В настоящее время, когда мы располагаем по многим вегетативным гибридам уже пятым семенным поколением (а по некоторым имеются и более поздние), естественно встал вопрос о необходимости проведения цитологического анализа у прививочных гибридов.

Материалом для цитологического исследования послужили следующие комбинации прививочных гибридов: 1) пятое поколение Золотая королева/Фикарацци, 2) пятое поколение Мексиканский 353/Гольден, 3) первое поколение Мексиканский 353/Альбино, 4) второе поколение этой же комбинации, 5) двенадцатое поколение Гумберт/баклажан, 6) восьмое поколение Гумберт/паслён чёрный.

Контролем при проведении цитологического анализа служили соответствующие чистые материнские формы.

Как видно из вышеприведённого перечня, анализом были охвачены вегетативные гибриды: межсортовые (Золотая королева/Фикарацци), межвидовые (Мексиканский/Гольден, Мексиканский/Альбино) и межродовые (Гумберт/чёрный паслён, Гумберт/синий баклажан).

Цитологический анализ проводился в Институте генетики Академии наук СССР Г. Б. Медведевой.

Для наблюдения над соматическими митозами были использованы молодые корешки, полученные от черенкованных побегов, отсаженных в маленькие вазоны. Фиксация проводилась по Навашину, дальнейшая обработка — обычными приёмами микроскопической техники; микротомные срезы делались толщиной в 14 р.; препараты окрашивались генцианой-виолетт по методу Ньютона.

Редукционное деление наблюдалось в материнских клетках пыльцы, зафиксированных покрашенных уксуснокислым кармином по методу Хейтца. Материал для наблюдения редукционного деления брался с полевого участка Института генетики в августе 1946 г.

Рисунки выполнены при помощи рисовальной камеры Аббе, редукционное деление при объективе H190 и окуляре К10Х, соматические клетки — при H190 и К20Х, пыльца же — при объективе 20 и окуляре К10.

Прежде чем приступить к исследованию вегетативных гибридов, были исследованы в качестве контроля исходные формы, входящие в их состав: сорта Гумберт, Золотая королева, Фикарацци, Гольден, Альбино и Мексиканский 353. Все они имеют одного и того же типа соматическую пластинку, состоящую из 24 хромосом, имеющих вид удлинённых изогнутых палочек, часто соединяющихся концами и образующих в пластинке длинные цепи или звездообразные фигуры.

Рис. 62. Соматические пластинки. Слева — Золотая королева (контроль); справа — F 5 вегетативного гибрида Золотая королева/Фикарацци.

Межсортовые и межвидовые вегетативные гибриды — Мексиканский 353/Альбино, Мексиканский 353/Гольден, Золотая королева/Фикарацци не обнаружили по соматическим хромосомам никаких отличий от исходных форм. Типичная соматическая пластинка вегетативного гибрида Золотая королева/Фикарацци представлена на рисунке 62.

Рис. 63. Нормальный мейозис у вегетативного гибрида Золотая королева/Фикарацци: 1  — 1 мейотическое деление (вид с полюса и сбоку с пластинки и веретена); 2 — интерфаза — диады; 3 — II мейотическое деление; 4 — молодая одноядерная пыльца.

Редукционное деление у всех пяти исходных форм проходило без всяких отклонений от нормы.

Ход редукционного деления у вегетативных гибридов пятого поколения комбинаций Золотая королева/Фикарацци, Мексиканский 353/Гольден и второго поколения Мексиканский 353/Альбино также не показал никаких отклонений от нормального течения. На рисунке 63 представлен ход редукционного деления вегетативного гибрида Золотая королева/Фикарацци.

B F1 комбинации Мексиканский 353/Альбино наблюдались некоторые очень незначительные уклонения. Так, в контрольных чистых формах все материнские клетки пыльцы одного пыльника почти одновременно проходят все стадии редукционного деления. В F1 данной комбинации эта синхронность нередко нарушена. Отдельные клетки отстают или опережают в ходе деления общую массу материнских клеток пыльцы. Кроме того, в анафазах расхождение хромосом к полюсам не происходит с такой идеальной правильностью, как в контроле. На веретене первого и второго делений наблюдаются отстающие хромосомы, которые обычно всё же успевают дойти до полюсов и включиться в дочерние ядра, так что в результате обоих делений получаются нормальные тетрады, а позже нормальная пыльца, не содержащая абортивных пыльцевых зёрен или содержащая лишь незначительную примесь их. Цитологическое исследование межродовых вегетативных гибридов Гумберт/паслён и Гумберт/баклажан дало иную картину, резко отличную от только что приведённой.

