Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературы 8
1.1. Биологические особенности цветения, опыления и оплодотворения тритикале 8
1.2. Избирательность оплодотворения у растений 13
1.3. Способы обеспечения перекрестного опыления у растений 19
1.4. Молекулярные механизмы реакции узнавания рыльцами совместимой пыльцы 25
1.5. Особенности мужской и женской генеративных сфер, способствующие избирательности оплодотворения у растений 28
1.5.1.Генетические факторы избирательности 28
1.5.2. Биохимический состав пыльцы 29
1.5.3. Возрастные факторы 32
1.5.4. Климатические факторы 33
1.5.5. Морфологические особенности пыльцы 34
1.5.6. Дальность переноса пыльцы 34
1.5.7. Человеческий фактор 35
1.6. Фазы оплодотворения у растений 35
1.6.1. Прогамная фаза оплодотворения 36
1.6.2. Двойное оплодотворение (сингамия и тройное слияние) 46
1.6.3. Постгамная фаза оплодотворения 48
1.7. Избирательность оплодотворения и его практическое значение при
межсортовом и внутрисортовом переопылении 48
Глава 2 Цель и задачи исследований 53
Глава 3 Материал, методика и условия проведения эксперимента 55
3.1. Растительный материал 55
3.2. Методика проведения эксперимента
3.2.1 Определение склонности к перекрестному опылению по реакции на принудительное самоопыление и величине хазмогамного цветения 59
3.2.2 Определение размера пыльцевых зерен, фертильности и содержания водорастворимых веществ в пыльце
3.2.3. Лабораторная оценка избирательности оплодотворения 62
3.2.4. Полевой эксперимент 65
3.3. Условия проведения эксперимента 66
ГЛАВА 4 Экспериментальная часть 74
4.1. Характеристика прогамной фазы оплодотворения у ржи и пшеницы 74
4.1.1. Оценка прогамной фазы оплодотворения у ржи 74
4.1.2. Характеристика прогамной фазы оплодотворения у пшеницы 86
4.2. Характеристика сортов тритикале по степени развития репродуктивной сферы
4.3. Характеристика пыльцевых зерен у материнских сортов тритикале и их опылителей 99
4.4. Характеристика прогамной фазы оплодотворения у тритикале
4.4.1. Прорастание пыльцевых зерен на рыльцах пестиков тритикале при разных способах опыления 102
4.4.2. Рост пыльцевых трубок в тканях пестиков тритикале при разных способах опыления 109
4.4.3. Динамика содержания длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков тритикале 114
4.4.4. Динамика содержания коротких пыльцевые трубок в тканях пестиков тритикале при различных способах опыления 118
4.4.5. Динамика содержания средних пыльцевых трубок в тканях пестиков тритикале при разных способах опыления 121
4.4.6. Динамика содержания аномальных пыльцевые трубок в тканях пестиков тритикале при разных способах опыления 123
4.5. Характеристика постгамной фазы оплодотворения у тритикале 127
Выводы 132
Рекомендации производству 133
Список литературы
- Способы обеспечения перекрестного опыления у растений
- Фазы оплодотворения у растений
- Определение склонности к перекрестному опылению по реакции на принудительное самоопыление и величине хазмогамного цветения
- Рост пыльцевых трубок в тканях пестиков тритикале при разных способах опыления
Введение к работе
Актуальность исследования. Возделыванием тритикале в последнее время занимаются во многих странах мира. Главным образом, это обусловлено различным направлением ее использования. Как и у многих зерновых культур, недостатком тритикале может быть спонтанное переопыление между сортами. В посевах тритикале оно может достигать 1-20 % (Дударева, 2005; Федорова, 1986; Кривенко, 1986; Став-нийчук, 1987; Абрамова, Тихенко, 1987).
Такое явление, возможно, связано с избирательностью оплодотворения, которая зависит от многих факторов (физиолого-биохимических особенностей пыльцы и пестиков, от метеорологических условий и др.) (Горин, 1953; Куркиев, 2006; Лю Да Цзюнь 1959; Пыльнев, 1963; Пухальский, 1973).
