CC BY
26
УДК 534.11:576.356.6:581.33:631.52
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЖЕНСКОЙ ГЕНЕРАТИВНОЙ СФЕРЫ У НЕКОТОРЫХ ПОЛИПЛОИДНЫХ ФОРМ ЯБЛОНИ В СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИХ В СЕЛЕКЦИИ*
Г.А. СЕДЫШЕВА, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
Н.Г. ГОРБАЧЕВА, аспирант, младший научный сотрудник
ВНИИ селекции плодовых культур E-mail: [email protected]
Резюме. Приводится цитоэмбриологическая характеристика развития женского гаметофита у форм яблони 25-37-45, 25-35-114 и Мелба (4х), используемых в качестве исходных в селекции на полиплоидном уровне. Установлено, что количество отклонений при формировании женской генеративной сферы у изученных форм не превышает 26 %, а характер их в большинстве случаев не препятствует осуществлению двойного оплодотворения. Ключевые слова: яблоня, полиплоиды, семяпочка, археспорий, зародышевый мешок.
Яблоня - ведущая плодовая культура в средней полосе России. В связи с усложняющейся экологической обстановкой проблема сорта продолжает оставаться актуальной. Требуются сорта, обладающие наряду с высокой урожайностью, товарными и потребительскими качествами плодов, еще и устойчивостью к негативным биотическим и абиотическим факторам среды. Решению этой проблемы в значительной мере способствует целенаправленная селекция с использованием полиплоидных исходных форм. Систематический цитоэмбриологичес-кий контроль при этом - непременное условие результативной работы.
Цитоэмбриологическое изучение генеративной сферы диплоидных сортов яблони особенно интенсивно проводилось в 70-90 гг XX столетия. В работе В. В. Крыловой [1] дан подробный анализ материалов отечественных и зарубежных ученых, а также результаты собственных исследований автора по вопросу эмбриологии диплоидных сортов яблони в условиях Молдавии. Триплоидные сорта яблони довольно обстоятельно изучены индийскими учеными [2, 3, 4]. Из ранних работ по тетраплоидным формам яблони нам известна лишь работа Х. Хельмк-виста [5]. По всей вероятности они не вызывали интереса у исследователей, так как не имеют сколько-нибудь заметного значения для практического садоводства. Однако использование тетраплоид-ных форм в селекции ставит нас перед необходимостью более детального изучения их генеративной сферы. Знание особенностей эмбриональных структур полиплоидных исходных форм позволит определить их ценность как доноров диплоидных гамет, что имеет решающее значение при планировании селекционных работ.
Условия, материалы и методы. Объектом для изучения женской генеративной сферы тетрапло-идных форм яблони послужили Мелба тетраплоид-
*Работа выполнена при финансовой поддержке РФФФИ и региональных инвесторов (проект № 09-04-99134р-ОФИ)
ная, полученная в виде черенкового материала из Японии (Feni Research Station) через ВИР им. Н. И. Вавилова, и две новые формы, созданные во ВНИИСПК в процессе реализации программы по селекции на полиплоидном уровне, - 25-37-45 (Орловская гирлянда, 2х х Уэлси тетраплоидный-F) и 25-35-144 (Уэлси тет-раплоидный х Папировка тетраплоидная). Все три формы - гомогенные тетраплоиды, то есть все слои апекса, в том числе субэпидермальный, отвечающий за формирование генеративной ткани, имеют один и тот же набор хромосом 2n-4x-68. По результатам цитологического анализа гибридного потомства, полученного в гетероплоидных скрещиваниях типа 4х х 2х у формы 25-35-144 на триплоиды приходится 91,7 %, на тетраплоиды - 8,3 %. При использовании формы 25-37-45 в качестве материнского компонента из 112 сеянцев только 26 (23,2 %) имели триплоидный набор хромосом, а 86 сеянцев (76,8 %) - тетраплоидный. Поскольку опыление проводили без кастрации, это может свидетельствовать о том, что форма 25-37-45 высоко самоплодна, а форма 25-35-144 - частично самоплодна, что и подтверждено специальными опытами в 2001 и 2002 гг. [9]. Поэтому для увеличения выхода трип-лоидов в гибридном потомстве формы 25-37-45 следует предварительно проводить кастрацию цветков.
