Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Образование плодов без перекрёстного опыления груши (обзор литературы) 4
ГЛАВА 2. Цель, задачи, условия, объекты и методика проведения исследований 25
2.1. Цели и задачи исследований. 25
2.2. Объекты исследований, схемы и варианты опытов . 25
2.3. Методика проведения исследований. 29
2.4. Агроклиматические и метеорологические условия проведения исследований. результаты исследований 38
ГЛАВА 3. Изучение склонности груши к естественному самоопылению и самофертильности в связи с особенностями структуры цветка 38
3.1. Морфологическая структура цветка груши и способность к естественному самоопылению 39
3. 2. Морфологические особенности цветкаоруздцв связи с самофертильностью. 52
3.3. Темпы роста пыльцевых трубок при само- и перекрёстном опылении самосовместимого и самонесовместимого сортов груши. 76
ГЛАВА 4. Изучение склонности сортов и форм груши к самоплодности 81
4.1. Самоплодность сортов и форм груши 81
4.2. Сравнительная характеристика плодов груши, завязавшихся при различных способах опыления и урожайность . 89
ГЛАВА 5. Изучение склонности некоторых сортов и форм груши к самосовместимости, апомиксису, партенокарпии в связи со способностью к образованию плодов без перекрёстного опыления 100
5.1. Образование плодов при различных способах опыления груши. 100
5.2. Прогамная фаза оплодотворения и эмбриогенез при различных способах опыления груши. 107
5.3. Особенности семян. завязавшихся при различных способах опыления груши. 119
5.4 Морфологическое и цитологическое изучение потомства груши, полученного от различных способов опыления. 131
Обсуждение результатов исследований 138
Выводы: 143
Практические рекомендации 145
Список литературы - 147
Приложения 172
- Объекты исследований, схемы и варианты опытов
- Агроклиматические и метеорологические условия проведения исследований. результаты исследований
- Морфологическая структура цветка груши и способность к естественному самоопылению
- Сравнительная характеристика плодов груши, завязавшихся при различных способах опыления и урожайность
Введение к работе
Груша является одной из наиболее ценных плодовых пород умеренного пояса. Лучшие ее сорта пользуются широкой популярностью среди населения. Однако, несмотря на очевидную ценность, удельный вес груши в структуре плодовых насаждений в Центрально - Чернозёмном районе составляет около 7%, а в центральном - 0,8% (Красова, Седов, 1989).
Одним из сдерживающих факторов, препятствующих распространению груши, является недостаток сортов, обладающих, наряду с комплексом хозяйственно - ценных свойств, высокой и ежегодной урожайностью. Известно, что не все высокопродуктивные сорта груши способны к регулярному плодоношению, поскольку урожайность груши часто в сильной степени зависит от погодных условий в период цветения, особенно в средней полосе России, где цветение груши нередко сопровождается понижением температуры воздуха, при котором снижена активность насекомых -опылителей, или заморозками. В таких условиях у многих сортов груши, как правило, наблюдается снижение или полное отсутствие урожая (Нестеров, 1986). Поэтому актуальное значение приобрело создание сортов, урожайность которых мало зависела бы от лимитирующих факторов внешней среды. Считается, что решить проблему регулярного плодоношения можно созданием самоплодных сортов, образование плодов у которых мало зависит, а иногда вообще не зависит от опыления (Нестеров, 1986; Туз и др. 1991; Яковлев, 1992 и др.).
Однако сортов груши с высокой самоплодностью известно немного, поскольку изучению самоплодности и созданию самоплодных сортов не уделялось должного внимания. Возможно, причиной тому послужило сложившееся в литературе мнение о самобесплодности этой культуры, а также отмеченные рядом авторов сложность и непостоянство этого признака у многих изученных сортов (Fletcher, 1900; Костина, 1927,1928; Рябов, 1930; Hall, 1939;Эсаулова, 1960; Лейне, Квамме,1981; Дуганова, 1979, 1982; Туз, 1983; Bellini, 1987 и др.). К тому же самоплодность груши изучали в основном в
4 связи с проблемой подбора сортов - опылителей для самобесплодных сортов.
Изучению же биологических особенностей образования плодов без перекрёстного опыления и таких обуславливающих самоплодность явлений, как самофертильность, апомиксис, партенокарпия, уделялось мало внимания.
Крайне ограничены работы по изучению самоплодности груши с применением цитоэмбриологических методов, которые могут дать более полную информацию об особенностях размножения и образования плодов без перекрёстного опыления.