Вероятность явления избирательности оплодотворения у растений повышается вследствие открытого цветения. У тритикале оно находится на довольно высоком уровне, более 60% (Пугачева и др., 1983; Шулындин, 1971). Именно в таком состоянии в цветки тритикале имеет возможность попасть пыльца другого сорта. Если она окажется более конкурентоспособной, чем пыльца собственного сорта, то в итоге возможно появление гибридных семян. В дальнейшем это явление приводит к биологическому засорению посевов.
Известно, что благоприятный исход оплодотворения зависит от процессов, происходящих в прогамную, собственно оплодотворения и постгамную фазы оплодотворения. В этой области исследования работы по тритикале не многочисленны. Было установлено, что во многом все эти процессы сходны с пшеницей (Симинел, Киль-чевская, 1984; Ставнийчук, 1987). Современные сорта тритикале характеризуются относительно высоким уровнем фертильности пыльцы (Wedzony. 1996; Fritz et al., 1989; Prasanna et al., 1994; Schlenken, 1991; Челак, 1987. Наряду с этим у них наблюдается различная склонность к перекрестному опылению согласно результатам экспериментов по реакции колоса на принудительное самоопыление (Абрамова, Тихенко, 1987). Поэтому выявление наличия избирательности оплодотворения у тритикале при параллельном исследовании родительских видов имеет важное теоретическое и практическое значение для селекционного и семеноводческого процесса. Комплексная оценка прогамной и постгамной фаз позволит дать более полную информацию о наличии или отсутствии избирательности оплодотворения у конкретного сорта тритикале.
Цель исследования. Цель данной работы состояла в том, чтобы выяснить, имеет ли место избирательность оплодотворения у сортов вторичной гексаплоидной тритикале, различающихся по происхождению, морфологическим признакам и реакции на принудительное самоопыление.
Задачи исследования. 1. Провести оценку прогамной фазы оплодотворения у ржи и пшеницы для последующего сравнения с тритикале.
-
Провести сравнительное изучение сортов тритикале по степени развития репродуктивной сферы, реакции на самоопыление по завязываемости зерен, величине хазмогамного цветения.
-
Провести сравнительную характеристику пыльцевых зерен у материнских сортов тритикале и их опылителей: по форме и размерам пыльцевых зерен; фертиль-ности пыльцы; содержанию водорастворимых веществ в пыльце.
-
Провести оценку избирательности оплодотворения озимой гексаплоидной тритикале в прогамную и постгамную фазы:
4.1. Оценить избирательность оплодотворения тритикале в прогамную фазу по проценту прорастания собственных и чужих пыльцевых зерен на рыльцах; длине пыльцевых трубок, полученных при прорастании собственной и чужой пыльцы; соотношению длинных, коротких и средних пыльцевых трубок при опылении пыльцой собственного сорта и при опылении чужой пыльцой; по количеству пыльцевых трубок с аномальным ростом при самоопылении и при опылении чужой пыльцой.
4.2. Провести полевую оценку избирательности оплодотворения тритикале в постгамную фазу по соотношению гибридных и негибридных растений в потомстве от опыления кастрированных цветков белоколосых (рецессивных) материнских сор-тообразцов смесью пыльцы (собственной и пыльцы другого сорта с доминантными признаками).
Научная новизна. Проведен сравнительный анализ прогамной фазы оплодотворения у пшеницы и ржи для выявления параметров оценки избирательности оплодотворения. Предложены критерии оценки избирательности оплодотворения у тритикале на основе длины пыльцевых трубок у ржи при самоопылении и опылении чужеродным сортом. Впервые изучена избирательность оплодотворения у тритикале с помощью метода опыления кастрированных цветков смесью пыльцы в постгамную фазу оплодотворения, результаты которой проявляются в потомстве первого поколения. Проведено сопоставление результатов, полученных при изучении прогамной и по-стгамной фаз оплодотворения.
Практическая значимость. Выявление наличия или отсутствия избирательности оплодотворения в прогамную и постгамную фазы у сортов тритикале имеет важное значение для оптимизации селекционно-семеноводческой работы с этой культурой.
Положения, выносимые на защиту.