Особенности формирования семяпочки и зародышевого мешка изучали на постоянных препаратах, приготовленных в соответствии с общепринятыми методами [6, 7].
Результаты и обсуждение. Мы установили, что общая схема развития генеративных структур в норме одинакова, как для диплоидных, так и для тет-раплоидных форм [8, 9]. Однако в большинстве случаев для каждой формы характерны свои отличительные особенности на том или ином этапе развития генеративных структур, которые в итоге и определяют их ценность для использования в селекции.
Процесс формирования мужских и женских генеративных органов у яблони значительно разделен во времени. Пыльники закладываются летом, в вегетационный период, предшествующий году цветения. От начала закладки до созревания мужского гаметофита проходит около полугода. Формирование женского гаметофита от заложения бугорка семяпочки до образования зрелого зародышевого мешка занимает меньше месяца. Происходит это весной в год цветения (в условиях Орловской области, как правило, в конеце апреля - середине или конце второй декады мая). В зависимости от метеоусловий длительность этого процесса либо сокращается (при сухой и жаркой погоде), либо увеличивается (при прохладной и влажной весне).
Форма 25-37-45 с 1997 г. уже участвовала в скрещиваниях в качестве как материнской, так и отцовской формы. Археспорий у нее многоклеточный. В разных семяпочках можно наблюдать от 5 до 16 клеток, в том числе от 1 до 9 из них - в активном состоянии: на стадии профазы, метафазы-I и даже телофазы-I (см. рисунок, а). Но в большинстве случаев, при нор__ Достижения науки и техники АПК, №04-2010
Рисунок. Особенности формирования женской генеративной сферы у тетраплоид-ных форм яблони: а - многоклеточный потенциальный археспорий в активном состоянии (25-37-45); б - двухъядерный зародышевый мешок из субмикропилярной макроспоры (25-37-45); в - яйцеклетка и сливающиеся полярные ядра (25-37-45); г - сложная семяпочка (25-35-144); д - клетки яйцевого аппарата дифференцированы по типу синергид (25-35-144); е - три полярных ядра (25-35-144); ж - две тетрады в нуцеллусе (Мелба, 4х); з - антиподы дифференцированы по типу синергид (Мелба, 4х); и - асинхронное деление ядер в зародышевом мешке (Мелба, 4х).
мальном развитии основной тетрады макроспор, а затем и зародышевого мешка, активность клеток потенциального археспория постепенно затухает.
Из материнской клетки макроспор (МКМ) формируется тетрада макроспор. Если при микроспо-рогенезе тетрада образуется по симультанному (одновременному) типу, то есть цитокинез проходит после двух последовательных делений мейоза, то при макроспорогенезе образуется сначала диада и только после второго деления - тетрада макроспор.
У формы 25-37-45 макроспоры в тетраде в 75 % случаев имеют линейное расположение, а в 25 % - т-образное. Зародышевый мешок формируется преимущественно из халазальной и субхалазальной макроспор (77,8 %). Кроме того, начало ему может дать и субмикропилярная макроспора (см. рисунок, б). К моменту, когда цветок готов к распусканию, в семяпочках наблюдаются 8-иядерные недифференцированные зародышевые
мешки. То есть ядра распо- Таблица. Характер нарушений в женской генеративной сфере у тетрапло
лагаются по 4 у противопо- идных форм яблони ложных полюсов зароды
яйцевым аппаратом или в центре зародышевого мешка - два полярных ядра (см. рисунок, в), в халазаль-ном конце - три клетки-антиподы.
