Морфолого-анатомічні та біологічні особливості трансгеномних рослин родини Solanaceae JuSS

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

03.00.05 - Ботаніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Морфолого-анатомічні та біологічні особливості трансгеномних рослин родини Solanaceae JuSS

Шевченко Валентина Григорівна

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Національному педагогічному університеті імені М.П. Драгоманова Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор біологічних наук, професор

Сікура Йосип Йосипович

Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України,

головний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук

Федорончук Микола Михайлович

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного

НАН України, провідний науковий співробітник

доктор біологічних наук, професор

Левенко Борис Олексійович

Національний ботанічний сад

імені М.М. Гришка НАН України, провідний науковий співробітник

Захист дисертації відбудеться „23” вересня 2008 року о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.14 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03127, м. Київ, просп. акад. Глушкова, 2, корпус 12, біологічний факультет, ауд. 433

Поштова адреса: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 64

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 58

Автореферат розіслано „_21_” серпня 2008 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат біологічних наук О.В.Молчанець

Загальна характеристика роботи

Серед представників родини Solanaceae Juss. важливе місце за економічним значенням займає рід Nicotiana L. Так, Nicotiana tabacum L. культивують в 84 країнах світу, які розташовані у різних географічних широтах, на площі близько 3,5 млн. га. На території України тютюн справжній вирощують у певних областях зі строкатими ґрунтово-кліматичними умовами і це потребує створення сортів з великою різноманітністю біологічних особливостей, які дозволяють рослинам найкраще адаптуватися до конкретних умов.

Виведення сортів методами традиційної селекції - довготривалий процес, а створені впродовж 1980-1992 рр. сорти тютюну методами традиційної селекції перестали відповідати вимогам виробництва, в зв'язку з чим виникла нагальна потреба у залученні нових методів для створення продуктивних сортів.

Одним з таких методів є соматична гібридизація клітин, що ґрунтується на процесі штучного злиття ізольованих протопластів соматичних клітин. Це нестатева гібридизація, яка відрізняється від статевої цілою низкою важливих особливостей, пов'язаних з характером інтеграції й успадкування ядерних і цитоплазматичних генів, а саме можливістю конструювання гібридних рослин із новим набором ядерних і цитоплазматичних генів, перспективою схрещування філогенетично віддалених таксонів, які не можливо схрещувати звичайним статевим шляхом, в результаті чого з'являються перспективи подолання бар'єру несхрещуваності.

Такі соматичні гібриди роду Nicotiana L. були створені в лабораторії відділу генетичної інженерії Інституту клітинної біології та генетичної інженерії НАН України. Генетичні зміни одержаних цибридів детально досліджені науковцями-генетиками, а от зміни їхніх морфологічних і анатомічних ознак та еколого-біологічних особливостей практично не досліджуються, хоча, безумовно, мають важливе значення для розуміння питань росту і розвитку рослин. З огляду на це, актуальним є дослідження морфолого-анатомічних та еколого-біологічних особливостей цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. з перерахованих вище напрямів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі ботаніки Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова (НПУ) за темами науково-дослідних робіт “Вивчення біологічних, біохімічних, цитостатичних та антибактеріальних властивостей лікарських рослин України” (1996-2000 рр.) та „Агротехнічні прийоми первинної культури багаторічних лікарських рослин” (реєстраційний код 0198U001680).

Мета і завдання дослідження. Встановлення морфолого-анатомічних і еколого-біологічних особливостей цитоплазматичних гібридів на прикладі модельних об'єктів у комбінації Nicotiana tabacum L. із цитоплазмою Scopolia carniolica Jacq., N. tabacum із цитоплазмою Hyoscyamus aureus L., N. tabacum із цитоплазмою H. niger L., отриманих в результаті віддаленої соматичної гібридизації і порівняння з вихідною формою Nicotiana tabacum L. сорту Wisconsin 38.

Для досягнення мети були поставлені такі завдання:

Дослідити на біостанції НПУ імені М.П. Драгоманова особливості індивідуального розвитку цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. різної модифікації.

Встановити еколого-біологічні особливості соматичних гібридів родини Solanaceae Juss. tabacum трансгеномний цибрид

Провести морфолого-анатомічні дослідження цибридів роду Nicotiana L.

Проаналізувати виявлені морфолого-анатомічні та біологічні відмінності між цибридами Nicotiana tabacum L. та вихідною формою N. tabacum сорту Wisconsin 38.

З'ясувати перспективи використання цибридів Nicotiana tabacum L.

Об'єкт дослідження - Nicotiana tabacum L. сорт Wisconsin 38; цитоплазматичні гібриди у комбінації N. tabacum із цитоплазмою Scopolia carniolica Jacq., N. tabacum із цитоплазмою Hyoscyamus aureus L., N. tabacum із цитоплазмою H. niger L.

Предмет дослідження - морфогенез, онтогенез, біологія, перспективи використання.

Методи дослідження - порівняльно-морфологічні, анатомічні, біометричні, методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше досліджено характер та особливості вікових змін в онтогенезі цитоплазматичних гібридів комбінації N. tabacum + S. carniolica, N. tabacum + H. aureus, N. tabacum + H. niger. Проаналізовано ступінь відновлення форми в процесі морфогенезу у цибридів N. tabacum при таких порушеннях геному, які відбулись після введення в протопласт клітини чужорідних цитоплазматичних генів.

Одержано дані з біоекологічних особливостей цитоплазматичних гібридів N. tabacum. Вперше вивчено ритми росту і розвитку соматичних гібридів N. tabacum, а також особливості біології цвітіння і плодоношення.

Встановлено відмінності у морфологічній і анатомічній будові кореневої системи і надземних органів цитоплазматичних гібридів N. tabacum на основі морфолого-анатомічних досліджень.

Проаналізовано ступінь відхилення від вихідної форми N. tabacum таких ознак цитоплазматичних гібридів, як висота, діаметр надземної частини рослини, периметр базальної частини стебла, довжина листків, кількість бічних пагонів, кількість парціальних суцвіть на головному суцвітті та суцвітті 1-го бічного пагона.

Практичне значення отриманих результатів. Результати біологічних і морфолого-анатомічних досліджень будуть використані фахівцями з Інституту клітинної біології та генетичної інженерії НАН України для більш повного аналізу впливу чужорідних цитоплазматичних генів на рослинні організми.

