Популяційно-генетична мінливість ялиці білої (Abies alba Mill.) в українських Карпатах - Автореферат

Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наукНауковий керівник: доктор біологічних наук, професор Коршиков Іван Іванович, Донецький ботанічний сад НАН України, завідувач відділу промислової ботаніки. Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Терновська Тамара Костянтинівна, Національний університет “Києво-Могилянська академія”, завідувач кафедри біології; Захист відбудеться "_28_" _квітня__ 2005 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.202.01 при Інституті клітинної біології і генетичної інженерії НАН України за адресою: 03143, м. З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту клітинної біології і генетичної інженерії НАН України за адресою: 03143, Київ, вул.У вивченні біологічної різноманітності видів популяційний рівень є одним з ключових, оскільки дозволяє зясувати фактори й умови спадкової стійкості головного елементу виду - його популяцій. Визначення особливостей генетичної структури популяцій виду в межах ареалу або в контрастних еколого-ценотичних умовах його частини, а також в різних демографічних елементах популяцій дозволяє отримати інформацію про рівень генетичної різноманітності виду, унікальність генофонду окремих популяцій, встановити напрямок розвитку в них генетичних процесів та зясувати, наскільки їм загрожує інбредна депресія - один з головних чинників генетичної ерозії популяцій (Айала, 1984; Алтухов та ін., 1996; Коршиков та ін., 2002; Politov, Krutovsky, 2004). До таких видів належить і ялиця біла (Abies alba Mill.), площі природних популяцій якої в Українських Карпатах за останні століття значно скоротились і потребують охорони та відтворення (Мілкіна, 1983; Швиденко, 1985; Голубець, 1988; Тереля, 1989). A. alba, то визначення рівня генетичної мінливості виду, зясування ступеня відтворення генетичної структури материнських дерев в зародках їх насіння, аналіз системи схрещування, пошук звязку між гетерозиготністю і кількісними полігенними показниками рослин вивчалось фрагментарно або зовсім не аналізувалось (Longauer et al., 1996, 2002; Гончаренко, 1999). A. alba в Українських Карпатах та особливості відтворення генетичної різноманітності материнських рослин цього виду у зародках насіння, а також зясувати вираженість деяких морфологічних ознак і репродуктивних показників залежно від гетерозиготності рослин.Встановлено генетичний контроль ізоферментів ADH, GOT, GDH, SOD, FDH, MDH, DIA, LAP, ACP, EST, ME у Abies alba, ідентифіковано алельні варіанти 24 генних локусів, які в подальшому були використані для визначення основних параметрів генетичної мінливості, системи схрещування та пошуку звязку між індивідуальною гетерозиготністю та насіннєвою продуктивністю у 8 природних популяціях ялиці білої в Українських Карпатах; аналіз 51 пари генних локусів 6 ферментних систем виявив зчеплення тільки трьох пар локусів: Adh-1:Adh-2, Acp-2:Acp-3, Mdh-2:Me-2. Середні значення основних показників генетичного поліморфізму ялиці білої в Українських Карпатах були такими: P99=66,7%, HO=0,159, HE=0,167, Pg=4,46, A=3,13. A. alba у дослідженому регіоні знаходиться в межах значень, що описані для популяцій цього виду із інших частин ареалу. Більшість вивчених популяцій ялиці білої знаходяться у стані генетичної рівноваги згідно закону Харді-Вайнберга. Внесок окремих поліморфних локусів у генетичну диференціацію популяцій був нерівнозначним: від 0,9% за локусами Got-1 та Fdh-1 до 3,5% за локусом Acp-1.

2. Основний зміст роботи

1. Встановлено генетичний контроль ізоферментів ADH, GOT, GDH, SOD, FDH, MDH, DIA, LAP, ACP, EST, ME у Abies alba, ідентифіковано алельні варіанти 24 генних локусів, які в подальшому були використані для визначення основних параметрів генетичної мінливості, системи схрещування та пошуку звязку між індивідуальною гетерозиготністю та насіннєвою продуктивністю у 8 природних популяціях ялиці білої в Українських Карпатах; аналіз 51 пари генних локусів 6 ферментних систем виявив зчеплення тільки трьох пар локусів: Adh-1:Adh-2, Acp-2:Acp-3, Mdh-2:Me-2.

