Cytogenetic polymorphism of seed progeny of white spruce trees (Picea glauca (Moench) Voss) during the introduction in the Voronezh Region
Abstract
The polymorphism of cytogenetic parameters of seed progeny in Picea glauca (Moench) Voss introduced in the Voronezh Region was established. Multidirectional cytogenetic reactions (changes in mitotic activity, cell passing times of mitosis stages, level and spectrum of mitosis disorders) of Picea glauca seed progeny were identified, and limits of mitotic and nucleolar apparatus characteristics variation were determined. Analysis of cytogenetic characteristics of Picea glauca seed progeny revealed their high heterogeneity. Among the seed progeny, six groups of the seedlings, differing in their stability, were identified: “mutable”, “weakly mutable”, and four intermediate groups. In the “mutable” group, there were high level of mitosis pathologies and the presence of pathologies associated with chromosomal damage, mitotic apparatus damage and cytotomy disorders. In this group mitosis delay was established at the prophase stage and cells with micronuclei (0–0.03 %) were detected. The “weakly mutable” group was characterized with the absence of mitosis pathologies, cells with micronuclei and residual nucleoli presence and low value of the mitotic index (1.9–2.9 %). Intermediate groups had high mitotic index (3.8–4.6 %) and the level of mitosis pathologies of (0.9–1.9 %) intermediate between “mutable” and “weakly mutable” groups, cell retention at the stage of metaphase. Disorders of mitosis in these groups were caused by the damages of chromosomes and mitotic apparatus. In these groups, cells with residual nucleoli in the interphase (0–0.02 %) and mitosis (0.1–0.7 %) and with micronuclei (0–0.04 %) were observed. The quantitative predominance of the certain group seedlings in each tree indicates the production of seed progeny, which can be divided on groups according to their cytogenetic indicators as sensitive or resistant to the environmental factors. The data obtained on the cytogenetic polymorphism of the seed progeny of the white spruce can be used in genetic selection works for the selection of maternal trees producing seed progeny with different stability of the genetic material. They should also be taken into account when carrying out cytogenetic monitoring of environmental pollution using woody plants, because the presence of mutable and weakly mutable forms among seed progeny, as well as trees producing different numbers of seedlings with high and low stability of the genetic material, may affect the results obtained with small sample sizes.
Downloads
Metrics
References
Алтухов Ю. П., Гафаров Н. И., Крутовский К. В., Духарев В. А. Аллозимный полиморфизм в природной популяции ели европейской (Picea abies (L.) Karst.). Сообщ. 3. Корреляция между уровнем индивидуальной гетерозиготности и относительным количеством нежизнеспособных семян // Генетика, 1986. Т. 22, № 12. С. 2825–2830.
Артюхов В. Г., Калаев В. Н., Карпова С. С. Цитогенетический полиморфизм семенного потомства деревьев березы повислой (Betula pendula Roth), произрастающих в различных экологических условиях // Экологическая генетика, 2009. Т. 7, № 1. С. 30–40.
Артюхов В. Г., Калаев В. Н., Сенькевич Е. В., Вахтель В. М., Савко А. Д. Цитогенетические показатели семенного потомства лиственных древесных растений в 1-километровой зоне Нововоронежской АЭС // Радиационная биология. Радиоэкология, 2004. Т. 44, № 4. С. 445–457.
Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика: В 3-х т. Т. 1. М.: Мир, 1987. 295 с.
Баранова Т. В., Калаев В. Н., Бурменко Ю. В.: заявитель и патентообладатель Воронежский государственный университет. Пат. 2654605 Российская Федерация, МПК A01H 1/04 (2006.01); A01H 5/00 (2006.01). Способ оценки по цитогенетическим показателям качества семян Rhododendron ledebourii Pojark. № 2016140096; заявл. 11.10.2016, опубл. 21.05.2018, Бюл. № 15. 16 с.
Белоусов М. В., Машкина О. С., Пардаева Е. Ю., Зеленина Е. А., Попов В. Н. Влияние свинца и выбросов автотранспорта на сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L.) по данным цитогенетического анализа // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета, 2013. № 28. С. 13–19.
Богданова Е. В. Кариологическое изучение Picea pungens Engelm. в условиях интродукции // Бюллетень ботанического сада Саратовского государственного университета, 2009. № 8. С. 219–223.
Бурменко Ю. В., Баранова Т. В., Калаев В. Н., Сорокопудов В. Н. Цитогенетический полиморфизм семенного потомства интродуцентов на примере Rhododendron ledebourii Pojark // Turczaninowia, 2018. Т. 21, № 1. С. 164–173. DOI: 10.14258/turczaninowia.21.1.16
Буторина А. К. Цитогенетическая оценка деревьев дуба черешчатого разных селекционных категорий // Генетика, 1989. Т. 25, № 2. С. 301–309.
Буторина А. К., Богданова Е. В. Адаптивное значение и возможное происхождение В-хромосом у ели колючей // Цитология, 2001. Т. 43. № 8. С. 809–814.
Butorina A. K., Cherckashina O. N., Ermolaeva O. V., Chernodubov A. I., Avdeeva I. A. 2007. Cytogenetic monitoring of the Usmansky and Khrenovskoy autochtonic pine stands. Biology Bulletin 34(4): 423–426.
Буторина А. К., Ермолаева О. В., Черкашина О. Н., Мазурова И. Э., Белоусов М. В., Чернодубов А. И. Перспективы использования цитогенетического анализа в лесоводстве на примере оценки состояния островных боров Воронежской области // Успехи современной биологии, 2008. Т. 128, № 4. С. 400–408.
