Цитоэмбриологический анализ роста пыльцевых трубок в тканях пестика цветка генотипов хлопчатника, различающихся по морфоструктуре цветка

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН __________________________________2013, том 56, №6_______________________________

ЦИТОЭМБРИОЛОГИЯ

УДК 576.3:631.52

М.Н.Негматов, С.В.Рыжов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.А.Абдуллаев

ЦИТОЭМБРИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РОСТА ПЫЛЬЦЕВЫХ ТРУБОК В ТКАНЯХ ПЕСТИКА ЦВЕТКА ГЕНОТИПОВ ХЛОПЧАТНИКА, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ПО МОРФОСТРУКТУРЕ ЦВЕТКА

Худжандский научный центр АН Республики Таджикистан,

Институт ботаники, физиологии и генетики растений АН Республики Таджикистан

В статье приводятся результаты цитоэмбриологического анализа роста пыльцевых трубок в тканях рыльца пестика цветка с использованием методов поперечных срезов и давленных препаратов у гомостильной (ГЛ-1) и лонгостильной (ЛЛ-1) линий хлопчатника при инцухтировании и свободном опылении цветков. Установлено, что у гомостильных цветков при свободном опылении число следов проросших и прошедших пыльцевых трубок в проводниковых тканях сравнительно больше по сравнению с вариантом инцухта. При инцухтировании цветков лонгостильной линии ЛЛ-1 на срезах и давленных препаратах на рыльце пестика очень редко встречаются следы прохождения пыльцевых трубок. Это свидетельствует о том, что опыление лонгостильных цветков осуществляется в основном с помощью насекомых - опылителей (пчёл). На основании полученных результатов делается вывод о том, что одним из лимитирующих факторов, существенно влияющих на процессы опыления и оплодотворения растений хлопчатника, является лонгостилия цветков.

Ключевые слова: средневолокнистый хлопчатник Gossypium hirsutum Ь. - цветки гомостильные и лонгостильные - рост пыльцевых трубок.

При выведении новых высокоурожайных сортов, устойчивых к неблагоприятным условиям среды, селекционеры часто уделяют мало внимания признакам цветка и элементам его морфострук-туры (гомостилия и лонгостилия), генетической системе пыльцевых трубок и закономерностям их роста в тканях рыльца пестика цветка материнского растения. Неполное знание природы этих явлений и закономерностей в конечном итоге может отрицательно влиять на урожайность вновь создаваемых сортов, делая её нестабильной, сильно зависящей от изменения условий окружающей среды [1].

Вышеизложенное побудило нас провести цитоэмбриологический анализ роста пыльцевых трубок в тканях рыльца пестика цветка у генотипов хлопчатника, различающихся по морфологическим особенностям цветка.

Материал и методы исследований

Объектами исследования служили гомостильная линия ГЛ-1, лонгостильная линия ЛЛ-1 и сорт Ташкент-1. Линия ГЛ-1 выделена в результате гибридизации линии Л-601 и сорта Ташкент-1, линия ЛЛ-1 получена методом инбридинга и отбора из популяции инбредной линии Л-501. Лонгостилия цветков у линии ЛЛ-1 обусловлена повышением высоты рыльца пестика над тычиночной колонкой в среднем на 9.21±2.83 мм. Инбредные линии Л-501 и Л-601 были любезно предоставлены в

наше распоряжение академиком АН Республики Узбекистан Д.А.Мусаевым и профессором М.Ф.Абзаловым.

Опыты проводили с двумя вариантами опыления: самоопыление (инцухт) и свободное опыление.

Растения для опытов выращивали в одинаковых условиях согласно агрорекомендациям по возделыванию сельскохозяйственных культур в Таджикистане [2].

Процесс роста пыльцевых трубок в тканях пестика цветка линий ГЛ-1, ЛЛ-1 и сорта Ташкент-1 изучали на поперечных срезах и давленных препаратах рыльца пестика со столбиком.

