Článek prezentuje výsledky karyologické studie sibiřského smrku (Piceaobvejčitý Ledeb.), rostoucí v podmínkách antropogenního stresu a přirozených populací s optimálními podmínkami. Byl studován jak mateřský karyotyp jednotlivých stromů, tak karyotyp semenného potomstva. Získaná data naznačují širší distribuci dalších chromozomů v karyotypu sibiřského smrku v městských podmínkách ve srovnání s populacemi v příznivějších podmínkách prostředí. Předpokládá se adaptivní role B chromozomů zajišťující odolnost organismů vůči nepříznivým vlivům. Diskutována je možnost využití dat o výskytu (či přítomnosti) dalších chromozomů jako jednoho z kritérií pro cytogenetické sledování.
Jsou uvedeny výsledky karyologického studia sibiřského smrku z některých porostů v podmínkách antropogenního stresu (Krasnojarsk, Černogorsk, Achinsk) a přirozených populací v optimálních podmínkách. Byla provedena studie mateřských karyotypů jednotlivých stromů a karyotypů semen. Většina stromů a semen z měst má kromě typického počtu chromozomů (2n = 24) ještě jeden, dva nebo tři další chromozomy (2n = 24 + 1B; 2n = 24 + 2B; 2n = 24 + 3B). Systém B-chromozomů je důležitý pro populační a druhovou adaptaci a možná hraje roli při adaptaci Picea obovata ve stavu antropogenní kontaminace.
úvod
V posledních letech se znečištění životního prostředí stalo jedním z nejpalčivějších a globálních problémů. Karyologické a cytogenetické studie ukázaly, že rostliny vystavené antropogennímu stresu mají patologické mitózy, narušení nukleolárních charakteristik, chromozomální mutace a výskyt a zvýšení frekvence dalších chromozomů [1-6].
Jedním z nejpoužívanějších druhů v městské krajině je sibiřský smrk – Piceaobvejčitý Ledeb. Tento druh se vyznačuje dekorativní korunou a má krásné tvary s nažloutlými, namodralými a namodralými jehlicemi. [7]. Kromě toho mají smrkové plantáže také baktericidní vlastnosti přízemní vrstvy vzduchu, tvoří jakousi „antimikrobiální zónu“ a plní funkci biologických filtrů atmosféry [8].
Karyologicky je sibiřský smrk jedním z nejstudovanějších druhů rodu Picea[9-19]. Jedná se o stabilního diploida se somatickým počtem chromozomů 2n = 24. Zajímavou vlastností karyotypu tohoto druhu je však přítomnost dalších chromozomů (chromozomů B). Další chromozomy se dobře liší od chromozomů hlavní sady tím, že jsou menší, tvoří 25–30 % velikosti největších A-chromozomů (nebo chromozomů hlavní sady). B chromozomy sibiřského smrku, stejně jako většina zástupců rodu Picea, patří do dvou morfologických typů – metacentrické (typ B1) a submetacentrické (typ B2).
Role a původ dalších chromozomů dosud nebyly objasněny. Je známo, že přítomnost chromozomů B v karyotypu mění metabolismus celé buňky a ovlivňuje nejdůležitější biologické procesy. Jako je délka buněčného cyklu, genetická aktivita chromozomů, chování chromozomů při mitóze a meióze, obsah RNA a histonů, frekvence dělení buněk [17, 20-25].
Mnoho autorů navrhlo, že přítomnost chromozomů B je spojena se stresovými podmínkami růstu a se zvýšenou adaptabilitou rostlin s těmito chromozomy [2, 4, 17, 19, 22, 26]. Tento článek prezentuje výsledky karyologické studie pěstování sibiřského smrku v různých geografických a environmentálních podmínkách.
Objekty a metodika
Pro karyologickou studii sibiřského smrku rostoucího v podmínkách antropogenního stresu byly vybrány: 1) Achinská přirozená populace (okolí Achinsku, Krasnojarské území), 2) městské výsadby v Krasnojarsku a 3) městské výsadby v Černogorsku (Khakassie).
Pro srovnání byly studovány čtyři přirozené populace Krasnojarského území: 1) Kachinská populace (stanice Kača, Emelyanovsky l/z), 50 km od města, 2) populace povodí (železniční nástupiště Vodorazdel, Emelyanovsky l/z) 60 km od město, 3) obyvatelstvo Kozul (okolí obce Kozulka, Kozulsky l/z) více než 100 km od města, 4) obyvatelstvo Shinda (okres Kuraginsky, horní tok řeky Shinda). Celkem bylo studováno 7 biotopů sibiřského smrku.