Буторина А. К., Калаев В. Н., Вострикова Т. В., Мягкова О. Е. Цитогенетическая характеристика семенного потомства некоторых видов древесных растений в условиях антропогенного загрязнения г. Воронежа // Цитология, 2000. Т. 42, № 2. С. 196–201.
Butorina A. K., Mozgalina I. G. 2004. Specific cytogenetic characteristics of Pinus cretacea and Pinus sylvestris. Russian Journal of Ecology 35(3): 156–160.
Федоренко О. М., Зарецкая М. В., Лебедева О. Н., Титов А. Ф. Генетическое разнообразие природных популяций Arabidopsis thaliana (L.), расположенных на северной периферии ареала вида // Труды КарНЦ РАН, 2014. Т. 2. С. 36–42.
Калаев В. Н., Артюхов В. Г., Попов В. Н., Игнатова И. В. Цитогенетический полиморфизм семенного потомства сосны обыкновенной на востоке Воронежской области // Лесоведение, 2010. № 4. С. 56–65.
Калаев В. Н., Истомова И. Ю., Моисеева Е. В. Хромосомные числа представителей некоторых видов хвойных, произрастающих в коллекциях ботанического сада им. проф. Б. М. Козо-Полянского Воронежского государственного университета // Современные проблемы интродукции и сохранения биоразнообразия растений: матер. 2-й международ. науч. конф., посвященной 75-летию Ботанического сада им. профессора Б. М. Козо-Полянского и 100-летию со дня рождения профессора С. И. Машкина. Воронеж, 2012. С. 309–319.
Калаев В. Н., Попова А. А. Цитогенетические характеристики и морфологические показатели семенного потомства деревьев дуба черешчатого (Quercus robur L.), произрастающих на территориях с разным уровнем антропогенного загрязнения // Вестник Воронежского государственного университета. Серия химия, биология, фармация, 2014. Т. 4. С. 63–72.
Kalaev V. N., Popova A. A. 2014b. Cytogenetic polymorphism of English oak (Quercus robur L.) seedlings from areas with different levels of anthropogenic pollution. Silvae Genetica 63, 6: 245–252. DOI: 10.1515/sg-2014-0032
Калаева Е. А., Артюхов В. Г., Калаев В. Н. Теоретические основы и практическое применение математической статистики в биологических исследованиях и образовании. Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2016. 282 с.
Карпюк Т. В., Муратова Е. Н. Кариологический анализ ели Мейера (Picea Meyeri Rehd. Et Wils) // Turczaninowia, 2005. Т. 8, № 3. С. 67–77.
Холина А. Б., Корень О. Г., Журавлев Ю. Н. Генетическая структура и дифференциация популяций тетраплоида Oxytropis chankaensis (Fabaceae) // Генетика, 2009. Т. 45, № 1. С. 81–91.
Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
Ламоткин С. А., Владыкина Д. С., Скаковский Е. Д. Зависимость состава эфирного масла ели канадской Picea glauca (Moench) Voss. от экологической обстановки региона произрастания // Химия растительного сырья, 2012. № 2. С. 111–117.
Магомедова Б. М. Изменчивость показателей плодов и однолетних сеянцев редкого вида Каркас кавказский // Лесоведение, 2019. Т. 3. С. 188–197. DOI: 10.1134/S0024114819020050
Мазурова И. Э. Цитогенетические особенности лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) в условиях Центрального Черноземья // V съезд ВОГиС: матер. конф. Ч. 2. М.: Изд-во РГАУ–МСХА, 2009. С. 248.
Муратова Е. Н., Седельникова Т. С. Структурные перестройки хромосом и полиморфизм нуклеолярных локусов как факторы устойчивости хвойных в экстремальных лесорастительных условиях // Методы оценки состояния и устойчивости лесных экосистем: тез. докл. Международ. совещания. Красноярск, 1999. С. 116–117.
Селютина И. Ю., Кониченко Е. С., Дорогина О. В. Изменчивость и межпопуляционная дифференциация редкого вида Gueldenstaedtia monophylla Fisch. (Fabaceae) // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2017. Т. 21, вып. 3. С. 354–359.
Сенькевич Е. В. Цитогенетика сосны обыкновенной и березы повислой в районе Нововоронежской АЭС в связи с вопросами оценки загрязнения окружающей среды: автореф. дис. … канд. биол. наук. Воронеж, 2007. 23 с.
Тихонова И. В., Экарт А. К., Зацепина К. Г., Кравченко А. Н. Изменчивость аллозимов и уровень инбридинга в возрастных группах южно-таежных и лесостепных популяций сосны обыкновенной в Средней Сибири // Сибирский лесной журнал, 2019. Т. 5. С. 70–80.
Владимирова О. С., Муратова Е. Н., Седаева М. И. Пыльца ели сибирской, произрастающей в различных экологических условиях // Хвойные бореальной зоны, 2008. Т. 25, № 1–2. С. 98–102.
Воробьев Р. А., Тебенькова Д. Н. Развитие вегетативных и генеративных органов представителей рода ель (Picea L.), интродуцированных в Нижегородской области // Лесной вестник, 2013. Т. 99, № 7. С. 97–105.
Vostrikova T. V. 2007. Instability of cytogenetic parameters and genome instability in Betula pendula Roth. Russian Journal of Ecology 38(2): 80–84.
Wittmann W. 1962. Aceto-iron-haematoxylin for staining chromosomes in squashes of plant material. Stain Technology 37(1): 27–30.
Turczaninowia is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Turczaninowia allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Turczaninowia) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
