Товарів: 0
На суму: 0 грн
SH. ТОПАЛЕ, доктор біол. наук
Національний науково-дослідний інститут винограду і вина Республіки Молдова
Ключові слова: таксони, каріотип, рід родини, хромосомний набір, морфологія
Ключові слова: таксони, каріотип, рід родини, хромосомний комплемент, морфологія.
Каріологічні дослідження мають велике значення для систематики; тому вони необхідні насамперед для систематичних побудов і з'ясування систематичного положення окремих таксонів. Для каріологічної характеристики таксона використовується термін каріотип. Ступінь розрізнення каріотипів різних видів Vitaceae не завжди однакова, але в багатьох випадках каріотип служить надійною характеристикою для вирішення різних завдань систематики.
Враховуючи очевидний брак інформації про каріологію Vitaceae, ми вивчили понад 50 диких видів, що належать до 7 родів родини Vitaceae Juss.
Рід Cyphostemma Alst. включає 230 видів. Каріологічно цей рід мало вивчений. З цього ми розглянули 3 види, які різко відрізняються від інших видів родини VitaceaeJuss. не тільки за морфологічними ознаками, а й за каріотиповими ознаками (великі розміри хромосом, невелика їх кількість у наборі з чітко вираженою індивідуальною морфологією).
Встановлено, що Cyphostemmanjegere має в соматичному наборі 22 хромосоми, а C. adenopodum і C. jutae — 24 і 26 хромосом відповідно. Малі хромосомні числа, морфологічні особливості рослин (густе опушення пагонів, листя, суцвіть і ягід), примітивний тип будови генеративних органів свідчать про приналежність цих видів до найдавніших представників родини Vitaceae Juss. Показано, що за центромерним індексом у каріотипі C. njegere переважають хромосоми з субмедіанною центромерою (Р% = 48,9-32,8). Значення показника TP% (сума індексів центромер) у C. njegere = 38,9%, що свідчить про асиметрію каріотипу цього виду.
Отримані дані доводять, що CyphostemmaAlst. може бути самостійним родом (раніше вважався розділом роду CissusL.), оскільки види роду CissusL. спостерігається інший каріотип.
Рід Cissus L. налічує 319 видів. Каріологічно вона також вивчена слабо. Визначено кількість хромосом і досліджено каріотипи 5 видів роду CissusL. У соматичному наборі виявлено хромосомні числа 2n = 24 (для CissuscactiformisGilg., C. DiscolorBlume, C. Sp. Nr 32); 2n = 30 (для C. Striata Ruiz, et Pav.) і 2n = 40 (для C. antartica Vent.). Показано, що каріотипи досліджуваних видів роду CissusL. відрізняються кількістю і морфологією хромосом. Сателітів і вторинних перетяжок в каріотипах не виявлено. Диференціація видів у роді CissusL. мабуть, пройшли гібридизацію, гетероплоїдію та поліплоїдію. Каріологічні дані досить чітко підтверджують виділення роду CissusL. з роду CyphostemmaAlst. і водночас свідчать про примітивність обох родів сімейства Vitaceae Juss.
Рід Rhoicissus Planch налічує 12 видів. З них ми проаналізували каріотипно 2 види. Встановлено, що соматичний набір Rhoicissus rhomboidea і R. sericea містить 40 хромосом. Загалом хромосоми малі, метацентричні та субметацентричні. Отже, каріотип роду Rhoicissus характеризується одним основним числом хромосом - х = 20; види роду мають схожі каріотипи як за кількістю, так і за морфологією хромосом. Диференціація видів, ймовірно, відбулася через структурні зміни хромосом і гібридизацію.
Рід Tetrastigma Miq. включає 120 видів. Каріологічно вивчений мало. Із загального складу роду на сьогоднішній день вивчено лише 5 видів – 2n = 22, 44, 52. Каріологічно проаналізовано G voinierianum (2n = 44) і T. planicaulum (2n = 52). Для роду TetrastigmaMiq. Є два основних числа: x = 11 і x = 13. Отже, види, які ми вивчали, є природними поліплоїдами. Диференціація видів у роду Tetrastigma, ймовірно, відбулася за рахунок поліплоїдії та гібридизації.
