CC BY
8
РЕПРОДУКТИВНАЯ БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 582.573.76:581.33
СОПРЯЖЕННОСТЬ СТАДИИ РАЗВИТИЯ И РАЗМЕРОВ ПЫЛЬНИКОВ У НЕКОТОРЫХ СОРТОВ HEMEROCALLIS X HYBRIDA HORT.
Татьяна Николаевна Кузьмина
Никитский ботанический сад - Национальный научный центр 298648, Республика Крым, г. Ялта, пгт. Никита [email protected]
У диплоидных (Pandora's Box, Wally Nance) и тетраплоидных (Anna Warner, Cherry Eyed Pumpkin) сортов Hemerocallis x hybrida Hort, определены основные этапы генезиса микроспорангия и элементов мужской генеративной сферы в ходе формирования пыльника.
Ключевые слова: пыльник; пыльцевое зерно; микроспорогенез; микроспоры; плоидностъ; Hemerocallis х hybrida hört.
Введение
Согласно современной концепции, пыльник покрытосеменных растений рассматривается как целостная саморегулирующаяся система, в которой последовательно протекают скоординированные процессы, обусловливающие его формирование и образование мужского гаметофита [2, 11]. Наличие сопряженности в процессах генезиса стенки пыльника и мужского гаметофита [12, 15] позволяет предположить взаимосвязь между ростом и развитием структур мужской генеративной сферы у цветковых растений. Исследования подобной направленности, как правило, связаны с определением оптимальной стадии введения пыльников в культуру in vitro с целью получения гаплоидных растений [1, 4, 8, 10, 14], что часто используется в селекционной практике [4, 6]. Однако не менее важны данные периодизации развития мужских генеративных структур с учетом генезиса элементов цветка и пыльника для цитологического анализа микроспорогенеза и прогнозирования качества пыльцы, что требуется при отборе родительских форм селекционного материала, а также в связи с расширением теоретических данных морфогенеза пыльника и корреляции процессов его развития. Одной из ведущих декоративных культур, с которыми проводится селекционная работа в Никитском ботаническом саду, является лилейник гибридный {Hemerocallis х hybrida Hort.), что определяет важность изучения закономерностей и особенностей генезиса сортового материала. Целью данной работы было определение взаимосвязи между морфометрическими параметрами пыльников и стадией развития мужских генеративных структур у ряда сортов Н. х hybrida с различной плоидностью.
Объекты и методы исследования
В качестве объекта исследования были взяты четыре сорта Hemerocallis х hybrida Hort., культивируемые в генофондовой коллекции лилейника гибридного Никитского ботанического сада (куратор коллекции И.В. Улановская), среди которых диплоидными являются Pandora's Box и Wally Nance и тетраплоидными - Anna Warner и Cherry Eyed Pumpkin. Для определения морфометрических параметров пыльников и стадии развития элементов мужской генеративной сферы у исследуемых сортов брали бутоны различных размеров, начиная с 0,1 см. Стадию развития пыльника определяли на временных препаратах, окрашенных 1% ацетоорсеином. Анализ препаратов
проводили на микроскопах "Jenaval" (Carl Zeiss) и AxioScope A.l (Carl Zeiss) методом светлого поля. Статистическую обработку данных осуществляли с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0. Достоверность различий между вариантами оценивали с помощью t-критерия Стьюдента на 5%-ном уровне значимости, обеспечивающем 95%-ную доверительную вероятность.
