CC BY
63
Маракаева Т.В. Влияние температуры внешней среды на прорастание пыльцы фасоли в условиях южной лесостепи Западной Сибири // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2015. -№2(2) июль-сентябрь. - URL http://e-joumal.omgau.rU/index.php/2015-god/2/19-statya-2015-2/146-00035
УДК 633.31/.37
Маракаева Татьяна Владимировна
Кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель ФГБОУВПО ОмГАУ им П.А. Столыпина, г. Омск tanya6334@mail. ru
Влияние температуры внешней среды на прорастание пыльцы фасоли в условиях
южной лесостепи Западной Сибири
Аннотация: Для ускоренного процесса создания сортов оценка и отбор селекционного материала нами экспериментально проведены на уровне мужского гаметофита, на искусственном фоне. Одним из наиболее сложных моментов в селекции фасоли является процесс гибридизации. Это связано со сложным строением цветка. В результате скрещивания наблюдается низкий процент завязываемости семян. Результативность селекционной работы в большей мере зависит от наличия идентифицированного исходного материала. Однако прежде чем приступить к скрещиванию, необходимо знать особенности произрастания пыльцы каждого образца, его выживаемость и воспроизводство, норму реакции гена в разных экологических условиях [3]. Вопросы опыления - оплодотворения играют исключительную роль в практической работе по гибридизации. Успех скрещиваний зависит от знания поведения пыльцевых зерен на рыльцах пестиков, закономерностей взаимоотношений пыльцевых зерен с секреторной деятельностью рылец и т. п. [2].
Для выяснения причины этого явления нами проведены исследования влияния погодных условий, времени суток и сортовых особенностей на жизнеспособность пыльцы. Мы изучали процесс прорастания пыльцы, где учитывалась длина пыльцевых трубок, количество формирующейся в пыльниках пыльцы, ее выравненность по размеру и степени зрелости. Очень большое значение имеет также возможность предварительного определения степени жизнеспособности используемой в работе пыльцы, особенно в тех случаях, когда пыльцой приходится опылять после более или менее продолжительного периода ее хранения.
Ключевые слова: фасоль, селекция, образец, жизнеспособность пыльцы.
Введение
Растения рода Phaseolus - самоопыляемые. Редко встречается перекрестное опыление. В теплые сухие дни пыление начинается с 5.00-8.00, а в пасмурные и холодные - с 13.00. Но наиболее интенсивное пыление наблюдается от 10.00 до 15.00. Однако пыление неравномерно: часть цветков пылит раньше, другие позже. К моменту закрытия цветка пыльцы в пыльниках остается совсем немного. Зная биологию цветения вида P.vulgaris L., важно не упустить тот момент, который благоприятствовал бы более правильному отбору проб пыльцы для лабораторных анализов, связанных с проращиванием [4].
Немаловажное значение в формировании и жизнеспособности пыльцевых зерен фасоли имеют агроэкологические условия. В литературе имеются сведения о значительном влиянии погодных условий на процесс образования и жизнеспособность микроспор. Неблагоприятные условия (дождь, холодная пасмурная погода, а также жаркое сухое лето) вызывают дегенерацию пыльников. Образуется много стерильной пыльцы, а оставшаяся плохо прорастает. Опыление такой пыльцой ведет к снижению завязываемости плодов и семян, появлению партенокарпических [1]. Именно для выяснения степени зависимости прорастания пыльцы от температурного режима нами и была изучена жизнеспособность пыльцы коллекции фасоли. Исследованные образцы отобраны с максимальным значением важных элементов продуктивности.
Объекты и методы
Объектом исследования послужили образцы фасоли, выделенные по комплексу хозяйственно-ценных признаков и взятые в качестве родительских пар при гибридизации.
Исследования жизнеспособности пыльцы фасоли проведены с помощью лабораторного метода.