Запропоновано перспективи застосування цитоплазматичних гібридів різних модифікацій в селекційно-генетичній роботі.

Отримані результати стосовно успадкування нових ознак, які виникли внаслідок віддаленої соматичної гібридизації, становлять інтерес для морфолого-анатомічних, біохімічних, генетичних, біотехнологічних та селекційних досліджень.

На основі результатів фенологічних спостережень 1998-2002 рр. складені феноспектри сезонного розвитку об'єктів дослідження.

Матеріали дисертації використовуються у навчальному процесі в курсах „Ботаніка”, „Екологічні біотехнології”, що читаються в Інституті природничо-географічної освіти та екології Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана автором і є самостійним дослідженням. Автором опрацьовано літературу, проведено стаціонарні, лабораторні та польові дослідження. Самостійно проаналізовано та узагальнено експериментальні дані, теоретично обґрунтовано отриману наукову інформацію. Результати досліджень відображено в дисертації та наукових працях, де права співавторів не порушено.

Наукові положення, які виносяться на захист, отримані самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на міжнародних конференціях: „Онтогенез рослин в природному та трансформованому середовищі” (Львів, 1998); науково-практичній конференції „Геоэкологические и биоэкологиические проблемы Северного Причерноморья” (Тирасполь, 2001); другій науковій конференції студентів і аспірантів „Молодь та поступ біології” (Львів, 2006); третій науковій конференції „Фактори експериментальної еволюції організмів” (Алушта, 2006); „Навашинські читання” (Київ, 2007), на всеукраїнських: наукових читаннях, присвячених пам'яті академіка М. М. Гришка (Полтава, 2001); конференції молодих вчених „Біорізноманіття як ключовий елемент збалансованого розвитку: регіональний аспект” (Миколаїв, 2003), а також на IX з'їзді Українського ботанічного товариства (Харків, 2001); ХІІ з'їзді Українського ботанічного товариства (Одеса, 2006); науково-практичній конференції „Наукові та методичні основи викладання біологічних дисциплін у педагогічних вищих навчальних закладах України” (Київ, 2006); звітно-наукових конференціях викладачів та аспірантів Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова (Київ, 2003-2008); на засіданнях кафедри ботаніки НПУ імені М.П. Драгоманова.

Публікації. Основні матеріали дисертації викладені у 18 наукових працях, з них 8 наукових статей опубліковано у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел і 3-х додатків. Матеріали дисертації викладено на 179 сторінках машинопису. Робота містить 15 таблиць та 36 рисунків. У списку використаних джерел наведено 235 публікацій, з яких 111 - іноземними мовами.

Подяки. Автор висловлює щиру подяку професору Й.Й. Сікурі за підтримку і допомогу під час виконання роботи. Науковому співробітнику М.К. Зубку за надані зразки насіння цитоплазматичних гібридів, за натхнення і цінні поради. За увагу, слушні зауваження і поради під час підготовки та оформлення рукопису автор висловлює глибоку подяку проф. С.С. Морозюк, доц. Г.П. Мегалінській, доц. Царенко О.М., доц. В.А. Баданіній, с.н.с. В.А. Рудасу.

Основний зміст роботи

ІСТОРІЯ СТВОРЕННЯ І ВИВЧЕННЯ ЦИТОПЛАЗМАТИЧНИХ ГІБРИДІВ

Переваги соматичної гібридизації рослин. Вперше в світі нестатевий міжвидовий гібрид Nicotiana glauca R. Grah. + N. langsdorffii Schrank отримали P. Carlson зі співробітниками (1972). Після того вченими сконструйовано функціональні міжвидові та міжродові цибриди серед інших представників родів Nicotiana L. (Zelcer et al., 1978; Aviv, Galun 1980; Sidorov et al., 1981; Ємець, 1995), Solanum L. (Сидоров и др., 1989; Perl et al., 1990; Евтушенко, 1995; Матвеева и др., 2007), Lycopersicon Mill. (Завгродня, 1995), Brassica L. (Pelletier et al., 1983; Morgan, Maliga, 1987), Daucus L.(Ichikawa et al., 1987; Tanno-suenaga et al., 1988), Medicago L. (Кучук и др., 1991), Citrus L.(Vardi et al., 1987, 1989).

Внутрішньовидові гібриди Nicotiana tabacum L. першими отримали G. Melchers et al. (1974), T. Kameya (1975), Yu. Gleba (1978).

Розробкою прийомів отримання гібридних клітин шляхом злиття соматичних клітин і подальшою регенерацією із них цілих гібридних рослин займались Ю.Ю. Глеба, К.М. Ситник (1984); Ю.Ю. Глеба, М.К. Зубко (1988). Отримання морфологічно досконалих фертильних віддалених гібридів є досить складним процесом.

Цитоплазматичні гібриди серед філогенетично віддалених видів. Однією з перших робіт із соматичної гібридизації віддалених видів була праця зі створення міжродинних гібридів Glycine max Merr. + Nicotiana glauca (Kao, 1977). Хоча робота вчених і увінчалася успіхом, проте отримані міжродинні гібриди спромоглися культивувати тільки у вигляді клонів, оскільки подальший процес морфогенезу не відбувався.

Міжродові гібриди між таксонами родини Solanaceae Juss. отримали G. Melchers et al.(1978, 1982, 1992), C. Krumbiegel, O. Schieder (1979), Yu. Gleba et al. (1982, 1983, 1985, 1986), В.П. Момот та ін. (1982), J. Shepard et al. (1983), I. Kanevsky et al. (1986), М.В. Скаржинская и др. (1982, 1983), I. Potrikus et al. (1984), В.А. Сидоров (1989), Е.Л. Бабийчук и др. (1990), E. Jacobsen et al. (1992), А.І. Ємець, (1995), M. Zubko (2001, 2002, 2003), Н.А. Матвеева и др. (2007).

Аналіз літературних даних дає підстави вважати, що з генетичної та цитологічної точок зору цитоплазматичні гібриди вивчені досить детально. Водночас відомості щодо морфологічних, анатомічних, біологічних особливостей цитоплазматичних гібридів обмежені. Наукових повідомлень про детальні дослідження в цих напрямках нами не знайдено.

УМОВИ, ОБ'ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Природно-кліматичні умови району досліджень. Оскільки об'єкти дослідження вирощувались на біостанції НПУ імені М.П. Драгоманова, що розташована у м. Києві, в роботі наведена коротка фізико-географічна характеристика цієї території.