Для приготовления поперечных срезов и давленных препаратов материал фиксировали в фиксаторе Карнуа (3:1). После фиксации и промывки материал помещали на хранение в 70% этиловом спирте.

Из зафиксированного вышеописанным способом материала из верхней и средней частей рыльца пестика, а также у основания столбика вручную бритвой готовили поперечные срезы, окрашивали йод-фенолом и просматривали под световым микроскопом Janaval (Карл Цейсс, Йена, Германия).

Для приготовления давленных препаратов фиксированный материал мацерировали в концентрированном растворе NaOH и окрашивали в растворе флюорохрома (анилиновый синий) по методике Л.И.Орёл, Л.Н.Константиновой и других [3]. Приготовленный препарат просматривали под люми-нисцентным микроскопом LABOVAL-2a-fl (Карл Цейсс, Йена, Германия). Пыльцевые трубки легко идентифицируются благодаря люминисценции анилинового синего в УФ-лучах (в УФ-лучах каллоза пыльцевых трубок после обработки препарата флюорохромом выглядит желтовато-зелёной).

Подсчёт количества следов прохождения пыльцевых трубок на поперечных срезах из верхней, средней и нижней частей рыльца пестика цветка проводили по методике И.Д.Романова [4].

Статистический анализ полученных данных проводили по Б.А.Доспехову [5].

Результаты и обсуждение

Результаты анализа роста пыльцевых трубок в тканях пестика на поперечных срезах и давленных препаратах представлены в таблице и на рис.1 и 2.

Как видно из таблицы, на поперечных срезах, полученных из верхней части рыльца пестика сорта Ташкент-1 (вариант с инцухтом), наблюдалось в среднем 35.1± 1.9 следов прохождения пыльцевых трубок. На срезах, полученных из средней части рыльца пестика, число следов прошедших пыльцевых трубок значительно увеличивалось (94.7±2.1) (таблица, рис.1А) и при достижении основания столбика их число несколько уменьшалось (79.2±1.7). По-видимому, это связано с тем, что часть пыльцевых трубок не достигало основания столбика, прекращая свой дальнейший рост между нижней частью рыльца пестика и основанием столбика.

В варианте со свободным опылением у гомостильной линии ГЛ-1 (таблица, рис.1Б) число следов прошедших пыльцевых трубок в целом больше по сравнению с вариантом с инцухтом, то есть при свободном опылении пыльцевые трубки прорастают в большем количестве, чем при самоопылении. В данном варианте опыта максимальное количество следов пыльцевых трубок наблюдалось на

срезах, полученных из средней части рыльца пестика (145.8±2.6), и происходило некоторое их уменьшение у основания столбика (108.5±2.1).

Таблица

Число проросших пыльцевых трубок в тканях пестика у гомостильных и лонгостильных линий

средневолокнистого хлопчатника

Сорт, Точки среза Число проросших пыльцевых трубок

линия при инцухте при свободном опылении

1 35.1±1.9 67.2±1.9

Ташкент-1 (контроль) 2 94.7±2.1 128.6±2.2

3 79.2±1.7 108.5±2.1

1 80.3±1.7 86.8±1.9

ГЛ-1 (гомостильная линия) 2 145.8±2.6 149.1±2.9

3 108.5±2.1 134.3±2.2

1 0 10.3±1.7

ЛЛ-1 (лонгостильная линия) 2 22.2±1.9 47.3±1.2

3 8.6±1.9 32.8±1.7

Примечание: 1 - верхняя часть рыльца; 2 - средняя часть рыльца; 3 - основание столбика. 0 - отсутствие следов прохождения пыльцевых трубок.

При инцухтировании цветков линии ЛЛ-1 на срезах, полученных из верхней части рыльца пестика, следы прохождения пыльцевых трубок отсутствуют (таблица, рис.1В).