К особенностям женской генеративной сферы формы 25-37-45 относятся довольно редко наблюдаемые аномалии в строении, как семяпочек, так и зародышевых мешков. Например, из 178 семяпочек только 8 имели отклонения в строении. Отмеченные аномалии (нуцеллус неправильной формы, «сидячие» семяпочки - без фуникулю-са) в большинстве случаев не исключают развития в них нормальных зародышевых мешков (см. табл.). Из аномалий в строении зародышевого мешка зафиксирован один случай формирования многоядерного зародышевого мешка (более 20 ядер), три случая, когда все клетки яйцевого аппарата дифференцированы как синергиды, и в одном случае в яйцевом аппарате вместо трех в норме, было 4 клетки (три синергиды и одна яйцеклетка).
Форма 25-35-144 выделена помологической комиссией как исходная для использования в селекции в 1996 г.
Семяпочки у формы 25-35-144 в большинстве случаев правильные - анатропные, с овальным ну-целлусом и двумя интегументами. Однако встречаются и аномальные (17 %): сложные (два нуцеллуса под общими интегументами, см. рисунок, г), уродливые (нуцеллус неправильной формы, с недоразвитыми интегументами).
Дифференциация семяпочки проходит как обычно. Как правило в нуцеллусе закладывается одна материнская клетка макроспор. Отмечен лишь один случай формирования двух МКМ. Причем одна клетка была на стадии профазы, вторая - диакинеза.
шевого мешка, центральная часть которого занята крупной вакуолью. После полного распускания цветка наблюдается дифференциация и размещение элемен
Форма
Тип нарушений
Доля нарушений, %
в семяпочке
в зародышевом мешке
25-37-45 2*, 3, 4, 6, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18 4,5 10,5
25-35-144 1, 3, 4, 6, 7, 8, 17 17,0 16,1
Мелба (4х)___________5, 6, 7, 10, 11, 13, 17______________0_____________26,0
*1 - сложная семяпочка; 2 - сидячая семяпочка; 3 - недоразвитая семяпочка; 4 -тов зародышевого мешка уродливая семяпочка; 5 - сверхчисленные ядра в зародышевом мешке; 6 - все клетки соответственно их функци- яйцевого аппарата дифференцированы как синергиды; 7 - клетки антипод дифференци-ям Тяк в микропилярном рованы как синергиды; 8 - в зародышевом мешке 3 полярных ядра; 9 - асинхронное
развитие ядер в зародышевом мешке; 10 - две-три тетрады в одном нуцеллусе; 11 - две
конце зародышевого меш-
МКМ в одном нуцеллусе; 12 - дополнительный зародышевый мешок; 13 - развитие двух
ка находится яйцевой аппа- макроспор в одной тетраде; 14 - дегенерация семяпочки; 15 - зародышевый мешок не ^7; состоящий из яйцеклет- развивался; 16 - зародышевый мешок глубоко в нуцеллусе; 17 - в ядрах зародышевых ки и двух синергид, рядом с мешков по нескольку ядрышек; 18 - в яйцевом аппарате четыре клетки.
Достижения науки и техники АПК, №04-2010 _____________________________________________________ 31
Позднее наряду с развитием тетрады макроспор, а затем и зародышевого мешка в нуцеллусе видны еще от 1 до 9 клеток потенциального археспория. При этом 1...4 клетки могут быть в активном состоянии. В таком случае развивается дополнительная тетрада макроспор. Однако по мере развития основного зародышевого мешка активность их постепенно затухает и образования дополнительных зародышевых мешков у формы 25-35-144 не отмечено.
Макроспоры в тетраде располагаются преимущественно линейно по продольной оси семяпочки (61,6 %), но встречаются т-образные (26,9 %) и квадратные (11,5 %) тетрады. Зародышевый мешок может сформироваться практически из любой клетки тетрады. Преимущественно в него превращается субхалазальная макроспора. После распускания цветка зародышевый мешок полностью дифференцирован и примерно в 86 % случаев имеет типичное для розоцветных строение. Отклонения в строении зародышевого мешка сводятся к наличию в яйцевом аппарате трех синергид вместо двух синергид и одной яйцеклетки в норме (см. рисунок, д), двух яйцеклеток и одной синергиды. В отдельных случаях в яйцевом аппарате 2 клетки, а в центральной части зародышевого мешка - три полярных ядра, вместо двух в норме (см. рисунок, е).
