Генетичні відмінності в мінливості кількісних ознак шовковичного шовкопряда і дрозофіли під впливом фізичних факторів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. В. Н. Каразіна

Ронкіна Наталя Ісааківна

УДК: 575.16:591.3:595.773.4+595.787

Генетичні відмінності в мінливості кількісних ознак шовковичного шовкопряда і дрозофіли під впливом фізичних факторів

03.00.15 - генетика

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі генетики і цитології

Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор біологічних наук, професор,

заслужений діяч науки і техніки України

Шахбазов Валерій Гайович,

Харківський національний університет ім. В. Н.

Каразіна, завідувач кафедрою генетики та цитології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук,

Бондаренко Юрій Васильович,

Інститут птахівництва УААН,

завідувач відділом генетики птиці;

кандидат біологічних наук

Суханов Святослав Всеволодович,

Інститут шовківництва УААН, завідувач

лабораторією біотехнології і генетики.

Провідна установа: Київський національний університет ім.

Т. Г. Шевченка, кафедра генетики

і молекулярної біології.

Захист відбудеться 31 січня 2001 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради К 64.051.18 при Харківському національному

університеті ім. В. Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України за

адресою: 61077, м. Харків, м. Свободи, 4, ауд. ІІІ-15.

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці

Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна Міністерства

освіти і науки України за адресою: 61077, м. Харків, м. Свободи, 4.

Автореферат розісланий 28 грудня 2000.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук А. В. Некрасова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із підходів до розуміння закономірностей фенотипової реалізації генотипу є вивчення впливу різноманітних ендогенних і екзогенних чинників на характер успадкування онтогенетичної мінливості. До екзогенних чинників, спроможних викликати зміни різноманітних компонентів пристосованості, що успадковуються протягом декількох поколінь, відносяться, зокрема, мікрохвильове випромінювання, різноманітні температурні впливи (Шаламова, 1997, Shakhbazov et al., 1998, Суханов, 1999). Дані класичної генетики про вплив мікрохвильового випромінювання на генетичний апарат клітини доволі суперечні (Michaelson, 1980, Ионова и др., 1983, Garay-Vrhovac et al., 1990). В той же час з'явилися роботи, що вказують на важливу роль фізичних і хвильових властивостей ядерного геному в загальному механізмі функціонування генетичного апарата клітини (Шахбазов, 1989, 1991; Гаряев, 1994). Вплив мікрохвильового випромінювання, а також ряду інших фізико-хімічних і біологічних чинників на зміни біоелектричних властивостей клітинних ядер, дозволяє припустити, що в неспецифічному контролі функціональної активності ядерного геному важлива роль належить саме біоелектричним властивостям клітинних ядер (Ito, Louvenstein, 1965; Шахбазов и др., 1971, 1986, 1991, 1992, 1997; Шкорбатов, Шахбазов, 1982, 1992; Страшнюк и др., 1990, 1997; Аленіна, 2000). Зрозуміло, що вивчення біологічних ефектів мікрохвильових опромінень і температурних впливів, проведене на різних рівнях організації живих об'єктів, має як науковий, так і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота була виконана в рамках наукової тематики кафедри генетики і цитології Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України в межах теми “Вивчити генетичні та епігенетичні основи життєздатності та стійкості організмів, розробити методи визначення та підвищення цих властивостей для медицини і селекції” за № держреєстрації 0198 U 005753.

Мета і задачі дослідження. Поглиблення уявлень про роль заряду клітинних ядер в загальному механізмі функціонуванні генетичного апарата клітини. Вивчення генетичних відмінностей в мінливості кількісних ознак шовковичного шовкопряда і дрозофіли під впливом мікрохвильового опромінення і температури. Дослідження тривалості збереження біологічних ефектів від впливу низькоінтенсивного мікрохвильового опромінення на ранніх стадіях розвитку шовковичного шовкопряда.

Виходячи з загальної мети роботи, були поставлені наступні задачі:

1. Оцінити біологічні ефекти опромінення грени шовковичного шовкопряда хвилями НВЧ- і ЗВЧ-діапазонів по ряду показників плодючості і продуктивності шовковичного шовкопряда.

2. Оцінити тривалість збереження протягом онтогенезу й у наступних поколіннях біологічних ефектів, що виникають під впливом мікрохвильового опромінення на ранніх стадіях розвитку шовковичного шовкопряда.

3. Дослідити вплив мікрохвильового опромінення грени і температури інкубації лялечок на спроможність шовковичного шовкопряда до температурного партеногенезу.

4. Дослідити на прикладі дрозофіли вплив низькоінтенсивного мікрохвильового опромінення та температурних умов розвитку на електрокінетичні властивості клітинних ядер у зв'язку з іншими показниками загальної пристосованості.