-
Прогамная фаза оплодотворения ржи и пшеницы.
-
Критерии, выделенные на основании изучения прогамной фазы оплодотворения родительских видов, для оценки избирательности оплодотворения у тритикале.
-
Сравнительная оценка сортов тритикале по степени развитости репродуктивной сферы.
-
Избирательность в прогамную фазу оплодотворения тритикале.
-
Избирательность в постгамную фазу оплодотворения тритикале.
Степень достоверности и апробации результатов. Исследования выполнены по известным методикам (Паушева, 1988; Палфитов, Ермачкова, 2008). Некоторые методы предложены нами (критерии подразделения пыльцевых трубок по длине; соотношение пыльцевых трубок по длине). Все выводы подтверждены экспериментальными исследованиями, статистической обработкой полученных результатов.
Результаты проведенных исследований были представлены на конференциях: Международной научно-практической конференции «Тритикале и его роль в условиях нарастания аридности климата» и секции тритикале отделения растениеводства РАСХН (Ростов-на-Дону, 2012); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы образования и науки 30 декабря (2013, Тамбов); XXI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2014); Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященная созданию объединенного аграрного вуза в Москве (Москва, 2014); Международной научно-практической конференции, посвященной 127-й годовщине со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов, 2014).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 3 - в реферируемом журнале, рекомендованном ВАК.
Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 166 страницах машинописного текста и включают 83 рисунка, 13 таблиц. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала, методики и условий проведения опытов, результатов исследований и их обсуждения, выводов, рекомендаций производству и списка литературы. Список цитируемой литературы включает 304 наименования, из них 145 иностранных.
Способы обеспечения перекрестного опыления у растений
По ширине расхождения цветковых чешуи можно косвенно судить о способе опыления. У тритикале она занимает промежуточное положение между родительскими видами и варьирует в пределах 4,0-4,3 мм по годам. Чем шире раскрываются цветковые чешуи, тем больше вероятность попадания на рыльце пестика пыльцы других растений, сортов и видов [Карпачев и др., 1985]. Не менее важное значение в биологии цветения, опыления и оплодотворения тритикале имеет способность рылец воспринимать пыльцу, которая связана с продолжительностью жизнеспособности рылец, варьирующая от 9 и до 14 дней [Карапетян, 1988].
На динамику цветения тритикале в значительной степени влияет продолжительность первичного раскрытия цветка, которая составляет в среднем 48,7 мин, в то время, как у ржи - 18 мин, у пшеницы - 30 мин [Зыкин и др., 2001]. У тритикале также отмечаются особенности, связанные с замедленным ходом цветения. Так, нарастание и спад максимумов цветения в течение всего дня происходят более плавно, чем у пшеницы и ржи, а сам максимум продолжительнее. Продолжительное цветение отдельных цветков приводит к замедленному суточному цветению и в итоге цветение популяции тритикале затягивается на 1-5 суток дольше, чем у пшеницы и ржи. В некоторой степени это обусловлено многоцветковостью колоса тритикале, унаследованной от пшеницы [Федорова, 1986; Ставнийчук, 1987].
Другой особенностью цветения, оказывающей непосредственное влияние на его продолжительность, является высокий процент вторичного раскрытия цветков, достигающий в отдельных случаях около 60% [Карпачев и др., 1985]. По этой причине у тритикале может отсутствовать самоопыление. Последнее, вероятно, может происходить из-за недостаточного количества фертильной пыльцы. На основании данных, полученных В.М. Prasanna и др. по проценту завязываемости зерен, октаплоидные тритикале по фертильности цветков лучше, чем гексаплоидные. Корреляционный анализ показал отсутствие связей между тремя параметрами: митотической стабильностью, фертильностью пыльцы, фертильностью цветков у первичных тритикале [Prasanna, 1994]. Считается, чем выше процент вторичного цветения цветков, тем продолжительнее фаза цветения у растений тритикале. Комаров Н.М. отмечал, что продолжительность открытого состояния цветков находится в определенной зависимости от сортовых особенностей, расположения цветков в пределах колоска и колоса, а также факторов внешней среды [Комаров и др., 2008]. Характер цветения колоса тритикале и его отдельных колосков напоминает озимую пшеницу [Тихенко, 1988]. На степень проявления аллогамии и автогамии сильное влияние оказывают экологические условия возделывания и генотип. При принудительном самоопылении идет уменьшение гетерозиготности, что влечет за собой увеличение открытого цветения [Ставнийчук и др., 1983; 1986; 1987]. Влияние пониженной влажности и повышенной температуры воздуха сказывается на уменьшении хазмогамного цветения тритикале [Дударева, 2005]. А повышенная влажность, наличие облачности и температуры, близкой к 20С, наоборот, будет лишь благоприятствовать перекрестному опылению. Подобные результаты были получены на сортах яровой пшеницы Гориным А.П. [Горин, 1950].