Рис.1. Поперечные срезы рыльца пестика цветка гомостильной линии ГЛ-1 (А - самоопыление, Б - свободное опыление) и лонгостильной линии ЛЛ-1 (В - инцухт, Г - свободное опыление).

Обозначения: Л - лопасти рыльца, б - бороздки (места срастания лопастей), «ПТ» - «проводниковая ткань», СПТ - следы пыльцевых трубок, 1111 - проводящие пучки. (Микрофотографии С.В.Рыжова).

Ограниченные следы прохождения пыльцевых трубок наблюдались на срезах, полученных из средней части рыльца пестика (22.2±1.9), часть из которых также не достигало основания столбика (8.6±1.9). Вследствие этого, значительное число цветков у линии ЛЛ-1 при их инцухтировании опадали и, если завязывались, то имели очень низкую семенную продуктивность.

Несколько иная картина наблюдалась при анализе указанных классов цветков в варианте со свободным опылением. В данном случае происходило значительное увеличение числа следов прохождения пыльцевых трубок во всех точках среза - верхняя часть рыльца - 10.3±1.7, средняя часть рыльца - 47.3±1.9, основание столбика 32.8± 1.7 (таблица, рис.1Г).

Сравнительный анализ данных таблицы и рис. 1 показал, что у линии ГЛ-1, как в варианте с инцухтом, так и при свободном опылении, во всех точках среза число следов прошедших пыльцевых трубок значительно больше, чем у линии ЛЛ-1.

Метод поперечных срезов, хотя и очень удобен для количественного анализа процессов роста пыльцевых трубок в тканях пестика, вместе с тем не позволяет проследить в целом динамику данного процесса от начала до конца. В этой связи нами была модифицирована и использована методика приготовления давленных препаратов рыльца пестика [3], которая позволила проследить весь ход указанного процесса от начала прорастания пыльцевых трубок до момента их вхождения в завязь цветка.

Результаты этих опытов представлены на рис.2А-Г.

Как видно из рис.1А и 1Б, на давленных препаратах рыльца пестика гомостильной линии ГЛ-1 как в варианте с инцухтом, так и в опыте со свободным опылением наблюдались многочисленные следы прохождения пыльцевых трубок в тканях пестика. При этом пыльцевые трубки из-за хорошего контакта всей поверхности рыльца пестика с тычиночной колонкой одинаково и хорошо прорастают, практически в любой части рыльца пестика.

На рис.2В показано рыльце пестика линии ЛЛ-1 - вариант с инцухтом. Как видно из рисунка, на рыльце пестика в каналах (тяжах) проводниковой ткани, по которым продвигаются пыльцевые трубки, отсутствовали следы прохождения пыльцевых трубок. В варианте со свободным опылением (рис.2Г) наблюдались следы прохождения пыльцевых трубок практически в любой части воспринимающей поверхности рыльца пестика, что свидетельствует об опылительной деятельности энтомо-фауны - опылителей хлопчатника (пчёл).

Таким образом, полученные нами данные, как на поперечных срезах, так и на давленных препаратах рыльца пестика, свидетельствуют о том, что в условиях контролируемого инцухта одним из главных лимитирующих факторов процесса опыления и оплодотворения хлопчатника являются такие морфоструктурные особенности цветка, как гомостилия и лонгостилия. Гомостильные цветки благодаря своим морфоструктурным особенностям независимо от наличия или отсутствия энтомофауны наилучшим образом обеспечивают процесс опыления и, как следствие этого, оплодотворения. Опыление лонгостильных цветков осуществляется в основном с помощью насекомых - опылителей (пчёл). При этом качество опыления и его результативность можгут зависеть как от степени превышения высоты рыльца пестика, так и от наличия благоприятных условий для опылительной деятельности энтомофауны.

Рис.2. Следы прохождения пыльцевых трубок на давленных препаратах рыльца пестика цветка гомостильной линии ГЛ-1 (А - вариант с инцухтом, Б - вариант со свободным опылением) и лонгостильной линии ЛЛ-1 (В - вариант с инцухтом, Г - вариант со свободным опылением).