5. Вивчити динаміку змін електрокінетичних властивостей ядер клітин шовковидільних залоз шовковичного шовкопряда в онтогенезі у зв'язку з відомими закономірностями змін метаболізму гусениць (шовковіддільної активності залоз, інтенсивності газообміну і титру екдізону в гемолімфі гусениць).

Наукова новизна отриманих результатів. У ході дисертаційної роботи вперше показана можливість успадкування змін ряду важливих кількісних ознак шовковичного шовкопряда, викликаних дією низькоінтенсивного мікрохвильового опромінення на ранніх стадіях онтогенезу.

Встановлено закономірні зміни показника електрофоретичної рухливості клітинних ядер в онтогенезі гусениць шовковичного шовкопряда, а також при голодуванні гусениць.

Виявлено зміни електрофоретичної рухливості клітинних ядер дрозофіли під впливом мікрохвильового опромінення і температури.

Проведене дослідження доповнює наші уявлення про роль заряду клітинних ядер у функціонуванні ядерного генома і вказує на можливість використання методу внутрішньоклітинного мікроелектрофорезу для оцінки впливу зовнішніх чинників на біологічні об'єкти.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати мають теоретичну цінність для розуміння природи тривалих модифікацій і механізмів дії електромагнітного випромінювання на живі об'єкти. Крім того, для важливого в господарському відношенні об'єкта, шовковичного шовкопряда, встановлено стимулюючі дози низькоінтенсивного мікрохвильового опромінення грени, що впливають на деякі показники плодючості і продуктивності об'єкта.

Результати проведених досліджень використовуються в подальшій науковій праці відділу генетики НДІ біології і кафедри генетики і цитології, а також у навчальному процесі кафедри генетики і цитології Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна.

Особистий внесок здобувача. Особиста участь у плануванні, підготовці і проведенні всіх експериментальних робіт, підготуванні матеріалів до публікації, формулюванні основних положень і висновків роботи. Дисертаційна робота написана аспірантом повністю самостійно.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації повідомленні на Ювілейній конференції, присвяченої 85-річчю біологічної станції Харківського державного університету (с. Гайдари, 1999), Міжнародній конференції студентів і молодих вчених, присвяченої 100-річчю генетики (Львів, 2000), Міжнародній конференції молодих вчених (Москва, 2000), Республіканської ентомологічної конференції, присвяченої 50-й річниці заснування Українського ентомологічного товариства (Ніжин, 2000).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 друкарських робіт, із них 3 статті в наукових журналах і 5 тез.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу і розділів: огляд літератури, об'єкти і методи досліджень, результати власних досліджень і їх обговорення, заключення, висновки та перелік цитованої літератури із 307 джерел. Обсяг дисертації 151 сторінка. Дисертація містить у собі 20 таблиць, 20 рисунків і 5 додатків із 9 таблиць.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Робота виконана на класичних об'єктах генетичних досліджень - шовковичному шовкопряді (Bombyx mori L.) i плодовій мушці (Drosophila melanogaster Meig.). Матеріалом були породи шовковичного шовкопряда Білококонна-1 поліпшена (Б-1 пол.), Білококонна-2 поліпшена (Б-2 пол.), Маргеланьска, Бухарська, партеноклон Р-29 і лінії дрозофіли Низькоактивна (НА), Високоактивна (ВА), vestigial (vg).

Інкубацію грени проводили при постійній температурі, вологість у термостаті підтримували за рахунок вільного випаровування води із розміщених всередині чашок Петрі. Грена контрольних і дослідних варіантів, а також отримані з неї гусениці, позначалися як генерація А1, грена і гусениці наступної генерації - А2 і А3. Згідно прийнятим в шовківництві методикам, враховували такі показники: вихід гусениць, %; середня маса кокона, г; середня маса оболонки кокона, г; плодючість імаго, штук яєць; заплідненість грени, %.

Генератором сигналів надвисоких частот (НВЧ) служив генератор високочастотний Г4 - 141 ( l = от 5 до 8 мм). В якості генератора сигналів зверхвисоких частот (ЗВЧ) використовувався прилад, сконструйований на кафедрі прикладної електродинаміки ХНУ (l = 1,6 см). Поверхнева цільність енергії в зоні розташування грени була порядку 10 мВт/см2.

Культури дрозофіли розвивалися в стандартному цукрово-дріжджовому середовищі в термостаті. Плодючість і життєздатність визначали, підраховуючи число нащадків однієї пари на стадії імаго. Терморезистентність визначали за допомогою методу термотестування (Шахбазов, 1966). Імаго дрозофіли у віці до 1 доби піддавали прогріву при температурі 41 оС протягом 20 хв. Показником термостійкості служив відсоток мух, що вижили після прогріву. Урахування проводили через 18 годин після прогріву.