Рід Ampelopsis Michx. має 24 види. Каріологічно проаналізовано 8 видів. Усі вивчені таксони мають у соматичних клітинах 40 хромосом, за винятком Ampelopsisthumbergi (Sieb. et Zucc.) Top., у каріотипі якого виявлено 38 хромосом, що узгоджується з даними В. Міцукурі та М. Хаясі (1953). Крім того, цей вид має одну пару супутникових хромосом. Стабільність основної чисельності та невеликі відмінності між видовими каріотипами свідчать про те, що диференціація видів у роду Ampelopsis відбулася за рахунок структурних змін хромосом і, можливо, гібридизації.
Рід Parthenocissus Planch включає 19 видів. Вивчено морфологію та розміри хромосом 7 таксонів. Усі вони виявилися диплоїдами (2n = 40). Каріотипи представників роду Parthenocissus дуже схожі. Спільність каріотипових ознак видів цього роду дає підставу говорити про тісні філогенетичні зв'язки між ними та їх монофілетичне походження. Диференціація видів всередині роду, ймовірно, відбулася внаслідок структурних змін хромосом і гібридизації.
Рід Vitis L. включає 70 видів і каріотипно вивчений набагато ширше, ніж інші роди родини Vitaceae Juss. (до 50% видів). Нами детально вивчено 24 види підроду Euvitis і 3 клони виду VitisrotundifoliaMichx. У всіх видів підроду Euvitis визначено число хромосом (2n = 38) і виявлено схожі каріотипи. Хромосоми малі і близькі за ступенем асиметрії. Дещо інша картина спостерігалася при вивченні клонів V. rotundifoliaMichx., каріотип яких, на відміну від видів підроду Euvitis, включає 40 ще менших хромосом.
Загалом представники роду Vitis характеризуються, з одного боку, наявністю двох основних чисел (х = 19 і х = 20), що відповідає підродам Euvitis і Muscadinia, а з іншого боку, значною однорідністю морфології хромосом у наборах різних видів. Отже, каріологія роду Vitis чітко підтверджує відмінність між цими підродами.
В результаті вивчення соматичних хромосом різних видів родини VitaceaeJuss. Встановлено їх подібність за всіма параметрами, що свідчить про їх філогенетичну спорідненість. Наприклад, каріотипи Parthenocissus quinquefolia, P. inserta і P. henriana ідентичні як за кількістю, так і за морфологією хромосом. Водночас каріотипову подібність відзначено також у видів Ampelopsisbrevipedunculata, A. disseaty, A. serjaniefolia та ін.
Водночас каріологічне різноманіття всередині родини свідчить про складність і неоднорідність її родів. Поряд з каріотиповою індивідуальністю кожного досліджуваного виду можна виділити групи видів у межах даного роду або групи родів у сімействі, що мають схожі каріотипічні ознаки. Наприклад, рід Rhoicissus тісно пов'язаний з родом Ampelopsis. Особливо виділяється рід Tetrastigma відносно великими хромосомами і великою їх кількістю в соматичних наборах (2n = 44, 52).
Аналіз каріологічних даних показує, що стародавні види мають більші хромосоми порівняно з видами родів Vitis і Parthenocissus. Можна припустити, що предки сучасних Виноградових мали більші хромосоми. Дійсно, деякі види роду Cyphostemma, вивчені нами і описані В. В. Шетті (1959), Р. Лаві (1979), відрізнялися великими розмірами хромосом. При порівнянні каріотипів різних таксонів родини VitaceaeJuss. Ми дійшли висновку, що каріотипи родів Rhoicissus і Ampelopsis загалом подібні до каріотипу Parthenocissus як за розміром, так і за морфологією.