2. Середні значення основних показників генетичного поліморфізму ялиці білої в Українських Карпатах були такими: P99=66,7%, HO=0,159, HE=0,167, Pg=4,46, A=3,13. Виявлений рівень гетерозиготності в популяціях A. alba у дослідженому регіоні знаходиться в межах значень, що описані для популяцій цього виду із інших частин ареалу. Більшість вивчених популяцій ялиці білої знаходяться у стані генетичної рівноваги згідно закону Харді-Вайнберга.

3. В Українських Карпатах популяції характеризуються низькою підрозділеністю. Близько 98% генетичної мінливості припадає на внутрішньопопуляційну і тільки 2% - на її міжпопуляційну складову. Внесок окремих поліморфних локусів у генетичну диференціацію популяцій був нерівнозначним: від 0,9% за локусами Got-1 та Fdh-1 до 3,5% за локусом Acp-1.

4. Для гірських популяцій A. alba на межі природного ареалу характерний низький рівень генетичної диференціації. Генетична дистанція Нея між популяціями варіювала від 0,002 до 0,009, склавши в середньому 0,006, що вказує на високу схожість їх генетичних структур. Кластеризація популяцій за даними генетичних дистанцій свідчить, що шість популяцій A. alba, які належать до суцільної смуги ялицево-букових лісів Українських Карпат, обєднуються в єдину групу.

5. У зародків насіння 4 досліджених популяцій A. alba відтворюється алельна та генотипова різноманітність, що характерна для материнських рослин. Але наявна гетерозиготність у зародків насіння була в середньому на 30,3% нижче, ніж у дерев. Для зародків насіння притаманний значний надлишок гомозигот.

6. Аналіз системи схрещування 147 дерев у чотирьох популяціях A. alba показав, що за багатолокусною (9 локусів) оцінкою частота ауткросингу (tm) варіювала від 62,7 до 74,9% і в цілому для виду не перевищувала 67%.

7. Ялиця біла в Українських Карпатах характеризується досить низькою продуктивністю повного насіння - приблизно 35% від загальної кількості насіння у шишці, а 45% припадає на порожнє насіння, останні 20% - неповномірне. Визначено, що вибірки дерев з найвищою продуктивністю повного насіння та найнижчою продуктивністю неповноцінного насіння характеризуються більшим рівнем наявної гетерозиготності і більш високим значенням коефіцієнта перехресного запилення (tm), ніж альтернативні вибірки дерев. Висока гетерозиготність рослин не є основною причиною утворення в їх шишках великої кількості порожнього насіння.

8. Встановлено дуже низький (CV=6,1-6,6%), низький (CV=7,5-11,6%) та середній (CV=12,6-17,9%) рівні варіювання морфометричних показників насіннєвих лусок, насіння з крильцями та їх розрахункових індексів у 313 дерев ялиці білої. З восьми індексів - індекс форми луски (ІФЛ) виявився найбільш придатним для оцінки фенотипічної мінливості та диференціації популяцій A. alba.

9. Дерева з альтернативним забарвленням насіннєвих крилець (світле - темне) мають певні генетичні відмінності. Показники, що характеризують генетичну та фенотипічну мінливість A. alba, можуть бути використані в программах з селекційного поліпшення цієї важливої для України лісогосподарської породи.

Морозова Н.Н. (Пірко Н.М.) Семенная продуктивность Abies alba Mill. в природных популяциях Украинских Карпат // Промышленная ботаника. - 2002. - Вып. 2. - С. 211 - 214.