Контролем для этих гибридов служил сорт Гумберт, бывший материнской формой в обеих межродовых комбинациях, и чёрный паслён, бывший подвоем в одной из них. Второй прививочный компонент второй комбинации— баклажан сорта Деликатес — не исследовался за отсутствием материала. Соматические пластинки Гумберта и паслёна приведены на рисунке 64 (первый и второй сверху вниз) Гумберт имеет соматическую пластинку такого же типа, как и все остальные исследованные сорта томата. Хромосомы паслёна мельче и короче, чем хромосомы томата. Они лежат в соматических пластинках обычно очень раздельно, число их в большинстве клеток равно 72, что находится в согласии с имеющимися литературными данными. Наряду с типичными пластинками с 72 хромосомами, у паслёна встречались в небольшом числе, при фиксации в осенние, холодные дни, также клетки с меньшим числом хромосом (от 63 и выше). Во многих метафазных пластинках в этом случае точно установить числа хромосом вообще не удалось из-за своеобразного отношения хромосом паслёна, зафиксированных на холоду, к окраске. Применённая при анализах генциана-виолетт интенсивно окрашивала только часть метафазных хромосом (то большую, то меньшую), оставляя другую часть неокрашенной.

Рис. 64. Соматические пластинки: сверху вниз томата Гумберт (24 хромосомы); чёрного паслёна (72 хромосомы); вегетативного гибрида Гумберт/ чёрный паслён (26 хромосом).

В комбинации Гумберт/паслён чёрный соматические хромосомы и по числу и по морфологии отличались от материнской формы. Резко бросается в глаза их укороченность по сравнению с хромосомами контрольного томата: они почти вдвое короче. Наиболее часто встречающееся число их равно 26, т. е. имеется одна пара добавочных хромосом (рис. 64, внизу). Эта добавочная пара наиболее коротка, она отличается ещё и тем, что обычно располагается в несколько другой плоскости, чем остальные хромосомы. От встречающихся в чистых сортах томата добавочных хромосом она отличается тем, что скорее напоминает собою фрагменты, а не целые типичные хромосомы. Клетки с 24 хромосомами у этого гибрида встречаются как исключение. Изредка наблюдались пластинки и с меньшим числом, чем исходное 24, чего в чистых видах наблюдать не приходилось. В соматических клетках второй комбинации межродовых гибридов Гумберт/Деликатес метафазная пластинка мало отличается от чистого Гумберта. Правда, и здесь отличием было присутствие в некоторых клетках этого гибрида пары фрагментов, напоминающих тринадцатую пару предыдущего гибрида.

Редукционное деление у родительских видов (Гумберт и паслён) протекает нормально. У паслёна в метафазах первого и второго делений легко насчитать 36 хромосом, более мелких, чем у томата.

В редукционном делении обоих гибридов наблюдался ряд отклонений и ненормальностей. Особенно значительное и частое нарушение хода редукционного деления даёт комбинация Гумберт/ баклажан. Прежде всего сильно нарушается синхронность в прохождении фаз деления отдельными материнскими клетками. Независимость отдельных клеток выражена так резко, что присутствие в одном и том же пыльнике клеток самых начальных фаз деления и рядом уже готовых молодых пыльцевых зёрен не является редкостью. На ранних стадиях в пыльниках незаметно особых отклонений от нормы. Археспориальная ткань и мейотические профазы также не обнаруживают изменений. Но уже в метафазной пластинке, вместо гаплоидного числа 12, можно наблюдать большие числа хромосом — до 18 (рис. 65, 2 и 66, 2). Очевидно, наряду с бивалентами, здесь присутствует и некоторое число унивалентных хромосом, что указывает на преждевременное расхождение некоторых пар или, может быть, вообще на отсутствие у них конъюгации. В анафазах, как правило, наблюдается недружное расхождение хромосом: в то время как одни уже дошли до полюсов, другие находятся на пути, а третьи ещё лежат в экваториальной плоскости. Неправильное рассеивание хромосом по веретену и задержка части их ведёт к тому, что при образовании дочерних ядер часть хромосом не успевает включиться в них и остаётся в плазме в виде микроядер Микроядра или сливаются с основным ядром или долго сохраняются в плазме в виде хроматиновых включений, постепенно дегенерируя. Наблюдались и «незавершённые анафазы», когда в результате первого деления весь хромосомный комплекс клетки включается в одно, так называемое реституционное ядро, принимающее при этом характерную форму песочных часов (рис. 65, 2). В других случаях группы хромосом образуют самостоятельные ядра, и в клетке, прошедшей первое деление, оказывается больше двух ядер обычно резко разных размеров (рис. 65, 4). Так как те же аномалии могут происходить и во втором делении, то после двух делений материнская клетка может содержать вместо четырёх ядер большее их число (5, 6, 7) причём ядра могут быть разной величины. Среди плазмы встречаются отдельные хромосомы или сгустки хроматина, представляющие собой дегенерирующие остатки не включённых в ядра хромосом. Расстройство механизма деления на этой стадии выражается ещё одним явлением, никогда не встречающимся у чистых исходных форм, — слиянием дочерних ядер. Отдельные моменты слияния, наблюдавшиеся на препаратах, не позволяют сомневаться в его реальности. Сливается или одна пара ядер из четырёх или обе пары, давая в результате трёхъядерную или снова двухъядерную клетку (рис. 66, 3). Наконец, и все четыре дочерних ядра могут слиться и дать клетку с одним гигантским ядром. В связи с этим, наряду с молодыми, нормальными пыльцевыми зёрнами, в пыльниках можно найти гигантские клетки одноядерные, двухъядерные или клетки с четырьмя, плотно прилегающими друг к другу ядрами (рис. 66, 4), а также некоторое количество отмирающих клеток и пустых клеточных оболочек.