Електрокінетичні властивості клітинних ядер визначали методом внутішньоклітинного мікроелектрофорезу, розробленим на кафедрі генетики і цитології Харківського державного університету (Шахбазов и др., 1966). У відпрепарованих слинних залозах личинок дрозофіли і шовковидільних залозах шовковичного шовкопряда підраховували відсоток електронегативних ядер (% ЕНЯ), що зміщувалися в електричному полі.

Математична обробка експериментальних даних проводилась згідно загальноприйнятим в біології методам варіаційної статистики і дисперсійного аналізу.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Реакція порід шовковичного шовкопряда на мікрохвильове опромінення

Мікрохвильове опромінення НВЧ- і ЗВЧ-діапазонів грени шовковичного шовкопряда порід Б-1 пол. и Б-2 пол. проводили на 4-у добу весняної інкубації. Експозиція НВЧ-опромінення грени складала 1,5; 5 і 20 хв., ЗВЧ-опромінення - 10; 20 і 30 хв. В результаті експерименту були отримані дані, що свідчать про високу чутливість ембріональної стадії шовковичного шовкопряда до дії низькоінтенсивного мікрохвильового опромінення. Дані про вплив мікрохвильового опромінення на рівень ембріональної життєздатності (показник виходу гусениць) шовковичного шовкопряда подані в табл. 1. З таблиці очевидно, що напрямок і інтенсивність реакції вищезгаданого показника на опромінення залежать як від генотипу особин, так і від параметрів опромінення.

Дослідження, які були проведені з метою виявити чутливість різних етапів ембріонального розвитку шовковичного шовкопряда до мікрохвильового опромінення показали, що внаслідок опромінення грени з 5 по 9 добу інкубації спостерігається тенденція до зниження відносно контролю відсотка виходу гусениць, а внаслідок опромінення з 10 по 12 добу інкубації - підвищення цього показника відносно контролю (рис. 1).

Дослідження впливу мікрохвильового опромінення грени на деякі показники продуктивності шовковичного шовкопряда були проведені з метою оцінки тривалості зберігання біологічних ефектів мікрохвильового опромінення в процесі онтогенетичного розвитку. Встановлено, що біологічний ефект від мікрохвильового опромінення шовковичного шовкопряда на ембріональної стадії зберігається протягом онтогенезу, що знаходить відображення в зміні таких показників продуктивності, як маса кокона (МК) і маса оболонки (МО) (рис. 2, 3).

З рисунків очевидно, що характер змін вищезгаданих показників продуктивності залежить як від генотипу особин, так і від параметрів опромінення. Максимальне збільшення показника МК (від 2,157 г до 2,227 (P<0,05)) у самок породи Б-2 пол. спостерігалося при ЗВЧ-опроміненні грени протягом 20 хв., а показника МО (від 0,362 г до 0,422 г (P<0,05)) - при НВЧ-опроміненні протягом 1,5 хв. У самців породи Б-2 пол. максимальне збільшення показників МК (від 1,666 г до 1,813 г (P<0,05)) відзначалося при НВЧ-опроміненні грени протягом 5 хв. і МО (від 0,323 г до 0,363 г (P<0,05)) - при ЗВЧ-опроміненні грени протягом 30 хв. Самки породи Б-1 пол. реагували зниженням показника МК на всі режими опромінення грени, що використовувалися в експерименті, але зміна показника МО була не такою однозначною, тобто спостерігалося збільшення показника МО від 0,377 г до 0,416 г (P<0,05) при НВЧ-опроміненні грени протягом 1,5 хв. і до 0,369 г (P<0,05) при НВЧ-опроміненні протягом 20 хв. Значення показника МК у самців породи Б-1 пол. збільшилися, а показника МО зменшилися при всіх режимах опромінення, що використовувалися в експерименті.

З метою вивчення тривалості збереження біологічних ефектів від впливу мікрохвильового випромінювання на грену шовковичного шовкопряда було поставлено чотири варіанта схрещування імаго А1 за схемою: “к х к”, “д х к”, “к х д” і “д х д”, де “к” - контроль, “д” - дослід. Біологічний ефект оцінювали по таких показниках плодючості як кількість відкладених самкою яєць, відсоток заплідненості грени і відсоток виходу гусениць. Аналіз отриманих даних показав, що напрямок і інтенсивність реакції шовковичного шовкопряда по даних показниках на мікрохвильове опромінення залежали як від параметрів опромінення, так і від генотипу особин (рис. 4, 5).

За результатами дослідів проводили двохфакторний дисперсійний аналіз, оцінюючи частку впливу (силу статистичного впливу) факторів “генотип” і “опромінення” у загальній сумі впливу факторів, що визначають розмір і різноманітність результативних ознак. Результати дисперсійного аналізу свідчать про те, що найбільш сильний вплив на показник заплідненості грени зробило мікрохвильове опромінення НВЧ-діапазону у варіанті схрещування “д х к”. Сила статистичного впливу даного фактора на показник заплідненості грени у вищезгаданому варіанті схрещування склала 13,8 % (P < 0,01). Варіювання показника виходу гусениць за фактором “генотип” виявилося значним і статистично вірогідним в усіх варіантах схрещування. Сила статистичного впливу НВЧ-опромінення грені на показник виходу гусениць в варіанті схрещування “д х д” склала 13,0 % (P < 0,001), ЗВЧ-опромінення - 17,0 % (P < 0,001).