Цікаво відзначити, що каріотипи досліджуваних видів роду Tetrastigma також відрізняються більшими розмірами хромосом, ніж інші види родини. Це дає змогу провести паралель між родами Tetrastigma і Cyphostemma.
На основі наших каріологічних досліджень і літературних даних у родині VitaceaeJuss. ми пропонуємо розрізняти дві групи родів: по-перше, однорідну, що включає роди AmpelopsisMichx., AmpelocissusPlanch., ClematicissusPlanch., LandukiaPlanch., RhoicissusPlanch. ParthenocissusPlanch., VitisL, характеризується постійним каріотипом із 40 хромосом, за винятком підродів Euvitis і Ampelopsisthunbergi (Sieb. et Zucc.) Top. (2n = 38); по-друге, гетерогенні, включаючи роди CissusL, CayratiaJuss., TetrastigmaMiq., CyphostemmaAlst., види яких відрізняються великою різноманітністю основних хромосомних чисел і каріотипом, що складається з відносно великих хромосом. Вони також мають тенденцію до поліплоїдизації. У цьому комплексі рід Cayratia, ймовірно, зіграв роль сполучної ланки між родами Tetrastigma і Sur hosternma, з одного боку, і Виноградовими з 40 хромосомами, з іншого. У тривалій і складній еволюції Vitaceae ці два угруповання представляють основні гілки розвитку.
Каріологічні дані з великою впевненістю підтверджують, що найдавніші роди сімейства VitaceaeJuss. є Cyphostemma і Cissus, про що свідчать морфологічні ознаки. Багато видів цих родів мають дуже просту і примітивну будову з одним м'ясистим стеблом без нормально розвиненого листя і кореневої системи (наприклад, стебловий суккулент Cyphostemmajuttae).
Однак за численними фактами (насамперед каріологічними даними) за морфологічними ознаками можна зробити висновок, що це рід CissusL. - родоначальник решти Виноградових. У процесі еволюції Виноградових цей рід займав центральне місце в ареалі, відіграючи роль ключового роду, від якого в результаті мутацій, гібридизації та поступового розбіжності ознак відбулися всі інші роди родини Vitaceae.
З цього випливає, що родина VitaceaeJuss. - афро-азіатського походження, і його колискою, як і роду CissusL, були тропіки та субтропіки Африки та Азії.
Основним результатом нашої роботи з каріології Виноградових є розробка нової класифікації родини Vitaceae Juss., заснованої на філогенетичному принципі. Слід особливо підкреслити, що в ньому на основі даних порівняльної морфології та результатів каріологічних досліджень відображені родинні відносини і зв'язки між різними таксонами, хід історичного розвитку (еволюції) сімейства в цілому і процес видоутворення. Наведено обсяг родини, родів і підродів; хромосомні номери, характерні для видів, відповідно входять до роду чи підріду; Подано детальну класифікацію роду VitisL. і види VitisviniferaL, до convar. Проте головне те, що в запропонованій класифікації пологи розташовані відповідно до найімовірнішого часу їх виникнення.
Хромосомні числа є однією з найважливіших каріологічних характеристик видів Ліннея, його різновидів і гібридних форм. Останнім часом при вирішенні ряду складних питань вони все частіше використовуються в практичній селекції. Насадження колишнього Радянського Союзу налічували близько 2000 сортів винограду, з яких понад 1200 були місцевими. До 1965 року в усьому світі було вивчено кількість хромосом у менш ніж 100 сортах винограду. Більшість дослідників наводять гаплоїдні (n = 19) і диплоїдні (2n = 38) числа хромосом винограду (Nebel, 1929; Hyrayanagi, 1929; Ghimpu, 1929; Negrul, 1929; Olmo, 1937). Поряд з диплоїдними різновидами були виявлені також тетраплоїдні форми з числом хромосом 2n = 76 (Nebel, 1929; Branas, 1932; Olmo, 1937; deLattin, 1940; Якимов, Ковшова, 1968; Голодрига, Коробець, Топала, 1970; Руденко, Зоткін, 1971).