Бурное движение ветра стимулирует хазмогамное цветение, которое в последствие приводит к массовому перекрестному опылению. Этому способствует достаточно высокая пыльцевая продуктивность, которая у тритикале в 2-3 раза выше, чем у пшеницы и 4-6 раза ниже, чем у ржи [Ставнийчук, 1983]. Дальность перелета пыльцы тритикале, так же как и у пшеницы сильно зависит от погодных условий. По данным Дубовика М.Н. и др., пыльцевые зерна тритикале могут перемещаться под воздействием ветра на расстояние 50 м, тогда как у ржи на 120 м [Дубовик и др., 1994]. В условиях воздушной засухи величина спонтанной гибридизации у тритикале может достигать 20%. Поэтому для сохранения сортовой чистоты в коллекционных питомниках целесообразно использование групповых изоляторов, а в первичном семеноводстве в зависимости от генотипа желательна пространственная изоляция размером 100-200 м между сортами. Соблюдение пространственной изоляции тритикале с родительскими видами необязательно, поскольку спонтанные гибриды, образующиеся с их участием стерильны, и не могут снизить показатель сортовой чистоты [Ставнийчук, 1983; Гриб и др., 1993; Комаров и др., 2000]. Тритикале успешнее скрещивается с мягкой пшеницей, чем с твердой пшеницей и другими видами пшеницы. [Кульбий и др., 1984; Тимофеев и др., 1985]. Завязываемость между озимым гексаплоидным тритикале и мягкой пшеницей иногда может составлять в отдельных случаях 30-40% [Душкевич, 1984].
Анализ различных способов опыления у тритикале по проценту завязываемости зерен в колосе и проценту хазмогамного цветения показал, что сорта тритикале значительно различаются по реакции на принудительное самоопыление. Среди сортов тритикале имеются такие, которые реагируют на самоопыление либо положительно, либо отрицательно или вообще нейтрально. Вероятно, это может быть связно с различной избирательностью пыльцы во время опыления и оплодотворения, поэтому биология цветения является главным критерием в выборе метода селекции, особенно в первичных звеньях семеноводства при работе с данной культурой [Пугачева, 1988; Schlenker, 1991; Рубец и др., 2011; Никитина и др., 2011; Шпилеви др., 2012].
Пыльца тритикале примерно также, как у пшеницы и ржи, способна прорастать сразу, как только попала на рыльце пестика. Это говорит о достаточно высоком уровне жизнеспособности пыльцы в первое время после опыления. Пыльца тритикале по этому показателю уступает пыльце ржи и имеет примерно то же значение, что и пшеница [Fritz et al, 1989; Wedzony, 1996]. По наблюдениям Челак В.Р., Тихенко Н.Д., у тритикале собственные пыльцевые зерна отличаются более быстрым и дружным прорастанием по сравнению с чужой пыльцой. Среди образцов данной культуры бывают и такие формы, которым свойственно слабое прорастание собственной пыльцы по сравнению с чужой, например, как у гексаплоидной тритикале АД Накаджима [Тихенко, 1986; Челак, 1987]. А вот у ржи при самоопылении наблюдается значительно более низкий процент прорастания пыльцевых зерен [Райки Шандер, 1955].