Ефект тривалих модифікацій від мікрохвильового опромінення грени генерації А1 був отриманий при дослідженні спроможності до температурного партеногенезу грени шовковичного шовкопряду генерацій А2 і А3. Опромінення незаплідненої, термічно активованої за методом Б. Л. Астаурова (Астауров, 1940) грени порід Б-1 пол., Б-2 пол. і Р-29 у кількості не менш 1000 штук у кожному варіанті досліду проводили на 4-у добу інкубації. Експозиція НВЧ-опромінення сладала 1,5 і 5 хв., ЗВЧ-опромінення - 10 і 20 хв. Спроможність до партеногенезу грени генерацій А2 і А3 оцінювали за показником відсотка нормально пігментованих яєць, що характеризує початок розвитку зародка. Опромінення грени шовковичного шовкопряда генерації А1 у більшості варіантів досліду зробило значну модифікаційну дію на спроможність до температурного партеногенезу грени генерацій А2 і А3. Напрямок і інтенсивність реакції грени на мікрохвильове опромінення залежали від генотипу особин, довжини хвилі і тривалості впливу. Найбільш чутливою до дії мікрохвильового опромінення виявилася грена породи Б-1 пол. Ефект тривалих модифікацій по спроможності грени породи Б-1 пол. до температурного партеногенезу спостерігався в генераціях А2 і А3 після НВЧ-опромінення грени протягом 1,5 хв. Так, показник відсотка нормально пігментованих яєць у загальній масі незапліднених яєць, підданих температурній активації, збільшився на 26,3 % (P<0,05) в генерації А2 і на 14,0 % (P<0,05) в генерації А3.

Вплив температурних умов розвитку на деякі компоненти пристосованості дрозофіли і шовковичного шовкопряда

Динаміка змін термостійкості (ТС) Drosophila melanogaster лінії vestigial була простежена протягом 6-ти поколінь утримання мух в умовах температури, вище оптимальної (29 оС) (рис. 6).

В умовах підвищеної температури спостерігалося зниження показника термостійкості щодо контролю (25 оС) протягом перших чотирьох поколінь. У 5-ому - 6-ому поколіннях значення ТС особин із дослідного варіанту перевершили контрольні значення даного показника. В усіх контрольних і дослідних варіантах самки дрозофіли демонстрували більш високу ТС у порівнянні з самцями. Отримані в даному експерименті дані про зниження ТС особин, що утримувалися в умовах температури вище оптимальної, цілком узгоджуються з даними, отриманими В. Ю. Страшнюком з співавторами (Страшнюк и др., 1997) і не суперечать літературним даним про виробіток температурних адаптацій (“температурному загартуванню”) (Тихомирова, Беляцкая, 1985). Так, в експериментах на дрозофілі було переконливо встановлено, що “температурне загартування” особин відбувається протягом перших трьох діб від початку вильоту імаго. У нашому ж експерименті ТС особин вимірювали не пізніше, ніж через добу від початку вильоту імаго. Таким чином, “температурне загартування” відбутися не встигало, і ТС особин, що утримувались при температурі 29 оС, відбувалась нижче контрольної. Проте, вирівнювання значень ТС в дослідному і контрольному варіантах, яке спостерігалося починаючи з 5-го покоління, може свідчити про певну кумулятивну дію підвищеної температури в ряду поколінь до деякого порогового рівня з наступним виробітком адаптацій, або ж бути результатом дії добору по термостійкості.

Досліджували вплив підвищеної (29 оС) температури розвитку протягом шести поколінь на динаміку змін плодючості Drosophila melanogaster лінії vestigial, яку оцінювали по кількості нащадків на стадії імаго від однієї пари.

Крива, що відображає динаміку змін плодючості дрозофіли протягом 6-ти послідовних поколінь розвитку в умовах підвищеної температури (29 оС) і в нормі (25 оС), подана на рис. 7. Встановлено, що підвищена температура утримання негативно позначається на плодючості імаго дрозофіли. Значне зниження даного показника в порівнянні з контролем спостерігалося в 1-ому (на 68,5 % (P < 0,05)) і 3-ому (на 68,2 % (P < 0,05)) поколіннях. Починаючи з 4-го покоління, спостерігається тенденція до зниження розходжень між значеннями плодючості в дослідному і контрольному варіантах, що може бути наслідком температурних адаптацій або ж результату дії добору по термостійкості.