Коршиков И.И., Морозова Н.Н., Пирко Я.В. Генетический контроль изоферментов пихты белой (Abies alba Mill.) Украинских Карпат // Цитология и генетика. - 2003. - Т.37, № 3. - С. 36 - 40. (Здобувач брав участь у зборі насіннєвого матеріалу. Обробку зібраного матеріалу і проведення експерименту здійснено ним самостійно. За його участю проведено аналітичні роботи, інтерпретацію отриманих результатів і формулювання висновків).

Морозова Н.Н., Пирко Я.В. Связь аллозимной изменчивости и фактической семенной продуктивности у пихты белой (Abies alba Mill.) из Украинских Карпат // Промышленная ботаника. - 2003. - Вып. 3. - С. 104-107. ( Здобувач приймав участь у зборі насіннєвого матеріалу, самостійно здійснив генетичний і морфологічний аналізи, приймав участь в аналізі отриманих результатів, їх інтерпретації, формулюванні висновків).

Коршиков І. І., Морозова Н. М., Пірко Я. В. Популяційно-генетична мінливість ялиці білої (Abies alba Mill.) в Українських Карпатах // Доп. НАН України. - 2004. - №2.- С. 172 - 175. (Здобувачем прийнято участь у зборі насіннєвого матеріалу, самостійно зроблено ізоферментний аналіз, обробку та інтерпретацію отриманих результатів, прийнято участь у формулюванні висновків статті).

Коршиков І.І., Пірко Я.В., Пірко Н.М., Приваліхін С.М. Аналіз популяційно-генетичної мінливості пяти видів хвойних Українських Карпат // Вісн. Львівського університету. Серія біологічна. - 2004. - Вып. 36. - С.108 - 115. (Здобувач брав участь у зборі насіннєвого матеріалу двох із пяти видів хвойних, ним проведено аналіз та інтерпретацію отриманих результатів щодо ялиці білої, взято участь у формулюванні висновків).

Морозова Н.Н., Коршиков И.И. Сравнительный анализ аллозимного полиморфизма материнских деревьев и их семенного потомства у пихты белой (Abies alba Mill.) из популяции Украинских Карпат // Интродукция растений. - 2004. - № 2. - С. 68 - 72. (Матеріал, який було покладено в основу статті, зібрано здобувачем. Самостійно проведено ізоферментний аналіз материнських рослин та зародків насіння, прийнято участь у формулюванні висновків).

Коршиков И.И., Калафат Л.А., Пирко Я.В., Терлыга Н.С., Великоридько Т.И., Бычков С.А., Чемерис Е.В., Скидан Е.М., Фоменко Г.Е., Тунда С.Н., Коба В.П., Морозова Н.Н. Полиморфизм аспартатаминотрансферазы и глутаматдегидрогеназы у шести коренных видов рода Pinus L. в Украине // Физиология и биохимия культурных растений. - 2001. - Т. 34, № 3. - С. 252 -259. (Здобувач приймав участь у проведенні експерименту).

Коршиков И.И, Макогон И.В., Морозова Н.Н., Пирко Я.В. Гетерозиготность и индивидуальная изменчивость доли полных и пустых семян у ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) в первичном интродукционном насаждении // Интродукция растений. - 2002. - № 3 - 4. - С. 88 - 92. (Здобувачем зібрано польовий матеріал, за його участю проведено ізоферментний аналіз, інтерпретацію отриманих результатів).

Коршиков І.І., Макогон І.В., Морозова Н.М., Пірко Я.В. Взаємозвязок якості насіння з гетерозиготністю материнських рослин ялини європейської (Picea abies (L.) Karst.) // Наук. Зап. Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія. - 2002. - Т.3, вип.18. - С.106 - 109. (Збір насіннєвого матеріалу здійснено дисертантом. Він також брав участь у інтерпретації отриманих результатів та формулюванні висновків статті).