Поэтому нам представлялось важным не только провести оценку районированных и новых сортов груши селекции ВНИИСПК по самоплодности, но и изучить некоторые особенности размножения груши в связи с самоплодностью, используя для этого цитоэмбриологические исследования, что было проведено за период 1994 - 1998 гг.
Объекты исследований, схемы и варианты опытов
Исследования проводились во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур в 1994 - 98 гг. под руководством кандидата сельскохозяйственных наук Е.А. Долматова, доктора сельскохозяйственных наук Г.А. Седышевой. Проведенные исследования были частью научно-исследовательских работ по теме НИР (Номер государственной регистрации темы 6802167).
Следует отметить, что исследования в объеме, предусмотренном программой, были начаты с 1995г., поскольку исследования по самоплодности груши ранее во ВНИИСПК не проводились, а для распределения сортов и форм по опытам 1-3 были необходимы сведения об их самоплодности и самосовместимости, которые были получены только после проведения аспирантом рекогносцировочных экспериментов в 1994г. Объектами исследований были в основном новые перспективные сорта и формы селекции ВНИИСПК, характеризующиеся рядом ценных хозяйственно-биологических свойств - высокая урожайность, устойчивость к парше, высокие товарные и вкусовые качества плодов (Седов, Красова и др. 1993г.), но не изученные по самоплодности.
Это сорта и формы: Есенинская, Лира, Марсианка, Муратовская, Орловская летняя (Зх), Орловская красавица, Памятная, Память Паршина, Русановская, Среднерусская, Тютчевская, Январская, Яснополянская, 15-44-36 (Северянка х Оливье де Серр), 15-15-35, 15-15-73 /Лесная красавица х (Северянка х Россошанская ранняя + Мережка)/, 17-35-36 /(сеянец Яковлева III х Елена) х Жерве/. Также в исследования были включены сорта груши селекции других научно-исследовательских учреждений с известной, по литературным данным самоплодностью (Тихонов, 1978; Казакова, 1979; Пономарева, 1989; Рылов, 1991; Мицура, 1992; Туровцев, 1992; Яковлев, 1992), с целью изучения их самоплодности в условиях г.Орла. Это сорта: Нарядная Ефимова (ВСТИСП), Северянка, Память Яковлеву, Бере зимняя Мичурина (ВНИИГ и СПР), Белорусская поздняя (Белорусский НИИ плодоводства).
Всего использовалось 22 сортообразца груши. Опытные деревья были получены прививкой в крону скелетообразователей в 1986 - 1987 гг., размещены на помологических кварталах. Все работы по уходу за деревьями груши проводились согласно принятым в институте агротехническим требованиям.
Схемы опытов.
В опыте 1 «Изучение склонности груши к естественному самоопылению и самофертильности в связи с морфологической структурой цветка» изучали влияние морфологического строения цветка (по уровню расположения пыльников и рылец относительно друг друга) на способность сортов и форм груши к естественному самоопылению (попадание пыльцы на рыльца без участия опылителя) и к самофертильности, применяя искусственное нанесение на рыльце собственной пыльцы. Варианты опыта включали: 1. Свободное опыление (контроль). 2. Естественное самоопыление. 3. Искусственное однократное опыление собственной пыльцой.
В опыте изучались все 22 сорта и формы груши. Учеты и наблюдения состояли из изучения морфологической структуры цветков, определения жизнеспособности пыльцы (проращивание in vitro), подсчета числа пыльцевых зерен, естественным образом попавших на рыльце и проросших на нем, числа пыльцевых зерен, проросших на рыльце при искусственном опылении собственной пыльцой, измерения длины самой длиной пыльцевой трубки в столбике, подсчета числа столбиков с прорастанием пыльцы по всей длине, числа семяпочек с пыльцевыми трубками и числа завязавшихся семян. С целью получения дополнительной информации о темпах роста пыльцевых трубок при само- и перекрестном опылении у самосовместимых и самонесовместимых сортов с 1995 г. изучались 2 сорта: совместимый - Северянка и несовместимый - Среднерусская. О несовместимости сорта Среднерусская было известно по данным рекогносцировочных опытов, проведенных в 1994 г. аспирантом, о совместимости сорта Северянка еще и по литературным сведениям (Туровцев, 1992; Яковлев, 1992).