Фазы оплодотворения у растений
Биохимический состав, строение и рост пыльцевой трубки. Для того, чтобы процесс оплодотворения проходил в норме, необходим интенсивный обмен между пестиком и пыльцой или пыльцевой трубками, а это, в свою очередь, обеспечивается их различиями по физико-химическим и биохимическим показателям [Linskens, 1970; Knox, 1986; Lord et. al, 2002].
Пыльцевая трубка - хорошо организованная полярная система, в которой физиологически-активные вещества распределены таким образом, что максимальная их концентрация сосредоточена в кончике пыльцевой трубки, а минимальная у ее основания. Интенсивность обмена веществ в зоне кончика пыльцевой трубки обеспечивается активным поступлением метаболитов из проводящих тканей пестика. Особенность роста пыльцевой трубки состоит в том, что она растет только своим кончиком, и ее рост принимает скачкообразную картину [Taylor et. al, 1997; Wolters-Arts et.al., 1998; Cheung et.al, 2008].
Принцип окислительно-восстановительного обмена пыльцы и пыльцевых трубок аналогичен у разных представителей покрытосеменных растений [Swanson et. al., 2004]. С помощью гистохимического анализа в пыльце и пыльцевых трубках были обнаружены амилаза, дегидрогеназа, инвертаза, карбоксилаза, каталаза, липаза, нуклеаза, пектаза, протеаза, цитохромоксидаза. В оболочке пыльцевой трубки сосредоточено значительное количество физиологически активных веществ, таких как аскорбиновая кислота, сульфгидрильные соединения, гетерауксин. Путем взаимодействия оболочки пыльцевой трубки с тканями пестика происходит экстрацеллюлярная секреция ферментов, способных лизировать субстрат, окружающий пыльцевую трубку, и поступление необходимых питательных веществ [Пыльнев, 1963]. Причем в кончике пыльцевой трубки идут более интенсивные биохимические процессы. Сахара, специфичные для проводящих тканей, служат субстратом для синтеза новой клеточной стенки в кончике пыльцевой трубки [Sommer- Knudsen et. al., 1996; Wu et. al, 2000].
Сильное колебание содержания ионов [Са2+] является характерной особенностью для всех клеток, растущих кончиком, таких как пыльцевая трубка [Miljus-Dukic et. al, 2003]. Колебание содержания [Са2+] появляется в результате активации К+-каналов и Н+-помпы, которые запускаются после поступления воды внутрь пыльцевого зерна [Yang et. al., 2003]. Поэтому потеря колеблющегося градиента [Са2+] способствует ингибированию роста пыльцевой трубки на начальных этапах ее прорастания. Са2+ является важным не только для роста пыльцевой трубки, но и для запуска реакции самонесовместимости в гаметофитной системе [Franklinong, 2003; Miljus-Dukic et. al., 2003].
Во время реакции самонесовместимости наиболее явным физиологическим изменением внутриклеточной структуры пыльцевой трубки является динамическая перестановка актинового цитоскелета в ней. В течение 1-2 минут после проявления S-протеина несовместимости многие узлы F-актина теряются, и затем локально накапливаются в кортексе [Geitmann, 2000]. Количественный анализ F-актина показал, что самонесовместимость индуцируется изменением актина в результате деполимеризации F-актина. Биохимические исследования показали, что два вида белков, связанных с актином, профилин и гелсолин вовлекаются в деполимеризационный процесс актина, стимулируемый кальцием [Huang et. al, 2004].
Клеточная стенка пыльцевой трубки накапливает вещество, называемое каллозой [Dumas et. al, 1985; Taylor et. al., 1997]. Химическая структура каллозы была описана Aspinall и Kessler в 1957 г. Она является линейным 1,3-Р глюканом (полимером глюкозы) с несколькими 1,6 разветвлениями и отличается этим от целлюлозы, главного компонента клеточных стенок растений [Zonglie et. al., 2001].
В кончике пыльцевой трубки расположены клетки спермиев. Они могут различаться как по размеру, так и по содержанию органелл (размером ядра, числом пластид, митохондрий) [Mogesen et. al. 1985; Russell, 1994; Willemse et. al., 2002; Кордюм, 2008]. Явление разнокачественности спермиев в одной пыльцевой трубке впервые была описана С.Г. Навашиным [Ширяева, 1988].