У межах європейського континенту дослідники намагалися провести цитологічний аналіз існуючого різноманіття європейсько-азіатських сортів винограду, щоб виявити, по можливості, усі поліплоїдні форми та цитологічні химери з подальшим вивченням їх у морфологічному та цитогенетичному аспектах.
Визначення числа хромосом є єдиним надійним критерієм, на підставі якого можна судити про плоїдність генотипу. Цей показник ми досліджували на великій кількості сортів і клонів винограду в різних географічних районах європейсько-азіатської частини СРСР і різних країнах світу, в тому числі на кількох сортах з Китаю. Переважна більшість європейсько-азіатських сортів винограду виявилися диплоїдами з числом хромосом 2n = 38. У місцевому сортименті Молдови, Румунії, Дону, Поволжя, Грузії, Туркменістану, Таджикистану, Іспанії, Португалії, Угорщини, Австрії, Італії,
Югославії, Греції, Сирії, Китаю не знайдено жодного поліплоїдного сорту чи міксоплоїду. Серед французьких, німецьких, болгарських, кримських, азербайджанських та узбецьких сортів виявлено тетраплоїдні сорти та цитохімери диплоїдно-тетраплоїдного складу.
Припускаючи, що відсутність кісточок у так званих сортів винограду султана можна пояснити триплоїдією, ми дослідили 27 безнасінних сортів і клонів винограду, з яких 26 виявилися диплоїдними (2n = 38). Лише Кишмиш білий великоягідний у соматичному наборі містив 2/s = 76, і, таким чином, був єдиним спонтанним тетраплоїдом. Про це раніше повідомляли Якимів Л.М., Г.А. Ковшов (1968), і наші дослідження на матеріалі ампелографічної колекції IV і V «Магарач» це підтвердили.
Найбільшу кількість тетраплоїдів виявлено у сортогрупі Шасла, а поліплоїдність сортів Шасла гро Куляр троянда, Шасла діамант і Шасла Бернар нами встановлена вперше.
На основі числових і морфологічних характеристик хромосом ряду сортів винограду побудовано каріограму VitisviniferaL, хромосоми розділено на 4 типи: по-перше, 2 пари метацентричних рівноплечих хромосом з центромерою, локалізованою в медіані; по-друге, 9 пар субметацентричних нерівноплечих хромосом з більш коротким плечем, зменшеним до розмірів маленької головки з субмедіанним розташуванням центромери; по-третє, 7 пар акроцентричних хромосом із серединним розташуванням центромери, обидва плеча зменшені до розмірів маленької голови; по-четверте, одна пара сателітних хромосом, у яких центромера локалізована приблизно в медіані.
Сателітну хромосому рідко можна побачити на метафазних пластинках, оскільки вона невелика за розміром і досить швидко знебарвлюється.
Дикий лісовий виноград Vitissilvestris Gmel., що зберігся з третинного періоду до наших днів, є одним з найдавніших представників квіткових рослин. Враховуючи його велике значення для вирішення деяких проблем селекції та теоретичних питань походження культурного винограду та його еволюції, протягом ряду років ми вивчаємо дикорослі форми різного географічного походження – кримські (ДФ-1, ДФ-4, ДФ-5), молдавські (ДФ-13, ДФ-14 з Унгенського району, ДФ-28, ДФ-43 з Хинчештського району). Усі вони виявилися диплоїдами (2/3 = 38). У той же час виявлено велику подібність між каріотипами V. viniferaL. і V. silvestris Gmel., що вказує на їх близькі спорідненості.<
В ампелографічної колекції МолдНІІВіВ представлені найвідоміші сорти американського виду VitislabruscaL. Головною відмінною рисою цього виду є слизова м’якоть ягоди з характерним лисячим присмаком. Незважаючи на широкий діапазон мінливості морфологічних ознак, усі різновиди містять 38 хромосом у соматичному наборі.