Вивчення впливу температури інкубації лялечок на спроможність грени до температурного партеногенезу проводили на породах шовковичного шовкопряда Б-1 пол., Б-2 пол., Бухарська і Маргеланьска. Інкубацію лялечок проводили в 3-х температурних режимах: оптимальному (24 оС), нижче оптимального (16 оС) і вище оптимального (29 оС). Термоактивацію незаплідненої грени проводили за методом Б. Л. Астаурова (Астауров, 1940). Спроможність до партеногенезу оцінювали за показником відсотка нормально пігментованих яєць, що характеризує початок розвитку зародка. Встановлено, що інкубація лялечок в умовах температури вище оптимальної, практично не впливає на спроможність до температурного партеногенезу грени досліджуваних порід. Інкубація лялечок в умовах температури нижче оптимальної, призводить до статистично вірогідного збільшення відносно контролю показника відсотка нормально пігментованих яєць у всіх досліджуваних порід: у породи Б-1 пол. - на 28,2 % (P <0,001), у породи Б-2 пол. - на 20,3 % (P < 0,001), у породи Бухарська - на 33,5 % (P < 0,001) і у породи Маргеланська - на 7,9 % (P < 0,01). Значне збільшення спроможності грени до температурного партеногенезу внаслідок зниження температури інкубації лялечок може бути своєрідною компенсацією на стадії яйця недостачі теплової суми в період метаморфозу.

Зміни електрокінетичних властивостей клітинних ядер шовковичного шовкопряда і дрозофіли під впливом фізичних і біологічних факторів

Динаміка змін показника % ЕНЯ в ядрах клітин слинних залоз 0-годинних передлялечок Drosophila melanogaster лінії vestigial простежена протягом 6-ти поколінь утримання мух в умовах температури вище оптимальної (29 оС) (рис. 8).

В усіх поколіннях, за винятком третього, показник % ЕНЯ виявився нижче у мух із дослідного варіанту (29 оС), ніж у контрольних особин (25 оС). Так, у самок дослідного варіанту зниження вищезгаданого показника склало в 1-ому поколінні 15,0 % (P > 0,05), в 2-ому - 27,7 % (P > 0,05), в 4-ому - 7,6 % (P > 0,05), в 5-ому - 72,6 % (P < 0,05) і в 6-ому - 42,2 % (P < 0,05). Зниження показника % ЕНЯ у самців із дослідного варіанту склало в 1-ому поколінні 16,1 % (P > 0,05), в 2-ому - 39,4 % (P > 0,05), в 5-ому - 35,8 % (P > 0,05) і в 6-ому - 33,9 % (P > 0,05), щодо контролю. В 3-ому поколінні мухи, що утримувались в умовах підвищеної температури, показали більш високі значення % ЕНЯ (самки - на 3,9 %, самці - на 39,3 % (P > 0,05)), ніж мухи, що утримувались при оптимальній температурі. Самки дрозофіли перевершували самців по показнику % ЕНЯ як при оптимальних температурних умовах, так і в умовах температури вище оптимальної.

Для з'ясування можливих механізмів дії низькоінтенсивного мікрохвильового опромінення на біологічні об'єкти було проведене дослідження впливу НВЧ-опромінення личинок дрозофіли на електрокінетичні властивості клітинних ядер слинних залоз дрозофіли ліній Низькоактивна (НА) і Високоактивна (ВА). Встановлено, що 1,5 хвилинне НВЧ опромінення знижує показник % ЕНЯ у 0-годинних передлялечок дрозофіли, причому ступінь модифікуючої дії даного чинника в значної мірі залежить від вихідного рівня життєздатності об'єктів - чим нижче вихідний рівень, тим більш значиме зниження показника % ЕНЯ спостерігається після опромінення.

Вимір % ЕНЯ в клітинах шовковидільних залоз шовковичного шовкопряда проводили на 8-у добу гусеничного розвитку в нормі і після голодування гусениць протягом доби. Встановлено, що в голодуючих гусениць значення показника % ЕНЯ в клітинах шовковидільних залоз нижче, ніж у контролі. При напруженості електричного поля 9 V/см зниження даного показника склало 8,59 % (P>0,05), при 12 V/см - 10,55 % (P<0,05), при 15 V/см - 9,93 % (P<0,05).