Об'єкти та методи досліджень. для біологічних досліджень були відібрані асиметричні цитоплазматичні гібриди, які мали ядерний генетичний матеріал реципієнта, пластиди донора і гібридні мітохондрії. Асиметричність гібридів встановлена цитологічно і біохімічно. Цибриди відрізнялись за ростовими характеристиками і мали суттєві фенотипові відмінності як в межах кожної комбінації, так і між різними комбінаціями видів, а саме: Nicotiana tabacum L. сорт Wisconsin 38; цитоплазматичні гібриди у комбінації N. tabacum із цитоплазмою Scopolia carniolica Jacq. (4 представники: N. tabacum (+ S. carniolica) x W3, N. tabacum (+ S. carniolica) x W4, N. tabacum (+ S. carniolica) x W5, N. tabacum (+ S. carniolica) x SR11 x W4), N. tabacum із цитоплазмою Hyoscyamus aureus L. (1 представник: N. tabacum (+ H. aureus) self-fertile), N. tabacum із цитоплазмою H. niger L. (4 представники: N. tabacum (+ H .niger) х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3a х W2). Насіння даних об'єктів люб'язно надано науковим співробітником відділу генетичної інженерії інституту клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, кандидатом біологічних наук М.К. Зубко.

Основні дослідження проводили протягом 1998-2002 рр. В польових умовах здійснювали дослідження при дотриманні основних методичних вимог за Б.О. Доспєховим (1985). Фенологічні спостереження, як метод комплексної оцінки сезонного розвитку досліджуваних рослин, проводили за “Методикой фенологических наблюдений в ботанических садах СССР” (1979).

Онтогенез вивчали, застосовуючи монографічну схему опису виду, запропоновану Й.Й. Сікурою і Л.П. Сиріцею (1990). Морфологічний опис рослин здійснювали відповідно з розробками З.Т. Артюшенко, О.О. Федорова, М.Є. Кірпічнікова (Федоров, Кирпичников, Артюшенко, 1962; Федоров, Артюшенко 1975, 1979; Артюшенко, Федоров, 1986). Розрахунок динаміки алометричних змін, а також нормованого відхилення від ознак стандарту та коефіцієнтів дивергенції проводили за методиками І.В. Карманової (1976), Ю.Є. Єгорова (1974), В.М. Шмідта (1984). Рівень життєвості визначали за О.В. Смірновою, Л.Б. Заугольновою, І.М. Єрмаковою (1976).

Особливості проходження досліджуваними рослинами кожної з фенологічних фаз (сходи, бутонізація, цвітіння, достигання плодів) характеризували за показниками фенологічної атипічності та фенологічної анормальності, які розраховували згідно розроблених формул Г.Н. Зайцевим (1981). Феноспектри складали за методикою М.Є. Булигіна (1982). Біологію цвітіння і плодоношення вивчали відповідно до “Методических указаний по семеноведению интродуцентов” (1980). Енергію проростання і схожість насіння N. tabacum та його цитоплазматичних гібридів визначали за методиками М.К. Фірсової, О.П. Попової (1981).

Будову зав'язі вивчали на препаратах поперечного перерізу, які виготовляли зі щойно зібраних квіток N. tabacum та його цитоплазматичних гібридів. Обриси та проекції клітин епідерми на площину характеризували за класифікацією С.Ф. Захаревича (1954). Анатомічну будову епідерми листків досліджували за методиками З.П. Паушевої (1988), Е.О. Мирославова (1974), М.О. Баранової (1985), А.П. Ільїнської (1979).

Суму алкалоїдів в листках середнього ярусу досліджуваних рослин в фазі бутонізації визначали за гравіметричним методом Маха і Ледерлея (1966). Дані статистично обробляли за методиками Г.Н. Зайцева (1978, 1981, 1990) та на ЕОМ за допомогою програми „Microsoft Exel”. Графічну обробку експериментального матеріалу виконано з використанням програми „Microsoft Exel”, рисунки відредаговано за допомогою редакторів „Adobe Photoshop 5.0”.

Індивідуальний розвиток цитоплазматичних гібридів NICOTIANA tabacum L.

Онтогенез. Дослідження онтогенезу цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. і порівняння його з батьківською формою N. tabacum, дозволили встановити, що у загальних рисах він співпадає зі стадіями онтогенезу батьківської форми.

Біоморфологічні ознаки цибридів різних вікових станів змінюються подібно до батьківської форми N. tabacum, але проростки та ювенільні особини різних модифікацій різняться за лінійними розмірами органів та в строках розвитку (ювенільні цитоплазматичні гібриди у комбінації N. tabacum + H. niger пізніше утворюють перший справжній листок, ніж такі рослини у комбінації N. tabacum + S. carniolica). Листки іматурних цибридів N. tabacum + H. aureus відрізняються від листків батьківської форми: вони еліптичні, черешкові, хлорофілдефектні.

Перехід до генеративного періоду в цибридів N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica, у цитоплазматичного гібриду N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2 відбувається майже одночасно з N. tabacum: через 94-98 днів. Віргінільний період цитоплазматичних гібридів інших модифікацій довший і становить в середньому 109-128 днів.

Найбільша висота та діаметр надземної частини у молодих генеративних рослин встановлені у N. tabacum та цитоплазматичних гібридів N. tabacum із цитоплазмою S. carniolica. Визрівати насіння починає з початку серпня (крім N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2). Насіння цитоплазматичних гібридів, що мають квітки стерильні за чоловічою лінією, утворюється після штучного запилення пилком N. tabacum сорту Wisconsin 38. Всі об'єкти дослідження (крім N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2) до настання осінніх приморозків встигають пройти повний цикл розвитку, тобто закінчують свою життєдіяльність в стані старих генеративних рослин.

Морфогенез. В результаті вивчення морфогенезу окремих органів нами з'ясовано, що динаміка формування пагонової системи цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. відповідає схемі співвідношення фаз морфогенезу та вікових станів батьківської форми N. tabacum, але у цибридів N. tabacum спостерігаються відмінності в інтенсивності бічного галуження головної осі, а також у швидкості росту листкових пластинок і головного пагона, котрі підтверджені математично.