Materiálem pro studium mateřského karyotypu byla meristematická tkáň mladých jehlic odebraných z každého stromu zvlášť (Krasnojarsk, Vodorazdelské náměstí, stanice Kacha). Karyotyp semenného potomstva v populaci (Achinsk, stanice Kacha, vesnice Kozulka) nebo výsadbě (Černogorsk) byl studován na meristematických pletivech semenných klíčků. Stromy z krasnojarské výsadby byly vybrány z 5 městských částí (u Velké koncertní síně, u autobusového nádraží Vzletka, v Centrálním parku M. Gorkého, u budovy divadla pro mladé diváky, na ostrově Otdykha). Z těchto oblastí bylo studováno 44 sibiřských smrků starých přibližně 10-15 let. Kromě toho dekorativní formy sibiřského smrku rostou v arboretu Lesnického ústavu pojmenovaném po. V. N. Sukacheva SB RAS, Krasnojarsk – P. obvejčitýf. seminskiensisforma Lucznik – Seminsk; P. obvejčitýf. densifoliaLucznik – dlouho jehličnatý; P. obvejčitýf. luciferaLucznik – svítící; P. obvejčitýf. lutescensLucznik – žlutá; P. obvejčitýf. kyvadloLucznik – pláč. Pro studium mateřského karyotypu bylo v Krasnojarsku vybráno celkem 52 stromů.
V populaci Achinsku byla shromážděna směs semen z 30 stromů, v Černogorsku – od 20. Na stanici. Kacha a pl. V povodí bylo vybráno 25 rostlin podobného stáří v každé populaci pro studium mateřského karyotypu. Kromě toho byla od populace Kachinů shromážděna semena z 25 stromů. V populaci Shinda byla semena odebrána z 20 stromů a v populaci Kozul – od 30. Mateřský karyotyp byl tedy studován na 50 sibiřských smrcích z přirozených populací (stanice Kača a náměstí Vodorazdel) a na 52 stromech z městských výsadeb. (Krasnojarsk). Karyotyp semenného potomstva byl studován na směsi semen získaných z 57 městských stromů (Krasnojarsk, Černogorsk, Achinsk) a 75 stromů přirozených populací (vesnice Kozulka, stanice Kacha, horní tok řeky Shinda). Jehlice byly odebrány z různých částí koruny z 10 větví každého stromu a bylo analyzováno 100 metafázových destiček. Bylo studováno nejméně 30 semenáčků s buněčným dělením z každého původu. Karyologická analýza byla provedena podle akceptovaných metod pro jehličnaté druhy [15, 26, 27].
Výsledky a diskuse
Při studiu mateřského karyotypu sibiřského smrku z populace povodí nebyly nalezeny žádné další chromozomy, všechny stromy byly charakterizovány karyotypem s typickým počtem chromozomů – 2n = 24. V kachinské populaci měly dva stromy chromozomy B metacentrické typ – 2n = 24 + 1B1 (obrázek 1). Z celkem 50 stromů rostoucích v přirozených populacích s optimálními podmínkami prostředí byly chromozomy B nalezeny v mateřském karyotypu dvou dvou. Výskyt dalších chromozomů tedy v tomto případě činil 4 %.
Na plantážích v Krasnojarsku byly naopak ve všech studovaných oblastech zaznamenány další chromozomy. V karyotypu sibiřského smrku rostoucího v oblastech BKZ, Vzletka, park a Tyuz byl tedy spolu s typickou sadou chromozomů (2n = 24) nalezen chromozom B metacentrického typu – 2n = 24 + 1B1. . V karyotypu sibiřského smrku z plantáží na ostrově. Během období klidu byly zaznamenány jeden a dva další chromozomy typu B1 – 2n = 24; 2n = 24 + 1B1. V karyotypu dekorativních forem sibiřského smrku z arboreta byly nalezeny chromozomy B dvou morfologických typů – meta- a submetacentrické (2n = 24; 2n = 24 + 1B1; 2n = 24 + 1B2; 2n = 24 + 1B1 + 1B2). Celkem byly další chromozomy v mateřském karyotypu sibiřského smrku rostoucího v podmínkách Krasnojarska zaznamenány u 22 stromů z 52 studovaných, což je 42.3 %. Výsledky studie jsou podrobně uvedeny v tabulce.
Obrázek 1 — Mateřský karyotyp sibiřského smrku z populace Kachinů (2n = 24 + 1B). Chromozom B je označen šipkou. Barvení acetohematoxylinem. O. 90. léta, dobře. 10
Studie karyotypu semenných potomků ukázala, že v nejekologičtějších podmínkách pěstování (populace Shinda) byl jeden další chromozom typu B1 nalezen pouze v 6.0 % případů. V populaci Kachinů obsahovalo 7.7 % semenáčků jeden další chromozom a 1.5 % obsahovalo dva chromozomy B. Všechny chromozomy B nalezené v populaci Kachinů patřily k metacentrům (obrázek 2).
Obrázek 2 — Karyotyp semenného potomstva sibiřského smrku z populace Kachin (2n = 24 + 1B). Chromozom B je označen šipkou. Barvení acetohematoxylinem. O. 90. léta, dobře. 10
Tabulka – Výskyt chromozomů B v mateřském karyotypu a semenném potomstvu sibiřského smrku za optimálních a stresových podmínek růstu
