Экологическая оценка сортообразцов черной смородины по характеристикам пыльцевых зерен

УДК 576.3.575:634.2 2007
Авторы: Николаев А., Голышкина Л.В.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции плодовых культур, 302530, Орел, п/о Жилина

Проблема экологической устойчивости сельскохозяйственных культур приобретает все большую актуальность. В методиках сортоиспытания способ оценки экологической устойчивости сорта отличается значительной продолжительностью и невозможностью применения на ранних этапах селекционного процесса. Для селекционной работы большое значение имеет качество пыльцы. Преодолеть недостатки этих методик позволяет использование в качестве объекта исследования мужского гаметофита. Так, работами J. Mascarenhas (1988 ) экспериментально доказана взаимосвязь экспрессии генов в спорофитном поколении и в фазе зрелого мужского гаметофита. Гаметная оценка и отбор оказались эффективными и по таким количественным признакам, как жаро- и холодостойкость (Zamer, 1981; Жученко, 1988 ).

В связи со сложными погодными условиями зимой 2005-2006 гг. (длительные по продолжительности морозы, превышающие -30°С) возникла необходимость в период гибридизации (май 2006г.) проанализировать и дать оценку адаптивности и устойчивости мужского гаметофита. В 2007 г. по отдельным образцам исследования были продолжены на срезанных в марте побегах.

Работа выполнена под руководством доктора с.-х. наук Князева С.Д.

Объекты и методика исследования

Объектами исследования служили 15 сортообразцов (отборные формы) черной смородины отдела ягодных культур ВНИИСПК. Использовали морфологические (размеры пыльцевого зерна) и функциональные (жизнеспособность- прорастание пыльцевых зерен) параметры. Мужской гаметофит анализировали в смеси от 30 бутонов каждого сортообразца. На основе первичных данных вычисляли вариабельность признаков, диаметр пыльцы. По каждому варианту объем выборки составил 10 полей зрения микроскопа на один показатель. Был подобран состав питательной среды, состоящей из 1% агар-агара,10% сахарозы с добавлением стимуляторов роста (0,0001% раствора борной кислоты, кусочков рыльца той же смородины). Каждый сортообразец анализировали по следующим показателям: размеры пыльцевых зерен; фертильность (оплодотворяющая способность пыльцевых зерен по Эвансу и окрашиванием ацетокармином); жизнеспособность (способность мужского гаметофита к росту на соответствующих тканях пестика) – по проращиванию их на искусственной питательной среде (Паушева,1988). Цитоморфологические показатели снимали только с фертильных пыльцевых зерен.

Результаты исследований

Результаты представлены в таблицах 1 и 2. Так, сравнение цитоморфологических признаков пыльцы по образцам, проведенное на основе средних значений размеров пыльцевых зерен, показало некоторое различие между сортообразцами (таблица 1). Средний диаметр колебался в пределах 30-35 мкм. По нашему мнению, этот факт можно интерпретировать как физиологическое состояние пыльцы, связанное с неравномерностью созревания (степенью гидратации) пыльцевого зерна, влияющее на размер последнего. У всех изученных форм смородины контур пыльцевых зерен округлый; щуплая слабо- или нежизнеспособная пыльца встречалась овальной или неправильной формы. При набухании заметны поры. При окрашивании ацетокармином или по Эвансу было видно, что мелкая щуплая пыльца невыполненная, оболочка деформирована.

1 Характеристика сортообразцов черной смородины по пыльцевым показателям

№ п/п	Сортообразец	Среднее значение диаметра пыльцевого зерна, мкм	Варьирование
1	3031-13-218	30,24±0,64	28,8-31,6
2	3172-43-124	32,78±0,76	30,4-33,0
3	3038-5-11	34,12±1,10	30,6-34,2
4	3006-14-88	29,82±0,88	27,6-30,4
5	3183-49-163	34,30±1,50	31,5-37,0
6	3079-24-173	33,82±0,72	31,6-34,8
7	3031-13-66	35,05±1,36	30,3-36,4
8	3226-47-44	31,12±0,21	31,6-32,6
9	3031-13-218	31,12±0,88	28,6-32,0
10	3264-64-153	34,66±0,72	31,2-35,6
11	3064-13-10	33,74±1,20	30,2-34,8
12	3226-47-29	35,12±1,34	31,5-35,8
13	3038-5-14	34,82±0,86	32,1-35,0
14	3226-41-23	35,66±0,96	31,8-36,4
15	3176-43-74	32,78±0,92	29,4-33,4

2 Жизнеспособность и фертильность пыльцевых зерен сортообразцов черной смородины (2006 г.)