Під час вивчення процесу морфогенезу досліджувався співвідносний (алометричний) розподіл кількісних показників росту, тому що саме це визначає форму рослини. Вважається, що величини алометричних показників спадково закріплені і майже не змінюються при дії екологічних факторів (Шмидт, 1984). Динаміка росту довжини листкової пластинки середнього ярусу відносно її ширини та динаміка росту довжини листкової пластинки середнього ярусу відносно висоти головного пагона вивчалась на зразках N. tabacum, N. tabacum (+S. carniolica) x W3, N. tabacum (+S. carniolica) x W5, N. tabacum (+H. aureus) self-fertile, N. tabacum (+H. niger) Line Drhn3 x W2 і була описана за допомогою алометричної функції. Нами визначено, що алометричні константи цибридів суттєво не відрізняються від алометричних констант рівноваги N. tabacum. Аналізуючи ці дані, можна зробити припущення, що спадково закріплена алометрична константа майже не змінюється при дії чужорідних цитоплазматичних генів.

Також нами були виділені особини, починаючи з віргінільного стану рослин, які належать до різних рівнів життєвості („Ценопопуляции растений (основные понятия и структура)”, 1976). За кількісними показниками (висота і діаметр рослини, кількість бічних пагонів, діаметр парціальних суцвіть, периметр базальної частини стебла) досліджувані рослини одного вікового стану належать до вищого та середнього рівня.

І. Вищий рівень. До нього віднесли N. tabacum, N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica (крім N. tabacum (+S. carniolica) x W5), N. tabacum (+H. niger) Line Drhn3 x W2. Рослини даного виду і модифікацій проходять вікові стани від латентного періоду до старих генеративних рослин. Мають високу потужність розвитку надземних пагонів і високий ступінь життєвості.

ІІ. Середній рівень. До цього рівня віднесли N. tabacum (+S. carniolica) x W5, N. tabacum (+H. aureus) self-fertile, N. tabacum (+H. niger) x W2, N. tabacum (+H. niger) Line Drhn3/max 3 x W2, N. tabacum (+H. niger) Line Drhn3/max 3a x W2. Ці особини також проходять всі вікові стани, що й особини вищого рівня, але мають пригнічену життєвість (мають меншу висоту і діаметр надземної частини, нижні бічні пагони відсутні, у деяких з них відсутні парціальні суцвіття на бічних пагонах 1-го порядку).

ЕКОЛОГО-Біологічні особливості ГЕНЕТИЧНО ЗМІНЕНИХ РОСЛИН NICOTIANA TABACUM L.

Ритми росту і розвитку. Досліджено ритми росту і розвитку N. tabacum та його цитоплазматичних гібридів. Для інтегральної оцінки кожної досліджуваної рослини за комплексом усіх її фенодат було визначено показники фенологічної атипічності (Ф) та фенологічної анормальності (Ф1) (за Зайцевим, 1981). Всі цитоплазматичні гібриди мають зміни в строках проходження фенофаз. Показники фенологічної атипічності та анормальності цитоплазматичних гібридів N. tabacum із цитоплазмою S. carniolica менші, ніж такі у цитоплазматичних гібридів модифікації N. tabacum з цитоплазмами H. niger та H. aureus. Найбільші значення показників Ф та Ф1 характерні для тих цибридів, які є пізніми за проходженням комплексу фенофаз, або в цибридів з неповним комплексом середніх фенодат. Так, досліджуваний цибрид N. tabacum (+ S. carniolica) x W4 (Ф, Ф1 = 6, 33) не утворює насіння у зв'язку з глибокою зміною в будові зав'язі, хоч решта фенофаз наступають з незначним запізненням, порівняно з фенофазами N. tabacum. Цитоплазматичний гібрид N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3a х W2 не цілком вкладається в даний вегетаційний період і тому у нього не встигає достигнути насіння.

За результатами фенологічних спостережень 1998-2002 рр. складено феноспектри сезонного розвитку Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів (рис. 1). Визначені умови вирощування досліджуваних цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum на основі аналізу складених феноспектрів та дослідження умов їхнього росту і розвитку. Так, висівання сухого насіння в парники і вирощування розсади слід здійснювати при середньодобовій температурі повітря +20-250С. До пересаджування у відкритий ґрунт розсада придатна, коли має 5-6 листків і довжину стебла 6-10 см, а температурний режим повітря навколишнього середовища становить +17-180С і існує мала вірогідність пізніх заморозків на поверхні ґрунту.

Виявлена певна залежність строків проходження фенофаз досліджуваними рослинами в роки експерименту від сум середньомісячних ефективних температур під час настання кожної наступної фази. Цитоплазматичним гібридам, які мають більше відхилення у своїй будові від батьківської форми Nicotiana tabacum L,. потрібно накопичувати більшу суму ефективних температур при переході до кожної наступної фенофази.

Біологія цвітіння і плодоношення. Розвиток та цвітіння квіток цитоплазматичних гібридів з подвійною оцвітиною і квіток Nicotiana tabacum відбувається однотипно. Цвітіння квіток, у яких відсутній віночок і маточок більше, ніж одна (цибриди N. tabacum (+S. carniolica) х W3, N. tabacum ( +S. carniolica) х W4), починається з розкриття п'яти лопатей чашечки. В цей період приймочка більш розвиненої маточки знаходиться за межами чашечки.

Для дослідження процесу розкривання квітки та тривалості її цвітіння були обрані рослини, що мали квітки з подвійною оцвітиною. На основі проведених фенологічних спостережень нами виявлено уповільнення процесу розкривання квіток майже у всіх цитоплазматичних гібридів (особливо у N. tabacum (+S. carniolica) х W5), а також зменшення тривалості їх цвітіння (крім N. tabacum (+H. aureus) self-fertile та N. tabacum (+S. carniolica) х W5). Встановлено, що повне розкривання квітки N. tabacum відбувається через 27-28 годин, а N. tabacum (+S. carniolica) х W5 через 77-78 годин.