Вивчення онтогенетичних змін електрофоретичної рухливості клітинних ядер шовковидільних залоз шовковичного шовкопряда проводили з 3-ого по 8-ий день розвитку гусениць, включаючи линяння з 1-го на 2-ий вік. У кожному варіанті досліду було переглянуто по 10 залоз. Крива онтогенетичних змін показника % ЕНЯ в клітинах шовковидільних залоз зображена на рис. 9. Перший максимум електрофоретичної рухливості ядер спостерігається на 5-у добу розвитку гусениць, тобто безпосередньо перед линянням гусениць із 1-го на 2-ий вік. В експериментах на шовковичному шовкопряді встановлено, що інтенсивність газообміну, який відображає у відомій мірі напрямок метаболізму, під час линяння з 1-го на 2-ий вік, має V-подібний характер з максимальним спадом у першій половині линяння (Дусанбаева, 1969). Крива онтогенетичних змін електрофоретичної рухливості клітинних ядер шовковидільних залоз шовковичного шовкопряда під час линяння з 1-го на 2-ий вік також має V-подібний характер. Відомо, що в періоди перед линянням спостерігається значне збільшення активності шовковидільних залоз шовковичного шовкопряда.

Встановлено, що в періоди перед линянням і метаморфозами титр екдизону в гемолімфі комах збільшується (Ashburner, 1967; Richards, 1981). В експериментах на дрозофілі було встановлено, що максимуми електрофоретичної рухливості клітинних ядер відповідають максимальним значенням титру екдизону в гемолімфі личинок і випадають на періоди розвитку, у які відбуваються переключення генної активності в політенних хромосомах (Страшнюк, 1988). Таким чином, пік електрофоретичної рухливості клітинних ядер, що спостерігається в шовковичного шовкопряда перед линянням, можна розглядати як підтвердження важливої ролі біоелектричного заряду ядер у механізмі, за допомогою якого гормони здійснюють свою регулюючу дію на реалізацію генетичної програми індивідуального розвитку комах. Збільшення електрофоретичної рухливості ядер у клітинах шовковидільних залоз гусениць 2-го віку в порівнянні з гусеницями 1-го віку може бути пов'язане зі збільшенням ступеня політенії хромосом (Бродский, Урываева, 1981; Жимулев, 1992) і як наслідок - зростанням “електроємності” клітинних ядер (Шахбазов, 1970; Страшнюк, 1997).

ВИСНОВКИ

1. На модельних об'єктах (Bombyx mori L. і Drosophila melanogaster Meig.) проведене вивчення модифікаційної мінливості ряду кількісних ознак, що викликається зовнішніми фізичними чинниками (мікрохвильовим опроміненням і температурою), а також змін біоелектричних властивостей клітинних ядер, що відбуваються при цьому.

2. Показано, що ембріональна стадія шовковичного шовкопряда чутлива до дії мікрохвиль ЗВЧ- і НВЧ-діапазонів. Встановлено стимулюючі і пригнічуючі дози мікрохвильового опромінення грени, що впливають на ембріональну життєздатність шовковичного шовкопряда. Напрямок і інтенсивність реакції на мікрохвильове опромінення залежать як від генотипу особин, так і від параметрів опромінення.

3. Біологічний ефект від впливу мікрохвильового випромінювання на грену шовковичного шовкопряда зберігається протягом онтогенезу, що знаходить відображення в зміні деяких показників продуктивності і плодючості об'єкта.

4. Біологічний ефект від мікрохвильового опромінення грени в деяких випадках переноситься на нащадків першого покоління, що призводить до зміни рівня їх ембріональної життєздатності.

5. Виявлено стимулюючі і пригнічуючі дози мікрохвильового опромінення грени, що впливають на ефективність температурного партеногенезу. Збереження біологічних ефектів від мікрохвильового опромінення грени протягом двох партеногенетичних поколінь дозволяє віднести їх до розряду тривалих модифікацій.

6. Інкубація лялечок шовковичного шовкопряда в умовах температури нижче оптимальної (16 оС), призводить до значного збільшення спроможності грени до температурного партеногенезу.

7. Встановлено, що 1,5-хвилинне НВЧ-опромінення 0-годинних передлялечок дрозофіли знижує показник % ЕНЯ, причому ступінь модифікуючої дії даного чинника в значної мірі залежить від вихідного рівня життєздатності об'єктів.

8. Розвиток Drososphila melanogaster в умовах температури вище оптимальної (29 оС), призводить до зниження, щодо контролю, показників термостійкості, плодючості і % ЕНЯ протягом перших 4-х поколінь. У 5-ому - 6-ому поколіннях значення ТС і плодючості у мух, що утримуються в умовах підвищеної температури повертаються до своїх контрольних значень.

9. Пік електрофоретичної рухливості ядер в клітинах шовковидільних залоз шовковичного шовкопряда спостерігається безпосередньо перед линянням - у період зростання рівня екдизона в гемолімфі гусениць, піком інтенсивності газообміну і максимальним рівнем активності шовковидільних залоз. Зростання електрофоретичної рухливості ядер у клітинах шовковидільних залоз гусениць 2-го віку відносно гусениць 1-го віку відбувається паралельно зростанню ступеня політенії хромосом. Значення показника % ЕНЯ в клітинах шовковидільних залоз у голодуючих гусениць нижче ніж у контролі.

