментами.

При сравнении изменений хромосом у сортов Кимынь, Колхида и их мутантных образцов с отклонениями по фенотипическим признакам (размер, форма, окраска и пузырчатость листа) мы обнаружили, что такие образцы, как правило, мало отличались от исходных сортов. Исключение составил № 333 (сорт Кимынь), у которого доля анафаз с хромосомными аберрациями выше (табл. 2). Их спектр у этого мутабильного сорта также был шире, чем у сорта Колхида: если у последнего наблюдались лишь одиночные и парные фрагменты, то у сорта Кимынь дополнительно встречались одиночные и парные мосты с фрагментами.

Выполненный кариологический анализ показал, что все изученные сорта и их мутантные формы имели стандартный диплоидный набор хромосом (2 n = 30) (рис.).

Диплоидный набор хромосом (2 n = 30) у проростков чая Camellia sinensis (L.) Kuntze (на примерах формы № 555 сорта Колхида; семенная репродукция в Сухумском районе Республики Абхазия, 2003 год ) . Увеличение *800.

В Сухумском районе были отобраны целиком измененные растения (частота их возникновения здесь составила 0,1 %).

Кроме того, мы оценили хозяйственную ценность измененных растений по среднему урожаю с одного куста, продолжительности вегетации и основным биохимическим показателям. В итоге нами были выделены 23 мутантные формы чая с комплексом ценных признаков (урожайность и биохимические показатели; данные не приведены).

Таким образом, частота и спектр хромосомных аберраций у растений чая зависят от сорта и места (условий) его произрастания. Среди изученных форм сорт Кимынь наиболее изменчив: у него отмечена самая высокая частота хромосомных перестроек (2,18-5,92 %). Этот сорт имеет большие перспективы при использовании в качестве исходного материала для селекции. Сорт Колхида и местная популяция менее изменчивы и характеризуются наименьшим числом измененных анафаз.