Дослідження біології плодоношення цибридів N. tabacum є важливим, оскільки ступінь та перспективи їх використання в значній мірі визначаються здатністю до репродукції. Найвищу енергію проростання має насіння N. tabacum, N. tabacum (+ S. carniolica) x SR11 x W4, яке проростає через три дні. Насіння N. tabacum (+ H. niger) х W2 має низьку енергію проростання (30,2+0,97%), причому максимальна кількість насіння, що проросло, спостерігається на сьомий день. Насінна продуктивність цитоплазматичних гібридів всіх модифікацій, крім N. tabacum (+ H. aureus) self-fertile, значно нижча від насінної продуктивності N. tabacum. Це пояснюється тим, що дані цибриди стерильні за чоловічою лінією і запліднення можливе лише після штучного запилення. Крім цього, квітки в N. tabacum (+ S. carniolica) x W3 та N. tabacum (+ S. carniolica) x W4 достатньо змінені (відсутні тичинки та віночок оцвітини; зав'язь з насінними зачатками теж видозмінюється) і тому у рослин першої названої модифікації дуже важко отримати коробочку зі стиглим насінням, а насіння рослин другої названої модифікації нам не вдалося отримати взагалі.

Морфолого-анатомічна характеристика цитоплазматичних гібридів NICOTIANA TABACUM L.

Характеристика підземної (кореневої) і надземної (пагонової) систем. Коренева система цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L., що досліджувались, подібна за будовою до кореневої системи N. tabacum L. Довжина головного кореня найбільша в N. tabacum - 1,2-1,4 м, у цибридів N. tabacum із цитоплазмою S. carniolica, N. tabacum із цитоплазмою H. aureus та N. tabacum (+ H. niger) х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2 вона досягає 0,8-1,1 м, у N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3а х W2 - довжина 0,6-0,75 м. Під час розвитку рослин, які досліджувалися, співвідношення між висотою надземної частини та довжиною головного кореня змінювались. Проростки N. tabacum та N. tabacum (+ H. niger) х W2 мали довший гіпокотиль, ніж головний корінь в 1,4 та 3,3 раза відповідно. Цитоплазматичні гібриди N. tabacum (+ S. carniolica) x SR11 x W4 та N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2 на стадії проростка мали співвідношення приблизно 1 до 1. Всі інші цитоплазматичні гібриди мають в цей період довші корені, ніж висота гіпокотиля, і співвідношення становить від 0,51 до 0,97. У подальшому розвитку швидкість нарощування надземної частини рослини переважала над ростом головного кореня в довжину. Особливо цей процес інтенсивно відбувався в N. tabacum (+ H. niger) х W2 та N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2, тому під час бутонізації дані цибриди здатні до полягання.

Рослини комбінації N. tabacum із цитоплазмою S. carniolica, як і батьківська форма N. tabacum, достатньо високорослі. Цитоплазматичні гібриди N. tabacum із цитоплазмою H. aureus та N. tabacum з цитоплазмою H. niger майже вдвоє нижчі від N. tabacum. Змінюється морфологія листкової пластинки. Листки всіх ярусів N. tabacum (+ S. carniolica) x W3, N. tabacum (+ S. carniolica) x W5, N. tabacum (+ H. niger) х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2 мають більш видовжену пластинку, ніж листки N. tabacum, а листки N. tabacum (+ S. carniolica) x W4, N. tabacum (+ S. carniolica) x SR11 x W4, N. tabacum (+ H. aureus) self-fertile, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3a х W2 більш круглу порівняно з листками N. tabacum. Найбільше відрізняються за морфологічними ознаками листки N. tabacum (+ H. aureus) self-fertile: вони черешкові, зі слабо вираженими серцеподібними основами пластинок, хлорофілдефектні, опушені.

Соматичні гібриди Nicotiana tabacum L. різних комбінацій мають відхилення від батьківської форми за різними морфологічними ознаками. У цитоплазматичних гібридів та N. tabacum були взяті показники наступних морфологічних ознак: висота рослини, діаметр надземної частини рослини, периметр базальної частини стебла, довжина листків нижнього, середнього, верхнього ярусу відповідно, кількість верхніх та нижніх бічних пагонів відповідно, кількість парціальних суцвіть на головному суцвітті, кількість парціальних суцвіть на суцвітті 1-го бічного пагона. В основному всі соматичні гібриди за ознаками, що оцінювались, мали менші показники, ніж N. tabacum. Найбільш варіабельними у цитоплазматичних гібридів були такі ознаки, як висота рослин, довжина листків середнього ярусу, кількість верхніх та нижніх бічних пагонів.

Внаслідок розрахунків коефіцієнтів дивергенції нами встановлено, що за комплексом ознак серед досліджуваних рослин найбільш відхиляються від ознак вихідної форми N. tabacum цитоплазматичні гібриди N. tabacum із цитоплазмою H. niger. У цитоплазматичних гібридів N. tabacum із цитоплазмою S. carniolica варіабельність морфологічних ознак помітно менша

Морфолого-анатомічна характеристика епідерми листка. Встановлено, що у цитоплазматичних гібридів проявляються ознаки мезофітності епідерми листків: зменшується кількість епідермальних клітин та загальна кількість трихом на 1 мм2 листкової поверхні. Листки всіх рослин, що досліджувалися, відносяться до амфістоматичних, оскільки продихи розташовуються на адаксіальній та абаксіальній стороні листка. Кількість трихом та продиховий показник варіювали як в бік збільшення, так і зменшення відносно аналогічних показників у N. tabacum.

Структура суцвіття. Був застосований структурний підхід, що базується на дослідженні квітконосних зон пагонових систем як структурної єдності пагонів, що мають назву об'єднаних суцвіть - синфлорисценцій (Troll, 1964). Формування головної та бічних осей пагона у N. tabacum та цитоплазматичних гібридів відбувається за типом моноподіального наростання.

Галуження бічних осей спостерігається до другого порядку. На одному розгалуженому пагоні можна виділити суцвіття різних рівнів. Синфлорисценція розгалуженого пагона цитоплазматичних гібридів та N. tabacum включає головне складне суцвіття і складні суцвіття паракладіїв. Нами встановлені розміри суцвіття і порядок розпускання квіток. Період цвітіння головного суцвіття і суцвіть паракладіїв цитоплазматичних гібридів, крім N. tabacum (+S. carniolica) х W5, більш прискорений, ніж у N. tabacum. Знання особливостей функціонування суцвіть дає можливість прослідкувати динаміку формування і дозрівання насіння в плодах різних порядків суцвіття. Знаючи це, можна проводити збирання якісного насіння в умовах неповного дозрівання плодів під час настання ранніх осінніх приморозків.

Морфологія квітки. Репродуктивні органи трансгеномних рослин на відміну від вегетативних мають більшу варіабельність в будові після інтеграції чужорідних цитоплазматичних генів. В роботі наведено морфологічну характеристику квіток досліджуваних об'єктів. Найменше відхилень в будові мають квітки цибридів N. tabacum з H. aureus: вони не стерильні за чоловічою лінією і мають будову квітки подібну до квітки N. tabacum.