Сортообразец	Количество пыльцевых зерен, %			Количество пыльцевых зерен в 10 полях зрения		Процент проросших пыльцевых зерен
Сортообразец	живые	ослабленные	абортивные	общее число	из них проросших	Процент проросших пыльцевых зерен
3031-13-218	90,1	6,0	3,9	223	105	47,1±2,7
3172-43-124	85,2	9,5	5,3	219	116	52,9±1,8
3038-5-11	82,1	10,1	7,8	138	52	37,6±1,6
3006-14-88	79,5	13,8	6,7	127	56	44,0±1,9
3183-49-163	93,2	5,2	1,5	178	81	45.5±2,1
3079-24-173	89,4	9,3	1,3	143	65	45,4±1,9
3031-13-66	61,5	33,7	4,8	189	64	33,8±1,6
3226-47-44	72,3	11,6	16,1	309	180	58,2±1,9
3031-13-218	75,5	18,3	6,2	128	49	38,2±1,7
3264-64-153	81,4	9,3	9,3	151	68	45,0±1,8
3064-13-10	86,7	5,6	7,7	142	62	43,6±2,1
3226-47-29	79,4	9,6	11,0	164	78	47,5±1,8
3038-5-14	62,7	19,6	7,7	109	56	51,3±2,0
3226-41-23	82,2	7,4	10,4	172	63	36,6±1,8
3176-43-74	73,8	11.6	14,6	201	79	39,3±2,2

Выборочно по сортообразцам проведен подобный анализ в 2007г., который также показал небольшое варьирование морфологических показателей. Так, у образца 3031-13-66 диаметр варьировал в пределах 27,74-32,06 мкм, у № 3226-47-29 – 27,44-31,13 мкм, № 3176-43-74 – 28,98-32,58 мкм, что несколько ниже, чем в 2006г. Из всех анализируемых сортообразцов в 2006г. по пыльцевым показателям выделялась форма 3031-13-66, у которой наблюдалась большое количество стерильных пыльцевых зерен (до 80%). При изучении оплодотворяющей способности у этой формы количество живых пыльцевых зерен было также низким и составило 61,5%, что ниже, чем у других образцов (таблица 2).

В связи с большим процентом формирования стерильной пыльцы в 2006г. у вышеприведенного генотипа, в 2007г. были проанализированы у образцов (3031-13-66, 3226-47-29,3176-43-74) более ранние фазы развития мужского гаметофита, а именно второе деление мейоза и формирование тетрад. Нами выявлено, что второе деление и тетрагенез в подавляющем большинстве МКМ (материнские клетки микроспор) у всех изученных форм протекает нормально. Из более 100 просмотренных МКМ каждого образца обнаружили единичные клетки с нарушением деления. Большой правильностью характеризовались тетрады: они состояли из четырех равных по величине микроспор с ядрами одинакового размера. В единично встретившихся полиадах число микроспор не превышало 5. В таких структурах пятая микроспора характеризовалась меньшей величиной, и в дальнейшем может оказаться нежизнеспособной. Сопоставляя данные 2006 и 2007гг. можно заключить, что формирование до 68% стерильных пыльцевых зерен в 2006г.у генотипа 3031-13-66 связано с воздействием низкой температуры. Нормально сформированные двухядерные пыльцевые зерна у этого образца в 2007г. составили 92,8% от общего количества просмотренной пыльцы. Пыльцевые зерна имели почти равную величину, правильно округлые, заполнены густой цитоплазмой.

При культивировании пыльцы на искусственной питательной среде количество проросшей пыльцы варьировало в зависимости от образца (табл.2). Основная масса пыльцевых зерен начала прорастать спустя 3-4 часа после посева. Окончательный подсчет проросших пыльцевых зерен вели через 18 часов после посева. У таких сортообразцов, как 3031-13-66, 3226-41-23, 3031-13-18,3038-5-11 были отмечены пыльцевые зерна с угнетенным ростом пыльцевых трубок, конечная длина которых составила чуть больше их диаметра. Замечено, что пыльцевые зерна, собранные в группы, начинали раньше прорастать, и рост пыльцевых трубок у них проходил интенсивнее, чем у обособленно лежащих пыльцевых зерен. Как видно из таблицы 2, сравнительно высокой жизнеспособностью пыльцы характеризовались следующие формы: 3031-13-218, 3142-43-124, 3183-49-163, 3226-47-44, 3038-5-14. У этих же форм была высокая оплодотворяющая способность (70-90%). При этом отмечена быстрая (в течение 2 недель) потеря жизнеспособности практически у всех изученных сортообразцов смородины.

Выводы

Проведенная экологическая оценка мужского гаметофита 15 сортообразцов черной смородины в период гибридизации выявила по отдельным генотипам отклонения в фертильности и жизнеспособности пыльцевых зерен. По-видимому, прорастание пыльцы зависит не только от условий оплодотворения, но и от физиологического состояния самого растения, возможно, и состояния популяции пыльцы как биологической системы. Последнее можно рассматривать как характеристику генотипа спорофита.