10. Проведене дослідження вказує на можливу роль змін електричних властивостей ядерного геному під впливом як зовнішніх, так і внутрішніх факторів у прояві ряду адаптивно важливих кількісних ознак, а також у регуляції онтогенетичної програми розвитку.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Ронкина Н. И., Шахбазов В. Г. Влияние температуры на некоторые показатели модификационной изменчивости Drosophila melanogaster Meig. // Известия Харьковского энтомологического общества. - 1999. - Т. 7, вып. 1. - С. 132-136.

Ронкина Н. И., Чепель Л. М., Шахбазов В. Г. Влияние электромагнитных полей СВЧ и КВЧ-диапазонов на способность к температурному партеногенезу пород и партеноклона тутового шелкопряда (Bombix mori L.) // Известия Харьковского энтомологического общества. - 1999. - Т. 7, вып. 2. - С. 145-147.

Ронкина Н. И., Чепель Л. М., Шахбазов В. Г., Сиренко С. П. Реакция двух пород тутового шелкопряда на микроволновое облучение // Фотобиология и фотомедицина. - 2000. - Т. III, № 3. - С. 52-55.

Ронкина Н. И., Чепель Л. М., Шахбазов В. Г. Влияние электромагнитных полей полей СВЧ- и КВЧ-диапазонов на способность к температурному партеногенезу пород и партеноклона тутового шелкопряда // Матер. Междунар. конф. студентов и аспирантов по фундамент. наукам, “Ломоносов-2000”. - Москва: МГУ. - 2000. - Вып. 4. - С. 60-61.

Ronkina N. I., Chepel L. M., Shachbazov V. G. Study of effects of microwave exposure on silkworm eggs // Conference on genetics and molecular biology for students and young scientists devoted to 100th anniversary of genetics (20-22 апреля 2000, Lviv, Ukraine). Abstract book. - Lviv. - 2000. - C. 123.

Ронкина Н. И., Бадрадинов Я. Р., Бадрадинова И. В., Чепель Л. М., Шахбазов В. Г. Влияние фенотипических факторов на эффективность термоактивации грены пород и гибридов шелкопряда (Bombyx mori L.) // Юбилейн. конф., посвящ. 85-летию биологической станции Харьковского гос. ун-та. “Биологические исследования на природоохранных территориях и биологических стационарах” (16-19 сентября, 1999, с. Гайдары). Тезисы докладов. -Харьков. - 1999. - С.108-109.

Шахбазов В. Г., Чепель Л. М., Григорьева Н. Н., Шаламова О. А., Сиренко С. П., Ронкина Н. И. Реактивность разных видов и генотипов шелкопрядов на действие некоторых физических факторов // Юбилейная конф., посвящ. 85-летию биологической станции Харьковского гос. ун-та. “Биологические исследования на природоохранных территориях и биологических стационарах” (16-19 сентября, 1999, с. Гайдары). Тезисы докладов. - Харьков. - 1999. - С. 133.

Ронкина Н. И., Бадрадинов Я. Р., Леонова И. С., Белоусова И. Б., Салов А. В. Влияние электромагнитных полей на способность к температурному партеногенезу тутового шелкопряда (Bombix mori L.) // Республ. ентомологічна конф., присвяч. 50-й річниці заснування Українського ентомологічного товариства (19-23 серпня 2000 р., м. Ніжин). Тези доповідей. - Ніжин. - 2000. - С. 112.

АНОТАЦІЯ

Ронкіна Н. І. Генетичні відмінності в мінливості кількісних ознак шовковичного шовкопряда і дрозофіли під впливом фізичних факторів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 00.03.15 - генетика. - Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, Харків, 2000.

Дисертація присвячена вивченню на модельних об'єктах Bombyx mori L. i Drosophila melanogaster Meig. генетичних відмінностей в мінливості ряду кількісних ознак під впливом мікрохвильового опромінення і температури, а також змін біоелектричних властивостей клітинних ядер об'єктів, що відбуваються при цьому. Проведене дослідження доповнює наші уявлення про роль заряду клітинних ядер у функціонуванні ядерного геному і вказують на можливість використання методу внутрішньоклітинного мікроелектрофорезу для оцінки впливу зовнішніх чинників на біологічні об'єкти.

Ключові слова: шовковичний шовкопряд, дрозофіла, біоелектричні властивості клітинних ядер, внутрішньоклітинний мікроелектрофорез, мікрохвильове опромінення.

генетичний відмінність мікрохвильовий опромінення

АННОТАЦИЯ

Ронкина Н. И. Генетические различия в изменчивости количественных признаков тутового шелкопряда и дрозофилы под влиянием физических факторов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. - Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена изучению на модельных объектах Drosophila melanogaster Meig. и Bombyx mori L. генетических различий в изменчивости ряда количественных признаков под влиянием микроволнового облучения и температуры, а также происходящих при этом изменений биоэлектрических свойств клеточных ядер.