Квітки цибридів комбінації N. tabacum (+H. niger) стерильні, з недорозвиненим пилком, у деяких ліній змінюється забарвлення віночка.

У квіток цитоплазматичних гібридів N .tabacum (+S. carniolica) найширший спектр відмінностей від будови квітки N. tabacum: у деяких представників зникає віночок, чашечка не лопатева, а тризубчаста, з'являються 4-членні квітки. Тичинки або повністю редуковані, або мають тільки короткі чи довгі тичинкові нитки (від 1 до 5) без пиляків, тому квітки стерильні по чоловічій лінії. Крім цього, у квіток певних представників цієї комбінації серед п'яти тичинок зустрічається від однієї до трьох, що мають тичинкові нитки з пелюсткоподібним придатком, або є п'ять майже однакових тичинок з пиляками, але вони без пилкових зерен. Також змінюється у деяких представників кількість маточок (до чотирьох) і їх морфоструктура: відбувається розростання плаценти з різними викривленнями, гінецей утворений інколи трьома плодолистками, приймочка може мати 3 лопаті.

Перспективи використання цитоплазматичних гібридів роду Nicotiana L.

Використання цитоплазматичних гібридів в селекційно-генетичній роботі. Завдяки можливості швидкого впровадження генів дикорослих видів у різні сорти сільськогосподарських рослин для збагачення культурних видів цінним генетичним матеріалом та створення нових гібридних рослин, які в звичайних умовах отримати неможливо, перспективною є співпраця з таких напрямків, як класичні методи селекції і методи генетичної інженерії. На підставі аналізу літературного матеріалу розглянуто можливості використання прийомів генетичної інженерії для створення нових форм рослин у родині Solanaceae, що дозволить по-новому розв'язувати завдання інтенсифікації процесу селекції. Цитоплазматична чоловіча стерильність цибридів N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica та N. tabacum із цитоплазмою H. niger дає можливість отримувати дешеве гібридне насіння без ручної кастрації під час селекційних досліджень або на промисловому рівні. З метою отримання насіння цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum, які стерильні за чоловічою лінією, потрібно проводити штучне запилення їх квіток пилком Nicotiana tabacum.

Біохімічна характеристика листків N. tabacum та його цитоплазматичних гібридів. За літературними джерелами проаналізовано хімічний склад рослин, що відносяться до роду Nicotiana. Проведені нами кількісні визначення суми алкалоїдів показали, що вміст алкалоїдів у сировині цитоплазматичних гібридів N. tabacum із цитоплазмами H. aureus та H. niger відрізнявся менше від вихідної форми і становив 2,12-2,34%. Масова частка алкалоїдів у цибридів N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica значно менша, ніж у N. tabacum (1,38-1,49%). Таким чином, отримані нами результати свідчать, що процес перенесення чужорідних цитоплазматичних генів може по-різному впливати на вміст алкалоїдів. Перспективи використання цитоплазматичних гібридів N. tabacum, що досліджувались, ми вбачаємо в наступному: беручи до уваги зниження вмісту алкалоїдів у цитоплазматичних гібридів N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica, можливо їх використовувати які сировину у тютюновій промисловості (для створення цигарок зі зниженим вмістом нікотину).

Висновки

Онтогенез цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. у загальних рисах співпадає зі стадіями онтогенезу батьківської форми N. tabacum. Біоморфологічні ознаки цибридів різних вікових станів змінюються подібно до N. tabacum, але віргінільний період майже у всіх представників цибридів N. tabacum + H. niger (крім N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2) та цибриду N. tabacum (+H. aureus) self-fertile збільшується до 109-128 днів і перехід до генеративного стану відбувається пізніше, ніж у N. tabacum та цибридів N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica. Всі об'єкти дослідження (крім N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2) до настання осінніх приморозків встигають пройти повний цикл розвитку, тобто закінчують свою життєдіяльність в стані старих генеративних рослин.

Динаміка формування пагонової системи цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. відповідає схемі співвідношення фаз морфогенезу та вікових станів N. tabacum, але у цибридів N. tabacum спостерігаються відмінності в інтенсивності бічного галуження головної осі, а також у швидкості росту листкових пластинок і головного пагона, котрі підтверджені математично.

За кількісними показниками (висота і діаметр рослини, кількість бічних пагонів, діаметр парціальних суцвіть, периметр базальної частини стебла) рослини одного вікового стану належать до різних рівнів життєвості: вищий рівень (N. tabacum, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2, N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica, крім N. tabacum (+ S. carniolica) x W5); середній рівень (N. tabacum (+ S. carniolica) x W5, N. tabacum (+ H. aureus) self-fertile, N. tabacum (+H. niger) x W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3a х W2).

Виявлена певна залежність строків проходження фенофаз дослідними рослинами від суми середньомісячних ефективних температур під час настання кожної наступної фази. У цитоплазматичних гібридів, які мають більше відхилень у своїй будові від батьківської форми N. tabacum, перехід до кожної наступної фенофази спостерігається при більшій сумі ефективних температур, ніж у N. tabacum. Цитоплазматичний гібрид N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2 не встигає перейти до стадії плодоношення через осіннє зниження температури.

У дослідних соматичних гібридів N. tabacum спостерігаються відмінності за формою, розмірами та забарвленням насіння, але вони не пов'язані з видовою комбінацією цибридів. Найбільшу енергію проростання має насіння N. tabacum (97,4%) та N. tabacum (+ S. carniolica) x SR11 x W4(89,6%), найменшу - насіння N. tabacum (+ H. niger) х W2 (30,2%).

За морфологічними ознаками вегетативних та репродуктивних органів цитоплазматичні гібриди різних комбінацій мають відхилення від батьківської форми N. tabacum. Найбільш відхиляються від ознак батьківської форми цитоплазматичні гібриди N. tabacum з цитоплазмою H. aureus та N. tabacum з цитоплазмою H. niger. Найбільш варіабельними є наступні морфологічні ознаки: висота рослини, діаметр надземної частини рослини, довжина листків середнього ярусу, кількість верхніх та нижніх бічних пагонів.