Результаты и обсуждение
Генезис стенки микроспорангия и пыльцевого зерна подробно описаны нами ранее [7], в данном исследовании мы выделяли лишь ключевые этапы преобразования структур пыльника. Морфометрические данные пыльников четырех сортов Н. х hybrida в соответствии с периодизацией развития микроспорангия и основных этапов формирования мужского гаметофита представлены в таблице. В соответствии с общепринятой периодизацией развития пыльника, выделены три периода: премейотический, мейотический и постмейотический [5, 12]. В премейотический период в результате активных митотический делений происходит формирование стенки микроспорангия и закладывается спорогенная ткань с последующим формированием микроспороцитов. В мейотический период наблюдается дифференциация клеточных слоев стенки пыльника, а микроспороциты переходят к мейотическому делению, завершающемуся образованием тетрад с гаплоидными микроспорами. Постмейотический период начинается с распада тетрад микроспор и завершается процессом гаметофитогенеза, т.е. образования пыльцевого зерна, и созреванием пыльника.
У исследованных нами сортов Н. х hybrida начальные этапы формирования микроспорангия отмечаются в пыльниках высотой около 0,1 см. Характерно, что в этот период пыльники диплоидных и тетраплоидных сортов по высоте практически не различаются. Однако достоверные различия морфометрических параметров пыльников у диплоидных и тетраплоидных сортов отмечаются в мейотический период (t=3,12).
Таблица
Морфометрическая характеристика пыльников некоторых сортов НетегосаШв х куЬпйа в ходе формирования мужского гаметофита
Период развития микроспорангия Этапы развития пыльника и мужского гаметофита Высота пыльника, см
Диплоидные сорта Тетраплоидные сорта
Pandora's Box Wally Nance Anna Warner Cherry Eyed Pumpkin
1 2 3 4 5 6
Премейотический Образование микроспорангия, закладка спорогенной ткани 0,15±0,02 0,1-0,2 0,15±0,01 0,1-0,15 0,15±0,02 0,1-0,2 0,15±0,01 0,1-0,2
Сформированная стенка микроспорангия; микроспороциты 0,3±0,04 0,25-0,4 0,31±0,05 0,20-0,35 0,35±0,04 0,25-0,5 0,33±0,03 0,2-0,45
Мейотический Дегенерация среднего слоя стенки микроспорангия и тапетума; Мейоз, образование тетрад микроспор 0,51±0,02 0,38-0,6 0,41±0,05 0,36-0,45 0,64±0,02 0,6-0,69 0,59±0,04 0,5-0,7
Продолжение таблицы
1 2 3 4 5 6
Постмейотический Образование фиброзных утолщений в эндотеции Микроспоры, образование спородермы, Дифференцирующий митоз 0,69±0,01 0,6-0,75 0,63±0,03 0,5-0,7 0,8±0,03 0,7-0,9 0,89±0,03 0,8-0,97
Зрелая стенка пыльника Двуклеточные пыльцевые зерна 0,83±0,01 0,79-0,9 0,79±0,01 0,78-0,8 1,00±0,02 0,9-1,1 1,1±0,02 1-1,2
Примечание: над чертой указано среднее арифметическое и стандартная ошибка (т±х); под чертой - пределы варьирования признака (min-max)
Так, мейоз и образование тетрад микроспор у диплоидных сортов Pandora's Box и Wally Nance происходит, когда пыльники достигают в высоту в среднем 0,4-0,5 см, а у тетраплоидных сортов - Anna Warner Cherry Eyed Pumpkin этот период приходится на пыльники высотой 0,5-0,7 см.
Известно, что оптимальной стадией введения пыльников в культуру in vitro является стадия микроспор [3, 9, 14], когда проявляется автономность микроспор и они переходят к реализации детерминированной программы гаметофитогенеза, или же, в условиях культуры in vitro - спорофитогенеза [1, 12, 13, 15]. В этот период высота пыльников диплоидных сортов лилейника гибридного находится в пределах 0,5-0,75 см, а тетраплоидных сортов - 0,7-1 см.
Установлено достоверное различие в высоте пыльников диплоидных и тетраплоидных сортов в постмейотический период (t=9,24). У диплоидных сортов пыльцевые зерна достигают зрелости, когда пыльник в высоту составляют в среднем 0,8 см, у тетраплодных сортов зрелые пыльники высотой 1-1,2 см. Таким образом, у сортов Н. х hybrida с увеличением степени плоидности прослеживается увеличение морфометрических параметров пыльников в мейотическом и постмейотическом периодах - у тетраплоидов пыльники более крупные.