Обозначения: Л - лопасти рыльца, КПТ - каналы (тяжи) проводниковой ткани, СППТ - следы прохождения

пыльцевых трубок. (Микрофотографии С.В.Рыжова).

Поступило 11.01.2013 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Негматов М.Н. Генетическая концепция клейстогамии и её использование в селекции высокопродуктивных сортов хлопчатника. - Худжанд, 2008, 55 с.

2. Научно обоснованная система земледелия Таджикской ССР. - Душанбе: Ирфон, 1984, 498 с.

3. Орёл Л.И., Константинова Л.Н., Огородникова В.Ф., Вишнякова М.А. Дзюбенко Н.И. Отбор растений люцерны с высокой плодовитостью завязей. Методические указания. - Л.: ВИР им.Н.И. Вавилова, 1985, с.1-33.

4. Романов И.Д.- В кн. Хлопчатник, т.Ш. - Ташкент: Изд-во АН УзССР, 1960, с.326-355.

5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1985, 334 с.

М.Н.Неъматов, С.В.Рыжов, ^.А.Абдуллоев*

ТА^ЛИЛИ СИТGЭМБРИGЛGГИИ РУШДИ ГАРДНАЙЧА ДАР БGФТЛ^GИ ГЛРДГИРЛКИ ГУЛИ ПАХТАЛИ АЗ РУИ МGРФGСТРУKТУРЛИ

ГУЛАШОН ФЛР^ИЯТДGШТЛ

Маркази илмии Хуцанд, Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон,

*Институти ботаника, физиология ва генетикаи растании Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Дар макола натичаи тахлили ситоэмбриологии рушди гард дар бофтахои гардгираки гул бо усули 6уриши кундалангй ва истифодаи препаратхои тазъикгардидаи линияхои гомостилй (ГЛ-1) ва лонгостилии (ЛЛ-1) пахта дар холати гардолудшавии озоди гулхо ва худбордоршавй дода шудааст. Муайян карда шудааст, ки дар гулхои гомостилй хангоми гардолудшавии озод микдори паи гардхои расишкарда ва аз сутунчаи гардгирак гузашта дар «бофтахои интиколкунанда» нисбат ба варианти худгардолудшавй зиёдтар мебошад. Дар холати худгар-долудшавии гули линияи лонгостилии ЛЛ-1 хам дар бурришхои кундаланг ва хам дар препаратхои тазъикгардида дар сутунчаи гардгирак изи гардхои ба суи тухмдон гузашта хело кам дучор мешаванд. Ин аз он шаходат медихад, ки гардолудшавии гулхои лонгостилй асосан тавассути хашаротхои гардолудкунанда (занбури асал) ба амал меояд. Дар асоси натичахои ба даст омада чунин хулоса намудан мумкин аст, ки яке аз омилхои ба протсесси пурра гардолудшавй ва бордоршавии гули растании пахта мамониаткунанда ин морфоструктураи лонгостилии гул мебошад.

Калима^ои калиди: naxmau миёшшх Gossypium hirsutum L. - гулкой гомостилй ea лонгостилй -рушди гaрднaйчa.

M.N.Negmatov, S.V.Rijov, Kh.A.Abdullaev* CYTOEMBRYOLOGICAL ANALYSIS OF THE POLLEN TUBE GROWTH IN PISTIL TISSUES OF FLOWER OF COTTON GENOTYPES, DISTINGUISH BY MORFOSTRUCTURE OF FLOWERS

Khudjand Scientific Center, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,

*Institute of Botany, Plant Physiology and Genetics, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

In this paper the results of analysis of the pollen tube growth in pistil tissues of gomostyle and lon-gostyle types of flowers of upland cotton are given.

Key words: upland cotton Gossypium hirsutum L. - gomostyle and longostyle types of flowers - growth of the pollen tube.