Изучение кариологической изменчивости Allium hymenorhizum Ledeb. в условиях Южного Урала и Башкирского Предуралья

лука плевокорневищного у д. Богачево» [4], проводится контроль над его популяциями и работы по увеличению их численности и созданию искусственных популяций в местах естественного произрастания вида [1, 2, 4].

Для разработки мероприятий по охране A. hymenorhizum необходимо дальнейшее комплексное изучение этого вида, в том числе с применением методов кариологического анализа. Кариологические исследования A. hymenorhizum проводились на территории Памиро-Алая [5-7], Казахстана [8], Алтайского края [9, 10], Таджикистана [11]. На территории Южного Урала и Башкирского Предуралья кариологических исследований A. hymenorhizum до настоящего времени не проводилось, в связи с чем, они являются очень актуальными. Цель настоящей работы – изучение кариологической изменчивости A. hymenorhizum на примере популяций Южного Урала и Башкирского Предуралья.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал для исследования был собран в 2017 г. в интродукционном питомнике редких и исчезающих растений флоры Южного Урала Уфимского Института биологии, находящегося на территории Южно-Уральского ботанического сада-института (г. Уфа). Происхождение образцов: 1) РБ, Баймакский р-н, окр. д. Бахтига-реево (Южный Урал), интродуцирован живыми растениями в 2008 г.; 2) РБ, Благоварский р-н, окр. с. Новоконстантиновка (Башкирское Пред- уралье), интродуцирован живыми растениями в 2014 г. Далее образцы (популяции) для удобства называем по месту их происхождения (Бахтига-реево, Новоконстантиновка). Семена для карио-логических исследований были получены путем самоопыления и искусственного перекрестного опыления внутри каждой популяции с использованием изоляторов.

Кариологические исследования проводили на давленых микропрепаратах [12]. В качестве материала использовали меристематическую ткань кончиков корешков проростков семян. Семена проращивали при комнатной температуре в лабораторных условиях. По достижении корешками длины 10-15 мм их переносили в чашку Петри на фильтровальную бумагу, смоченную 0,2 %-ным раствором колхицина, где они находились 4-5 ч. Затем корешки промывали дистиллированной водой в течение 1-2-х минут, избыток влаги удаляли фильтровальной бумагой и фиксировали их в смеси спирт – уксусная кислота (3:1) в течение 24 ч. Окрашивание материала проводили в 1 %-ном водном растворе ацетогематоксилина в течение 2–2,5 ч в термостате при температуре 60°С. Давленые микропрепараты исследовали под микроскопом БИМАМ Р-13, с использованием объектива x40, окуляра x7, насадки x2,5. По каждой популяции исследовали 30 метафазных пластинок.

Кариологический анализ проводили по В.Д. Туркову с соавторами [13] . В результате исследований определяли числа хромосом, морфометрические параметры хромосом, а также морфометрические типы хромосом, согласно классификации В.Г. Грифа и Н.Д. Агаповой [14]. Для каждой хромосомы определяли следующие параметры: L^а – абсолютную длину хромосомы (сумма длин короткого и длинного плеча), мкм; I^c – центромерный индекс (отношение абсолютной длины короткого плеча хромосомы к абсолютной длине всей хромосомы), %; L^r – относительную длину хромосомы (отношение длины хромосомы к суммарной длине диплоидного набора хромосом), %; sc - локализацию вторичной перетяжки (отношение длины от центромеры до перетяжки к общей длине плеча) и частоту встречаемости вторичных перетяжек, %. Для каждой метафазной пластинки определяли: 2n – число хромосом на диплоидный набор; ∑L^a – суммарную длину диплоидного набора хромосом (сумма абсолютных длин всех хромосом диплоидного набора), мкм. По каждой паре хромосом находили средние значения и коэффициенты вариации всех морфометрических параметров.

Расчет основных статистических характеристик выполнен по стандартной методике, сравнение средних значений показателей проведено по критерию Стьюдента [15]. Степень варьирования изучаемых признаков определяли по шкале уровней изменчивости С.А. Мамаева [16]: очень низкий (CV<7 %), низкий (CV=8-12 %), средний (CV=13-20 %), повышенный (CV=21-30 %), высокий (CV=31-40 %), очень высокий (CV>40 %). Определяли коэффициенты вариации, характеризующие изменчивость: CV, % – по выборке, CVср, % – среднее значение коэффициентов вариации признаков во всех выборках (внутрипопуляционная изменчивость), CVМср, % – вычисленный по среднему значению признака (межпопуляционная изменчивость).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для A. hymenorhizum исследованных популяций установлено соматическое число хромосом 2n=16. Микрофотографии метафазных пластинок представлены на рисунке 1, примеры систематизированных хромосомных наборов представлены на рисунке 2.

В результате статистической обработки морфометрических параметров хромосом 30 метафазных пластинок каждой популяции установлено, что размеры хромосом в популяции Бахтигареево варьируют в пределах от 6,39±0,12 до 9,28±0,17 мкм, в популяции Новоконстанти-новка – от 6,05±0,15 до 9,24±0,21 мкм. Относительная длина хромосом в популяции Бахти-гареево варьирует от 5,18±0,03 до 7,52±0,04, в популяции Новоконстантиновка от 5,05±0,05 до 7,70±0,05. Центромерный индекс хромосом в популяции Бахтигареево варьирует от 39,73±0,80 до 46,44±0,32, в популяции Новоконстантинов-ка от 40,87±0,67 до 47,11±0,23 (табл. 1). Средняя суммарная длина диплоидного набора хромосом (2n) в популяции Бахтигареево составляет 123,37±3,17 мкм, в популяции Новоконстантов-ка – 119,92±3,91.