Результаты исследований
По нашим наблюдениям, наиболее приемлемыми для произрастания цветущих растений фасоли, способствующими лучшему вызреванию пыльцевых зерен, являются
о
температурные условия - 15-18 С, влажность воздуха - 50-60%, ясная солнечная погода, высокий агрофон, а также благоприятные предыдущие дни. Именно при таких условиях лучше проводить заготовку пыльцы для анализа ее жизнеспособности.
Большое значение имеет правильное взятие пробы для анализа. При сборе пыльцы необходимо учитывать состояние и возраст растения. Как правило, у пыльцы, собранной с поздноцветущих и больных растений, низкий процент прорастания. Как отмечает Важницкая (1960), пыльца растения обладает наилучшей жизнеспособностью в период массового цветения.
Отбор проб пыльцы фасоли для исследования проводили в первой декаде июля в течение 5 дней в два этапа тремя способами в 2013-2014гг. На первом этапе пыльники собирали с 8.00 до 10.00 при температуре в пределах 15-17 оС. На втором - с 13.00 до 15.00 при температуре 25-27оС. При первом способе пыльцу собирали в закрытых бутонах, которые затем подсушивали в сухом проветриваемом помещении в течение 2-4 часов при температурном режиме 20-24оС. В этих условиях они успевают раскрыться. При втором заготавливали пыльцу из вполне развитых бутонов, имеющих хорошо окрашенные лепестки. При третьем для анализа брали свежесобранную пыльцу в момент раскрытия пыльника (рисунок 1). Во всех случаях сбор пыльцы проводили во время массового цветения. В одном варианте должно быть не менее 10-15 цветков, которые собирали в пергаментные пакетики. Цитоморфологический анализ пыльцы определяли с помощью микроскопа.
а
б в Рисунок 1 - Фазы развития цветка фасоли:
а) бутон; б) раскрывающийся бутон
(8-й этап онтогенеза); в) раскрывшийся цветок
При приготовлении препаратов для проращивания пыльцы фасоли использовали чистые предметные стекла, на которых восковым карандашом рисовали окружность диаметром 2-2,5 см. На предметном стекле должны быть две капли питательной среды, т. е. две повторности, по возможности одинакового размера. Пыльца не прорастает при неправильной сушке или отсутствии контакта с поверхностью питательной среды. Как правило, пыльцевые зерна не прорастают внутри среды.
На поверхности капли пыльцевые зерна должны быть равномерно распределены. Голубинский (1974) считает, что посев пыльцы лучше проводить с кончика иглы, по другим методикам - пинцетом. Но предложенные методы не дают равномерного посева пыльцы на среду. Поэтому мы использовали мягкую кисточку для посева пыльцы, которая была успешно использована в опытах на моркови. Препараты с высеянной пыльцой помещают во влажную камеру из фильтровальной бумаги в чашки Петри, которые затем ставят для
о
проращивания в термостат при температуре 25 С. Далее препараты хорошо просматривают под микроскопом. В центре капли анализируют 300-600 случайно выбранных пыльцевых зерен и рассчитывают процент прорастания. Пыльцевое зерно считают проросшим, если длина пыльцевой трубки равна как минимум половине диаметра пыльцевого зерна. При необходимости можно определить и длину пыльцевых трубок. Для этого с помощью окуляр - микрометра микроскопа измеряют длину 300-600 случайно выбранных пыльцевых трубок и вычисляют среднюю.
В настоящее время определение жизнеспособности пыльцы фасоли не зафиксировано ни в одном исследовательском институте. Изучением и проведением исследований по данному признаку занимаются во Всероссийском научно-исследовательском институте селекции и семеноводства овощных культур (г. Москва) в основном на
овощных культурах: перце, томате и капусте. В литературе очень мало сведений о питательных средах для проращивания пыльцы фасоли. Отсутствуют данные о концентрациях сахарозы в питательной среде, сроках и температуре хранения пыльцы. Поэтому нами показана экспериментально реакция пыльцы различных образцов на концентрацию сахарозы в питательной среде при разном времени суток.