В опыте 2 «Изучение способности сортов и форм груши к самоплодности» изучалась способность сортов и форм завязывать плоды при естественном самоопылении и искусственном опылении собственной пыльцой в сравнении со свободным опылением. Первый способ оценки самоплодности позволяет выделить сорта, способные к плодоношению в условиях, неблагоприятных для опыления насекомыми что, в сущности, является более ценным свойством, поскольку для них вообще не требовалось бы участие в опылении насекомых. Второй способ дает представление о формировании урожая при выращивании сорта в односортных насаждениях, предполагая непременное участие в опылении насекомых-опылителей.
Агроклиматические и метеорологические условия проведения исследований. результаты исследований
Орловская область находится в центральной части Среднерусской возвышенности. Высота над уровнем моря - 203 м, город Орел, на окраине которого размещен Всероссийский НИИ селекции плодовых культур, находится в северо-западной части области.
Земельный массив института характеризуется сравнительно изрезанным рельефом. Помологические сады груши размещены на серых и темно-серых лесных почвах. Почвы среднесуглинистого механического состава, с содержанием гумуса от 2 до 5%, Р 15-25 мг/100 г., К 8-12мг/100 г. Почвы среднекислые - рН 4,6-5,0. Почвообразующая порода - лессовидный суглинок.
Помологические сады содержались под черным паром, проводились необходимые мероприятия по борьбе с вредителями и болезнями. Климат Орловской области умеренно-континентальный, умеренно влажный. Годовое количество осадков составляет 558 мм. Вторая половина апреля и май бывают засушливыми. ,
Преобладающее направление ветра - западное. Среднегодовая температура воздуха составляет 4-5. По многолетним наблюдениям абсолютный минимум температуры минус 39, абсолютным максимум + 38. Продолжительность вегетационного периода 177-181 день. Период активной вегетации с температурой выше 10 составляет 2250. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом - 125 дней. Средняя глубина промерзания почвы 60-85 см. Высота снежного покрова - 22 см. Весенние заморозки обычно прекращаются во второй декаде мая. Бывает раннее прекращение заморозков - в первой декаде апреля, или позднее - в первой декаде июня. Начало осенних заморозков - первая декада сентября или третья декада октября. Почвенные и климатические условия вполне благоприятны для выращивания груши.
При сравнении основных метеорологических показателей за 1995-1998 гг. со среднемноголетним, отмечены незначительные изменения температуры воздуха и количества осадков (Табл.1).
Зимний период 1994-95 гг. характеризовался весьма неустойчивой погодой с неравномерным распределением осадков. Самым холодным месяцем оказался декабрь (абсолютный минимум воздуха -31, -31,5). Среднемесячная температура февраля, марта и апреля оказалась выше среднемноголетних показателей на 8,3 и 3,2 (табл. 1).
Температурные перепады отрицательно сказались на перезимовке груши - у многих сортов было отмечено подмерзание древесины. Погодные условия в период цветения также сложились неблагоприятно для груши. Май 1995 года был холоднее обычного, с перепадами температуры воздуха от минус 3,5 до плюс 24. В начале мая температура воздуха не поднималась выше + 4, а 3 мая был отмечен заморозок, в воздухе - -3,5, на поверхности почвы -2,8, вызвавший повреждение цветков у большей части сортов груши. Повышение температуры началось с конца мая, а к концу месяца стояла обычная для этого периода сухая и жаркая погода. Теплое, умеренно влажное лето и осень без существенных отклонений от нормы были благоприятными для вегетации растений и закалки их к зиме.
Зима 1995-96гг. была снежной, несколько холоднее обычного, в среднем на 1. Самым холодным месяцем был январь. Абсолютный минимум температуры составил 25,5. Резких температурных перепадов не отмечено. В целом растения груши перенесли зиму хорошо, только у недостаточно зимостойких сортов наблюдалось подмерзание древесины. Температура воздуха в апреле и мае оказалась выше средней многолетней нормы на 1-2,3. Особенно теплыми были первая и вторая декады мая. Абсолютный максимум температуры отмечен 8 мая - плюс 38,7. Цветение груши прошло за очень короткий промежуток времени, в среднем за 5 дней. В целом год характеризовался как благоприятный с относительно холодной зимой, теплым, с достаточным количеством осадков весной и летом. Только необычно теплая и затяжная осень не способствовала должной закалке растений к зиме.
Зимний период 1996-1997 гг. характеризовался относительно мягкой зимой, при этом среднемесячная температура воздуха января и февраля была на 2-4 выше нормы. В январе отмечались перепады температуры от +2 до 25,5. Самым холодным месяцем был декабрь, с абсолютным минимумом минус 37,5. После зимы 1996-97гг. у отдельных сортов груши подмерзла древесина.