введення чужорідних цитоплазматичних генів призводить до зміни епідермальної тканини листкової пластинки цибридів, порівняно з вихідною батьківською формою: зменшується опушеність, змінюються обриси і проекції на площину епідермальних клітин та збільшуються їх розміри, змінюється кількість продихів на 1 мм2.

У цитоплазматичних гібридів, порівняно з батьківською формою N. tabacum, змінюється морфоструктура квітки, уповільнюється процес розпускання квіток (особливо у N. tabacum (+S. carniolica) х W5), зменшується тривалість цвітіння самої квітки (крім N. tabacum (+H. aureus) self-fertile та N. tabacum (+S. carniolica) х W5). Найменше відхилень в будові квітки мають цитоплазматичні гібриди N. tabacum з цитоплазмою H. aureus. Найбільш широкий спектр відмінностей виявлений у цитоплазматичних гібридів N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica: зникає віночок, з'являються 4-членні квітки, змінюється кількість і морфоструктура маточки.

Мікроструктура квітки цибриду N. tabacum з цитоплазмою H. aureus свідчить, що це єдина лінія серед цитоплазматичних гібридів, що досліджувались, не стерильна по чоловічій лінії. Відсутність пилку у квітках цибридів N. tabacum з цитоплазмами S. carniolica та H. niger свідчить про можливість їх використання в селекційній роботі, як рослин з цитоплазматичною чоловічою стерильністю.

вміст алкалоїдів у цибридів N. tabacum з цитоплазмами H. aureus та H. niger майже не змінився. Водночас зменшення вмісту алкалоїдів у цитоплазматичних гібридів N. tabacum з цитоплазмою S. carniolica, порівняно з N. tabacum свідчить про доцільність використання таких рослин з метою одержання сировини для тютюнової промисловості.

Список наукових праць, опублікованих за темою дисертації

Шевченко В.Г. Фізіологічно активні речовини та особливості онтогенезу в цибридах тютюну / В.Г. Шевченко, Т.В. Євдокименко, М.К. Зубко // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Інтродукція та збереження рослинного різноманіття - 1999. - Вип. 2. - С. 89-90.

Шевченко В.Г. Вивчення будови епідерми листків Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Науковий вісник Ужгородського національного університету. Серія Біологія. - 2003. - №12. - С. 57-62.

Шевченко В.Г. Синфлорисценція Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Інтродукція рослин. - 2003. - № 3. - с. 94-98.

Шевченко В.Г. Особливості будови квітки Nicotiana tabacum L. (сорт Wisconsin38) та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Вісник Львівського ун-ту імені Івана Франка. Серія біологічна. - 2003. - Вип. 34. - с. 76-81.

Шевченко В.Г. Порівняльна характеристика генеративного періоду Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Інтродукція та збереження рослинного різноманіття - 2004. - №7. - С. 51-52.

Шевченко В.Г. Характеристика підземної (кореневої) і надземної (пагонової) систем Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Вісник Луганського національного педагогічного університету імені Тараса Шевченка. Біологічні науки. - 2005. - №3 (83). - с.135-140.

Шевченко В.Г. Особливості розвитку Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Науковий вісник Національного аграрного університету. - 2006. - С. 19-24.

Шевченко В.Г. Порівняльна характеристика клітин епідерми листків Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Інтродукція та збереження рослинного різноманіття - 2007. - №16. - С. 87-88.

Зубко М.К. Особливості онтогенезу та активність лектинів в деяких цибридах тютюну / М.К. Зубко, В.Г. Шевченко, Ю.П. Гудзь, І.С. Карпова, Г.П. Мегалінська // Матеріали Міжнародної конференції “Онтогенез рослин в природному та трансформованому середовищі”. - Львів: Сполом, 1998. - С. 113.

Шевченко В.Г. Особливості онтогенезу та вміст лектинів у цибридах тютюну / В.Г. Шевченко, Г.П. Мегалінська, Н.І. Корецька // Збірник наукових праць присвячених 25-річчю природничо-географічного факультету “Сучасний стан та перспективи розвитку природничо-географічних наук і освіти”. - К., 1999. - С. 47-48.

Шевченко В.Г. Морфологічні особливості насінин цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко, Й.Й. Сікура, М.К. Зубко // Матеріали ХІ з'їзду Українського ботанічного товариства. - Харків: ШТРІХ, 2001. - С. 433-434.

Шевченко В.Г. Формування у майбутніх учителів поняття про генетично сконструйовані рослини / В.Г. Шевченко, Г.П. Мегалінська // Роль ботанічних садів у формуванні наукового світогляду майбутніх біологів. Матеріали перших Всеукраїнських наукових читань, присвячених пам'яті академіка М.М.Гришка. - Полтава: Terra, 2001. - С. 64-65.

Шевченко В.Г. Особливості будови суцвіття цитоплазматичних гібридів тютюну / В.Г. Шевченко // Вісник: Збірник наукових статей Національного педагогічного університету імені М.П.Драгоманова - К., 2003. - Випуск 6. - С. 191-193.

Шевченко В.Г. Порівняльна характеристика окремих періодів онтогенезу Nicotiana tabacum L. та його цитоплазматичних гібридів / В.Г. Шевченко // Біорізноманіття як ключовий елемент збалансованого розвитку: регіональний аспект. Матеріали Всеукраїнської конференції молодих вчених. - Миколаїв: МДУ, 2003. - с.92-99.

Шевченко В.Г. Визначення життєвості цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. / В.Г. Шевченко, Л.А. Столяр // Молодь та поступ біології: Збірник тез Другої міжнародної наукової конференції студентів і аспірантів (21-24 березня 2006 року, м. Львів). - Львів, 2006. - С. 130-131.

Шевченко В.Г. Цитоплазматичні гібриди Nicotiana tabacum L.: ритми росту і розвитку / В.Г. Шевченко, Г.П. Мегалінська // Матеріали ХІІ з'їзду Українського ботанічного товариства. - Одеса: Альянс-Юг, 2006. - С. 390-391.

Шевченко В.Г. Морфологічні особливості цитоплазматичних гібридів Nicotiana tabacum L. / В.Г. Шевченко, Г.П. Мегалінська, М.К. Зубко // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр.: Укр. т-во генетиків і селекціонерів ім. М.І. Вавилова [за ред. М.В. Роїка]. - К, 2006. - Т. 3. - С. 330-335.