Варианты продвижения пыльцевых трубок в тканях столбика. Маршрут движения любой пыльцевой трубки включает в себя путь между тканями рыльца, внедрение в них и дальнейший их рост в тканях рыльца, а потом и в столбике пестика. Пыльцевые трубки способны выделять специфические ферменты, такие как пектиназа, цитаза, растворяющие или лизирующие межклеточное вещество ткани рыльца, столбика [Kroh et. al, 1974; Willemse et. al. 2002].
При прорастании пыльцевых зерен и росте пыльцевых трубок значительно повышается активность органелл цитоплазмы пыльцевой трубки, при этом наибольшее их количество сосредоточено в ее кончике [Cheung et. al., 2008].
Траектория движения пыльцевой трубки имеет различные варианты и определяется типом строения столбика. В соответствие с этим столбики бывают с закрытыми, открытыми и полузакрытыми каналами [Knox, 1984]. Столбики с закрытым каналом - сплошные и короткие, например, как у Злаковых, Ивоцветных, Мальвовых. Движение пыльцевой трубки в таком случае осуществляется за счет растворения межклеточного вещества, путем разъединения клеток, вследствие разрушения паренхимы столбика, богатой пектиновыми веществами [Knox et. al. 1986]. У столбиков с открытым каналом имеется внутренний эпидермис. На поверхности стенок его клеток выделяется секрет, способствующий лучшему проникновению питательных веществ, необходимых для роста пыльцевой трубки. Столбики с такими каналами встречаются у Бобовых, Вересковых, Лилейных, Маковых [Heslop-Harrison et. al, 1982; Вишнякова, 1986]. Столбики с полузакрытыми каналами наиболее разнообразны по строению проводящих тканей. Среди них можно встретить как столбики с четко выраженным узеньким каналом, так и столбики, у которых проводниковый тракт представлен проводниковой тканью, или он даже имеет замкнутый вид, поскольку его каналы заполнены слоями клеток с секреторным типом, обладающих значительным количеством ферментов и гормонов.
Определение склонности к перекрестному опылению по реакции на принудительное самоопыление и величине хазмогамного цветения
Из литературных данных известно, что во время цветения при открытом состоянии цветка на рыльце пестика успевает попасть значительное количество пыльцевых зерен, но в оплодотворении принимают участие только те из них, которые сформировали быстрорастущие пыльцевые трубки. Кроме того, предоставляется возможность осуществить оплодотворение одной пыльцевой трубке, достигшей микропиле первой, возможно, и самой длинной. Поэтому нами была проведена искусственная дифференциация всех нормальных пыльцевых трубок на условно длинные, короткие и средние. Главным критерием для сортировки пыльцевых трубок в нашем эксперименте является длина пыльцевых трубок при максимальном промежутке времени, равном 120 минутам с момента опыления. В этой точке самыми длинными являются пыльцевые трубки при опылении сорта Альфа чужеродным сортом, а самыми короткими - при самоопылении сорта Снежана. К длинным мы отнесли пыльцевые трубки, длина которых превышала половину средней длины пыльцевых трубок при опылении сорта Альфа пыльцой чужеродного сорта, то есть длину, равную 95,2 мкм. К коротким отнесли все пыльцевые трубки с длиной, меньше средней длины пыльцевых трубок при самоопылении сорта Снежана ( 49,8 мкм). К средним пыльцевым трубкам отнесли пыльцевые трубки с длиной, находящейся в интервале от 49,8-95,2 мкм. Такой способ использован нами для оценки наличия избирательности оплодотворения у всех изученных культур [Рубец, Митрошина и др., 2014].
Среди пыльцевых зерен, попавших на рыльце пестика, не все способны образовывать нормальные пыльцевые трубки. Некоторая часть из них все же может иметь аномалии, которые препятствуют дальнейшему росту пыльцевой трубки. Таким образом, роль таких пыльцевых трубок в судьбе оплодотворения исключается.