Показано, что эмбриональная стадия тутового шелкопряда чувствительна к действию микроволн СВЧ- и КВЧ-диапазонов. Выявлены стимулирующие и угнетающие дозы микроволнового облучения грены, влияющие на уровень эмбриональной жизнеспособности тутового шелкопряда. Установлено, что направленность и интенсивность реакции на микроволновое облучение зависят как от генотипа особей, так и от параметров облучения.

Обнаружено, что биологический эффект от воздействия микроволнового облучения на грену тутового шелкопряда сохраняется на протяжении онтогенеза, что находит отражение в изменении ряда показателей продуктивности и плодовитости объекта.

Биологический эффект от микроволнового облучения грены в некоторых случаях переносится на потомство первого поколения, что приводит к изменению уровня его эмбриональной жизнеспособности.

Исследование влияния микроволнового облучения грены на эффективность температурного партеногенеза показало, что биологический эффект от воздействия микроволнового излучения на грену тутового шелкопряда сохраняется при получении партеногенетического потомства в двух последующих поколениях и, т. о., может быть отнесен к разряду длительных модификаций. Обнаружение после микроволнового облучения грены пролонгированного эффекта по ряду признаков, как на протяжении онтогенеза, так и в следующем поколении, позволяет предположить, что в реализации этого эффекта задействован генетический либо эпигенетический аппарат клеток развивающегося организма.

Исследование влияния температуры инкубации куколок тутового шелкопряда на способность грены к температурному партеногенезу показало, что инкубация куколок в условиях температуры ниже оптимальной (16 оС), приводит к значительному увеличению способности грены к температурному партеногенезу, что может являться своеобразной компенсацией на стадии яйца недостатка тепловой суммы в период метаморфоза.

Изучение влияния температурных условий развития на некоторые компоненты приспособленности Drosophila melanogaster выявило значительное модифицирующее действие исследуемого фактора по показателям теплоустойчивости, плодовитости и биоэлектрической активности клеточных ядер.

Для выяснения возможных механизмов действия низкоинтенсивного микроволнового облучения на биологические объекты было проведено исследование влияния облучения на электрокинетические свойства клеточных ядер дрозофилы. Установлено, что 1,5-минутное КВЧ-облучение снижает электрофоретическую подвижность ядер в клетках слюнных желез 0-часовых предкуколок дрозофилы. Степень модифицирующего действия данного фактора в значительной мере зависит от исходного уровня жизнеспособности объектов - чем ниже исходный уровень, тем более значительное снижение исследуемого показателя наблюдается после облучения.

Изучение онтогенетических изменений биоэлектрических свойств клеточных ядер шелкоотделительных желез тутового шелкопряда показало, что пик электрофоретической подвижности клеточных ядер наблюдается у гусениц непосредственно перед линькой - в период увеличения активности шелкоотделительной железы, пиком интенсивности газообмена и уровня экдизона в гемолимфе гусениц. У гусениц 2-го возраста электрофоретическая подвижность ядер клеток шелкоотделительных желез выше, чем у гусениц 1-го возраста, что вероятно связано с увеличением степени политении хромосом и, как следствие, - увеличением “электроемкости” клеточных ядер. У голодающих гусениц значения электрофоретической подвижности клеточных ядер ниже, чем в контроле.

Проведенное исследование указывает на возможную роль изменений электрических свойств ядерного генома под влиянием как внешних, так и внутренних факторов в проявлении ряда адаптивно важных признаков, а также в регуляции онтогенетической программы развития насекомых.

Ключевые слова: тутовый шелкопряд, дрозофила, биоэлектрические свойства клеточных ядер, внутриклеточный микроэлектрофорез, микроволновое облучение.

ANNOTATION

Ronkina N. І. Genetic differences in variability of quantitative traits of silkworm and fruit fly under influence of the physical factors. - Manuscript.

Thesis for a Candidate's of Biological Sciences degree by speciality 03.00.15 - genetics. - V. N. Karazin National University of Kharkov, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkov, 2000.

Dissertation is devoted to the problems of genetic differences in variability of quantitative traits in Bombyx mori L. and Drosophila melanogaster Meig. under microwave and temperature influences and changing of bioelectrical properties of cell nuclei that occur at the time. Role of genotype and exposition components in determination of quantitative traits connected to production and reproduction was studied. It was found that treatment on the early stages of ontogenesis results in changing of mentioned traits. This research supplements our representations about a role of a cell nuclei charge in functioning of nuclear genome and specifies an opportunity of using of a intracellular microelectrophoresis method for an estimation of the external factors influence on biological objects.

Key words: silkworm, fruit fly, bioelectrical properties of cell nuclei, intracellular microelectrophoresis, microwave irradiation.

Размещено на Allbest.ru