Шевченко В.Г. Біотехнологія рослин - актуальний аспект вивчення екологічної біотехнології / В.Г. Шевченко, Г.П. Мегалінська // Наукові та методичні основи викладання біологічних дисциплін у педагогічних вищих навчальних закладах України / Збірник тез доповідей науково-практичної конференції, Київ, 26-27 жовтня 2006 р. - К.: НПУ імені М.П.Драгоманова, 2006. - С. 129-130.

Анотація

Шевченко в.г. Морфолого-анатомічні та біологічні особливості трансгеномних рослин родини Solanaceae Juss. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.05 - ботаніка. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2008.

Дисертація присвячена дослідженню питань морфологічних, анатомічних, еколого-біологічних особливостей цитоплазматичних гібридів родини Solanaceae Juss. Представлена монографічна схема опису трансгеномних рослин в сукупності з аналітичними методами дослідження онто- та морфогенезу, мінливості ознак його органів, епідерми листків і структурних елементів репродуктивної сфери. Встановлено, що за комплексом морфологічних ознак вегетативних органів найбільш відхиляються від ознак батьківської форми Nicotiana tabacum L. цитоплазматичні гібриди N. tabacum з цитоплазмою Hyoscyamus aureus L. та N. tabacum з цитоплазмою H. niger L. При дослідженні будови квіток цитоплазматичних гібридів визначено, що цибриди N. tabacum з цитоплазмою Scopolia carniolica Jacq. мають найбільш широкий спектр відмінностей від ознак батьківської форми N. tabacum.

З'ясовані еколого-біологічні особливості соматичних гібридів родини Solanaceae Juss. Встановлено, що фенофази більшості цитоплазматичних гібридів узгоджуються з погодно-кліматичними умовами району досліджень.

Проаналізовано напрямки та визначено перспективи використання цитоплазматичних гібридів родини Solanaceae.

Ключові слова: Solanaceae Juss., Nicotiana L., онтогенез, морфогенез, ріст, розвиток, використання, соматична гібридизація, цитоплазматичні гібриди.

Аннотация

Шевченко В.Г. Морфолого-анатомические и биологические особенности трансгеномных растений семейства Solanaceae Juss. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.05 - ботаника. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2008.

Диссертация посвящена исследованию вопросов морфологических, анатомических, эколого-биологических особенностей цитоплазматических гибридов семейства Solanaceae Juss. комбинации Nicotiana tabacum L.+ Scopolia carniolica Jacq., N. tabacum + Hyoscyamus aureus L., N. tabacum + H. niger L. Дана монографическая схема описания трансгеномных растений в совокупности с аналитическими методами исследования онто- и морфогенеза. Онтогенез цитоплазматических гибридов Nicotiana tabacum L. в общих чертах совпадает со стадиями онтогенеза N. tabacum. Биоморфологические особенности цибридов разных возрастных состояний изменяются подобно N. tabacum, но виргинильный период почти у всех представителей цибридов N. tabacum + H. niger ( кроме N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2) и цибрида N. tabacum (+H. aureus) self-fertile увеличивается до 109-128 дней и переход к генеративному состоянию происходит позднее, чем у N. tabacum и цибридов N. tabacum с цитоплазмой S. carniolica. Все объекты исследования (кроме N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2) до наступления осенних заморозков успевают пройти полный цикл развития, то есть заканчивают свою жизнедеятельность в состоянии старых генеративных растений. Установлены и математически обоснованы различия морфогенеза вегетативных органов цитоплазматических гибридов Nicotiana tabacum L. по сравнению с N. tabacum: у цибридов наблюдаются отличия в интенсивности бокового ветвления главной оси, а также в скорости роста пластинок листа и главного побега.

Определены уровни жизненности цитоплазматических гибридов Nicotiana tabacum L. и N. tabacum. За количественными показателями (высота и диаметр растения, количество боковых побегов, диаметр парциальных соцветий, периметр базальной части стебля) растения одного возрастного состояния принадлежат к разным уровням жизненности: высший уровень (N. tabacum, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3 х W2, N. tabacum с цитоплазмой S. carniolica, кроме N. tabacum (+ S. carniolica) x W5); середний уровень (N. tabacum (+ S. carniolica) x W5, N. tabacum (+ H. aureus) self-fertile, N. tabacum (+H. niger) x W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2, N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3a х W2).

Фенофазы большинства цитоплазматических гибридов Nicotiana tabacum L. согласуются с погодно-климатическими условиями района исследования. У цибридов, которые имеют больше отклонений в своем строении от строения N. tabacum, переход к каждой следующей фенофазе наблюдается при большей сумме эффективных температур, чем у N. tabacum. Цитоплазматический гибрид N. tabacum (+ H. niger) Line Drhn3/max3 х W2 не успевает перейти к стадии плодоношения через осеннее снижение температуры.

У исследованных цитоплазматических гибридов N. tabacum наблюдаются отличия по форме, размерам и окраске семян, но они не связаны с видовой комбинацией цибридов. Наибольшая энергия прорастания наблюдается у N. tabacum (97,4%) и N. tabacum (+ S. carniolica) x SR11 x W4(89,6%), наименьшая - у семян N. tabacum (+ H. niger) х W2 (30,2%).

За комплексом морфологических признаков наиболее отклоняются от признаков родительской формы N. tabacum цитоплазматические гибриды N. tabacum с цитоплазмой H. aureus и N. tabacum с цитоплазмой H. niger. Наиболее вариабельными оказались такие признаки: высота растения, диаметр надземной части растения, длина листьев среднего яруса, количество верхних и нижних боковых побегов. Обнаружены изменения в строении эпидермы пластинки листа, по сравнению с родительской формой: уменьшается опушеность, изменяются очертания и проекции на площадь эпидермальных клеток и увеличиваются их размеры, изменяется количество устьиц на 1 мм2.

Изучены различные изменения в морфоструктуре цветка у исследованных цитоплазматических гибридов. Наименьшие отклонения в строении цветка имеют цитоплазматические гибриды N. tabacum с цитоплазмой H. aureus. Более широкий спектр отличий обнаружен у цитоплазматических гибридов N. tabacum с цитоплазмой S. carniolica: исчезает венчик, появляются 4-членные цветки, изменяется количество и морфоструктура пестика.

Рассмотрена возможность использования цитоплазматических гибридов как растений с цитоплазматической мужской стерильностью и как сырьё для табачной промышленности (N. tabacum с цитоплазмой S. carniolica).