Так как в литературе представлена информация о том, что при «несовместимом» опылении на рыльцах пестиков образуется несколько больше пыльцевых трубок с аномалиями, чем при «совместимом», то данный показатель, может быть использован для оценки избирательности оплодотворения. Поэтому в нашей работе предполагается, что при наличии избирательности оплодотворения будет наблюдаться картина преобладания аномальных пыльцевых трубок, либо при опылении пыльцой собственного сорта, либо чужеродного.
Содержание длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков ржи при разных способах опыления
По мере своего роста пыльцевые трубки переходят из одной группы в другую в соответствии с размером (длиной). Это связано, прежде всего, с тем, что удлинение всех пыльцевых трубок происходит постепенно, так как на начальных этапах прорастания пыльцы многие пыльцевые трубки имеют относительно небольшую длину. Со временем содержание условно длинных пыльцевых трубок будет становиться все больше, если нет каких-либо препятствий в их росте в тканях пестика.
Изучение изменения содержания пыльцевых трубок разных групп в зависимости от способа опыления (самоопыления либо чужеродного опыления) позволит сделать правильный вывод о наличии избирательности оплодотворения у сортов тритикале. Если будет установлено преобладание длинных пыльцевых трубок при определенном варианте опыления (само- или перекрестном, т.е чужеродным сортом), то это может быть доказательством наличия явления избирательности оплодотворения.
Анализ данных по изменению доли длинных пыльцевых трубок, образовавшихся к определенному промежутку времени на рыльцах пестиков ржи, показал, что содержание длинных пыльцевых трубок в варианте самоопыления у обоих сортов ржи (рис. 4.5) с течением времени не возрастает. Особенно
Динамика содержания длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков сортов озимой ржи при различных способах опыления (x±tosSx): а) Альфа; б) Снежана подобное явление проявляется после 45 мин с момента опыления. Это еще раз подтверждает отсутствие активного роста собственных пыльцевых трубок в тканях пестика. Количество образовавшихся длинных пыльцевых трубок при опылении чужеродным сортом ржи значительно отличается в большую сторону, чем при самоопылении. Кроме того, у сорта Снежана отмечается незначительное снижение содержания длинных пыльцевых трубок вследствие каких-то случайных причин при этом варианте опыления, спустя 45 и 60 мин от момента опыления. Неравные возможности пыльцы (собственной и чужеродной) на различных сортах ржи можно наблюдать уже на самых ранних сроках прорастания пыльцы, и далее эти различия не только сохраняются, но и становятся все более существенными (рис. 4.6). К тому же содержание длинных пыльцевых трубок собственных гаметофитов возрастает, только в течение первых минут после опыления. Дальше не отмечается тенденций к росту этого показателя с течением времени вследствие того, что вновь образовавшиеся пыльцевые трубки не способны беспрепятственно продолжать свой путь в тканях пестика ржи. Таким образом, у чужеродной пыльцы ржи шансы принимать участие в оплодотворении во много раз выше, чем у собственных гаметофитов. 50 И 5
Количество коротких пыльцевых трубок показывает успешность роста пыльцевых трубок в тканях пестика собственного сорта или чужеродного. Чем меньше их содержание, тем рост пыльцевых трубок идет интенсивнее, с более высокими темпами.
По количеству коротких пыльцевых трубок не всегда можно увидеть значимые различия между вариантами опыления (рис. 4.7). Независимо от сорта и способа опыления, количество коротких пыльцевых трубок уменьшается по мере увеличения срока экспозиции. У сорта Альфа изменение содержания таких пыльцевых трубок идет более плавно, чем у сорта Снежана, как при самоопылении, так и при опылении чужеродным сортом. Содержание пыльцевых трубок, принадлежащих к данной группе, заметно меньше у Снежаны при опылении чужеродным сортом через 20 и 45 минут, потом различия исчезают.
Рост пыльцевых трубок в тканях пестиков тритикале при разных способах опыления
Поскольку достоверность различий между длинной собственных и чужеродных пыльцевых трубок отсутствует в среднем по годам, и темпы роста пыльцевых трубок, показанные на рис. 4.46, также не имеют существенных различий, то в целом по культуре тритикале вывод об отсутствии избирательности оплодотворения может быть справедлив.