Весна 1997 года наступила раньше обычного, но была затяжной и холодной. В период цветения груши температура воздуха не поднималась выше + 12, держалась неустойчивая погода, были часты ветры. В среднем, среднемесячная температура апреля и мая оказались ниже среднемноголетней нормы на 1.
Морфологическая структура цветка груши и способность к естественному самоопылению
Как было отмечено в обзоре литературе, (стр. 12-13) склонность растений к самоопылению и самосовместимости нередко связана с определенным морфологическим строением цветка.
Учитывая ограниченность и некоторую противоречивость подобных исследований по груше, мы задались целью выяснить, существует ли у груши связь между морфологической структурой цветка по уровню расположения в нем тычинок и столбиков относительно друг друга и склонностью ее к естественному самоопылению и самофертильности. Изучение подобных связей у груши могло бы представлять как практический, так и теоретический интерес в плане создания самоплодных сортов или использования самоопыления как метода селекции.
Изучение морфологического строения цветков различных сортов и форм груши по расположению в них пыльников и рылец относительно друг друга позволило выделить три группы с разным типом цветка:
1. Пыльники ниже рыльца (гетеростильные длинностолбчатые цветки, рис. 1а) - Бере зимняя Мичурина, Память Паршина;
2. Пыльники на уровне рыльца (гомостильные длинностолбчатые цветки, рис. 16) - Белорусская поздняя, Марсианка, Нарядная Ефимова, Муратовская, Орловская красавица, Памятная, Лира, Среднерусская, Русановская, Январская, Яснополянская, 15-15-35, 15-44-36, 17-35-36;
3. Пыльники выше рылец (гетеростильные короткостолбчатые цветки, рис. 1 в)-Есенинская, Северянка, Память Яковлеву, Тютчевская, 15-15-73.
Согласно литературным сведениям (стр. 12-13), наиболее благоприятные условия для попадания собственной пыльцы на рыльца складываются в короткостолбчатых цветках. Тем не менее, даже при таких условиях удерживание пыльцевых зерен на рыльцах и их прорастание зависят от многих других факторов. Далеко не последнюю роль играет при этом морфо-физиологическое качество пыльцы. Поэтому было проведено определение жизнеспособности пыльцы. Определение жизнеспособности пыльцы также имеет большое значение при изучении самофертильности, поскольку неудача самооплодотворения может быть следствием плохого качества пыльцевых зерен.
Проращивание пыльцы на искусственной питательной среде (in vitro) показало, что из всех сортов и форм груши пыльца очень низкой жизнеспособности характерна для триплоидного сорта Орловская летняя (4,73%) и диплоидных - Память Яковлеву (4,03%), Белорусская поздняя (8,44%). Самой высокой жизнеспособностью пыльцы отличался сорт Орловская красавица (63,62%). Что касается остальных сортов и форм груши, то в целом они формировали пыльцу вполне удовлетворительной оплодотворяющей
Рис. 1. Цветки груши, различающиеся по расположению пыльников и рылец: а) пыльники ниже рыльца (длинностолбчатый цветок), б) пыльники на уровне рыльца (среднестолбчатый цветок), в) пыльники выше рыльца (короткостолбчатый цветок). сччси способности, следовательно, низкое ее прорастание или %Ч5,Л г,1»щиё прорастания на рыльце при искусственном нанесении (при благоприятных погодных условиях), можно рассматривать как следствие самонесовместимости.
В процессе проведения исследований было отмечено сильное варьирование жизнеспособности пыльцы всех изученных сортов и форм груши по годам. Как видно, пыльца лучше прорастала в условиях благоприятных 1996, 1998 гг., хуже - в неблагоприятных 1995, 1997 гг. Как свидетельствуют данные таблицы 1, приложение 1, погодные условия оказывают гораздо большее влияние (80,5%) на качество формирующейся пыльцы, нежели генотипические особенности сортов и форм груши (19,3%).
При распределении результатов жизнеспособности пыльцы по группам с разным типом цветка было отмечено, что длинностолбчатые сорта и формы образуют пыльцу более высокой жизнеспособности, чем средне- и короткостолбчатые (табл. 2. рис. 2), причем соотношение между группами практически не менялось по годам, за исключением 1997года. Так, в условиях 1997 года достоверные различия имелись только между длинно- и короткостолбчатой группами, но отсутствовали между длинно- и среднестолбчатой. Учитывая упомянутое ранее значительное влияние погодных условий на качество формирующейся пыльцы, этим можно объяснить неустойчивое соотношение между группами по годам.