Также установлено, что 1-7 пары хромосом метацентрического типа (Iс>40), а 8 пара хромосом субметацентрического типа (30

Изменчивость кариологических показателей характеризуется очень низким, низким и средним значением коэффициента вариации. В обеих популяциях по абсолютной длине хромосом наблюдается средний коэффициент вариа-

a

б

в

г

Рис. 1. Микрофотографии метафазных пластинок Allium hymenorhizum : a, б – Бахтигареево; в, г – Новоконстантиновка. Масштабная линейка равна 10 мкм

)( К )( II   I) II ки и  »  (I  >i   II /I  IIII аб

Рис. 2. Хромосомные наборы Allium hymenorhizum: а – Бахтигареево; б – Новоконстантиновка. Масштабная линейка равна 4 мкм ции, по относительной длине хромосом - очень низкий и низкий коэффициент вариации, а по значению центромерного индекса хромосом – очень низкий, низкий и средний коэффициент вариации. По результатам исследования внутрипопуляционная изменчивость по всем морфометрическим параметрам хромосом превышает межпопуляционную (табл. 1, 2). Суммарная длина диплоидного набора хромосом в популяции Бахтигареево варьирует от 88,44 до

164,67 мкм, в популяции Новоконстантиновка – от 84,81 до 163,68 мкм, коэффициент вариации этого показателя в обеих популяциях имеет средний уровень изменчивости и составляет 14,06 % и 17,84 % соответственно.

Оценка различия популяций с использованием критерия Стьюдента показала, что значимые различия по относительной длине хромосом наблюдается по 1 и 8 парам, а по центромерному индексу по 5 паре хромосом,

Таблица 1. Морфометрические параметры хромосом Allium hymenorhizum

№ пары хромосом	Абсолютная длина (Lа), мкм		Относительная длина (Lr), %		Центромерный индекс (Ic), %
	M±m	CV, %	M±m	CV, %	M±m	CV, %
Бахтигареево
1	9,28±0,17	14,02	7,52±0,04	4,18	46,44±0,32	5,39
2	8,64±0,16	14,38	7,01±0,03	3,87	45,56±0,47	7,96
3	8,06±0,15	13,98	6,54±0,03	3,05	46,08±0,28	4,76
4	7,78±0,15	14,67	6,30±0,02	2,50	46,01±0,38	6,39
5	7,51±0,14	14,19	6,09±0,02	3,03	44,81±0,51	8,80
6	7,23±0,13	14,26	5,85±0,02	3,19	45,30±0,35	6,05
7	6,81±0,13	14,93	5,51±0,02	3,48	43,46±0,68	12,20
8	6,39±0,12	14,10	5,18±0,03	4,70	39,73±0,80	15,67
Новоконстантиновка
1	9,24±0,21	17,84	7,70±0,05	4,65	47,11±0,23	3,78
2	8,46±0,20	18,65	7,07±0,06	6,11	46,53±0,30	4,93
3	7,90±0,19	18,56	6,58±0,03	3,11	46,14±0,29	4,86
4	7,49±0,18	18,27	6,24±0,03	3,36	46,68±0,26	4,33
5	7,25±0,17	17,72	6,05±0,03	3,27	46,45±0,27	4,46
6	6,98±0,16	18,01	5,82±0,03	3,74	45,43±0,41	6,96
7	6,59±0,16	18,23	5,49±0,03	4,35	43,88±0,56	9,86
8	6,05±0,15	18,75	5,05±0,05	8,27	40,87±0,67	12,75

iiiiii

а                              б

Рис. 3. Идиограммы кариотипов Allium hymenorhizum: а - Бахтигареево; б - Новоконстантиновка. Масштабная линейка равна 1 мкм по абсолютной длине хромосом различия незначимы (табл. 3).

Полученные нами результаты показали, что число хромосом и структура кариотипа, исследуемых популяций, в целом, совпадают с описанием кариотипа этого вида, произрастающего в других частях ареала. Так, определенное нами число хромосом в исследуемых популяциях (2n=16) соответствует большинству проведен ных ранее исследований [5-7, 9, 10]. Исключением является популяция Заилийского Алатау, в которой выявлено число хромосом 2n=32 [8].

Длина отдельных хромосом и хромосомных наборов в исследованиях, проведенных другими авторами ранее несколько выше, чем в результатах, полученных нами, что может быть объяснено различиями в предобработке материала, которая могла повлиять на спирали-

Таблица 2. Изменчивость морфометрических показателей хромосом Allium hymenorhizum в исследуемых популяциях

Диапазоны варьирования и средние значения CV, % в сравниваемых популяциях				Внутри- и межпопуляционные средние значения CV, %
Бахтигареево		Новоконстантиновка		CV ср	CV мср
CV (min-max)	CV ср	CV (min-max)	CV ср
Абсолютная длина хромосом (Lа)
13,98-14,93	14,32	17,72-18,75	18,25	16,28	2,01
Относительная длина хромосом (L r )
2,50-4,70	3,50	3,11-8,27	4,61	4,05	0,00
Центромерный индекс хромосом (Iе)
4,76-15,67	8,40	3,78-12,75	6,49	7,44	1,12

Таблица 3. Результаты оценки различий исследованных популяций Allium hymenorhizum по морфометрическим параметрам хромосом

№ пары хромосом	Критерий Стьюдента t факт 1-2
	L3	Lr	Ic
1	0,142	2,927*	1,693
2	0,702	0,853	1,751
3	0,691	1,073	0,139
4	1,244	1,696	1,469
5	1,174	1,251	2,846*
6	1,186	0,955	0,234
7	1,083	0,485	0,471
8	1,823	2,135*	1,091