Анализ высоты пыльника и стадии его формирования показывает, что рост пыльника и его развитие происходят сопряженно, что позволяет идентифицировать критические стадии его развития, учитывая морфометрические параметры пыльника. Использование наиболее доступных морфометрических методов в оценке стадии развития мужской генеративной сферы у сортового материала лилейника гибридного оптимизирует процесс взятия материала для цитологического анализа микроспорогенеза с целью выявления аномалий в ходе формирования пыльцы, так и при введении пыльников в культуру in vitro.
Выводы
Установлены морфометрические параметры пыльников диплоидных (Pandora's Box, Wally Nance) и тетраплоидных (Anna Warner, Cherry Eyed Pumpkin) сортов H. x hybrida в основные периоды и этапы закладки спорогенной ткани и формирования мужских генеративных структур.
Показано, что высота пыльника в мейотический период у исследованных нами диплоидных сортов в среднем составляет 0,4-0,5 см, а тетраплоидных около 0,6 см. Фаза микроспор происходит, когда высота пыльников достигает 0,6 см и 0,8 см, соответственно для исследованных диплоидных и тетраплоидных сортов.
Установлено достоверное различие между пыльниками диплоидных и тетраплоидных сортов в мейотический и постмейотический период.
Полученные данные позволяют рассматривать высоту пыльника исследованных сортов Н. х hybrida как косвенный признак стадии развития пыльника, необходимый для визуальной оценки при отборе материала для цитологического анализа микроспорогенеза у сортового материала, а также при введении пыльников в культуру in vitro.
Список литературы
1. Аветисов В. А. Получение гаплоидных растений Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. при культивировании пыльников // Апомиксис и цитоэмбриология растений. -Вып. 4. - 1978. - С. 5-7.
2. Батыгина Т.Б. Пыльник как модель изучения морфогенетических потенций и путей мофрогенеза / Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т. 1.: Генеративные органы цветка / Ред. Батыгина Т.Б. - Спб: Мир и семья, 1994. - Т. 1. -С. 120-121.
3. Грищенко Е.В. Эмбриогенная детерминация развития in vitro пыльцы Brassica napus (Brassicaceae) // Бот. журнал. - 2001. - T. 86, № 1. - С. 1-9.
4. Игнатова С.И. К вопросу индукции гаплоидов из спороцитов у томата // Апомиксис и цитоэмбриология растений. - Вып. 4. - 1978. - С. 49.
5. Камелина О.П. Пыльник // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т. 1.: Генеративные органы цветка / Ред. Батыгина Т.Б. - Спб: Мир и семья, 1994. - Т. 1. - С. 39-41.
6. Круглова H.H. Морфогенез в культуре пыльников пшеницы: эмбриологический подход. - Уфа: Гилем, 2001. - 175 с.
7. Кузьмина Т.Н., Шевченко C.B. Развитие и биоморфологическая характеристика мужского гаметофита некоторых сортов Hemerocallis hybrida Hort (Hemerocallidaceae) // 1нтродукщя рослин. -2012. - № 3. - С. 22-27.
8. Левенко Б.А., Кунах В.А., Юркова Г.Н. Культивирование пыльников томата in vitro. Сообщение II. Цитологический анализ на первых этапах культивирования // Апомиксис и цитоэмбриология растений. - Вып. 4. - 1978. - С. 69-70.
9. Методические рекомендации по культуре изолированных пыльников и микроспор / [сост. Шевченко C.B.] - Ялта: ГНБС, 1981. - 24 с.
10. Набиева А.Ю. Сохранение и размножение в культуре in vitro генотипов редких видов лилий Азиатской части России. - Автореф. дис. ... канд. биол. наук. -Новосибирск, 2008. - 17 с.