На основі власних досліджень і даних інших авторів (Hirayanagi, 1929; Shetty, 1959; Lavie, 1970) ми дійшли висновку, що каріотип виду V. labruscaL., як і інших видів підроду Euvitis, характеризується високою стабільністю, а диференціація морфологічних ознак усередині виду відбулася, очевидно, за рахунок міжвидової гібридизації. і структурні зміни в хромосомах.
Результати каріологічного дослідження сортового фонду винограду, зосередженого в ампелографічних колекціях МолдНІІВіВ і ВНІІВіВ «Магарач», свідчать, що серед досліджених 1977 сортів і клонів винограду, що належать до ботанічних видів V. vinifera L., V. silvestris Gmel., V. labrusca L, для більшої кількості нами встановлено кількість хромосом. вперше ніж 1900 форми. Виявилося, що переважна більшість сортів винограду є диплоїдами. Виявлено також тетраплоїди з соматичним числом хромосом 2n = 76 і диплоїдно-тетраплоїдні цитохімери, що містять клітини з диплоїдним (2n = 38) і тетраплоїдним (2n = 76) набором хромосом в апікальній меристемі пагонів, що активно ростуть.
Отже, спонтанно виниклі тетраплоїдні форми є надзвичайно рідкісним явищем у винограді. Можливо, це пояснюється тим, що виноград відноситься до деревних рослин, серед яких, як відомо, досить рідко зустрічаються поліплоїдні форми (Stebbins, 1956).
Величезна різноманітність морфологічних ознак у культурного винограду, ймовірно, пов'язана з відмінностями в структурі хромосом, а не зі змінами каріотипу в цілому (кількості, форми і розміру хромосом). Культурні сорти та екотипи лісового винограду істотно не відрізняються на хромосомному рівні; навпаки, між ними є схожість, яка вказує на тісноспоріднені зв’язки та свідчить про ймовірне походження перших (давніх) культурних форм VitisviniferaL. з різних екотипів дикого лісового винограду Vitissilvestris Gmel.
Результати порівняльно-морфологічних досліджень різних екотипів лісового винограду; дикі види, що належать до різних родів родини Vitaceae Juss. з Північної і Центральної Америки, Африки, Мадагаскару, Азії та Австралії, а також величезна різноманітність європейсько-азіатських сортів винограду, що ростуть у найбільших ампелографічних колекціях Європи, наштовхнули деяких вчених (С. І. Коржинський, 1904; В. Л. Комаров, 1936) на думку про поліфілетичного походження культурного винограду. Проте наші каріологічні та палінологічні дані вказують на тісні філогенетичні зв’язки між лісом і культивованим виноградом, а також тісно пов’язані відносини між різними екотипами Vitissilvestris Gmel. та культурні форми VitisviniferaL. взагалі. По суті, наші дані є першим експериментальним доказом правильності монофілетичної гіпотези походження культурного винограду від різних екотипів лісового винограду Vitissilvestris Gmel., висунутої Ч. Дарвіном (1859) і підтримуваної Н. І. Вавіловим, П. М. Жуковським, А. М. Негрулем та ін. Поряд з цим показано, що з точки зору цитогенетика, в Шляхи походження та еволюції видів підродів Euvitis і Muscadinia принципово відрізняються, на що вказують, насамперед, віддалені філогенетичні зв'язки (несхрещування видів у природних середовищах існування і вільне запилення, навіть у випадках, коли їх місцезростання контактували або перекривалися), незважаючи на схожість ряду ознак у видів обох підродів (наприклад, розмір і форма пилкових зерен, три ембріональні пори, товщина і однакова швидкість росту пилкових трубок тощо).
Обидва види підроду Euvitis з 38 хромосомами і види підроду Muscadinia з 40 хромосомами, безсумнівно, походять від одного предка в результаті природної поліплоїдизації та гібридизації. Види підроду Euvitis з 38 хромосомами можна умовно вважати алополіплоїдами, оскільки в їх походженні певну роль, ймовірно, зіграла міжвидова гібридизація. Види підроду Muscadinia з 40 хромосомами, навпаки, можна вважати аутотетраплоїдами, якщо врахувати, що основним числом хромосом не тільки для багатьох родів (Ampelopsis, Rhoicissus, Parthenocissus, Ampelocissus) підроду Muscadinia, а й для родини в цілому вважається 10 (x = 10).