В 2012 г. проведены исследования по подбору концентрации сахарозы для питательной среды при проращивании пыльцы фасоли. В полученных данных зафиксировано, что среда с концентрацией сахарозы 20 % оказалась оптимальной для проращивания пыльцы. Жизнеспособность пыльцы на этой среде варьировала от 63 до 80,0 % .
У образцов фасоли зерновой фертильность пыльцы значительно ниже в случае, когда ее сбор проведен во второй половине дня. Максимальное значение признака отмечено у образца Рубин (22%)(рисунок 2).
80 70
л
о 60
О ^о
£ ° - 50 о л
0 5 40 и Е
£ л 30
1 с
£ 20
* 10 0
Рисунок 2 - Жизнеспособность пыльцы фасоли зерновой при сборе пыльцы в разное время суток (среднее за 2013 - 2014гг.): а) 8.00-10.00; б) 13.00-15.00
Из результатов исследований фертильности пыльцевых зерен у фасоли зерновой при ее сборе в утренние часы следует, что у всех образцов жизнеспособность пыльцы выше, чем у сорта-стандарта. Максимальный процент по изучаемому показателю в бутонах (27%), раскрывающихся бутонах (52%) и цветках (63%) отмечен у образца Рубин (рисунок 3).
б) в)
Рисунок 3 - Жизнеспособность пыльцы образца фасоли зерновой Рубин а) в бутонах, б) в раскрывающихся бутонах в) в раскрытых цветках
В дни проведения анализа жизнеспособности температура во второй половине дня
о
достигала 26 -30 С, это очень сильно повлияло на пыльцу. Как видно из рисунка, фертильность пыльцы образцов фасоли овощной значительно ниже в случае, когда ее сбор проводили во второй половине дня. Максимальное значение признака отмечено у образца Золото Сибири (27%) (рисунок 4).
80 п
70
О 60
550
л 40 Б
£ 30 20 10 0
Г
Золу ш ка, Золото Памяти Сисаль Niver st Сибири Рыжковой
□ В бутонах
□ В раскрывающихся бутонах
В цветках
Золу ш ка, Золото Памяти Сисаль Niver st Сибири Рыжковой
□ В бут онах
□ В раскрывающихся бутонах
В цвет ках
а б
Рисунок 4 - Жизнеспособность пыльцы фасоли овощной при сборе пыльцы в разное время суток (среднее за 2013 - 2014гг.): а) 8.00-10.00; б) 13.00 -15.00
В исследованиях и при подсчете проросших пыльцевых зерен среди образцов фасоли овощной при сборе в утренние часы у всех образцов зафиксирован высокий показатель жизнеспособности пыльцы по сравнению с сортом-стандартом, он варьировал от 25 до 84,6 %. Максимальный процент по данному показателю в бутонах (34%), раскрывающихся бутонах (70%) и цветках (76%) отмечен у образца Золото Сибири (рисунок 5).
• ШШ г Л
а б в
Рисунок 5 - Жизнеспособность пыльцы образца фасоли овощной Золото Сибири: а) в бутонах, б) в раскрывающихся бутонах (8-й этап онтогенеза) в) в раскрывшихся цветках
При изучении взаимосвязи жизнеспособности пыльцы фасоли и температуры внешней среды была отмечена положительная устойчивая корреляция образцов овощной г = 0,7 ± 0,07, а зерновой г = 0,6 ± 0,07. Наглядную информацию о реакции жизнеспособности пыльцы образцов на температуру дает линия регрессии (рисунок 6).