11. Никифоров Ю.Л., Шевченко C.B. Цитологический анализ развития пыльцевых зерен некоторых цветковых растений (в связи с проблемой гаплоидиии) // Апомиксис и цитоэмбриология растений. - Вып. 4. - 1978. - С. 85-86.
12. Резникова С.А. Цитология и физиология развивающегося пыльника. - М.: Наука, 1984.-266 с.
13. Резникова С.А., Погорельская A.H., Попов П.С. Взаимопревращение запасных веществ в развивающемся пыльнике лилии // Физиология растений. - 1982. - Т. 29, вып. 6. - С. 1155-1163.
14. Селъдимирова O.A., Круглова H.H. Андроклинный эмбриогенез как биотехнологический подход к сохранению биоразнообразия // Вестник ОГУ. - 2009. -№ 6. - С. 335-336.
15. Теплщкая Л.М., Назаров В.В., Астапенко H.A., Соломыкина A.M. Изучение этапов формирования пыльника Cephalanthera damasonium (Mill.) Druce. (Orchidaceae) в связи с введением в систему in vitro // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология. Химия». - 2010. - Т. 23 (62), №2.-С. 163-169.
16. Экспериментальная цитоэмбриология растений / Ред. Коварский А.Е. -Кишинев: Штиинца, 1971. - 147 с.
Статья поступила в редакцию 17.11.2014 г.
Kuzmina T.N. Correlation of developmental stage and anthers size of some Hemerocallis x hybrida hort. cultivars // Bull, of the State Nikit. Botan. Gard. - 2015. - № 115. - P. 57-61.
Main genesis stages of microsporangium and elements of male generative sphere were determined for diploid (Pandora's Box, Wally Nance) and tetraploid (Anna Warner, Cherry Eyed Pumpkin) species of Hemerocallis x hybrida Hort. during anther s development.
Key words: anther; pollen-grain; microsporogenesis; microspore; ploidy; Hemerocallis x hybrida hort.
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 582.661.56:577.19:58
ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ У СТЕБЛЕВЫХ И ЛИСТОВЫХ СУККУЛЕНТОВ С КОНТРАСТНОЙ СТЕПЕНЬЮ МОРОЗОСТОЙКОСТИ
Татьяна Борисовна Губанова
Никитский ботанический сад - Национальный научный центр 298648, Республика Крым, г.Ялта, пгт. Никита [email protected]
Представлены результаты динамики накопления аскорбиновой кислоты и фенольных соединений в водозапасающих тканях видов родов Sedum, Opuntia и Cylindropuntia с контрастной степенью морозостойкости. Установлено, что у видов с высокой низкотемпературной устойчивостью с началом холодного периода активизируется синтез фенольных соединений и аскорбиновой кислоты. Предпологается участие этих веществ в реализации защитных механизмов при наличии низкотемпературного стресса.
Ключевые слова: морозостойкость; суккуленты; аскорбиновая кислота; фенольные соединения.
Введение
Важным эстетическим элементом парков и рекреационных зон Крыма и других южных регионов являются виды растений, сохраняющие декоративные качества в течение всего года. В этом отношении перспективной является группа суккулентов. Одна из причин, затрудняющих их широкое использование в ландшафтном дизайне -недостаток информации о степени устойчивости к неблагоприятным условиям внешней среды. Причиной низкого видового разнообразия этих декоративно ценных растений является отрывочный характер проводившихся ранее исследований их морозостойкости и зимостойкости. В литературных источниках даны результаты визуальных наблюдений [1, 2, 6]. В течение ряда лет нами также была проведена оценка морозостойкости некоторых представителей сем. Crassulaceae и Cactaceae. В результате этих исследований выявлены виды стеблевых и листовых суккулентов с высокой степенью морозостойкости. Следует отметить, что для повышения эффективности интродукционной работы важно знание не только границ низкотемпературной устойчивости, но и ряда физиолого-биохимических