Проведені багаторічні дослідження дозволяють зробити висновок, що еволюція культурного винограду, як і інших видів роду Vitis L., проходила на диплоїдному рівні, де важливу роль відігравали штучний і природний відбір, генні та хромосомні мутації, рекомбінація генів і висока адаптивність більшості генотипів. При формуванні найбагатшого сортименту V. viniferaL. роль поліплоїдії незначна внаслідок особливостей агротехніки винограду, способу його розмноження і приналежності до деревних рослин, хоча поліплоїдні форми виникали і виникають у всіх районах вирощування.
За нашими даними, гігантизм сорту, що виражається у великих розмірах ягід і грон (а їх у світовому генофонді більше 100 сортів, особливо багато в Середній Азії, Туреччині, Болгарії; наприклад, Катта-Курган, Німранг, Чарас, Чауш, Карабурну, Тайфі рожевий, Тайфі білий та ін.), найчастіше не пов'язаний з подвоєнням числа хромосом. (аутотетраплоїдія), а отже, без підрахунку кількості хромосом неможливо відібрати поліплоїдні сорти за цими ознаками. Однак гігантизм внутрішньосортових клонів, що характеризуються великими ягідками і гронами (незалежно від того, великоягідний основний сорт чи ні), зазвичай обумовлений подвоєнням числа хромосом.
Досліджені нами тетраплоїдні форми винограду відрізнялися від вихідних великими кистями зазвичай в середині з перехопленням, великими розмірами ягід і насіння, великими слабо або середньорозсіченими, широкими, товстими, темно-зеленими листками, великими розмірами квіток (зав’язь, маточка, пиляк), пилковими зернами, потовщеними пагонами з укороченими міжвузлями, що надає специфічності габітусу рослини. Характерно, що ознаки, характерні для поліплоїдних форм, однакові в різних зонах виноградарства (США, Франція, Узбекистан, Росія, Крим, Молдова, Болгарія). Отже, можна вважати, що в природних умовах утворення і розвиток спонтанно виникаючих поліплоїдних форм у різних сортів виду Vitisvinifera L, як і в інших культурах, протікає відповідно до закону гомологічних рядів у спадковій мінливості (Вавілов, 1967).
На великому та різноманітному фактичному матеріалі спільно з науковим співробітником ІВіВ “Магарач” П.В. Коробця нами розроблено методи візуальної діагностики спонтанно виникаючих поліплоїдів у промислових насадженнях і поліплоїдних сіянців у насіннєвих популяціях від само- та вільного запилення квіток, при прямому та реципрокному схрещуванні диплоїдів з тетраплоїдами.
Для розпізнавання поліплоїдів у насадженнях слід керуватися розміром ягід і грон, ознаками жилкування листка, кількістю головних жилок листа, формою і розміром пилкових зерен, характером росту пагонів у дорослих рослин, розміром листків, а в насіннєвих популяціях – морфологічними ознаками проростків у фазі перших справжніх листків, ступенем зімкнутості вирізки на черешку та іншими ознаками, за якими можна визначити передбачають відбір поліплоїдних пагонів або сіянців. Однак для точного визначення плоїдності кожного пагона або саджанця безперечно необхідний прямий підрахунок кількості хромосом.
Результати досліджень свідчать про перспективність використання цитологічного методу в селекції винограду, за допомогою якого на ранніх етапах можна відбирати поліплоїдні пагони в насадженнях, три- та тетраплоїдні сіянці в гібридних і змішаних популяціях, вирощених із насіння вільного запилення та інкубації поліплоїдних клонів. Основна відмінність полягає в тому, що за допомогою цього методу можна відокремити віддалені гібридні саджанці з 2n = 39 від сіянців з 2n = 38.