Золото^ Сибири
\
\
>1 ыжковп н
\
N ¡Ь
ч аяь
]\
у = 116, 00В6 - 2,Б679*> г = 0,7 ± 0,07
54
52
50
гг 48 5
I "
0
1 44 *
I
* 42 40
ЗВ
22 23 24 25 Температура, *С
V* жн
\ ч
\ \
\ \
\ \
Нвр /сса
\
Буси «Ш.Яч Лук рья
22 23 24 25 Температура. "С
Рисунок 6 - Точечный график и теоретическая линия регрессии при
прямолинейной корреляции между температурой воздуха жизнеспособностью пыльцы фасоли: а) овощной; б) зерновой
На рисунке видно, что с увеличением температуры внешней среды уменьшается фертильность пыльцы как у зерновой, так и овощной фасоли.
Заключение
По результатам экспериментальных данных отмечено, что в период цветения фасоли пыльца растений фертильна уже в бутонах и ее жизнеспособность не уменьшается, а в процессе формирования цветка, наоборот, увеличивается. Таким образом, на признак мужского гаметофита влияет генотип сорта, по результатам двухфакторного дисперсионного анализа установлено, что жизнеспособность пыльцы фасоли овощной и зерновой статистически достоверно зависела от температурного режима. Жизнеспособность пыльцы при взятии ее с 12.00 до 15.00 значительно меньше, чем при сборе в утренние часы (8.0010.00). Но большое количество формирующейся пыльцы еще не является доказательством ее высокого качества. В ней может быть много недоразвитых пыльцевых зерен, присутствие
которых визуально установить невозможно. Истинное представление о жизнеспособности пыльцы дает просмотр под микроскопом и проращивание на питательной среде, которые проводят непосредственно перед гибридизацией.
Ссылки на источники:
1. Ален Кайяс. Пыльца: сбор - свойства - применение / Кайяс Ален // Изд. Апимондии, 1975. - 82 с.
2. Зыкин В.А. / Гибридизация растений - основа рекомбинационной способности // В.А. Зыкин. - Омск: Сфера, 2007. - 60 с.
3. Маракаева Т.В. Сравнительная оценка хозяйственно-ценных признаков образцов фасоли (PHASEOLUS VULGARIS L.) и создание на их основе нового селекционного материала для условий южной лесостепи Западной Сибири: дисс. ... канд. с.-.х наук: 06.01.05 / Т. В. Маракаева.- Омск, 2014. - 180с.
4. Нечаев B.C. Методы оценки исходного материала фасоли для селекции в условиях Нечерноземной зоны России: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук: 06.01.05 / Вячеслав Семенович Нечаев. - М. , 2000. - 21 с.
Tatiana Marakaeva
Assistant Instructor
Omsk State Agrarian University n. a. P.A. Stolypin, Omsk
Influence Of Environment Temperature On Legume Pollen Germination Under The Conditions Of South Forest-Steppe Of Western Siberia
Abstract: In order to speed up the process of creation the varieties the estimation and selection of breeding material were conducted by us on the level of male gametophyte, artificial background. One of the most difficult parts in legume breeding is the process of hybridization. It is connected with complicated flower formation. The result of cross breeding is a low percent of set seed. The efficiency of breeding depends on availability of indentified parent material. But before starting cross breeding it is necessary to know the peculiarities of pollen germination of each sample, its capacity for survival and reproduction, norm of gene reaction in different ecological conditions (Zykin, 2007; Zhuchenko, 2004). The questions of pollen and fertilization play a significant role in the practical work on hybridization. The success of cross breeding depends on knowledge of behavior of pollen grains on stigmas, the characteristics of interrelations of pollen grains with secreting activity of stigmas and etc.
In order to find out the reasons for this phenomenon we examined the influence of weather conditions, time of the day and variety peculiarities on pollen life activity. We studied the process of pollen germination where we considered the length of pollen tubes, the amount of forming pollen in pollen sets, its evenness by size and level of maturity. It is also very important to have the possibility for preliminary identification of vitality level of the used pollen, especially in cases when this pollen is used for pollination after more or less long-term period of its storage.
Key words: legume, breeding, sample, pollen vitality
