Число хромосом и гибридизация горечавки шероховатой (Gentiana scabra Bunge) и горечавки трехцветковой (Gentiana triflora Pall.) на юге Приморского края России

Введение . Род Gentiana (Gentianaceae) насчитывает более 350 видов, распространенных преимущественно в умеренной зоне Северного полушария [1]. Некоторые виды горечавок популярны как декоративные и лекарственные растения. На их основе создано большое число внутривидовых гибридов с новыми и улучшенными декоративными свойствами. Межвидовые гибриды горечавок остаются менее изученными [2–5]. В качестве традиционного лекарственного средства корни и корневища горечавок применяют при лечении лихорадки и болезней печени, используют также их желчегонные свойства [6–10]. В последние годы препараты из горечавок применяют как жаропонижающие и противовоспалительные средства при острых и хронических гастритах, гепатите, опухолях [11, 12]. В традиционной европейской медицине используется лишь горечавка желтая ( G . lutea L.), тогда как в Азии популярны горечавка шероховатая ( G . scabra Bunge), горечавка трехцветковая ( G . triflora Pall.) и крупнолистная ( G . macrophylla

P a l l . ) . Э ти виды включены в Фармакопею КНР [ 1 3 , 1 4 ].

Многолетники G. scabra и G. triflora являются экономически важными растениями, поскольку широко используются в декоративном цветоводстве и фармакологии. В Японии история коммерческого культивирования этих видов насчитывает уже более 50 лет [15]. В России они широко распространены в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке. За пределами России эти виды встречается в Китае, Корее, Японии [16, 17]. В последние годы из-за интенсивного освоения лесных угодий, распахивания лугов, пастбищ и сеноковсов и т.д. наблюдается тенденция к сокращению численности популяций этих видов. Из-за чрезмерного сбора горечавок в Китае в 80-е годы XX века эти виды были включены в «Красную книгу» [18]. Однако в России G. scabra и G. triflora не охраняются.

Специальные исследования горечавковых Д а л ьнего Востока начаты сравнительно недавно, и поэтому литературные сведения об их биологических и экологических особенностях разрозненны и неполны [19–22]. Поскольку G . scabra и G . triflora являются важными лекарственными растениями, они активно используются в качестве источника сырья для фармакологии. В последние годы наметилась тенденция снижения объема заготовок природного материала по причине истощения запасов и плантационного выращивания. Следует отметить, что знание особенностей цветения и плодоношения горечавок в определенных условиях важно для повышения качества семян [23].

Цель исследования. Для успешного проведения скрещивания и получения высокопродуктивных сортов лекарственных растений важно знать их число хромосом, поскольку при существенных различиях по этому признаку между родительскими видами гибридные растения могут быть стерильными. В связи с этим целью работы было изучение возможности гибридизации растений G. scabra и G. triflora в условиях юга Приморского края России.

Объекты и методы исследования. Для приготовления препаратов G. sacabra и G. triflora использовали их корешки на корневище (рис. 1, а). Кончики корешков предварительно обрабатывали насыщенным раствором парадихлорбензола в течение 4–6 ч, после этого фиксировали их в течение более 2 ч смесью спирта и уксусной кислоты (96%-й спирт: ледяная кислота – 3:1), с последующей промывкой и хранением в 70%-м спирте, окрашивали карболфуксином и готовили давленные препараты стандартным способом.

Хромосомные числа определены на 10–15 метафазных пластинках. Гербарные экземпляры исследованных видов хранятся в гербарии института сельскохозяйнских ресурсов и окружающей среды Хэйлунцзянского университета. Для микрофотографирования использовали фотоаппарат Leica DM LB2.

Рис. 1. Развитое корневище с корешками (а) и изоляция цветков у Gentiana scabra (б)

Эксперименты по гибридизации выполняли в 2007 г. на коллекционном участке Ботанического сада-института (БСИ) ДВО РАН. Фенологические наблюдения показали, что в условиях Южного Приморья сроки цветения G . scabra и G . triflora совпадают в первой и второй декадах сентября, когда виды цветут одновременно на протяжении 20 дней. Это создает предпосылки для гибридизации как в искусственных условиях, так и в природе. Проводили кастрацию цветков у ряда видов горечавок до цветения, изоляцию цветков, после раскрытия рыльца пестика проводили опыление. Опыленные цветки изолировали бумажными пакетами (рис. 1, б).

Плоды собирали осенью, после высушивания их взвешивали, оценивая процент полных семян (семена считаются полными, если у них виден эндосперм).

Результаты исследования и их обсуждение . Наши исследования подтвердили, что G . scabra характеризуется числом хромосом 2n=26 [24, 25]. Число хромосом у G . triflora (также 2n=26) определено нами (рис. 2, б).

В ходе экспериментального скрещивания нами были получены семена горечавок гибридного происхождения G . triflora (♀) х G . scabra (♂) и G . scabra (♀) х G . triflora (♂). При этом в варианте G . triflora (♀) х G . scabra (♂) доля выполненных семян была достоверно больше, а плоды были крупнее по сравнению с вариантом G . scabra (♀) х G . triflora (♂) (табл.).

Мы полагаем, что в таком обширном роде, как Gentiana, межвидовая гибридизация возможна в двух случаях: благодаря деятельности селекционеров и в результате скрещивания в природе. В природе мы обнаружили переходное растение между G. triflora и G. scabra, которое сочетало в себе признаки этих видов. Для гибридизации в природе, вероятно, должны быть выполнены два условия: ареалы исходных видов должны граничить или частично совпадать и виды должны иметь достаточно близкое родство и соответствующее число хромосом. Гибридизация является важной движущей силой эволюции. Она способна создавать новые эволюционные линии путем обмена генетическим материалом между близкими видами и, таким образом, играет ключевую роль в адаптации к новым или экстремальным местообитаниям. В процессе видообразования наблюдается два типа гибридизации: гомоплоидия и полиплоидия. При первом типе формирование гибридного организма не сопровождается изменением числа родительских хромосом, тогда как при полиплоидии происходит их кратное увеличение в гибридном геноме (аллополиплоидия).

Рис. 2. Хромосомные наборы видов горечавок в меристеме корня: а – G. scabra (n=26); б – G. triflora

Доля выполненных семян и вес плодов, полученных после гибридизации

Сочетание	Доля выполненных семян в плоде, %	Коэффициент Стьюдента, t	Вес плода, г	Коэффициент Стьюдента, t
G . triflora (♀) х G . scabra (♂)	96,3±0,59	11,15*	0,087±0,004	15,25*
G . scabra (♀) х G . triflora (♂)	35,2±5,45		0,018±0,001

* – разница достоверна на 95%-м уровне при t≥2,1 (n=19).

Плоды и семена, полученные при искусственной гибридизации, в дальнейшем можно использовать как материал высокого качества для широкого введения этих лекарственных растений в культуру.

Таким образом, впервые для G. triflora установлено число хромосом 2n=26, которое совпадает с числом хромосом G. scabra и G. macrophylla. Успешная гибридизация между G. triflora и G. scabra может способствовать по лучению высокопродуктивных сортов.

Заключение. Подтверждено число хромосом у G. scabra (2n=26). Впервые определено число хромосом у G. triflora (2n=26).

В результате исследования было установлено, что в варианте G . triflora (♀) х G . scabra (♂) доля выполненных семян была больше и плоды крупнее по сравнению с вариантом G . scabra (♀) х G . triflora (♂).

Плодовитость гибрида G . triflora (♀) х G . scabra (♂) высокая, это свидетельствует о том, что между ними существует близкое родство.