Коршиков И.И., Морозова Н.Н., Пирко Я.В., Макогон И.В. Параметры генетической изменчивости ели европейской (Picea abies (L.) Karst) в дендрарии Донецкого ботанического сада // Вісн. Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2003. - Т. 2, вип. 10. - 116-120. (Збір насіннєвого матеріалу, проведення експерименту зроблено здобувачем самостійно, прийнято участь в інтерпретації отриманих результатів, формулюванні висновків статті).

Коршиков И.И., Морозова Н.Н., Пирко Я.В. Изменчивость морфометрических показателей семян с крылышками у Abies alba в популяциях Украинских Карпат // Тез. докл. II междунар. конф. по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 14-18 октября 2002 г.). - СПБ: Б.и, 2002. - С. 56-57.

Морозова Н.Н., Пирко Я.В., Коршиков И.И. Аллозимная изменчивость ели европейской в первичном интродукционном насаждении Донбасса // Сб. тез. доп. Міжнар. наук. - практ. конф. “Рослини та промислове середовище.” - Днепропетровск: Вид-во Діпропет. ун-ту, 2002. - С. 35.

Морозова Н.Н., Макогон И.В. Индивидуальная изменчивость показателей семеношения у ели европейской в первичном интродукционном насаждении Донбасса // Еколого-біологічні дослідження на природних та антропогенно змінених територіях: Матер. наук. конф. молодих вчених (Кривий Ріг, 13-16 травня 2002 р.). - Кривий Ріг: Б.в. 2002. - С. 238 - 239.

Морозова Н.Н., Мельник И.В., Глоба Е.В. Поиск перспективных признаков для оценки дифференциации природных популяций Abies alba Mill. // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів. Зб. доп. I Міжнар. конф. аспірантів та студентів. - Донецьк: Вид-во Донецьк. гос. ун-ту, 2002. - С. 64 - 65.

Морозова Н.Н. Изменчивость окраски семенных крылышек Abies alba Mill. в природных популяциях Украинских Карпат // Відновлення порушених природних екосистем. Матер. першої міжнар. наук. конф. (Донецьк, 24-27 вересня 2002 р.). - Донецьк: Б.в. 2002. - С. 279 - 281.

Морозова Н.Н., Пирко Я.В. Аллозимный полиморфизм GOT и GDH у пихты белой (Abies alba Mill.) в Украинских Карпатах // Тез. доп. VIII конф. молодих вчених "Сучасні напрямки у фізіології та генетиці рослин" (Київ, 23-25 жовтня 2002 p.). - Київ: Б.в., 2002. - С. 72.

Коршиков И.И., Морозова Н.Н., Пирко Я.В. Генетическая структура и дифференциация маргинальных популяций пихты белой (Abies alba Mill.) в Украинских Карпатах // Актуальные проблемы генетики: Матер. 2-й конф. Москов. общ-ва генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова (Москва, 20 - 21 февраля 2003 г.). - Москва: Изд-во МСХА, 2003. - Т. 1 - С. 108 - 109.

Морозова Н.Н., Пирко Я.В. Генетический контроль алкогольдегидрогеназы и кислой фосфатазы у пихты белой (Abies alba Mill.) // Биоразнообразие. Экология. Эволюция. Адаптация: Матер. юбилейной науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 180-летию со дня рождения Л.С. Ценковского (Одесса, 28 марта - 1 апреля 2003 г.). - Одесса: Б.и. - 2003. - С.104.

Пирко Н.Н., Пирко Я.В. Генетическая изменчивость пихты белой (Abies alba Mill.) на Буковине // Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку: Матер. IV міжнар. конф. (Донецьк, 17-19 вересня 2003 р.) - Донецьк: Б.в., 2003. - С. 134 - 135.

Пирко Н.Н. Одно- и мультилокусная оценка перекрестного опыления в природной популяции Abies alba Mill. // Збереження біорізноманітності на південному сході України: Матер. наук.-практ. конф. ( Донецьк, 14 вересня 2004 р.). - Донецьк: Б.в., 2004. - С. 44 - 45.