Таким образом, сортам и формам груши с длинными столбиками возможно свойственно формирование пыльцы более высокого качества, чем сортам с короткими столбиками, но для уточнения этого необходимы дальнейшие эксперименты.
Но если по степени жизнеспособности пыльцы наиболее высокие показатели были характерны для длинностолбчатой группы, то по числу пыльцевых зерен, попавших на рыльце и проросших на нем наблюдалась совершенно иная картина. Здесь по всем годам исследований очень низкие показатели оказались у сортов и форм груши с длиными столбиками.
Сравнительная характеристика плодов груши, завязавшихся при различных способах опыления и урожайность
Способность сорта завязывать плоды без перекрёстного опыления в количестве, обеспечивающем оптимальную урожайность - безусловно ценное в практическом отношении свойство, но при этом следует учитывать качество таких плодов, поскольку, как правило, они партенокарпического происхождения. Как отмечено в обзоре литературы (стр. 23), партенокарпические плоды груши по привлекательности внешнего вида и товарным качествам в одних случаях уступают плодам, содержащим семена, в других - ничем не хуже их. Поэтому нами была проведена сравнительная характеристика плодов самоплодных и частично самоплодных сортов и форм груши, завязавшихся при свободном опылении, естественном самоопылении и искусственном опылении собственной пыльцой по качеству. Как следует из таблицы 16., у всех сортов и форм груши (Память Яковлеву, Орловская красавица, Памятная, Русановская, 15-15-35, 15-15-73, Северянка) плоды, завязавшиеся при самоопылении (естественном и искусственном) по весу оказались меньше, чем плоды контрольного варианта, что доказано статистически.
Варианты «Естественное самоопыление» и «Искусственное самоопыление» также различались между собой по весу плодов.
Так, по сравнению с искусственным самоопылением средняя масса одного плода в варианте «Естественное самоопыление» была более низкая, особенно у таких сортов и форм груши, как Орловская красавица, Памятная, Северянка, 15-15-73. Примечательно, что меньший вес плодов, завязавшихся от самоопыления, не всегда является показателем того, что эти плоды также небольшие по размеру. Так, в годы с прохладной дождливой весной и таким же летом и у самоплодных, и у частично самоплодных сортов и форм груши плоды в вариантах «Естественное самоопыление» и «Искусственное опыление собственной пыльцой» по большей части были почти одинаковыми по величине с плодами контрольного варианта, хотя по весу оказались меньше их (рис. 29, 31). Меньший вес таких плодов может объясняться уменьшением или полным отсутствием в них выполненных семян, что, возможно, оказывает влияние на изменение плотности мякоти плода.
В жаркие и засушливые годы плоды, завязавшиеся у частично самоплодных форм при самоопылении (естественном и искусственном) мельчали и сильно варьировали по размеру. Особенно это было заметно в варианте «Естественное самоопыление» (рис.32). У самоплодных сортов в таких условиях плоды, завязавшиеся при естественном самоопылении также были несколько меньшего размера, по сравнению как с плодами контрольного варианта, так и с плодами, полученными от искусственного самоопыления. Плоды же образовавшиеся от искусственного опыления собственной пыльцой по размеру практически не уступали плодам контрольного варианта, но имели более удлинённую форму (рис.30).
По привлекательности внешнего вида статистически доказанные различия между плодами, завязавшимися в разных вариантах опыления отсутствовали только у самоплодных сортов и форм груши: Память Яковлеву, 15-15-35 (табл. 17).
У сортов Памятная, Русановская, Орловская красавица, Северянка, формы 15-15-73 с плодами контрольного варианта были сравнимы только плоды, образовавшиеся при искусственном опылении собственной пыльцой, тогда как плоды, полученные при естественном самоопылении, в среднем, оказались менее привлекательными из-за сильного варьирования по размеру и форме.
Анализ биохимического состава плодов (табл. 18), завязавшихся от свободного опыления, естественного самоопыления и искусственного опыления собственной пыльцой значительных различий между ними не показал (табл. 3-9 приложение 2).
Только у сорта Памятная наблюдалось повышенное содержание аскорбиновой кислоты в варианте «Искусственное опыление собственной пыльцой», у формы 15-15-35 снижение суммы Сахаров в вариантах с естественным и искусственным самоопылением и аскорбиновой кислоты в варианте «Естественное самоопыление».