Рис. 65. Мейозис у вегетативного гибрида Гумберт/баклажан: 1  и 3 — нормальные картины I и II деления; 2 — пластинка с увеличенным числом хромосом, две клетки с «незавершёнными анафазами»; 4 — интерфаза ненормального мейозиса. Вместо диад — реституционное ядро в первой клетке, микроядра — во второй клетке.

Рис. 66. Мейозис у вегетативного гибрида Гумберт/баклажан. 1  — нормальные тетрады; 2 — пластинка с увеличенным числом хромосом; рядом клетка с двумя ядрами и одним реституционным ядром; 3 — неровные ядра на стадии тетрад; картины слияния ядер; 4 — стадия молодой пыльцы. Наряду с нормальными пыльцевыми зёрнами, видны диадные клетки, гигантская монада, а также клетки со сливающимися ядрами.

Рис. 67. Зрелая пыльца вегетативного гибрида Гумберт/баклажан.

Рис. 68. Мейозис у вегетативного гибрида Гумберт/S. nigrum: 1 — нормальные материнские клетки пыльцы; 2 — отстающие хромосомы, микроядра и I интерфаза; 3 — II интерфаза; слияние ядер; 4 — стадия тетрад. Видны диады.

После распадения тетрады отдельные молодые пыльцевые зёрна сначала имеют вид хорошо развитых, густо наполненных плазмой клеток. Но с возрастом в гибридной пыльце происходят изменения. В некоторых пыльцевых зёрнах появляется потемнение, грубая зернистость, плазма делается губчатой, вакуолизированной, начинаются явления дегенерации. Пыльцевое зерно всё больше обедняется плазмой, становится пустым, наконец, наступает сморщивание, деформация и отмирание его (рис. 67).

Все описанные проявления расстройства механизма редукционного деления, только в меньшей степени, найдены были и у комбинации Гумберт/паслён (рис. 68). Необходимо отметить, что в обеих комбинациях, наряду с ненормальностями, наблюдались многочисленные картины совершенно типичного редукционного деления, не отличающиеся от контрольных форм. Нарушения редукционного деления не ведут в нашем случае к стерильности, так как в большей части материнских клеток оно протекает нормально.

Выводы

1. У растений межсортовых и межвидовых вегетативных гибридов уклонений от родительских форм не обнаружено.

Объясняется это тем, что сорта и даже отдельные виды томатов близки между собою. Об этом свидетельствует лёгкость получения у томатов межвидовых половых гибридов.

2. Резкие уклонения от нормы наблюдаются при межродовых прививках. Эти уклонения выразились: во-первых, в нарушениях процесса редукционного деления и, во-вторых, в изменений количества хромосом в половых и соматических клетках.

3. Причину цитологических нарушений у отдалённых прививочных гибридов можно усматривать в следующем. Поскольку на основании современных данных признаётся, что репродукция хромосом происходит в результате образования дочерних хромосом de novo, то различия в пластических веществах прививки могут привести к качественным различиям хромосом данного комплекса.

4. Соответствующие изменения в хромосомном комплексе могут быть лишь одним из морфологических показателей более тонких изменений во всей структуре клетки.

Качественные изменения вступающих в обмен пластических веществ могут определить собою качественные изменения любых живых структур клетки.