У Мелбы (4х) формируются нормальные семяпочки. Археспорий многоклеточный, от 3 до 17 клеток в одном нуцеллусе. Линейные тетрады состав-
ляют лишь около 21 %, почти 80 % - тетрады с т-образным и квадратным расположением макроспор. Более 63 % семяпочек имеют по две или три тетрады макроспор (см. рисунок, ж). Иногда начало формирования зародышевого мешка отмечается сразу в двух макроспорах. Однако дополнительные зародышевые мешки у Мелбы (4х) не наблюдаются. Зародышевый мешок может сформироваться из любой клетки тетрады. На стадии зрелого зародышевого мешка отмечены следующие аномалии: сверх-численные ядра в зародышевом мешке (9 вместо 8 в норме), дифференциация всех клеток яйцевого аппарата, а иногда и антипод (см. рисунок, з) по типу синергид, асинхронное деление ядер зародышевого мешка (см. рисунок, и). В общей сложности отклонения в строении зародышевого мешка составляют 26 %.
Выводы. Таким образом, все три тетраплоидные формы яблони характеризуются наличием некоторого числа отклонений при формировании женской генеративной сферы. Однако количество нарушений не превышает 26 %, а характер их в большинстве случаев не препятствует осуществлению двойного оплодотворения.
У всех форм в 75...90 % случаев формируются нормальные зародышевые мешки Ро1удопит-типа. Следовательно их вполне можно рекомендовать для использования в селекции на полиплоидном уровне в качестве материнских исходных форм.
Литература.
1. Крылова В. В. Эмбриология яблони. - Кишинев: Штиинца, 1981. - 148 с.
2. Singh R., Wafai B. A. - Euphytica, 1984. - v. 33. - № 1. - p. 209-214.
3. Koul A. K., Singh R., Wafai B. A. - Cytologia, 1984. - v. 49. - № 2. - p. 313-323.
4. Singh R., Wafai B. A, Koul A. K. - Cytologia, 1985. - v. 50. - p. 811-823.
5. Hjelmqvist H. - Botaniska Notiser. - 1957. - 110. - № 4. - s. 455-467.
6. Рыбин В. А. Цитологический метод в селекции плодовых. - М.: Колос. - 1967. - 216 с.
7. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений. - М.: Колос, 1980. - 304 с.
8. Седышева Г. А., Седов Е. Н. Полиплоидия и селекция яблони. - Орел: ВНИИСПК, 1994. - 272 с.
9. Седов Е. Н., Седышева Г. А., Серова З. М. Селекция яблони на полиплоидном уровне. - Орел: ВНИИСПК, 2008. - 366 с.
FEMALE GENERATIVE SPHERE ESTIMATION IN SOME APPLE POLYPLOIDY FORMS IN CONNECTION
WITH THEIR USE IN BREEDING
G. A. Sedysheva, N. G. Gorbacheva
Summary. The development of female gametophyte in some apple polyploidy forms which are used as initial forms in breeding on the polyploidy level are characterized cytoembriologically.
Key words: apple, polyploids, ovule, archesporium, embryo sac.
УДК 634.11:631.563.632
ЛЕЖКОСТЬ НЕКОТОРЫХ НОВЫХ ИММУННЫХ К ПАРШЕ СОРТОВ ЯБЛОНИ СЕЛЕКЦИИ ВНИИСПК
А. Л. НИКИТИН, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
М. А. МАКАРКИНА, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
ВНИИ селекции плодовых культур E-mail: [email protected]
Резюме. Приведены результаты продолжительности хранения 10 новых иммунных к парше сортов яблони се-
лекции ВНИИСПК. Представлена оценка биохимического состава плодов в начале и конце периода их хранения. Показана степень поражаемости плодов различными микробиологическими и физиологическими заболеваниями в процессе хранения. Выявлена генотипическая (сортовая) устойчивость плодов новых сортов яблони к микробиологическим и физиологическим заболеваниям и показаны различия в их поражаемости. Ключевые слова: лежкость, продолжительность хранения, биохимический состав плодов, микробиДостижения науки и техники АПК, №04-2010