Распределение всех нормальных пыльцевых трубок по длине у ржи позволило сформировать три различные группы пыльцевых трубок (длинные, короткие и средние). По количеству длинных пыльцевых трубок между вариантами опыления (собственной и чужеродной) была выявлена самонесовместимость у исследуемых сортов ржи. Каких-либо похожих явлений у пшеницы не проявлялось в результате изучения прогамной фазы оплодотворения. Анализ прогамной фазы оплодотворения у тритикале по тем же самым критериям является способом сравнения аналогичных этапов оплодотворения для того, чтобы понять сходства и отличия у исследуемой культуры и ее родительских форм. Кроме того, определить еще и направленность избирательности оплодотворения, если она конечно имеется.
Картина изменения содержания длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков линии 21759/97, представленная на рис. 4.47, показала, что в оба года исследования пыльца сорта Presto имеет значительные преимущества по доле образовавшихся длинных пыльцевых трубок, чем пыльца Торнадо или собственного сорта. Данный факт подтверждается и по результатам в среднем за два года (рис. 4.48), хотя достоверность различий в этом случае не доказывается статистически.
Динамика содержания длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков тритикале линии 21759/97 при разных способах опыления в среднем по годам. Величины НСР05 не указаны вследствие отсутствия значимых различий
На графике (рис. 4.48) заметна сильная избирательность чужеродной пыльцы. Видно, что среди чужой пыльцы на рыльцах линии 21759/97 именно пыльца сорта Presto имеет преимущество, поскольку при опылении пыльцой этого сорта формируется большее количество длинных пыльцевых трубок. Различия между пыльцой чужеродных опылителей более четко вырисовываются с помощью данного графика, нежели по динамике роста пыльцевых трубок (рис. 4.41).
Для сорта Валентин характерно отсутствие каких-либо различий в динамике формирования длинных пыльцевых трубок в тканях пестика независимо от способа опыления, года, в среднем по годам (рис. 4.49, 4.50). Большее количество длинных пыльцевых трубок образуется в 2012 г. при опылении пыльцой сорта Presto, в 2013 г. - пыльцой Торнадо. График в среднем по годам имеет неясную картину. На нем трудно определить, какая пыльца лучше растет в тканях пестиков сорта Валентин. У пыльцы сорта Presto образование длинных пыльцевых трубок идет плавно, в отличие от пыльцы всех остальных сортов тритикале. На основании этих данных можно заключить, что у сорта Валентин не наблюдается избирательности пыльцы.
У 45 60 90Время с момента опитання, мин 120 РИС. 4.50. Динамика содержания длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков тритикале Валентин при разных способах опыления в среднем по годам. Величины НСР05 не указаны вследствие отсутствия значимых различий
У сорта Гермес при различных вариантах опыления не обнаружено достоверных различий по содержанию длинных пыльцевых трубок. Однако этот показатель на всех графиках (рис. 4.51, 4.52) имеет более высокие показатели при опылении пыльцой собственного сорта, причем эта особенность просматривается уже на самых ранних экспозициях (через 20, 45 минут после опыления), и в дальнейшем такая тенденция, в принципе, сохраняется. В оба года исследования и в среднем по годам скорость образования длинных пыльцевых трубок собственными гаметофитами в тканях пестика сорта Гермес была существенно выше, чем чужеродных сортов тритикале (Водолей и Торнадо), спустя 45 мин с момента опыления. Таким образом, у сорта Гермес проявляется некоторая избирательность собственной пыльцы.
Динамика содержания длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков сорта тритикале Гемес при разных способах опыления, (х± t05xSx)
Динамика содержания длинных пыльцевых трубок в тканях пестиков сорта тритикале Гермес при разных способах опыления в среднем по годам, (х+НСРо5)
Результаты анализа данных по динамике образования длинных пыльцевых трубок в целом у культуры тритикале, представленные на рис. 4.53, показали, что содержание длинных пыльцевых трубок при чужеродном опылении до экспозиции 60 мин меньше, чем при опылении собственным сортом. Затем оно возрастает, и к 120 минутам становится значительно больше.